В волшебном мире химии возможно любое превращение. Например, можно получить безопасное вещество, которым часто пользуются в быту, из нескольких опасных. Подобное взаимодействие элементов, в результате которого получается однородная система, в которой все вещества, вступающие в реакцию, распадаются на молекулы, атомы и ионы, называется растворимость. Для того чтобы разобраться с механизмом взаимодействия веществ, стоит обратить внимание на таблицу растворимости .
Таблица, в которой показана степень растворимости, является одним из пособий для изучения химии. Те, кто постигают науку, не всегда могут запомнить, как определённые вещества растворяются, поэтому под рукой всегда следует иметь таблицу.
Она помогает при решении химических уравнений, где участвуют ионные реакции. Если результатом будет получение нерастворимого вещества, то реакция возможна. Существует несколько вариантов:
- Вещество хорошо растворяется;
- Малорастворимо;
- Практически не растворяется;
- Нерастворимо;
- Гидрализуется и не существует в контакте с водой;
- Не существует.
Электролиты
Это растворы или сплавы, проводящие электрический ток. Электропроводность их объясняется мобильностью ионов. Электролиты можно поделить на 2 группы :
- Сильные. Растворяются полностью, независимо от степени концентрации раствора.
- Слабые. Диссоциация проходит частично, зависит от концентрации. Уменьшается при большой концентрации.
Во время растворения электролиты диссоциируют на имеющие разный заряд ионы: положительные и отрицательные. При воздействии тока положительные ионы направляются в сторону катода, тогда как отрицательные в сторону анода. Катод – положительный заряд, анод – отрицательный. В итоге происходит движение ионов.
Одновременно с диссоциацией проходит противоположный процесс – соединение ионов в молекулы. Кислоты – это такие электролиты, при распаде которых образуется катион – ион водорода. Основания – анионы – это гидроксид ионы. Щелочи – это основания, которые растворяются в воде. Электролиты, которые способны образовывать и катионы и анионы, называются амфотерными.
Ионы
Это такая частица, в которой больше протонов или электронов, он будет называться анион или катион, в зависимости от того, чего больше: протонов или электронов. В качестве самостоятельных частиц они встречаются во многих агрегатных состояниях: газах, жидкостях, кристаллах и в плазме. Понятие и название ввёл в обиход Майкл Фарадей в 1834 году. Он изучал воздействие электричества на растворы кислот, щелочей и солей.
Простые ионы несут на себе ядро и электроны. Ядро составляет почти всю атомную массу и состоит из протонов и нейтронов. Количество протонов совпадает с порядковым номером атома в периодической системе и зарядом ядра. Ион не имеет определённых границ из-за волнового движения электронов, поэтому невозможно измерить их размеры.
Отрыв электрона от атома требует, в свою очередь, затрат энергии. Она называется энергия ионизации. Когда присоединяется электрон, происходит выделение энергии.
Катионы
Это частицы, носящие положительный заряд. Могут иметь разную величину заряда, например: Са2+ – двузарядный катион, Na+ – однозарядный катион. Мигрируют к отрицательному катоду в электрическом поле.
Анионы
Это элементы, имеющие отрицательный заряд. А также обладает различным количеством величины зарядов, например, CL- – однозарядный ион, SO42- – двухзарядный ион. Такие элементы входят в состав веществ, обладающих ионной кристаллической решёткой, в поваренной соли и многих органических соединениях.
- Натрий . Щелочной металл. Отдав один электрон, находящийся на внешнем энергетическом уровне, атом превратится в положительный катион.
- Хлор . Атом этого элемента принимает на последний энергетический уровень один электрон, он превратится в отрицательный хлорид анион.
- Поваренная соль . Атом натрия отдаёт электрон хлору, вследствие этого в кристаллической решётке катион натрия окружён шестью анионами хлора и наоборот. В результате такой реакции образуется катион натрия и анион хлора. Благодаря взаимному притяжению формируется хлорид натрия. Между ними образуется прочная ионная связь. Соли – это кристаллические соединения с ионной связью.
- Кислотный остаток . Это отрицательно заряженный ион, находящийся в сложном неорганическом соединении. Он встречается в формулах кислот и солей, стоит обычно после катиона. Практически для всех таких остатков есть своя кислота, например, SO4 – от серной кислоты. Кислот некоторых остатков не существует, и их записывают формально, но они образуют соли: фосфит ион.
Химия – наука, где возможно творить практически любые чудеса.
Почему анионы жизненно необходимы человеческому организму?
T акие факторы, как ежедневные стрессы, нерегулярное питание, нездоровый образ жизни, загрязненная окружающая среда легко приводит к накоплению свободных радикалов в человеческом организме, которые вызывают все виды острых и хронических заболеваний в течении определенного периода времени.К тому же, формирование свободных радикалов в значительной степени обусловлено недостатком отрицательно-заряженных ионов. Из этого следует вывод, что для того, чтобы создать здоровые условия для жизнедеятельности, необходимо поддерживать определенный уровень отрицательно-заряженных ионов в организме.
Витамины воздуха - анионы – залог здоровья и долголетия!
Давнее открытие анионов перевернуло весь научный мир медицины. Теперь полезные для организма «воздушные витамины» можно получить прямо из воздуха. Слово «Анионы» на слуху у тех, кто заботится о своем здоровье. Однако не все люди до конца понимают, что же это такое «анионы».
Если взять молекулы и атомы воздуха в обычных условиях жизни человека нейтральны и изменить их структуры под воздействием например, микроволновой радиации (в природе такой же эффект простым ударом молнии), молекулы теряют вращающиеся вокруг атомного ядра отрицательно заряженных электроны. Затем они соединяются с нейтральным молекулам, придавая и им отрицательный заряд. Именно такие молекулы и являются анионами
.
Анионы
не имеют ни цвета ни запаха, в то время как наличие на их орбите отрицательных электронов вытягивает из воздуха микрочастицы и микроорганизмы, удаляя всю пыль и убивая болезнетворные микробы. Анионы можно сравнить с витаминами, они также важны и нужны человеческому организму. Именно поэтому они именуются «Воздушными витаминами», «очистителем воздуха» и «элементом долголетия».
Каждый
человек, заботящийся о своем здоровье, обязан воспользоваться целебной силой анионов, ведь они нейтрализуют пыль, и уничтожают различные виды микробов. Чем большее количество анионов в воздухе, тем меньше в нем содержание патогенной микрофлоры.
По данным
Всемирной Организации Здравоохранения среднее содержание анионов в жилом помещении города на уровне 40-50, в то время как оптимальным для человеческого организма является содержание 1200 анионов на 1 куб.см. Например, содержанием анионов в свежем горном воздухе составляет 5000 на1 куб.см. Именно поэтому в горах, на свежем воздухе люди не болеют и живут долго, оставаясь при этом в трезвом рассудке до глубокой старости.
Как измеряют поток анионов?
Поток анионов, излучаемый предметами, можно измерить двумя способами: динамическим и статическим.
Статичный
метод измерения потока анионов используется для тестирования материалов, генерирующих лучевые потоки анионов. К ним относятся только твердые предметы, такие как камни. В этом случае поток анионов замеряется напрямую специальным прибором. Статичный метод применяют для измерения природных потоков анионов, например на морском побережье.
Динамическим методом измеряют волновой поток анионов. Именно волновой способ излучения используется в женских анионовых прокладках. Это означает, что анионы вырабатываются встроенным чипом не постоянно, а только при определенной температуре, влажности, трении. Шанхайским контрольным институтом Текстиля и технологий неоднократно проводилось тестирование анионовых прокладок динамическим методом. Результаты были положительными – анионовая гигиеническая продукция соответствует стандартам, и действительно производит тот эффект, о котором заявляют производители.
Электроли́т - вещество , которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы , что происходит врастворах и расплавах , или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов . Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот , солей и оснований и некоторые кристаллы (например, иодид серебра , диоксид циркония ). Электролиты - проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью ионов.
Исходя из степени диссоциации все электролиты делятся на две группы
Сильные электролиты - электролиты, степень диссоциации которых в растворах равна единице (то есть диссоциируют полностью) и не зависит от концентрации раствора. Сюда относятся подавляющее большинство солей, щелочей, а также некоторые кислоты (сильные кислоты, такие как: HCl, HBr, HI, HNO 3, H 2 SO 4).
Слабые электролиты - степень диссоциации меньше единицы (то есть диссоциируют не полностью) и уменьшается с ростом концентрации. К ним относятводу, ряд кислот (слабые кислоты, такие как HF), основанияp-, d-, и f-элементов.
Между этими двумя группами чёткой границы нет, одно и то же вещество может в одном растворителе проявлять свойства сильного электролита, а в другом - слабого.
Изотонический коэффициент (также фактор Вант-Гоффа ; обозначается i ) - безразмерный параметр, характеризующий поведение вещества в растворе. Он численно равен отношению значения некоторого коллигативного свойства раствора данного вещества и значения того же коллигативного свойства неэлектролита той же концентрации при неизменных прочих параметрах системы.
Основные положения теории электролитической диссоциации
1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные и отрицательные.
2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные частицы движутся к катоду, отрицательно заряженные – к аноду. Поэтому положительно заряженные частицы называются катионами, а отрицательно заряженные – анионами.
3. Направленное движение происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами (катод заряжен отрицательно, а анод – положительно).
4. Ионизация – обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов в молекулы (ассоциация).
Основываясь на теории электролитической диссоциации, можно дать следующие определения для основных классов соединений:
Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только ионы водорода. Например,
HCl → H + + Cl - ; CH 3 COOH H + + CH 3 COO - .
Основность кислоты определяется числом катионов водорода, которые образуются при диссоциации. Так, HCl, HNO 3 – одноосновные кислоты, H 2 SO 4 , H 2 CO 3 – двухосновные, H 3 PO 4 , H 3 AsO 4 – трехосновные.
Основаниями называют электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы. Например,
KOH → K + + OH - , NH 4 OH NH 4 + + OH - .
Растворимые в воде основания называются щелочами.
Кислотность основания определяется числом его гидроксильных групп. Например, KOH, NaOH – однокислотные основания, Ca(OH) 2 – двухкислотное, Sn(OH) 4 – четырехкислотное и т.д.
Солями называют электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (а также ион NH 4 +) и анионы кислотных остатков. Например,
CaCl 2 → Ca 2+ + 2Cl - , NaF → Na + + F - .
Электролиты, при диссоциации которых одновременно, в зависимости от условий, могут образовываться и катионы водорода, и анионы – гидроксид-ионы называются амфотерными. Например,
H 2 O H + + OH - , Zn(OH) 2 Zn 2+ + 2OH - , Zn(OH) 2 2H + + ZnO 2 2- или Zn(OH) 2 + 2H 2 O 2- + 2H + .
Катио́н - положительно заряженный ион . Характеризуется величиной положительного электрического заряда: например, NH 4 + - однозарядный катион, Ca 2+
Двузарядный катион. В электрическом поле катионы перемещаются к отрицательному электроду - катод
Происходит от греческого καθιών «нисходящий, идущий вниз». Термин введен Майклом Фарадеем в 1834 году .
Анио́н - атом , или молекула , электрический заряд которой отрицателен, что обусловлено избытком электронов по сравнению с количеством положительныхэлементарных зарядов . Таким образом, анион - отрицательно заряженный ион . Заряд аниона дискретен и выражается в единицах элементарного отрицательного электрического заряда; например, Cl − - однозарядный анион, а остаток серной кислоты SO 4 2− - двузарядный анион. Анионы имеются в растворах большинствасолей , кислот и оснований , в газах , например, H − , а также в кристаллических решётках соединений с ионной связью , например, в кристаллах поваренной соли , вионных жидкостях и в расплавах многих неорганических веществ .
Анионы - это составные части двойных, комбинированных, средних, кислых, основных солей. В качественном анализе каждый из них можно определить с помощью определенного реактива. Рассмотрим качественные реакции на анионы, используемые в неорганической химии.
Особенности анализа
Он является одним из важнейших вариантов идентификации веществ, распространенных в неорганической химии. Существует подразделение анализа на два компонента: качественный, количественный.
Все качественные реакции на анионы подразумевают идентификацию вещества, установление наличия в нем определенных примесей.
Количественный анализ устанавливает четкое содержание примесей и базового вещества.
Специфика качественного обнаружения анионов
Далеко не все взаимодействия можно использовать в качественном анализе. Характерной считается реакция, которая приводит к изменению окраски раствора, выпадению осадка, его растворению, выделению газообразного вещества.
Группы анионов определяют путем селективной реакции, благодаря которой можно обнаружить только определенные анионы в составе смеси.
Чувствительность - это наименьшая концентрация раствора, при которой определяемый анион можно обнаружить без его предварительной обработки.
Групповые реакции
Существуют такие химические вещества, которые способны при взаимодействии с разными анионами давать сходные результаты. Благодаря применению группового реактива можно выделять различные группы анионов, проводя их осаждение.
При проведении химического анализа неорганических веществ, в основном, проводят исследование водных растворов, в которых соли присутствуют в диссоциированном виде.
Именно поэтому анионы солей определяют путем их открытия в растворе вещества.
Аналитические группы
В кислотно-основном методе принято выделять три аналитические группы анионов.
Проанализируем, какие анионы можно определять, пользуясь определенными реактивами.
Сульфаты
Для их выявления в смеси солей в качественном анализе применяют растворимые соли бария. Учитывая, что сульфат-анионы - это SO4, краткое ионное уравнение происходящей реакции имеет вид:
Ba 2 + + (SO 4) 2- = BaSO4
Полученный в результате взаимодействия сульфат бария имеет белый цвет, является нерастворимым веществом.
Галогениды
При определении анионов хлора в солях в качестве реактива используют растворимые соли серебра, так как именно катион этого благородного металла дает нерастворимый белый осадок, поэтому так определяют хлорид-анионы. Это далеко не полный перечень качественных взаимодействий, используемых в аналитической химии.
Помимо хлоридов, соли серебра используют также для выявления наличия в смеси йодидов, бромидов. Каждая из солей серебра, образующая соединение с галогенидом, имеет определенную окраску.
Например, AgI имеет желтый цвет.
Качественные реакции на анионы 1 аналитической группы
Сначала рассмотрим, какие в нее входят анионы. Это карбонаты, сульфаты, фосфаты.
Самой распространенной в аналитической химии, считается реакция на определение сульфат-ионов.
Для ее проведения можно воспользоваться растворами сульфата калия, хлорида бария. При смешивании между собой этих соединений образуется белый осадок сульфата бария.
В аналитической химии обязательным условием является написание молекулярных и ионных уравнений тех процессов, которые были проведены для выявления анионов определенной группы.
Если записывать полное и сокращенное ионное уравнение для данного процесса, можно подтвердить образование нерастворимой соли BaSO4 (сульфата бария).
При выявлении карбонат-иона в смеси солей используют качественную реакцию с неорганическими кислотами, сопровождающуюся выделением газообразного соединения - углекислого газа. Кроме того, при выявлении карбоната в аналитической химии также используется реакция с хлоридом бария. В результате ионного обмена выпадает белый осадок карбоната бария.
Сокращенное ионное уравнение процесса описывается схемой.
Хлорид бария осаждает карбонат-ионы в виде белого осадка, что используется в качественном анализе анионов первой аналитической группы. Иные катионы не дают такого результата, поэтому не подходят для определения.
При взаимодействии карбоната с кислотами краткое ионное уравнении имеет следующий вид:
2H + +CO 3 - =CO 2 +H 2 O
При выявлении фосфат-ионов в смеси также применяется растворимая соль бария. Смешивание раствора фосфата натрия с хлоридом бария приводит к образованию нерастворимого фосфата бария.
Таким образом, можно сделать вывод об универсальности хлорида бария, возможности его применения для определения анионов первой аналитической группы.
Качественные реакции на анионы второй аналитической группы
Хлорид-анионы можно обнаружить при взаимодействии с раствором нитрата серебра. В результате ионного обмена образуется творожистый белый осадок хлорида серебра (1).
Бромид этого металла имеет желтоватый цвет, а йодид отличается насыщенной желтой окраской.
Молекулярное взаимодействие хлорида натрия с нитратом серебра имеет следующий вид:
NaCl + AgNO 3 =AgCl +NaNO 3
Среди специфических реактивов, которые можно использовать при определении в смеси иодид-ионов, выделим катионы меди.
KI + CuSO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + CuI
Данный окислительно-восстановительный процесс характеризуется образованием свободного йода, что и применяется в качественном анализе.
Силикат-ионы
Для обнаружения этих ионов используют концентрированные минеральные кислоты. Например, при добавлении к силикату натрия концентрированной соляной кислоты образуется осадок кремниевой кислоты, имеющий гелеобразный вид.
В молекулярном виде данный процесс:
Na 2 SiO 3 + 2HCl = NaCl+ H 2 SiO 3
Гидролиз
В аналитической химии гидролиз по аниону является одним из способов определения реакции среды в растворах солей. Для того чтобы правильно определить вариант протекающего гидролиза, необходимо выяснить, из какой кислоты и основания получена соль.
Например, сульфид алюминия образован нерастворимым гидроксидом алюминия и слабой сероводородной кислотой. В водном растворе этой соли происходит гидролиз по аниону и по катиону, поэтому среда нейтральна. Ни один из индикаторов не будет менять своей окраски, следовательно, путем гидролиза сложно будет провести определение состава данного соединения.
Заключение
Качественные реакции, которые используют в аналитической химии для определения анионов, позволяют получать в виде осадков определенные соли. В зависимости от того, анионы какой аналитической группы необходимо выявить, для эксперимента подбирается определенный групповой реактив.
Именно по этой методике проводят определение качества питьевой воды, выявляя, не превышает ли количественное содержание анионов хлора, сульфата, карбоната тех предельных допустимых концентраций, которые установлены санитарно-гигиеническими требованиями.
В условиях школьной лаборатории эксперименты, касающиеся определения анионов, являются одним из вариантов заданий исследовательского характера на практической работе. В ходе эксперимента школьники не только анализируют цвета получаемых осадков, но и составляют уравнения реакций.
Кроме того, элементы качественного анализа предлагаются выпускникам в итоговых тестах по химии, позволяют определить уровень владения будущими химиками и инженерами молекулярными, полными и сокращенными ионными уравнениями.
Человек, так же как и всякое другое живое существо, не может жить без анионов. А между тем, знаете ли Вы, что такое «анион»?
В обычных условиях молекулы и атомы воздуха нейтральны. Однако при ионизации, которая может происходить посредством обычного излучения, ультрафиолетовой радиации, микроволновой радиации или же посредством простого удара молнии, молекулы воздуха теряют часть вращающихся вокруг атомного ядра отрицательно заряженных электронов, которые в дальнейшем присоединяются к нейтральным молекулам, придавая им отрицательный заряд. Такие молекулы мы и называем анионами. У анионов нет цвета и запаха, а наличие отрицательных электронов на орбите позволяет им притягивать из воздуха различные микровещества. Анионы также удаляют из воздуха пыль и убивают микробы.
Связь «анион-воздух» аналогична связи «витамин-пища». Именно поэтому анионы также называют «воздушными витаминами», «элементом долголетия» и «очистителем воздуха». Хотя полезные свойства анионов оставались долгое время в тени, они крайне важны для человеческого здоровья. Мы не можем позволить себе пренебрегать их целебными свойствами.
Так, анионы могут аккумулировать и нейтрализовать пыль, уничтожать вирусы с положительно заряженными электронами, проникать в клетки микробов и уничтожать их, предотвращая, таким образом, негативные последствия для человеческого организма. Чем больше в воздухе анионов, тем меньше в нем микробов (когда же концентрация анионов достигает определённого уровня, то содержание микробов и вовсе сводится к нулю). Содержание анионов в 1 кубическом сантиметре воздуха следующее: 40-50 анионов в жилых помещениях города, 100-200 анионов в городском воздухе, 700-1000 анионов в открытом поле и более 5000 анионов в горных долинах и лощинах. Здоровье людей напрямую зависит от содержания анионов в воздухе. Если в попадающем в человеческое тело воздухе содержание анионов слишком низкое или, наоборот, слишком высокое, то человек начинает судорожно дышать, может почувствовать усталость, головокружение, головную боль или даже впасть в депрессию. Все это поддаётся лечению при условии, что содержание анионов в поступающем в легкие воздухе составляет 1200 анионов на 1 кубический сантиметр. Если содержание анионов внутри жилых помещений повысить до 1500 анионов на 1 кубический сантиметр, то Ваше самочувствие сразу улучшится; Вы начнете работать с удвоенной энергией, повышая тем самым производительность труда. Таким образом, анионы - это незаменимый помощник в укреплении человеческого здоровья и продлении жизни.
Международная Организация Здравоохранения установила, что минимальное содержание анионов в свежем воздухе составляет 1000 анионов на 1 кубический сантиметр. При определённых условиях состояния окружающей среды (например, в горных областях) люди за всю жизнь могут ни разу не испытать воспаление внутренних органов. Как правило, такие люди живут долго и остаются здоровыми всю жизнь, что является результатом достаточного содержания анионов в воздухе.
Отрицательные ионы - жизненно необходимы для здоровья человека и продолжительности его жизни.
