Nous trouvons naturellement des traces de nombreux métaux lourds dans le sol. Cependant, certaines activités industrielles modernes rejettent également des métaux lourds sous forme de polluants. Par exemple, les sources de métaux lourds peuvent être les plastiques, les conduites d'eau, les usines de transformation, les engrais et les peintures. Ces polluants s'infiltrent dans nos eaux usées et, si nous n'y prenons pas garde, finissent dans l'environnement. Là, ils peuvent nuire à la vie végétale et animale, et se retrouver dans nos propres systèmes d'eau potable. Si leur concentration est trop élevée, les conséquences peuvent être fatales2.
Pour nous protéger, nous et le monde qui nous entoure, de l'empoisonnement par les métaux lourds, nous éliminons certains métaux lourds des eaux usées. Pour ce faire, on utilise souvent de l'hydroxyde de sodium. L'hydroxyde de sodium fait précipiter de nombreux ions métalliques hors de la solution, et c'est la base du test de l'hydroxyde de sodium pour les cations.
- Cet article a pour sujet le test de l'hydroxyde de sodium en chimie.
- Nous commencerons par explorer le fonctionnement du test de l'hydroxyde de sodium et la raison pour laquelle nous l'utilisons.
- Nous examinerons ensuite de plus près le test de l'hydroxyde de sodium pour les ions métalliques, ainsi que ses résultats et ses couleurs.
- En cours de route, tu apprendras pourquoi certains métaux ne peuvent pas être identifiés à l'aide du test à l'hydroxyde de sodium.
- Pour finir, nous t'apprendrons à écrire les équations du test à l'hydroxyde de sodium.
Qu'est-ce que le test à l'hydroxyde de sodium ?
Le test à l'hydroxyde de sodium est une technique analytique utilisée pour identifier les ions positifs en solution.
Dans l'article Analyse chimique, tu as appris que l'analyse chimique joue un rôle important dans nos vies. Elle est utilisée dans toutes sortes de domaines, de la médecine à la criminologie en passant par les sciences de l'environnement et la production, pour identifier les produits, réduire la pollution et assurer la sécurité. Un type de technique analytique est le test à l'hydroxyde de sodium. Ce test est utilisé pour rechercher les ions positifs (également appelés cations) dans une solution.
Le test à l'hydroxyde de sodium fonctionne grâce à une réaction de précipitation. L'hydroxyde de sodium (NaOH) se dissout dans la solution pour former des ions sodium (Na+) et des ions hydroxyde (OH-). Les ions hydroxyde réagissent avec les cations dissous pour former un sel ionique d'hydroxyde, qui précipite hors de la solution. Ces précipités varient en couleur et en solubilité, et ils nous donnent donc quelques indices sur l'identité du cation inconnu.
Test de l'hydroxyde de sodium : Avantages et inconvénients
Le test à l'hydroxyde de sodium est relativement bon marché et simple à réaliser. Cependant, il a ses inconvénients. Peux-tu en trouver ?
Par exemple :
- Le test à l'hydroxyde de sodium n'est pas aussi précis, sensible ou exact que les méthodes instrumentales d'analyse chimique, telles que la spectroscopie d'émission de flamme.
- Le test de l'hydroxyde de sodium ne peut pas être utilisé sur des échantillons à l'état de traces et n'est pas très utile pour déterminer la concentration.
- Il peut également donner des résultats ambigus.
- Par exemple, le test de l'hydroxyde de sodium donne des résultats similaires pour plusieurs cations différents, ce qui signifie que tu dois effectuer d'autres tests pour déterminer leur identité.
- En théorie, tu pourrais mesurer la masse du précipité formé et l'utiliser pour déterminer les niveaux de cations dans ta solution. Cependant, il s'agit d'une procédure délicate, avec de nombreuses possibilités d'erreur. Par conséquent, il est préférable d'utiliser le test de l'hydroxyde de sodium de manière qualitative et non quantitative.
- D'un autre côté, comme le test n'est que qualitatif, tu n'as pas à te soucier de mesurer ton échantillon et tes réactifs avec une précision de 100 % !
Test à l'hydroxyde de sodium : Recherche de cations métalliques
Nous utilisons couramment le test de l'hydroxyde de sodium pour identifier les cations métalliques. Il peut nous aider à détecter les ions métalliques suivants :
- Lecalcium (Ca2+).
- Magnésium (Mg2+).
- Aluminium (Al3+).
- Cuivre (II) (Cu2+).
- Fer (II) (Fe2+).
- Fer (III) (Fe3+).
Dans tous ces cas, les cations métalliques réagissent avec les ions hydroxyde de l'hydroxyde de sodium pour former un sel ionique d'hydroxyde métallique. Celui-ci précipite hors de la solution.
Tu as remarqué quelque chose à propos des métaux ci-dessus ? Aucun d'entre eux n'appartient au groupe 1 du tableau périodique. Cela soulève une question : pourquoi ne pouvons-nous pas tester les cations métalliques du groupe 1 à l'aide du test de l'hydroxyde de sodium ? Eh bien, comme nous l'avons appris plus tôt, le test de l'hydroxyde de sodium fonctionne en formant un sel d'hydroxyde solide. Comme il s'agit d'un solide, le sel est facile à identifier. Cependant, les sels d'hydroxyde du groupe 1 sont solubles dans l'eau et ne précipitent donc pas hors de la solution. Par conséquent, il y a .
Expérience
Tu peux réaliser le test de l'hydroxyde de sodium en tant qu'expérience en classe. Tu pourrais l'utiliser pour confirmer l'identité d'un cation métallique à partir d'une solution connue. En outre, tu pourrais également l'utiliser pour identifier un cation métallique inconnu à partir d'une série d'options possibles. Voici comment tu dois procéder pour réaliser ce test :
- Verse environ 10 cm3 d'une solution de cations métalliques dans un tube à essai.
- Ajoute quelques gouttes de solution d'hydroxyde de sodium dans le tube à essai à l'aide d'une pipette.
- Observe les changements éventuels, en notant les résultats.
- Ajoute progressivement de l'hydroxyde de sodium jusqu'à ce qu'il soit en excès, en notant à nouveau toute observation.
- Répète l 'expérience avec différentes solutions de cations métalliques.
Essaie de te poser les questions suivantes pendant l'expérience :
- Un précipité se forme-t-il ?
- Si oui, quelle est sa couleur ?
- Le précipité se dissout-il dans l'excès d'hydroxyde de sodium ?
- Ou bien, le précipité est-il insoluble ?
Par exemple, dans le schéma ci-dessous, l'ajout de quelques gouttes de solution d'hydroxyde de sodium entraîne la formation d'un précipité rouge-brun. Ce précipité est insoluble dans l'excès d'hydroxyde de sodium.
Fig. 1 : Un exemple de test à l'hydroxyde de sodium. Dans cette expérience, l'ajout d'hydroxyde de sodium à une solution de cation métallique entraîne la formation d'un précipité rouge-brun insoluble.StudySmarter Originals
Enregistrer tes résultats
Il est utile d'enregistrer tes résultats et tes observations du test de l'hydroxyde de sodium dans un tableau. Par exemple, tu peux créer un tableau comme l'exemple vierge ci-dessous. Essaie de le copier dans ton cahier de laboratoire et de le remplir au fur et à mesure que tu réalises l'expérience.
| Solution | Ion présent | Observation | |
| Petit volume de NaOH | Excès de NaOH | ||
Si tu connais les formules des solutions que tu as utilisées, tu peux tout de suite remplir la colonne "Ion présent". Cependant, si tu testes des solutions inconnues, tu devras trouver l'identité de l'ion toi-même à l'aide de tes observations et de tes résultats. Ne t'inquiète pas, nous allons maintenant te montrer les résultats du test de l'hydroxyde de sodium.
Test de l'hydroxyde de sodium : Résultats
Nous avons donc appris que tu peux utiliser le test à l'hydroxyde de sodium pour identifier les cations métalliques en solution. Mais quels changements dois-tu réellement observer ? Voici un tableau montrant les résultats auxquels tu dois t'attendre lorsque tu ajoutes de l'hydroxyde de sodium à divers cations métalliques en solution. Nous avons inclus à la fois la couleur du précipité qui se forme et des détails supplémentaires pour savoir s'il se dissout dans un excès d'hydroxyde de sodium.
| Ion présent | Observation | |
| Petit volume de NaOH | Excès de NaOH | |
| Ca2+ | Précipité blanc | Insoluble |
| Mg2+ (en anglais) | Précipité blanc | Insoluble |
| Al3+ (en anglais) | Précipité blanc | Le précipité se dissout |
| Cu2+(en anglais) | Précipité bleu | Insoluble |
| Fe2+(Fe2+) | Précipité vert qui devient lentement brun (brun "sale") | Insoluble |
| Fe3+ Insoluble | Précipité rouge-brun | Insoluble |
Remarque que les ions Ca2+, Mg2+ et Al3+ forment tous initialement un précipité blanc lorsqu'ils réagissent pour la première fois avec le NaOH. Tu peux identifier le précipité qui contient des ions Al3+ parce qu'il se dissout dans un excès de NaOH. Cependant, il est impossible de distinguer les précipités de Ca2+ et de Mg2+ à l'aide de ce test, car ils sont tous deux insolubles dans le NaOH, quelle que soit la concentration. Pour les distinguer, tu dois procéder à un autre type d'analyse chimique. Par exemple, tu peux utiliser un test à la flamme. Consulte l'article Test pour les ions métalliques pour plus d'informations.
Test de l'hydroxyde de sodium : Changements de couleur
Tu veux un guide plus visuel pour le test de l'hydroxyde de sodium ? Voici un organigramme qui t'aide à identifier le cation métallique en solution à partir de la couleur du précipité formé lorsque tu ajoutes de l'hydroxyde de sodium.
Fig. 2 : Guide des couleurs des précipités formés lors du test à l'hydroxyde de sodium et de leur cation métallique respectif.StudySmarter Originals
Équations du test de l'hydroxyde de sodium
Avant de terminer, nous devons apprendre à écrire des équations ioniques pour le test de l'hydroxyde de sodium.
N'essaie pas de mémoriser le test de l'hydroxyde de sodium pour chaque cation métallique individuellement - c'est beaucoup trop de travail ! Apprends plutôt à calculer l'équation ionique de la réaction entre l'hydroxyde de sodium et n'importe quel cation métallique. C'est vraiment très simple, une fois que tu as compris.
Comme nous l'avons exploré plus tôt, le test de l'hydroxyde de sodium implique une réaction entre des ions hydroxyde négatifs (OH-) et des cations métalliques positifs. Ils réagissent pour former un sel ionique d'hydroxyde métallique, qui précipite hors de la solution. Pour écrire une équation ionique, nous devons connaître à la fois les charges des ions impliqués et la formule du sel formé. Nous devons ensuite équilibrer l'équation. Heureusement, ce n'est pas très compliqué.
Voici comment procéder :
- Utilise les charges de l'anion hydroxyde et du cation métallique pour calculer la formule du sel d'hydroxyde métallique formé.
- Écris une équation chimique de base impliquant tes réactifs ioniques et le produit d'hydroxyde métallique. Dans cette équation, une quantité inconnue d'ions hydroxyde réagit avec une quantité inconnue de cations métalliques pour former une unité de sel. Il n'y a pas d'autres produits.
- Équilibre l'équation en te guidant sur la formule du sel d'hydroxyde métallique.
Les conseils suivants pourraient t'aider à construire et à équilibrer des équations ioniques pour le test de l'hydroxyde de sodium:
- Pour écrire la formule du sel d'hydroxyde métallique formé, tu dois connaître les charges des ions impliqués. Rappelle-toi que les caractères en exposant à droite d'un ion nous indiquent sa charge. Note que s'il n'y a qu'un signe moins ou plus mais pas de chiffre, on fait comme s'il y avait aussi un 1. Par exemple, les ions OH- ont une charge de -1 alors que les ions Fe2+ ont une charge de +2. De même, les ions Fe3+ ont une charge de +3.
- Les hydroxydes métalliques sont des exemples de composés ioniques. Cela signifie que leur charge globale est neutre. Si tu additionnes les charges de tous les ions impliqués dans le sel, le total doit être égal à zéro.
- Pour équilibrer les équations, nous devons nous assurer qu'il y a le même nombre d'atomes de chaque élément de chaque côté de l'équation. Pour ce faire, nous ajoutons plus d'unités de l'espèce déjà impliquée dans la réaction. Par exemple, nous pouvons ajouter plus d'unités de réactifs ou plus d'unités de produits, ou peut-être les deux !
- Cependant, nous ne pouvons pas changer la formule chimique d'une espèce. Nous ne pouvons pas non plus ajouter de nouvelles espèces.
Si tu as besoin de plus de conseils ou d'astuces sur l'un de ces sujets, consulte les rubriques Ions et isotopes, Composés ioniques et Équations chimiques. Ils te permettront de te mettre à niveau non seulement pour écrire les formules des sels ioniques, mais aussi pour équilibrer les équations chimiques. Par ailleurs, si tu penses être prêt à te plonger directement dans des questions pratiques, mets tes compétences à l'épreuve avec les exemples travaillés suivants.
Essayons d'écrire des équations de test pour l'hydroxyde de sodium.
Ecris une équation ionique pour la réaction qui se produit lorsque tu ajoutes de l'hydroxyde de sodium à des solutions contenant :
- Ca2+ des ions.
- des ions Fe3+ ions.
Commençons par nous attaquer à la partie a. Tout d'abord, nous devons trouver la formule du sel d'hydroxyde formé. Pour ce faire, nous utilisons les charges des ions impliqués.
Nous savons que notre sel contient des ions OH- et des ions Ca2+ . Les caractères en exposant nous indiquent que les ions OH- ont une charge de -1, tandis que les ions Ca2+ ont une charge de +2. Nous savons également que le sel doit avoir une charge globale neutre - si nous additionnons les charges de tous les ions impliqués, elle doit être égale à zéro. Par conséquent, notre sel doit contenir deux ions OH- pour chaque ion Ca2+ . Cela lui donne la formule Ca(OH)2.
Ensuite, nous écrivons une équation de base. Dans cette réaction, des quantités inconnues d'ions OH- et d'ions Ca2+ réagissent pour former une unité de Ca(OH)2, sans aucun autre produit :
$$\_ OH^-+\_ Ca^{2+}\rightarrow Ca(OH)_2$$.
Enfin, nous devons équilibrer l'équation pour trouver les quantités inconnues d'ions OH- et d'ionsCa2+ . Dans la partie droite, nous avons une unité de Ca(OH)2. Nous savons que chaque unité de Ca(OH)2 est composée d'une unité d'ions Ca2+ , mais de deux unités d'ions (OH)- - c'est ce que signifie l'indice 2 dans la formule du sel. Nous avons donc besoin d'une unité d'ions Ca2+ et de deux unités d'ions OH- dans la partie gauche de l'équation. Voici notre réponse finale :
$$2OH^-+Ca^{2+}\rightarrow Ca(OH)_2$$.
Nous allons travailler sur la partie b un peu plus rapidement, maintenant que tu sais ce que tu fais.
Notre sel d'hydroxyde métallique contient des ions OH- et des ions Fe3+ . Les ions OH- ont une charge de -1, tandis que les ions Fe3+ ont une charge de +3. Notre sel neutre doit contenir trois ions OH- pour chaque ion Fe3+ , ce qui lui donne la formule Fe(OH)3.
Ensuite, écrivons et équilibrons l'équation. Voici la version non équilibrée :
$$\_ OH^-+\_ Fe^{3+}\NFé(OH)_3$$
Chaque unité de Fe(OH)3 du côté droit de l'équation contient une unité d'ions Fe3+ et trois unités d'ions OH- . Par conséquent, il nous faut une unité d'ionsFe3+ et trois unités d'ions OH- sur le côté gauche également. Voici notre équation finale :
$$3OH^-+Fe^{3+}\rightarrow Fe(OH)_3$$.
Bravo ! Les équations du test de l'hydroxyde de sodium sont terminées. En fait, c'est tout le sujet de l'épreuve d'hydroxyde de sodium qui a été traité. Tu seras prêt pour tes examens en un rien de temps !
Test à l'hydroxyde de sodium - Principaux enseignements
- Le test à l'hydroxyde de sodium est une technique analytique utilisée pour identifier les cations positifs en solution.
- En particulier, nous utilisons le test de l'hydroxyde de sodium pour rechercher diverscations métalliques sur le site . Certains cations métalliques réagissent avec les ions hydroxyde pour former un précipité solide d'hydroxyde métallique, qui peut être identifié par sacouleur et sa solubilité .
- Tu devrais être capable d'écrire des équations ioniques équilibrées pour le test de l'hydroxyde de sodium avec différents cations métalliques.
Le test de l'hydroxyde de sodium est bon marché et simple à réaliser, mais il est moins sensible et moins précis que les techniques analytiques instrumentales.
Références
- Tester l'eau pour les métaux et les métaux lourds'. WTS
- Linda Sims, "Les métaux lourds dans l'eau : Tout ce que tu dois savoir pour être en sécurité'. L'eau est un droit (17/01/2020)
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