الدرس الثاني: التحليل الوصفي للكاتيونات (الشقوق القاعدية)

لماذا هو أكثر تعقيدًا؟

• الكشف عن الشق القاعدي (الكاتيون) أكثر تعقيدًا من الكشف عن الشق الحامضي لعدة أسباب:
  • كثرة عدد الشقوق القاعدية.
  • التداخل فيما بينها.
  • إمكانية وجود الشق الواحد في أكثر من حالة تأكسد.

  المجموعات التحليلية

  • كما تقسم الشقوق الحامضية إلى مجموعات، تقسم الشقوق القاعدية إلى ست مجموعات تسمى المجموعات التحليلية.
  • لكل مجموعة من الشقوق القاعدية كاشف معين يسمى كاشف المجموعة.
  • يعتمد هذا التقسيم على اختلاف ذوبان أملاح هذه الفلزات في الماء.
    • مثال: كلوريدات فلزات المجموعة الأولى (الفضة I والزئبق I والرصاص II) شحيحة الذوبان في الماء.
    • لذلك ترسب هذه الفلزات على هيئة كلوريدات بإضافة كاشف المجموعة وهو حمض الهيدروكلوريك المخفف.

    ملخص الكواشف

    وجه المقارنة	المجموعة الأولى	المجموعة الثانية	المجموعة الثالثة	المجموعة الخامسة
    الكاشف العام	HCl المخفف	HCl المخفف + غاز H₂S	محلول NH₄OH	محلول (NH₄)₂CO₃
    صورة الترسيب	كلوريدات	كبريتيدات (في الوسط الحامضي)	هيدروكسيدات	كربونات
    الكاتيونات المدروسة	Ag⁺ وHg⁺ وPb²⁺ (للاطلاع)	Cu²⁺	Al³⁺ وFe²⁺ وFe³⁺	Ca²⁺

    • نتناول أمثلة من بعض هذه المجموعات الست.

أساس الترسيب

• يمكن ترسيب كاتيونات هذه المجموعة على هيئة كبريتيدات في الوسط الحامضي.
• يتم ذلك بإذابة الملح في الماء وإضافة حمض الهيدروكلوريك المخفف ليصير المحلول حامضيًا، ثم تمرير غاز كبريتيد الهيدروجين H₂S فيه.
• أحد كاتيونات هذه المجموعة أيون النحاس II.

الكشف عن أيون النحاس II (Cu²⁺)

• الكاشف: كاشف المجموعة (HCl + H₂S).
• الملاحظة: يتكون راسب أسود من كبريتيد النحاس II.
• الراسب يذوب في حمض النيتريك الساخن.
  • CuSO₄(aq) + H₂S(g) → H₂SO₄(aq) + CuS(s)

أساس الترسيب

• ترسب كاتيونات هذه المجموعة على هيئة هيدروكسيدات بإضافة هيدروكسيد الأمونيوم.
• يتم ذلك عندما لا تكون مختلطة بكاتيونات أخرى.
• من كاتيونات هذه المجموعة ندرس: الألومنيوم، والحديد II، والحديد III.

التجربة الأساسية

• محلول الملح + كاشف المجموعة (هيدروكسيد الأمونيوم).

(1) الألومنيوم Al³⁺

• مع كاشف المجموعة: يتكون راسب أبيض جيلاتيني من هيدروكسيد الألومنيوم، يذوب في الأحماض المخففة وفي محلول الصودا الكاوية:
  • Al₂(SO₄)₃(aq) + 6NH₄OH(aq) → 3(NH₄)₂SO₄(aq) + 2Al(OH)₃(s)
• التجربة التأكيدية (محلول هيدروكسيد الصوديوم): يتكون راسب أبيض جيلاتيني من هيدروكسيد الألومنيوم يذوب في وفرة من هيدروكسيد الصوديوم مكونًا ميتا ألومينات الصوديوم:
  • Al₂(SO₄)₃(aq) + 6NaOH(aq) → 3Na₂SO₄(aq) + 2Al(OH)₃(s)
  • Al(OH)₃(s) + NaOH(aq) → NaAlO₂(aq) + 2H₂O(l)
• ذوبان الراسب في الأحماض وفي القلويات يعني أن هيدروكسيد الألومنيوم متردد.

(2) الحديد II (Fe²⁺)

• مع كاشف المجموعة: يتكون راسب أبيض يتحول إلى أبيض مخضر بالتعرض للهواء، ويذوب في الأحماض:
  • FeSO₄(aq) + 2NH₄OH(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq) + Fe(OH)₂(s)
• التجربة التأكيدية (محلول هيدروكسيد الصوديوم): يتكون راسب أبيض مخضر من هيدروكسيد الحديد II:
  • FeSO₄(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + Fe(OH)₂(s)

(3) الحديد III (Fe³⁺)

• مع كاشف المجموعة: يتكون راسب جيلاتيني بني محمر يذوب في الأحماض:
  • FeCl₃(aq) + 3NH₄OH(aq) → 3NH₄Cl(aq) + Fe(OH)₃(s)
• التجربة التأكيدية (محلول هيدروكسيد الصوديوم): يتكون راسب بني محمر من هيدروكسيد الحديد III:
  • FeCl₃(aq) + 3NaOH(aq) → 3NaCl(aq) + Fe(OH)₃(s)

مقارنة بين كاتيونات المجموعة الثالثة

أساس الترسيب

• ترسب كاتيونات هذه المجموعة على هيئة كربونات بإضافة محلول كربونات الأمونيوم.
• ندرس من هذه المجموعة كاتيون الكالسيوم Ca²⁺.

الكشف عن Ca²⁺

• التجربة الأساسية (محلول الملح + كاشف المجموعة): يتكون راسب أبيض من كربونات الكالسيوم يذوب في حمض HCl المخفف، ويذوب أيضًا في الماء المحتوي على CO₂ فيتحول إلى بيكربونات الكالسيوم الذائبة:
  • CaCl₂(aq) + (NH₄)₂CO₃(aq) → 2NH₄Cl(aq) + CaCO₃(s)
  • CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g) → Ca(HCO₃)₂(aq)
• التجربة التأكيدية (1): محلول الملح + حمض كبريتيك مخفف يعطي راسبًا أبيض من كبريتات الكالسيوم:
  • CaCl₂(aq) + H₂SO₄(aq) → 2HCl(aq) + CaSO₄(s)
• التجربة التأكيدية (2): الكشف الجاف (اختبار اللهب): تكسب كاتيونات الكالسيوم المتطايرة لهب بنزن لونًا أحمر طوبيًّا.

• الأساس: ترسيب الكاتيون على هيئة مركب شحيح الذوبان بإضافة كاشف المجموعة، ثم إجراء تجربة تأكيدية.
• الأدلة المستخدمة:
  • لون الراسب (أسود في CuS، أبيض جيلاتيني في Al(OH)₃، بني محمر في Fe(OH)₃).
  • سلوك الراسب مع الأحماض ومع زيادة الكاشف.
  • لون اللهب في الكشف الجاف (الكالسيوم: أحمر طوبي).
• ملاحظة الأكسدة: الراسب الأبيض لهيدروكسيد الحديد II يتغير لونه بالتعرض للهواء إلى أبيض مخضر (بسبب بدء أكسدته).