Что такое катионы и анионы?

Справочные таблицы, в которых дана сероводородная аналитическая классификация анионов 1-3 групп, качественные реакции и групповые реагенты, а также аналитические сигналы на анионы.

Данная аналитическая классификация анионов основана на растворимости солей бария Ba2+ и серебра Ag+, и включает в себя 3 аналитические группы анионов.

Таблица аналитическая классификация анионов

№ группы	Анионы, относящиеся к данной группе	Растворимость солей	Групповой реагент
I	SO42-, CO32-, SiO32-, PO43-	Соли бария, нерастворимые в воде	Хлорид бария в нейтральной среде
II	Cl-, Br-, I-	Соли серебра, нерастворимые ни в воде, ни в разбавленной азотной кислоте	Нитрат серебра в присутствии азотной кислоты
III	NO3- ,   NO2-	Соли бария и серебра, растворимые в воде	Нет

Таблица аналитические сигналы на анионы первой группы

№	Реагенты	Анионы
SO42-	CO32-	SiO32-	PO43-
1	BaCl2 в нейтральной среде	ВаSO4 молочнобелый осадок, нерастворимый в кислотах	ВaCO3 белый осадок	ВaSiO3 белый осадок аморфный	ВaHPO4 белый осадок
2	AgNO3 в нейтральной среде	—	Ag2CO3 белый осадок	Ag2SiO3    желтый осадок	Ag3PO4 желтый осадок
3	Кислоты HCl и HNO3	—	Выделение углекислого газа CO2	белый студенистый Н2SiO3	—
4	Хлорид аммония NH4Cl при нагревании	—	—	белый студенистый Н2SiO3	—
5	молибденовая жидкость при кипячении	—	—	желтое окрашивание	желтый крист.осадок фосфомолибдата аммония

Таблица аналитические сигналы на анионы второй группы

№	Реагенты	Анионы
Cl-	Br-	I-
1.	AgNO3 в присутствии HNO3	AgCl белый творожистый растворим в избытке NH4ОН	AgBr желто-белый, частично растворим в избытке NH4ОН, хорошо растворим  в Na2S2O3	AgI светложелтый, растворим  в Na2S2O3 и в большом иодида калия
2.	Хлорная вода в кислой среде	—	Свободный бром, окрашивает бензол-толуол в желто-оранжевый цвет	Свободный иод, окрашивает бензол-толуол в малиново-фиолетовый цвет
3.	диоксид марганца MnO2 в кислой среде	Свободный хлор, практически не окрашивает бензол-толуол	Свободный бром, окрашивает бензол-толуол в желто-оранжевый цвет	Свободный иод, окрашивает бензол-толуол в малиново-фиолетовый цвет

Таблица аналитические сигналы на анионы третьей группы

№	Реагенты	Анионы
NO3-	NO2-
1.	металлический алюминий или цинк (Al,Zn) в щелочной среде	выделяется аммиак NH3	—
2.	металлическая медь (Cu)	выделяются буро-желтые пары диоксида азота (NO2)	—
3.	дифениламин	раствор окрашивается в синий цвет	раствор окрашивается в синий цвет
4.	сильные кислоты (HCl, H2SO4)	—	выделяются желто- бурые пары окислов азота
5.	перманганат калия(KMnO4)	—	раствор перманганата калия обесцвечивается

Таблица аналитическая классификация анионов на окислительно-восстановительных свойствах

Эта аналитическая классификация анионов основана на их окислительно-восстановительных свойствах. Она также включает три аналитические группы анионов.

№ группы	Анионы	Групповой реагент	Результат действия реагента
1. Анионы-окислители	BrO3-, AsO43-, NO3-, NO2-	KI в сернокислой среде	Выделение иода I2
2. Анионы-восстановители	S2-, SO32-, S2O32-, AsO33-	I2
S2-, SO32-, S2O32-, AsO33-, NO2-, C2O42-, Cl-, Br-, I-, CN-, NCS-	KMnO4 в сернокислой среде	Обесцвечивание раствора KMnO4
3. Индифферентные анионы	SO42-, CO32-, PO43-, CH3COO-, B4O72- (BO2-)	Нет реагента	—

Качественные реакции на неорганические вещества и ионы

Представим себе такую ситуацию: Вы работаете в лаборатории и решили провести какой-либо эксперимент. Для этого вы открыли шкаф с реактивами и неожиданно увидели на одной из полок следующую картину. У двух баночек с реактивами отклеились этикетки, которые благополучно  остались лежать неподалеку.

При этом установить точно какой банке соответствует какая этикетка уже невозможно, а внешние признаки веществ, по которым их можно было бы различить, одинаковы.

• В таком случае проблема может быть решена с использованием, так называемых, качественных реакций.
• Качественными реакциями называют такие реакции, которые позволяют отличить одни вещества от других, а также узнать качественный состав неизвестных веществ.
• Например, известно, что катионы некоторых металлов при внесении их солей в пламя горелки окрашивают его в определенный цвет:

Данный метод  может сработать только в том случае, если различаемые вещества по разному меняют цвет пламени, или же одно из них не меняет цвет вовсе.

Но, допустим, как назло, вам определяемые вещества цвет пламени не окрашивают, или окрашивают его в один и тот же цвет. В этих случаях придется отличать вещества с применением других реагентов. В каком случае мы можем отличить одно вещество от другого с помощью какого-либо реагента?

Возможны два варианта:

• Одно вещество реагирует с добавленным реагентом, а второе нет. При этом обязательно, должно быть ясно видно, что реакция одного из исходных веществ с добавленным реагентом действительно прошла, то есть наблюдается какой-либо ее внешний признак — выпадал осадок, выделился газ, произошло изменение цвета и т.п.

Например, нельзя отличить воду от раствора гидроксида натрия с помощью соляной кислоты, не смотря на то, что щелочи с кислотами прекрасно реагируют: NaOH + HCl = NaCl + H2O

• Связано это с отсутствием каких-либо внешних признаков реакции. Прозрачный бесцветный раствор соляной кислоты при смешении с бесцветным раствором гидроксида образует такой же прозрачный раствор.

Но зато, можно воду от водного раствора щелочи можно различить, например, с помощью раствора хлорида магния – в данной реакции выпадает белый осадок: 2NaOH + MgCl2 = Mg(OH)2 ↓+ 2NaCl

• также вещества можно отличить друг от друга, если они оба реагируют с добавляемым реагентом, но делают это по-разному.

Например, различить раствор карбоната натрия от раствора нитрата серебра  можно с помощью раствора соляной кислоты.

• с карбонатом натрия соляная кислота реагирует с выделением бесцветного газа без запаха — углекислого газа (СО2): 2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2↑
• а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl HCl + AgNO3 =  HNO3 + AgCl↓

Качественные реакции на катионы

Катион	Реактив	Признак реакции
Ba2+	SO42-	Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ba2+ + SO42- = BaSO4↓
Cu2+	OH− S2-	Выпадение осадка голубого цвета: Cu2+ + 2OH− = Cu(OH)2↓ Выпадение осадка черного цвета: Cu2+ + S2- = CuS↓
Pb2+	S2-	Выпадение осадка черного цвета: Pb2+ + S2- = PbS↓
Ag+	Cl−	Выпадение белого осадка, не растворимого в HNO3, но растворимого в аммиаке NH3·H2O: Ag+ + Cl− → AgCl↓
Fe2+	OH− Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K3[Fe(CN)6]	Выпадение белого осадка, зеленеющего на воздухе: Fe2+ + 2OH− = Fe(OH)2↓ Выпадение синего осадка (турнбулева синь): K+ + Fe2+ + [Fe(CN)6]3- = KFe[Fe(CN)6]↓
Fe3+	OH− Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K4[Fe(CN)6] Роданид-ион SCN−	Выпадение осадка бурого цвета: Fe3+ + 3OH− = Fe(OH)3↓ Выпадение синего осадка (берлинская лазурь): K+ + Fe3+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6]↓ Появление интенсивно-красного (кроваво-красного) окрашивания: Fe3+ + 3SCN− = Fe(SCN)3
Al3+	Щелочь (амфотерные свойства гидроксида)	Выпадение белого осадка гидроксида алюминия при приливании небольшого количества щелочи: OH− + Al3+ = Al(OH)3 и его растворение при дальнейшем приливании: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
NH4+	OH−, нагрев	Выделение газа с резким запахом: NH4+ + OH− = NH3↑ + H2O Посинение влажной лакмусовой бумажки
H+ (кислая среда)	Индикаторы: лакмус метиловый оранжевый	Красное окрашивание

Качественные реакции на анионы

Анион	Воздействие или реактив	Признак реакции. Уравнение реакции
SO42-	Ba2+	Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ba2+ + SO42- = BaSO4↓
NO3−	Добавить H2SO4 (конц.) и Cu, нагреть Смесь H2SO4 + FeSO4	Образование раствора синего цвета, содержащего ионы Cu2+, выделение газа бурого цвета (NO2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) [Fe(H2O)5NO]2+. Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция «бурого кольца»)
PO43-	Ag+	Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде: ­3Ag+ + PO43- = Ag3PO4↓
CrO42-	Ba2+	Выпадение желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCl: Ba2+ + CrO42- = BaCrO4↓
S2-	Pb2+	Выпадение черного осадка: Pb2+ + S2- = PbS↓
CO32-	Ca2+ H+	Выпадение белого осадка, растворимого в кислотах: Ca2+ + CO32- = CaCO3↓ Выделение бесцветного газа («вскипание»), вызывающее помутнение известковой воды: CO32- + 2H+ = CO2↑ + H2O Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
CO2	Известковая вода Ca(OH)2	Выпадение белого осадка и его растворение при дальнейшем пропускании CO2: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
SO32-	H+	Выделение газа SO2 с характерным резким запахом (SO2): 2H+ + SO32- = H2O + SO2↑
F−	Ca2+	Выпадение белого осадка: Ca2+ + 2F− = CaF2↓
Cl−	Ag+	Выпадение белого творожистого осадка, не растворимого в HNO3, но растворимого в NH3·H2O(конц.): Ag+ + Cl− = AgCl↓ AgCl + 2(NH3·H2O) = [Ag(NH3)+ + Cl− + 2H2O
Br−	Ag+	Выпадение светло-желтого осадка, не растворимого в HNO3: Ag+ + Br− = AgBr↓ (осадок темнеет на свету)
I−	Ag+	Выпадение желтого осадка, не растворимого в HNO3 и NH3·H2O(конц.): Ag+ + I− = AgI↓ (осадок темнеет на свету)
OH− (щелочная среда)	Индикаторы: лакмус фенолфталеин	синее окрашивание малиновое окрашивание

Таблица растворимости

Растворимостью называется способность одного или нескольких веществ вступать в реакцию с другими веществами таким образом, чтобы в результате получалась однородная система. При этом оба вещества распадаются на молекулы, атомы или ионы.

Наравне с таблицей периодической системы Д. И. Менделеева, таблица растворимости является основным теоретическим пособием при изучении химии. Не все вещества взаимодействуют между собой одинаково.

Начинающие химики, учащиеся школ, колледжей и вузов не всегда могут запомнить степень растворимости в воде тех или иных веществ. Именно поэтому таблицу периодической системы Менделеева и таблицу растворимости можно увидеть в каждом кабинете или классе химии, каждой лаборатории.

То или иное сочетание веществ из таблицы может вступать в семь различных реакций с водой:

• хорошо растворяется в воде,
• практически не растворяется в воде,
• растворяется в слабых и разбавленных кислотах и почти не растворяется в воде,
• растворяется только в сильных неорганических кислотах, не растворяясь при этом в воде,
• не растворяется ни в кислотах, ни в воде,
• не существует при контакте с водой, но полностью гидролизируется при растворении,
• вещество не существует.

Чаще всего таблица растворимости применяется при решении уравнений с участием ионных реакций. Реакция возможна только в том случае, если конечный продукт малорастворим или нерастворим вообще.

Условные обозначения в таблице растворимости:

Р	Вещество хорошо растворимо в воде
М	Малорастворимо
Н	Практически нерастворимо в воде, но легко растворяется в слабых или разбавленных кислотах
РК	Нерастворимо в воде и растворяется только в сильных неорганических кислотах
НК	нерастворимо ни в воде, ни в кислотах
Г	полностью гидролизуется при растворении и не существует в контакте с водой
–	вещество вообще не существует

Катионы	Анионы
OH–	F–	Cl–	Br–	I–	S2-	NO3–	CO32-	SiO32-	SO42-	PO43-
H+	Р	Р	Р	Р	Р	М	Р	–	Н	Р	Р
Na+	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
K+	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
NH4+	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
Mg2+	Н	РК	Р	Р	Р	М	Р	Н	РК	Р	РК
Ca2+	М	НК	Р	Р	Р	М	Р	Н	РК	М	РК
Sr2+	М	НК	Р	Р	Р	Р	Р	Н	РК	РК	РК
Ba2+	Р	РК	Р	Р	Р	Р	Р	Н	РК	НК	РК
Sn2+	Н	Р	Р	Р	М	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Pb2+	Н	Н	М	М	М	РК	Р	Н	Н	Н	Н
Al3+	Н	М	Р	Р	Р	Г	Р	Г	НК	Р	РК
Cr3+	Н	Р	Р	Р	Р	Г	Р	Г	Н	Р	РК
Mn2+	Н	Р	Р	Р	Р	Н	Р	Н	Н	Р	Н
Fe2+	Н	М	Р	Р	Р	Н	Р	Н	Н	Р	Н
Fe3+	Н	Р	Р	Р	–	–	Р	Г	Н	Р	РК
Co2+	Н	М	Р	Р	Р	Н	Р	Н	Н	Р	Н
Ni2+	Н	М	Р	Р	Р	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Cu2+	Н	М	Р	Р	–	Н	Р	Г	Н	Р	Н
Zn2+	Н	М	Р	Р	Р	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Cd2+	Н	Р	Р	Р	Р	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Hg2+	Н	Р	Р	М	НК	НК	Р	Н	Н	Р	Н
Hg22+	Н	Р	НК	НК	НК	РК	Р	Н	Н	М	Н
Ag+	Н	Р	НК	НК	НК	НК	Р	Н	Н	М	Н

Что означает слово Катионы и анионы?

Катионы и анионы это типы ионов, то есть атомы, которые приобрели или потеряли электроны через химические связи.

Атом, имеющий одинаковое количество протонов (положительный заряд) и электронов (отрицательный заряд), считается электрически нейтральным. Когда этот атом принимает или передает электроны, он называется ионом, который, в свою очередь, может быть:

• Катион: атом, который потерял (или прогнулся) электроны и поэтому заряжен положительно.
• Ânion: атом, который получил (или принял) электроны и, следовательно, заряжен отрицательно.

Катион

Катион это атом, который имеет положительный заряд, потому что в нем больше протонов, чем электронов.

Щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий и францио), как правило, образуют катионы, поскольку в их валентном слое имеется только 1 электрон. Это означает, что энергия, необходимая для удаления этого электрона, очень мала, что делает эти элементы очень реактивными.

Катион представлен символом +, следующим за именем элемента. Количество потерянных электронов указывает на тип катиона:

• Катионы с зарядом +1 называются одновалентными.
• Катионы с зарядом +2 называются бивалентами.
• Катионы с зарядом +3 называются трехвалентными.

Типы катионов также можно определить по количеству знаков +. Таким образом, элемент, представленный только +, является одновалентным катионом, в то время как другой элемент, представленный +++, является трехвалентным катионом.

Примеры катионов

• Al + 3 (алюминий)
• Ca + 2 (кальций)
• Mg + 2 (магний)
• Na + 1 (натрий)
• К + 1 (калий)
• Zn + 2 (цинк)
• Pb + 4 (свинец)

Анион

Анион это атом с отрицательным зарядом, потому что в нем больше электронов, чем протонов. Элементы семейства азота, калькогенов и галогенов имеют тенденцию образовывать анионы, потому что они легко принимают электроны.

Анион представлен символом после имени элемента. Количество полученных электронов указывает на тип аниона:

• Анионы с зарядом -1 называются одновалентными.
• Анионы с зарядом -2 называются бивалентами.
• Анионы с зарядом -3 называются трехвалентными.

Как и в катионах, анионы также могут быть идентифицированы по количеству сигналов. Таким образом, элемент, представленный только это одновалентный анион, а другой элемент, представленный -, является двухвалентным анионом.

Примеры анионов

• O-2 (кислород)
• N-3 (азид)
• F-1 (фтор)
• Br-1 (бромид)
• С-2 (сера)
• Cl-1 (хлорид)

Ионные Связи

Ионные или электровалентные связи представляют собой связи, которые возникают между катионами и анионами.

Элементы могут принимать, давать или делить электроны таким образом, чтобы их последний энергетический слой имел 8 электронов. Это известно как теория октетов.

Согласно теории октетов, атомы имеют тенденцию стабилизироваться, когда в валентном слое (последнем электронном слое) находится 8 электронов. Таким образом, будучи положительно заряженными, катионы связываются с отрицательно заряженными анионами. Таким образом, атомы дают или принимают электроны для достижения равновесия.

Связи, образованные между катионами и анионами, очень прочны и имеют тенденцию иметь следующие признаки:

• являются твердыми и ломкими при нормальных условиях температуры и давления,
• очень точка кипения и кипения,
• ваш лучший растворитель вода,
• при растворении в жидкости проводить электрический ток.

Ионные связи образуют ионные соединения, такие как хлорид натрия (поваренная соль), образованный связью Na + (катион натрия) + Cl- (хлорид-анион) → NaCl.

Примеры ионных соединений

Некоторые примеры ионных соединений:

• NaCl Хлорид натрия (поваренная соль)
• Na 2 SO 4 сульфат натрия
• CaCO 3 карбонат кальция
• NaNO 3 Нитрат натрия

Катионный стол

Li +Fe + 2Na +Со + 2К +Ni + 2Rb +Sn + 2Cs +Pb + 2(NH 4 ) +Mn + 2Ag +Pt + 2Cu +Би + 3Hg +Al + 3Au +Cr + 3Mg + 2Au + 3Ca + 2Fe + 3Sr + 2Со + 3Ба + 2Ni + 3Zn + 2Sn + 4CD + 2Pb + 4Cu + 2Мн + 4Hg + 2Pt + 4

литий	железистый
натрий	cobaltoso
калий	Niqueloso
рубидий	содержащий двухвалентное олово
цезий	Plumboso
аммоний	марганцевых
серебро	относящийся к платине
медь	висмут
Ртути	Нержавеющая сталь
Auroso	хром
магний	золотоносный
кальций	трехвалентного железа
стронций	кобальтовые
барий	Niquélico
цинк	оловянный
кадмий	свинцовый
двухвалентной	марганца
содержащий двухвалентную ртуть	платина

Таблица анионов

F-P 2 O 7 -4Cl(№ 2 ) -бром(№ 3 ) -I-S-2(ClO) -(SO4) -2(CLO 2 ) -(SO 3 ) -2(CLO 3 ) -(S 2 O 3 ) -2(CLO 4 ) -(S 4 O 6) -2(BrO) -(MnO 4 ) -(BrO3) -(MnO 4 ) -2(IO) -(SiO3) -2(IO 3 ) -(SiO 4 ) -4(IO 4 ) -(CrO 4 ) -2(CN) -(CrO 7 ) -2(CNO) -(AsO3) -3(ЦНС) -(AsO 4 ) -3(C 2 H 3 O 2 ) -(SbO3) -3(СО 3) -2(SbO 4 ) -3(С2-4) -2(BO 3 ) -3[Fe (CN) 6 ] -3(SnO 3 ) -2[Fe (CN) 6 ] -4(SnO 2 ) -2(PO 3 ) -(AlO 2 ) -(H 2 PO 2 ) -(PbO 2 ) -2(HPO 3 ) -2(ZnO 2 ) -2(ПО 4 ) -3

фторид	пирофосфат
хлорид	нитрит
бромид	нитрат
йодид	сульфид
гипохлорит	сульфат
хлорит	сульфит
хлорат	тиосульфат
перхлорат	персульфат
гипобромит	перманганат
бромат	манганат
гипоиодит	метасиликат
йодат	ортосиликат
периодатное	хромат
цианид	дихромат
цианат	арсенит
тиоцианат	мышьяковокислый
ацетат	Antimônito
карбонат	антимонат
оксалат	борат
гексацианоферрата	станнат
железистосинеродистый	станнин
метафосфат	алюминат
гипофосфит	Plumbito
фосфит	zincato
ортофосфат