Kvalitativne reakcije na dušik. Azot i njegova jedinjenja. Preliminarna studija supstance

Nitrogen- element 2. perioda V A-grupe periodnog sistema, redni broj 7. Elektronska formula atoma [ 2 He]2s 2 2p 3, karakteristična oksidaciona stanja 0, -3, +3 i +5, manje često +2 i +4 i drugo stanje N v se smatra relativno stabilnim.

Skala oksidacijskih stanja za dušik:
+5 - N 2 O 5, NO 3, NaNO 3, AgNO 3

3 – N 2 O 3, NO 2, HNO 2, NaNO 2, NF 3

3 - NH 3, NH 4, NH 3 * H 2 O, NH 2 Cl, Li 3 N, Cl 3 N.

Dušik ima visoku elektronegativnost (3,07), treći iza F i O. Pokazuje tipična nemetalna (kisela) svojstva, formirajući različite kiseline, soli i binarna jedinjenja koja sadrže kiseonik, kao i amonijum kation NH 4 i njegove soli.

U prirodi - sedamnaesti po hemijskom obilju elementa (deveti među nemetalima). Vitalni element za sve organizme.

N 2

Jednostavna supstanca. Sastoji se od nepolarnih molekula sa veoma stabilnom ˚σππ-vezom N≡N, što objašnjava hemijsku inertnost elementa u normalnim uslovima.

Gas bez boje, ukusa i mirisa koji se kondenzuje u bezbojnu tečnost (za razliku od O2).

Glavna komponenta vazduha je 78,09% zapremine, 75,52% mase. Azot ključa iz tekućeg zraka prije nego kisik. Slabo rastvorljiv u vodi (15,4 ml/1 l H 2 O na 20 ˚C), rastvorljivost azota je manja od rastvorljivosti kiseonika.

Na sobnoj temperaturi N2 reaguje sa fluorom i, u vrlo maloj meri, sa kiseonikom:

N 2 + 3F 2 = 2NF 3, N 2 + O 2 ↔ 2NO

Reverzibilna reakcija stvaranja amonijaka odvija se na temperaturi od 200˚C, pod pritiskom do 350 atm i uvijek u prisustvu katalizatora (Fe, F 2 O 3, FeO, u laboratoriji sa Pt)

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 kJ

Prema Le Chatelierovom principu, povećanje prinosa amonijaka treba da se dogodi sa povećanjem pritiska i smanjenjem temperature. Međutim, brzina reakcije na niskim temperaturama je vrlo niska, pa se proces izvodi na 450-500 ˚C, čime se postiže prinos amonijaka od 15%. Nereagirani N 2 i H 2 se vraćaju u reaktor i time povećavaju stepen reakcije.

Dušik je hemijski pasivan u odnosu na kiseline i baze i ne podržava sagorevanje.

Potvrda V industrija– frakciona destilacija tečnog vazduha ili uklanjanje kiseonika iz vazduha hemijskim putem, na primer, reakcijom 2C (koks) + O 2 = 2CO pri zagrevanju. U tim slučajevima se dobija azot koji sadrži i nečistoće plemenitih gasova (uglavnom argona).

U laboratoriju se male količine kemijski čistog dušika mogu dobiti reakcijom komutacije uz umjereno zagrijavanje:

N -3 H 4 N 3 O 2(T) = N 2 0 + 2H 2 O (60-70)

NH 4 Cl(p) + KNO 2 (p) = N 2 0 + KCl + 2H 2 O (100˚C)

Koristi se za sintezu amonijaka. Dušična kiselina i drugi proizvodi koji sadrže azot, kao inertni medij za hemijske i metalurške procese i skladištenje zapaljivih materija.

N.H. 3

Binarno jedinjenje, oksidaciono stanje azota je – 3. Bezbojni gas oštrog karakterističnog mirisa. Molekul ima strukturu nepotpunog tetraedra [: N(H) 3 ] (sp 3 hibridizacija). Prisutnost donorskog para elektrona na sp 3 hibridnoj orbitali dušika u molekuli NH 3 određuje karakterističnu reakciju dodavanja vodikovog kationa, što rezultira stvaranjem kationa amonijum NH4. Ukapljuje se pod viškom pritiska na sobnoj temperaturi. U tečnom stanju, povezan je vodoničnim vezama. Termički nestabilan. Visoko rastvorljiv u vodi (više od 700 l/1 l H 2 O na 20˚C); udio u zasićenom rastvoru je 34% težinski i 99% zapreminski, pH = 11,8.

Vrlo reaktivan, sklon reakcijama adicije. Gori u kiseoniku, reaguje sa kiselinama. Pokazuje redukujuća (zbog N -3) i oksidirajuća (zbog H +1) svojstva. Suši se samo sa kalcijum oksidom.

Kvalitativne reakcije - stvaranje bijelog "dima" pri kontaktu s plinovitom HCl, pocrnjenje komada papira navlaženog otopinom Hg 2 (NO3) 2.

Intermedijarni proizvod u sintezi HNO 3 i amonijum soli. Koristi se u proizvodnji sode, dušičnih đubriva, boja, eksploziva; tečni amonijak je rashladno sredstvo. Otrovno.
Jednačine najvažnijih reakcija:

2NH 3 (g) ↔ N 2 + 3H 2
NH 3 (g) + H 2 O ↔ NH 3 * H 2 O (p) ↔ NH 4 + + OH —
NH 3 (g) + HCl (g) ↔ NH 4 Cl (g) bijeli “dim”
4NH 3 + 3O 2 (vazduh) = 2N 2 + 6 H 2 O (sagorevanje)
4NH 3 + 5O 2 = 4NO+ 6 H 2 O (800˚C, kat. Pt/Rh)
2 NH 3 + 3CuO = 3Cu + N 2 + 3 H 2 O (500˚C)
2 NH 3 + 3Mg = Mg 3 N 2 +3 H 2 (600 ˚C)
NH 3 (g) + CO 2 (g) + H 2 O = NH 4 HCO 3 (sobna temperatura, pritisak)
Potvrda. IN laboratorije– istiskivanje amonijaka iz amonijevih soli kada se zagrije sa soda vapnom: Ca(OH) 2 + 2NH 4 Cl = CaCl 2 + 2H 2 O + NH 3
Ili prokuhavanje vodenog rastvora amonijaka i zatim sušenje gasa.
U industriji Amonijak se proizvodi iz azota i vodonika. Industrijski proizvodi u tekućem obliku ili u obliku koncentrirane vodene otopine pod tehničkim nazivom amonijačna voda.

Amonijak hidratN.H. 3 * H 2 O. Intermolekularna veza. Bijela, u kristalnoj rešetki – molekuli NH 3 i H 2 O povezani slabom vodikovom vezom. Prisutan u vodenom rastvoru amonijaka, slaba baza (produkti disocijacije - NH 4 kation i OH anjon). Amonijum kation ima pravilnu tetraedarsku strukturu (sp 3 hibridizacija). Termički nestabilan, potpuno se raspada kada se otopina prokuha. Neutralisan jakim kiselinama. Pokazuje redukciona svojstva (zbog N-3) u koncentrovanom rastvoru. Podvrgava se reakcijama ionske izmjene i kompleksiranja.

Kvalitativna reakcija– stvaranje bijelog “dima” pri kontaktu sa gasovitom HCl. Koristi se za stvaranje blago alkalne sredine u rastvoru tokom taloženja amfoternih hidroksida.
1 M rastvor amonijaka sadrži uglavnom NH 3 *H 2 O hidrat i samo 0,4% jona NH 4 OH (zbog disocijacije hidrata); Dakle, jonski “amonijum hidroksid NH 4 OH” praktično nije sadržan u rastvoru, a takvog spoja nema u čvrstom hidratu.
Jednačine najvažnijih reakcija:
NH 3 H 2 O (konc.) = NH 3 + H 2 O (kupanje sa NaOH)
NH 3 H 2 O + HCl (razrijeđen) = NH 4 Cl + H 2 O
3(NH 3 H 2 O) (konc.) + CrCl 3 = Cr(OH) 3 ↓ + 3 NH 4 Cl
8(NH 3 H 2 O) (konc.) + 3Br 2(p) = N 2 + 6 NH 4 Br + 8H 2 O (40-50˚C)
2(NH 3 H 2 O) (konc.) + 2KMnO 4 = N 2 + 2MnO 2 ↓ + 4H 2 O + 2KOH
4(NH 3 H 2 O) (konc.) + Ag 2 O = 2OH + 3H 2 O
4(NH 3 H 2 O) (konc.) + Cu(OH) 2 + (OH) 2 + 4H 2 O
6(NH 3 H 2 O) (konc.) + NiCl 2 = Cl 2 + 6H 2 O
Često se naziva i razrijeđena otopina amonijaka (3-10%) amonijak(ime su izmislili alhemičari), a koncentrirani rastvor (18,5 - 25%) je rastvor amonijaka (proizveden u industriji).

Oksidi dušika

Azot monoksidNO

Oksid koji ne stvara soli. Bezbojni gas. Radikal sadrži kovalentnu σπ vezu (N꞊O), u čvrstom stanju dimer N 2 O 2 sa N-N vezom. Izuzetno termički stabilan. Osetljiva na kiseonik iz vazduha (postaje smeđa). Slabo rastvorljiv u vodi i ne reaguje sa njom. Hemijski pasivan prema kiselinama i alkalijama. Kada se zagrije, reagira s metalima i nemetalima. visoko reaktivna mješavina NO i NO 2 (“dušišni plinovi”). Intermedijarni proizvod u sintezi dušične kiseline.
Jednačine najvažnijih reakcija:
2NO + O 2 (g) = 2NO 2 (20˚C)
2NO + C (grafit) = N 2 + CO 2 (400-500˚C)
10NO + 4P (crveno) = 5N 2 + 2P 2 O 5 (150-200˚C)
2NO + 4Cu = N 2 + 2 Cu 2 O (500-600˚C)
Reakcije na mješavine NO i NO 2:
NO + NO 2 +H 2 O = 2HNO 2 (p)
NO + NO 2 + 2KOH(dil.) = 2KNO 2 + H 2 O
NO + NO 2 + Na 2 CO 3 = 2Na 2 NO 2 + CO 2 (450-500˚C)
Potvrda V industrija: oksidacija amonijaka kiseonikom na katalizatoru, in laboratorije— interakcija razrijeđene dušične kiseline s redukcijskim agensima:
8HNO 3 + 6Hg = 3Hg 2 (NO 3) 2 + 2 NO+ 4 H 2 O
ili smanjenje nitrata:
2NaNO 2 + 2H 2 SO 4 + 2NaI = 2 NO + I 2 ↓ + 2 H 2 O + 2Na 2 SO 4

Dušikov dioksidNO 2

Kiseli oksid, uslovno odgovara dvema kiselinama - HNO 2 i HNO 3 (kiselina za N 4 ne postoji). Smeđi gas, na sobnoj temperaturi monomer NO 2, na hladnom tečni bezbojni dimer N 2 O 4 (diazot tetroksid). Potpuno reaguje sa vodom i alkalijama. Vrlo jak oksidant koji uzrokuje koroziju metala. Koristi se za sintezu azotne kiseline i bezvodnih nitrata, kao oksidator raketnog goriva, prečistač ulja od sumpora i katalizator za oksidaciju organskih jedinjenja. Otrovno.
Jednadžba najvažnijih reakcija:
2NO 2 ↔ 2NO + O 2
4NO 2 (l) + H 2 O = 2HNO 3 + N 2 O 3 (sin.) (na hladnom)
3 NO 2 + H 2 O = 3HNO 3 + NO
2NO 2 + 2NaOH (razrijeđeno) = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O
4NO 2 + O 2 + 2 H 2 O = 4 HNO 3
4NO 2 + O 2 + KOH = KNO 3 + 2 H 2 O
2NO 2 + 7H 2 = 2NH 3 + 4 H 2 O (kat. Pt, Ni)
NO 2 + 2HI(p) = NO + I 2 ↓ + H 2 O
NO 2 + H 2 O + SO 2 = H 2 SO 4 + NO (50-60˚C)
NO 2 + K = KNO 2
6NO 2 + Bi(NO 3) 3 + 3NO (70-110˚C)
Potvrda: V industrija - oksidacija NO atmosferskim kiseonikom, in laboratorije– interakcija koncentrirane dušične kiseline sa redukcijskim agensima:
6HNO 3 (konc., hor.) + S = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
5HNO 3 (konc., hor.) + P (crveno) = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
2HNO 3 (konc., hor.) + SO 2 = H 2 SO 4 + 2 NO 2

Dianitrogen oksidN 2 O

Bezbojni gas prijatnog mirisa („gas za smejanje“), N꞊N꞊O, formalno oksidaciono stanje azota +1, slabo rastvorljiv u vodi. Podržava sagorevanje grafita i magnezijuma:

2N 2 O + C = CO 2 + 2N 2 (450˚C)
N 2 O + Mg = N 2 + MgO (500˚C)
Dobija se termičkom razgradnjom amonijum nitrata:
NH 4 NO 3 = N 2 O + 2 H 2 O (195-245˚C)
koristi se u medicini kao anestetik.

Dianitrogen trioksidN 2 O 3

Na niskim temperaturama – plava tečnost, ON꞊NO 2, formalno oksidaciono stanje azota +3. Na 20 ˚C razlaže se 90% u mješavinu bezbojnog NO i smeđeg NO 2 („dušišni plinovi“, industrijski dim – „lisičji rep“). N 2 O 3 je kiseli oksid, na hladnom sa vodom stvara HNO 2, kada se zagrije drugačije reaguje:
3N 2 O 3 + H 2 O = 2HNO 3 + 4NO
Sa alkalijama daje soli HNO 2, na primjer NaNO 2.
Dobija se reakcijom NO sa O 2 (4NO + 3O 2 = 2N 2 O 3) ili sa NO 2 (NO 2 + NO = N 2 O 3)
sa jakim hlađenjem. “Azotni plinovi” su također opasni za okoliš i djeluju kao katalizatori za uništavanje ozonskog omotača atmosfere.

Dianitrogen pentoksid N 2 O 5

Bezbojna, čvrsta supstanca, O 2 N – O – NO 2, oksidaciono stanje azota je +5. Na sobnoj temperaturi se razlaže na NO 2 i O 2 za 10 sati. Reaguje sa vodom i alkalijama kao kiseli oksid:
N2O5 + H2O = 2HNO3
N 2 O 5 + 2NaOH = 2NaNO 3 + H 2
Pripremljen dehidracijom dimeće dušične kiseline:
2HNO3 + P2O5 = N2O5 + 2HPO3
ili oksidacija NO 2 ozonom na -78˚C:
2NO 2 + O 3 = N 2 O 5 + O 2

Nitriti i nitrati

Kalijum nitritKNO 2 . Bijela, higroskopna. Topi se bez raspadanja. Stabilan na suvom vazduhu. Vrlo rastvorljiv u vodi (formirajući bezbojni rastvor), hidrolizira na anjonu. Tipično oksidaciono i redukciono sredstvo u kiseloj sredini, veoma sporo reaguje u alkalnoj sredini. Ulazi u reakcije jonske izmjene. Kvalitativne reakcije na jonu NO 2 - promjena boje ljubičaste otopine MnO 4 i pojava crnog taloga pri dodavanju jona I. Koristi se u proizvodnji boja, kao analitički reagens za aminokiseline i jodide, te sastavni dio fotografskih reagensa .
jednadžba najvažnijih reakcija:
2KNO 2 (t) + 2HNO 3 (konc.) = NO 2 + NO + H 2 O + 2KNO 3
2KNO 2 (dil.)+ O 2 (npr.) → 2KNO 3 (60-80 ˚C)
KNO 2 + H 2 O + Br 2 = KNO 3 + 2HBr
5NO 2 - + 6H + + 2MnO 4 - (viol.) = 5NO 3 - + 2Mn 2+ (bts.) + 3H 2 O
3 NO 2 - + 8H + + CrO 7 2- = 3NO 3 - + 2Cr 3+ + 4H 2 O
NO 2 - (zasićeni) + NH 4 + (zasićeni) = N 2 + 2H 2 O
2NO 2 - + 4H + + 2I - (bts.) = 2NO + I 2 (crna) ↓ = 2H 2 O
NO 2 - (razrijeđeno) + Ag + = AgNO 2 (svijetložuto)↓
Potvrda Vindustrija– smanjenje kalijum nitrata u procesima:
KNO3 + Pb = KNO 2+ PbO (350-400˚C)
KNO 3 (konc.) + Pb (spužva) + H 2 O = KNO 2+ Pb(OH) 2 ↓
3 KNO3 + CaO + SO2 = 2 KNO 2+ CaSO 4 (300 ˚C)

H irate kalijum KNO 3
Tehnički naziv potaša, ili Indijanac sol , salitra. Bijela, topi se bez raspadanja i raspada se daljnjim zagrijavanjem. Stabilan na vazduhu. Visoko rastvorljiv u vodi (sa visokim endo-efekat, = -36 kJ), nema hidrolize. Jak oksidant tokom fuzije (zbog oslobađanja atomskog kiseonika). U rastvoru se redukuje samo atomskim vodonikom (u kiseloj sredini u KNO 2, u alkalnoj u NH 3). Koristi se u proizvodnji stakla, kao konzervans za hranu, sastavni dio pirotehničkih smjesa i mineralnih đubriva.

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2 (400-500 ˚C)

KNO 3 + 2H 0 (Zn, dil. HCl) = KNO 2 + H 2 O

KNO 3 + 8H 0 (Al, konc. KOH) = NH 3 + 2H 2 O + KOH (80 ˚C)

KNO 3 + NH 4 Cl = N 2 O + 2H 2 O + KCl (230-300 ˚C)

2 KNO 3 + 3C (grafit) + S = N 2 + 3CO 2 + K 2 S (sagorevanje)

KNO 3 + Pb = KNO 2 + PbO (350 - 400 ˚C)

KNO 3 + 2KOH + MnO 2 = K 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O (350 - 400 ˚C)

Potvrda: u industriji
4KOH (hor.) + 4NO 2 + O 2 = 4KNO 3 + 2H 2 O

iu laboratoriji:
KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓

Pojedinačna karakteristika organske supstance je njen IR spektar.

Treba napomenuti da čak i istraživač početnik često može samo izvući zaključak iz IR i UV spektroskopije da supstanca pripada određenoj klasi hemijskih jedinjenja, bez provođenja mukotrpnih hemijskih reakcija. Problem se u većini slučajeva rješava izuzetno jednostavno korištenjem PMR spektroskopije.

Identifikacija jedinjenja se vrši utvrđivanjem identiteta konstanti (Tm, Tbp, Rf,nD itd.) i jedinjenje koje se utvrđuje i njegovi derivati ​​sa konstantama poznatih supstanci datim u tabeli derivata za identifikaciju. Studija se provodi sljedećim redoslijedom.

Proučavaju se fizička svojstva jedinjenja: agregatno stanje, boja, miris, tačke ključanja i topljenja, rastvorljivost i odnos prema kalcinaciji. Koristeći ove podatke, ponekad je moguće odmah odrediti klasu spojeva kojoj analizirana tvar pripada, značajno smanjujući broj narednih operacija.

Određuje se kvalitativni sastav, odnosno uzimaju se uzorci na prisustvo ugljika, vodonika, dušika, halogena i sumpora. U nedostatku jednog ili drugog od navedenih elemenata moguće je ne napraviti kvalitativne reakcije na funkcionalne grupe koje ih sadrže. (Poznavanje kvantitativnog elementarnog sastava supstance je od velike koristi u identifikaciji jedinjenja. Međutim, kvantitativna elementarna analiza se može izvesti samo u posebno opremljenoj laboratoriji ili na automatskim instrumentima - C-, H-, N-analizatorima.)

Otkrivaju se pojedinačne funkcionalne grupe i utvrđuje se klasa analita.

Supstanca se pretvara u jedan ili dva derivata koji su najkarakterističniji za datu klasu, koristeći konstante iz kojih se izvodi zaključak o tačnoj strukturi supstance (identifikacija).

Potvrdite strukturu jedinjenja uzimanjem ili dobijanjem UV, IR i PMR spektra supstance od nastavnika.

1.Preliminarna studija supstance

Studija počinje opisom vanjskih svojstava tvari: stanje agregacije, boja, miris. Ako je tvar čvrsta, onda zapišite šta je - kristalno (igle, ploče, prizme itd.), mikrokristalno, amorfno. Obratite pažnju da li je ova supstanca homogena ili ne. Zabilježite njegovu boju. Obojena jedinjenja uključuju kinone, neke α-dikotone, azo-, nitrozo-, nitro derivate, neke polihalogene derivate i jedinjenja sa velikim brojem konjugovanih veza. Primećuje se da li se boja zadržava tokom rekristalizacije i destilacije, odnosno da li je inherentna supstanci ili je posledica nečistoća. Za kristalne supstance određuje se tačka topljenja, a za tečne supstance određuje se tačka ključanja i indeks prelamanja svetlosti.

Zapišite konstante supstance; boja i miris čiste supstance. Mnoga organska jedinjenja imaju specifičan miris, po kojem se vešto može utvrditi kojoj klasi pripadaju (eteri, fenoli, nitrojedinjenja, amini itd.).

Kalcinacija. Stavite 0,1 ml (0,1 g) supstance na poklopac lončića (čvrsto na vrhu lopatice). Pažljivo ga unesite u gornji ili bočni dio bezbojnog plamena gorionika, postepeno pomičući poklopac u topliji dio plamena. Pažljivo promatrajte promjene koje se dešavaju u tvari. Zabilježite prirodu topljenja (da li se supstanca raspada) i sagorijevanja (brzo, s bljeskom, sporo), boju plamena i miris. Ako tvar gori prigušenim plamenom (gotovo plavim), to ukazuje na prisutnost funkcionalnih grupa koje sadrže kisik u njoj. Žuti užareni (dimeći) plamen je karakterističan za spojeve bogate ugljikom (aromatični i acetilenski ugljovodonici).

Određivanje rastvorljivosti. Na osnovu rastvorljivosti neke supstance u različitim rastvaračima može se izvesti zaključak o prisustvu određenih funkcionalnih grupa u supstanci. Osim toga, određivanje rastvorljivosti vam omogućava da odaberete odgovarajuće otapalo za rekristalizaciju supstance (slično se otapa u sličnom). Preporučljivo je proučavati rastvorljivost u sledećim rastvaračima: voda, 6% rastvori natrijum hidroksida, natrijum bikarbonat, hlorovodonična kiselina; koncentrovana sumporna kiselina, etil alkohol, benzol, petrolej etar, sirćetna kiselina. Dodajte jednu kap tečnosti ili 0,01 g čvrstog jedinjenja i kap po kap -0,2 ml (10 kapi) rastvarača u epruvetu. Nakon svake dodane porcije rastvarača, epruveta se protrese. Ako je jedinjenje potpuno rastvorljivo, evidentira se kao rastvorljivo. Ako je tvar slabo rastvorljiva ili se ne otapa na sobnoj temperaturi, zagrijte smjesu do ključanja. U slučaju loše rastvorljivosti u neorganskim rastvaračima, neotopljena supstanca se odvaja, a rastvor se neutrališe i posmatra da li se iz njega oslobađa originalno jedinjenje. Zamućenost neutralizovanog filtrata ukazuje na svojstva supstanci: kiselo ako je rastvarač alkalna ili soda; bazično - kiselo otapalo. Prilikom dodavanja tvari u otopinu hidrogenkarbonata, morate obratiti pažnju na to da li se oslobađa ugljični monoksid (IV).

2. Kvalitativna analiza

Dušik, sumpor, halogen se mogu detektovati u jednom delu supstance spajanjem sa natrijumom (ako je supstanca tečna, prvo proverite da nije kiselina, inače je moguća eksplozija):

CnHmHalNS → NaHal + NaCN + Na2S

Nakon rastvaranja legure provode se kvalitativne reakcije na sljedećim jonima: Hal-, S2-, CN-. ~0,1 g supstance se stavi u epruvetu. Pričvrstite epruvetu u stalak pod uglom u odvodu. Dodajte mu mali komad (oko četvrtine graška) pročišćenog natrijuma. Pažljivo zagrijte do tamnocrvene topline i brzo spustite epruvetu u čašu sa 5 ml destilovane vode ~Budite oprezni, nosite naočare! ~ Otopina se filtrira iz staklenih fragmenata i sipa u nekoliko epruveta u odvojene porcije od 1-1,5 ml. Svaka porcija se koristi za izvođenje kvalitativne reakcije (filtrat treba biti bezbojan). Belstein testovi se rade sa srebrnim nitratom za halogene, sa olovnim acetatom za sumpor i azot.↓

Kvalitativne reakcije na halogene

Belstein test. Halogeni se mogu otkriti u ispitivanoj supstanci bez spajanja sa natrijem. Kraj bakrene žice savija se u malu petlju i kalcinira u plamenu plamenika dok ne nestane zelena boja plamena. Ostavite žicu da se ohladi, uronite je u ispitivanu tvar i ponovo zagrijte u plamenu plamenika. Zeleni plamen ukazuje na prisustvo halogena. Ova reakcija ima izuzetno visoku osjetljivost (nečistoće također mogu dati pozitivnu reakciju! Stoga njen pozitivan rezultat uvijek treba provjeriti reakcijom sa srebrovim nitratom):

AgNO3 + NaHal → AgHal + NaNO3

Filtrat dobiven nakon raspadanja ispitivane tvari fuzijom s natrijem zakiseli se dušičnom kiselinom do kisele reakcije i doda se vodeni rastvor srebrovog nitrata. Pojavljuje se sirasti talog srebrnog halogenida bijele (hlor), žućkaste (brom) i jarko žute (jod) boje.

Kvalitativna reakcija na dušik

FeSO4 + 2NaCN → Fe(CN)2 + Na2S04

Fe(CN)2 + 4NaCN → Na4Fe(CN)6

3Na4Fe(SN)6 + 2Fe2(SO4)Z → Fe4Z + 6Na2SO4

U filtrat se dodaje kristal željeznog sulfata ili 2 kapi svježe pripremljene otopine. Kuvajte jedan minut. Dodajte kap rastvora soli Fe3+. Zakiseliti hlorovodoničnom kiselinom (5-6 kapi). Ako je dušik prisutan u ispitivanoj tvari, pojavljuje se pruski plavi talog ili svijetlo plava boja.

Kvalitativna reakcija na sumpor

Na2S + 2HCl → H2S + 2NaCl (a)

Na2S + Pb(OCOC3)2 → PbS↓ + 2SN3SOONa (b)

Na2S + Na2 → Na4 (c)

Za detekciju S2- jona, jedan dio filtrata se zakiseli hlorovodoničnom kiselinom. Karakterističan miris sumporovodika ukazuje na prisustvo dvovalentnog sumpora (a). U drugoj epruveti filtrat se zakiseli sirćetnom kiselinom i dodaje se rastvor olovnog acetata. U prisustvu S2- nastaje crni talog PbS. U slučaju male količine sumpora, umjesto taloženja, otopina postaje smeđa (b). U treći dio filtrata dodajte nekoliko kapi razrijeđenog rastvora natrijum nitroprusida. Pojava plavo-ljubičaste boje tionitro kompleksa ukazuje na prisustvo sumpora (c).

3. Otvaranje funkcionalnih grupa

Na osnovu rezultata proučavanja fizičkih svojstava i kvalitativnog sastava jedinjenja, određena je približna moguća klasa analita. Zatim se prave kvalitativne reakcije za pretpostavljene funkcionalne grupe. Recimo da je utvrđeno: tvar je tečna, bezbojna, ne sadrži dušik, halogene i sumpor, dobro se otapa u vodi, ima neutralnu reakciju, ključa na 78°C. Pretpostavlja se da bi takva supstanca mogla biti alkohol, aldehid ili keton. Da pojasnimo, kvalitativne reakcije se vrše samo za grupe alkohola, aldehida i ketona. Treba uzeti male uzorke (0,1-0,15 g) supstance, zadržavajući najveći deo za dobijanje derivata i (deo kao rezervu) za konačne specifične reakcije na datu pojedinačnu supstancu.

Prije izvođenja bilo kakve reakcije s analitom, preporučljivo je provesti eksperiment s poznatim spojem ove klase. I tek nakon što savladate proceduru za izvođenje operacije i uvjerite se u dobar kvalitet reagensa, treba pristupiti uzorcima s analitom.

Višestruka veza

Reakcija sa bromom.

Velika većina jedinjenja koja sadrže višestruku vezu (dvostruku, trostruku ili njihove kombinacije, sa izuzetkom aromatskih sistema) lako dodaju brom:

Reakcija se obično izvodi u octenoj kiselini ili tetrakloridu ugljika. U otopinu od 0,1 g ili 0,1 ml supstance u 2-3 ml glacijalne octene kiseline, stavljene u malu epruvetu, dodajte kap potresajući 1% rastvor broma u glacijalnoj sirćetnoj kiselini. Ako postoji višestruka veza u tvari, otopina odmah postaje bezbojna.

U nekim slučajevima, spojevi koji sadrže vodonik, koji se lako zamjenjuje bromom (anilin, fenol, ketoni, neki tercijarni ugljovodonici), također obezboje otopinu broma. Međutim, pri tome se oslobađa bromovodik, koji se lako određuje pomoću vlažnog lakmus papira ili Konga:

O DETEKCIJI

Metode kvalitativne analize, koje ne zahtijevaju puno vremena, reagensa i analiziranog materijala za njihovo izvođenje, omogućavaju analitičaru da brzo i jednostavno procijeni granice sadržaja elementa koji se utvrđuje (u svrhu naknadnog izbora kvantitativne metode). za njegovo određivanje), a u nekim slučajevima i dobiti informacije o oblicima njegovog pojavljivanja u uzorku koji se proučava.

Detaljne informacije o kvalitativnim metodama za detekciju neorganskih azotnih jedinjenja mogu se naći u brojnim priručnicima. Metode detekcije azota u organskim materijalima (organska kvalitativna analiza) su detaljno opisane u knjizi. Također opisuje metode za pretvaranje ukupnog dušika u lako mjerljive oblike. Rad je posvećen sistematskoj mikroidentifikaciji organskih jedinjenja, uključujući metode za brzo otkrivanje azota pomoću Weiss prstenaste kupke (zajedno sa drugim važnim heteroatomima). Minimum otvaranja dušika je 0,01-1 mcg. U radu je opisana kvalitativna elementarna analiza organskih supstanci bez njihove preliminarne mineralizacije. Rad je posvećen ultramikrokascilarnoj metodi za otkrivanje dušika u organskim tvarima.

Za kvalitativnu detekciju iona koji sadrže dušik koriste se njihova specifična hemijska i fizička svojstva: reakcije u boji u epruvetama, reakcije kapanja, uključujući i na papiru, mikrokristalskopske reakcije, sorpcija na AlO3, elektroforeza na papiru, IR spektroskopija, fluorescencija, katalitičke metode , itd. d.

Ispod je kratak opis najčešćih metoda za otkrivanje amonijevih, nitratnih, nitritnih, tiocijanatnih i cijanidnih jona.

Kaustične lužine (NaOH, KOH) pri zagrijavanju oslobađaju plinoviti amonijak iz otopina amonijumovih soli, što se otkriva mirisom pomoću lakmusa ili fenolftaleinskog papira.

Nesslerov reagens, koji je mješavina kompleksne soli K2 sa KOH, formira karakterističan crveno-smeđi talog sa rastvorima amonijumovih soli (ili, u vrlo malim količinama, žute boje). Osetljivost reakcije je 0,0003 mg u kapi od 0,002 ml. Interferiraju joni elemenata Ag, Hg(II), Pb i S2- jona.

Nitritni joni

Kiselina razlaže sve nitrite u gasoviti NO2, obojen u smeđu boju.

Kalijum jodid u prisustvu H2S04 oksidira se nitritima u slobodni Ja (takođe deluju i drugi oksidanti: MnO4, CrOG, As04~).

Rastvor benzidina sirćetne kiseline u prisustvu NOj jona formira žuto obojeno jedinjenje.

Sulfanilna kiselina i a-naftilamin (Griess-Idosvay reagens) u mediju octene kiseline formiraju obojenu azo boju s ionima nitrita.

Predložena je mikrokristaloskopska reakcija za detekciju nitritnih jona: zrno ispitivane supstance dodaje se kapi rastvora koji sadrži kalijum, olovo i bakar(II) acetat i zakiseljeni CH3COOH. Ističu se crni K2Pb kristali. Ova metoda vam omogućava da otvorite do 0,75 mg NOa - Granično razrjeđenje 1: 1500. Prisustvo jona NO3 ne ometa reakciju.

Reakcija formiranja K3. Kada se ispitni rastvor pomeša sa rastvorima Co(N03)2, razblažene sirćetne kiseline i KC1 u prisustvu NO2, pojavljuje se žuti kristalni talog.

Kalijum permanganat postaje bezbojan u kiseloj sredini kada se zagreva u prisustvu nitratnih jona kao rezultat redukcije mangana u MPa+.

o-aminoanilid benzensulfonske kiseline (rastvor sumporne kiseline) u kiseloj sredini precipitira NO2 ione.

Nitratni joni

Reakcije oksidacije-redukcije se uglavnom koriste za otvaranje nitratnih jona.

Reakcija sa bakrom i sumpornom kiselinom pri zagrevanju dovodi do oslobađanja smeđeg gasa NO2.

Reakcija sa FeS04 u prisustvu koncentrovanog HjS04 dovodi do stvaranja smeđeg prstena u epruveti kao rezultat formiranja kompleksnog jedinjenja lFe(N03)]S04. Joni J-, Br~, oksidirajući anjoni, SCN- interferiraju.

2 V. F. Volynets, M. P. Volynets

Reakcija redukcije na amonijak u prisustvu koncentrisanog alkalnog rastvora sa cinkovom prašinom, aluminijumskim prahom ili Devardovom legurom. NH3 se detektuje lakmusovim (plavim) ili fenolftaleinskim (crvenim) papirom. NHj", NOs, SCN", 2_ interferiraju. MnOj, SIO\~, N02 ometaju.

Reakcija redukcije NO3 u NO^ djelovanjem nitrata metala cinka u prisustvu CH3CO0H. Nadalje, NO^ se detektuje po njegovim karakterističnim reakcijama (vidi gore).

Reakcija sa difenilaminom (G,Hs)aNH. Stavite 4-5 kapi rastvora difenilamina u koncentrovanoj H2S04 na staklo sata. Dodajte malo otopine za analizu na vrh čiste staklene šipke i promiješajte. U prisustvu NO3 pojavljuje se intenzivna plava boja zbog oksidacije difenilamina nastalom dušičnom kiselinom. Oni interferiraju sa N0^. Cr04~, Mn04, 3_, Fe3+ i drugi oksidanti,

2.1.1. Kvalitativne reakcije na sulfidni anion S 2-. Od sulfida su rastvorljivi samo sulfidi alkalnih metala i amonijaka. Nerastvorljivi sulfidi imaju specifičnu boju, po kojoj se može identificirati jedan ili drugi sulfid.
Boja:
MnS - meso (ružičasto).
ZnS - bijela.
PbS - crna.
Ag 2 S - crna.
CdS - limun žuta.
SnS - čokolada.
HgS (metacinabar) - crna.
HgS (cinober) - crvena.
Sb 2 S 3 - narandžasta.
Bi 2 S 3 - crna.
Neki sulfidi, u interakciji s neoksidirajućim kiselinama, stvaraju otrovni plin, sumporovodik H 2 S, s neugodnim mirisom (pokvarena jaja):
Na 2 S + 2HBr = 2NaBr + H 2 S
S 2- + 2H + = H 2 S

A neki su otporni na razrijeđene otopine HCl, HBr, HI, H 2 SO 4, HCOOH, CH 3 COOH - na primjer CuS, Cu 2 S, Ag 2 S, HgS, PbS, CdS, Sb 2 S 3, SnS i neke druge. Ali oni se prenose u konc. dušična kiselina pri ključanju (Sb 2 S 3 i HgS se najtvrđe otapaju, a potonji će se mnogo brže otopiti u aqua regia):
CuS + 8HNO 3 =t= CuSO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O

Sulfidni anion se također može identificirati dodavanjem otopine sulfida u bromnu vodu:
S 2- + Br 2 = S↓ + 2Br -
Nastali sumpor se taloži.

2.1.2. Kvalitativna reakcija na sulfatni anion SO 4 2-. Sulfatni anion se obično taloži olovom ili barijevim kationom:
Pb 2+ + SO 4 2- = PbSO 4 ↓
Talog olovnog sulfata je bijele boje.

2.1.3. Kvalitativna reakcija na silikatni anion SiO 3 2-. Silikatni anion lako precipitira iz otopine u obliku staklaste mase kada se dodaju jake kiseline:
SiO 3 2- + 2H + = H 2 SiO 3 ↓ (SiO 2 * nH 2 O)

2.1.4. Kvalitativne reakcije na hlorid anion Cl -, bromid anion Br -, jodidni anion I - vidi paragraf “kvalitativne reakcije na kation srebra Ag+”.

2.1.5. Kvalitativna reakcija na sulfitni anion SO 3 2-. Kada se u otopinu dodaju jake kiseline, nastaje sumpor dioksid SO2 - plin oštrog mirisa (miris upaljene šibice):
SO 3 2- + 2H + = SO 2 + H 2 O

2.1.6. Kvalitativna reakcija na karbonatni anion CO 3 2-. Kada se u karbonatnu otopinu dodaju jake kiseline, nastaje ugljični dioksid CO 2 koji gasi zapaljeni komadić:
CO 3 2- + 2H + = CO 2 + H 2 O

2.1.7. Kvalitativna reakcija na tiosulfatni anion S 2 O 3 2-. Kada se rastvor sumporne ili hlorovodonične kiseline doda rastvoru tiosulfata, nastaje sumpor-dioksid SO2 i taloži se elementarni sumpor S:
S 2 O 3 2- + 2H + = S↓ + SO 2 + H2O

2.1.8. Kvalitativna reakcija na hromat anion CrO 4 2-. Kada se otopina barijevih soli doda otopini hromata, taloži se žuti talog barijevog hromata BaCrO 4 koji se raspada u jako kiseloj sredini:
Ba 2+ + CrO 4 2- = BaCrO 4 ↓
Rastvori hroma su obojeni žuto. Kada se rastvor zakiseli, boja se menja u narandžastu, što odgovara dikromat anionu Cr 2 O 7 2-:
2CrO 4 2- + 2H + = Cr 2 O 7 2- + H 2 O
Osim toga, hromati su oksidacijski agensi u alkalnim i neutralnim sredinama (oksidacijske sposobnosti su lošije od dikromata):
S 2- + CrO 4 2- + H 2 O = S + Cr(OH) 3 + OH -

2.1.9. Kvalitativna reakcija na dihromat anion Cr 2 O 7 2-. Kada se rastvor soli srebra doda u rastvor dihromata, formira se narandžasti talog Ag 2 Cr 2 O 7:
2Ag + + Cr 2 O 7 2- = Ag 2 Cr 2 O 7 ↓
Rastvori dihromata su narandžaste boje. Kada se otopina alkalizira, boja se mijenja u žutu, što odgovara kromatnom anionu CrO 4 2-:
Cr 2 O 7 2- + 2OH - = 2CrO 4 2- + H 2 O
Osim toga, dihromati su jaki oksidanti u kiseloj sredini. Kada se bilo koje redukcijsko sredstvo doda u zakiseljenu otopinu dihromata, boja otopine će se promijeniti iz narančaste u zelenu, što odgovara kationu hroma (III) Cr 3+ (bromid anion kao redukcijski agens):
6Br - + Cr 2 O 7 2- + 14H + = 3Br 2 + 2Cr 3+ + 7H 2 O
Spektakularna kvalitativna reakcija na heksavalentni krom je tamnoplava boja otopine kada se konc. vodikov peroksid u eteru. Nastaje krom peroksid sastava CrO 5.

2.2.0. Kvalitativna reakcija na permanganat anion MnO 4 -. Anion permanganata "odaje" tamno ljubičastu boju otopine. Osim toga, permanganati su najjači oksidanti; u kiseloj sredini reduciraju se na Mn 2+ (ljubičasta boja nestaje), u neutralnoj - na Mn +4 (boja nestaje, smeđi talog mangan dioksida MnO 2 taloži) iu alkalnom okruženju - do MnO 4 2- (boja otopine se mijenja u tamnozelenu):
5SO 3 2- + 2MnO 4 - + 6H + = 5SO 4 2- + 2Mn 2+ + 3H 2 O
3SO 3 2- + 2MnO 4 - + H 2 O = 3SO 4 2- + 2MnO 2 ↓ + 2OH -
SO 3 2- + 2MnO 4 - + 2OH - = SO 4 2- + 2MnO 4 2- + H 2 O

2.2.1. Kvalitativna reakcija na anjon manganata MnO 4 2-. Kada se otopina manganata zakiseli, tamnozelena boja mijenja se u tamnoljubičastu, što odgovara permanganatnom anionu MnO 4 -:
3K 2 MnO 4 (r.) + 4HCl (razd.) = MnO 2 ↓ + 2KMnO 4 + 4KCl + 2H 2 O

2.2.2. Kvalitativna reakcija na fosfatni anion PO 4 3-. Kada se otopina soli srebra doda otopini fosfata, taloži se žućkasti talog srebrovog (I) fosfata Ag 3 PO 4:
3Ag + + PO 4 3- = Ag 3 PO 4 ↓
Reakcija na dihidrogen fosfat anion H 2 PO 4 - je slična.

2.2.3. Kvalitativna reakcija na feratni anion FeO 4 2-. Taloženje crvenog barijum ferata iz otopine (reakcija se provodi u alkalnom okruženju):
Ba 2+ + FeO 4 2- =OH - = BaFeO 4 ↓
Ferati su najjači oksidanti (jači od permanganata). Stabilan u alkalnoj sredini, nestabilan u kiseloj sredini:
4FeO 4 2- + 20H + = 4Fe 3+ + 3O 2 + 10H 2 O

2.2.4. Kvalitativna reakcija na nitratni anion NO 3 -. Nitrati u rastvoru ne pokazuju oksidaciona svojstva. Ali kada se otopina zakiseli, oni mogu oksidirati, na primjer, bakar (otopina se obično zakiseli razrijeđenim H 2 SO 4):
3Cu + 2NO 3 - + 8H + = 3Cu 2+ + 2NO + 4H 2 O

2.2.5. Kvalitativna reakcija na heksacijanoferat (II) i (III) jone 4- i 3-. Prilikom dodavanja otopina koje sadrže Fe 2+ nastaje tamnoplavi talog (Turnboole plava, pruska plava):
K 3 + FeCl 2 = KFe + 2KCl (u ovom slučaju talog se sastoji od mješavine KFe(II), KFe(III), Fe 3 2, Fe 4 3).

2.2.6. Kvalitativna reakcija na anion arsenata AsO 4 3-. Formiranje u vodi nerastvorljivog srebrnog (I) arsenata Ag 3 AsO 4, koji ima „cafe au lait“ boju:
3Ag + + AsO 4 3- = Ag 3 AsO 4 ↓
Ovdje su glavne kvalitativne reakcije na anione. Zatim ćemo pogledati kvalitativne reakcije na jednostavne i složene tvari.

3. Kvalitativne reakcije na jednostavne i složene supstance. Neke jednostavne i složene supstance, poput jona, detektuju se kvalitativnim reakcijama. U nastavku ću opisati kvalitativne reakcije na neke supstance.

3.1.1. Kvalitativna reakcija na vodonik H2. Lavež kada donesete zapaljeni iver do izvora vodonika.

3.1.2. Kvalitativna reakcija na dušik N2. Gašenje zapaljenog krhotina u atmosferi azota. Kada se Ca(OH) 2 prenese u rastvor, ne stvara se talog.

3.1.3. Kvalitativna reakcija na kiseonik O2. Sjajno paljenje tinjajuće krhotine u atmosferi kiseonika.

3.1.4. Kvalitativna reakcija na ozon O3. Interakcija ozona s otopinom jodida sa precipitacijom kristalnog joda I 2 u talog:
2KI + O 3 + H 2 O = 2KOH + I 2 ↓ + O 2
Za razliku od ozona, kisik u ovoj reakciji Ne ulazi.

3.1.5. Kvalitativna reakcija na hlor Cl 2.Hlor je žuto-zeleni gas veoma neprijatnog mirisa. interakcija nedostatka hlora sa rastvorima jodida, elementarni jod I 2 taloži:
2KI + Cl 2 = 2KCl + I 2 ↓
Višak hlora će dovesti do oksidacije nastalog joda:
I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 + 10HCl

3.1.6. Kvalitativne reakcije na amonijak NH 3. Napomena: ove reakcije nisu date u školskom kursu. Međutim, ovo su najpouzdanije kvalitativne reakcije na amonijak.
Pocrnjenje komada papira namočenog u rastvor živine soli (I) Hg 2 +:
Hg 2 Cl 2 + 2NH 3 = Hg(NH 2)Cl + Hg + NH 4 Cl
Papir postaje crn zbog oslobađanja fine žive.

Interakcija amonijaka sa alkalnim rastvorom kalijum tetrajodomerkurata (II) K 2 (Nesslerov reagens) :
2K2 + NH3 + 3KOH = I · H 2 O↓ + 7KI + 2H 2 O
Kompleks I · H 2 O je smeđe boje (boja rđe) i taloži se.
Zadnje dvije reakcije su najpouzdanije za amonijak.

Reakcija amonijaka sa klorovodikom ("dim" bez vatre):
NH 3 + HCl = NH 4 Cl

3.1.7. Kvalitativna reakcija na fosgen (ugljen-hlorid, karbonil-hlorid) COCl 2. Emisija bijelog "dima" iz komada papira natopljenog otopinom amonijaka:
COCl 2 + 4NH 3 = (NH 2) 2 CO + 2NH 4 Cl

3.1.8. Kvalitativna reakcija na ugljični monoksid (ugljični monoksid) CO. Zamućenje otopine kada se ugljični monoksid prepusti u otopinu paladij (II) hlorida:
PdCl 2 + CO + H 2 O = CO 2 + 2HCl + Pd↓

3.1.9. Kvalitativna reakcija na ugljični dioksid (ugljični dioksid) CO 2. Gašenje tinjajuće krhotine u atmosferi ugljičnog dioksida.
Propuštanje ugljičnog dioksida u otopinu gašenog vapna Ca(OH) 2:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
Daljnji prolazak će dovesti do rastvaranja taloga:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

3.2.1. Kvalitativna reakcija na dušikov oksid (II) NO. Dušikov oksid (II) je vrlo osjetljiv na atmosferski kisik, stoga postaje smeđi na zraku, oksidirajući u dušikov oksid (IV) NO 2:
2NO + O 2 = 2NO 2