IV. kationosztály

A IV. kationosztályba azok a kationok tartoznak, melyek sem savas, sem semleges közegben szulfidos reagenssel nem reagálnak, ezzel szemben karbonátjuk ammóniumsók jelenlétében is leválasztható.
Az osztályreakcióban annak hangsúlyozása, hogy a karbonátok ammóniumionok jelenlétében, ammónium-karbonáttal is leválaszthatók, azért lényeges, mert e tény zárja ki a karbonátionokkal egyébként ugyancsak csapadékot adó magnéziumiont a IV. osztály kationjai közül.

A kalciumionok reakciói

• A kalcium-klorid (perklorát, nitrát stb.) vizes oldata semleges kémhatású.
• NaOH. Töményebb oldatban már leválik a fehér színű kalcium-hidroxid-csapadék is. Ha a reagens karbonátos, kalcium-karbonát válhat le.
• NaF. Kocsonyás, áttetsző csapadék formájában válik le a kalcium-fluorid, mely ecetsavban nem oldódik; frissen leválasztottan híg, erős savakban, öregedett formájában azonban már csak tömény kénsavban oldható.
• K₄[Fe(CN)₆]. Gyengén ammóniás vagy ecetsavas, ammónium sókat is tartalmazó közegben fehér színű kalcium-ammónium-hexaciano-ferrát(II)-csapadék válik le. (Vasnyomok esetén a csapadék zöldes.)
• H₂SO₄. A fehér színű kalcium-szulfát csak töményebb oldatból válik le.

Az így leválasztott csapadékot kétfelé osztva:
a, A csapadék 20%-os sósavban:
CaSO₄ + H⁺ → Ca²⁺ + HSO−4
disszociálatlan hidrogén-szulfát ionok képződése miatt oldódik.
b, A második részlethez szilárd ammónium-szulfátot adagolva elérjük a csapadék feloldódását:
CaSO₄ + SO₄^2- → Ca(SO₄)₂^2-
diszulfáto-kalciát komplex képződése miatt.

• Telített kalcium-szulfát-oldat ("gipszesvíz") közönséges körülmények között nem hozhat létre kalcium-szulfát-csapadékot, töményebb oldatban azonban a sajátion-hatás révén kis mennyiségű csapadék válhat le. (Eltérés a bárium- és stronciumionoktól.)
• K₂CrO₄. Csapadék nincs, szemben a báriummal és stronciummal.
• Na₂HPO₄. AZ oldat kémhatásától függően tercier vagy szekunder kalcium-foszfát válik le. A fehér színű csapadék - primer foszfátionok képződése közben - ecetsavban forralás hatására, míg erős savakban könnyen oldódik:

Ca₃(PO₄)₂ + 4 H⁺ → 3 Ca²⁺ + 2 H₂PO₄^-

• (NH₄)₂CO₃. Fehér színű, ecetsavban könnyen oldódó:

CaCO₃ + 2 H⁺ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O
kalcium-karbonát válik le.

• (NH₄)₂(COO)₂. Jellemző az alkáliföldfém-ionok között, hogy oxalátionok hatására leváló fehér színű kalcium-oxalát-csapadék ecetsavban nem oldódik, sőt ecetsavas közegben is leválasztható:

Ca²⁺ + (COO)₂^2- → Ca(COO)₂
Erős savak oldják a csapadékot.

• Lángfestés. A kalcium-klorid téglavörös lángfestése már kis gyakorlattal is megkülönböztethető a stroncium- vagy lítium-klorid vörös lángfestésétől.

A kalcium leglényegesebb reakciói: az oxalátos és karbonátos csapadékképzés, szerepet kap azonban az azonosítás során a szulfátos és (negatív) kromátos reakció is. Alapvető a lángfestés vizsgálata, mely - megfelelő műszer segítségével - a legjellemzőbb és legérzékenyebb kalciumkimutatás.

A stronciumionok reakciói

• A stroncium-klorid (perklorát, nitrát stb.) vizes oldata semleges kémhatású.
• NaF. A stroncium-fluorid tulajdonságai a kalcium-fluoridhoz hasonlítanak.
• H₂SO₄. Fehér színű SrSO₄-csapadék válik le.

A háromfelé osztott csapadék:
a, ammónium-szulfát hatására nem oldódik.
b, Erős és viszonylag tömény savakban csak melegítés hatására,
c, lúgokban pedig egyáltalán nem oldódik.

• Gipszes víz. Az oldékonysági viszonyoknak megfelelően a stroncium-szulfát - bár lassan, esetleg csak melegítés hatására - telített gipszes vízzel is leválasztható.
• K₂CrO₄. A sárga színű stroncium-kromát viszonylag töményebb (hígítás nélküli) semleges vagy gyengén ammóniás oldatból, esetleg azonos térfogatú etil-alkohol hatására válik le megbízhatóan.

A csapadék ecetsavban oldódik:
2 SrCrO₄ + 2 H⁺ → 2 Sr²⁺ + Cr₂O2−7 + H₂O

• Na₂HPO₄ hatására fehér színű szekunder vagy tercier stroncium-foszfát válik le.

A csapadék oldódása a megfelelő kalciumvegyületekével analóg.

• (NH₄)₂CO₃. Fehér stroncium-karbonát válik le.

A csapadékot már ecetsav is szén-dioxid fejlődése közben oldja.

• (NH₄)₂(COO)₂. A stroncium-oxalát leválasztása ecetsavas közegből nem sikerül. (Eltérés a kalciumionoktól.) A semleges oldatból leválasztott fehér színű stroncium-oxalát ecetsavban csak forralva, ásványi savakban hidegen is könnyen oldható.
• Lángfestés. A stroncium-klorid karminvörös lángfestése igen jellemző.

A lángfestést kézi spektroszkópon át megfigyelve számos vörös, valamint a jellemző 604 nm-es (narancs) és 461 nm-es (kék) színképvonalat észlelhetjük.

A stronciumionok legjobb és megfelelő körülmények között legérzékenyebb kimutatása a spektroszkópos vizsgálat. A IV-V. osztályon belül kromátos és szulfátos (esetleg oxalátos) reakciói azonosítási célokra jól használhatók.

A báriumionok reakciói

• A bárium-klorid (perklorát, nitrát stb.) vizes oldata semleges kémhatású.
• NaF. Az áttetsző bárium-fluorid a kalcium-fluoridnál oldhatóbb.
• Na₂HPO₄. Fehér színű, az oldat kémhatásától függő összetételű bárium-foszfát válik le.

A csapadékok savakban, melegítve még ecetsavban is oldódnak, pl.:
BaHPO₄ + H⁺ → Ba²⁺ + H₂PO−4
Hasonlóan a kalcium- és stroncium-foszfátok savas oldataihoz, a foszfátcsapadék ammónia hatására ebből az oldatból is leválik.

• Na₂CO₃. Fehér, ecetsavban oldódó bárium-karbonát csapadék válik le.
• H₂SO₄. A bárium-szulfát az összes szulfátcsapadék közül a legoldhatatlanabb. Ennek megfelelően az érzékenysége is nagy, így alkalmas bárium-, még inkább szulfátszennyeződés kimutatására.

A csapadék:
a, Nem oldódik tömény sósavban sem.
b, Azonnal leválik telített gipszes víz hatására.
c, Leválasztható telített stroncium-szulfát oldatával is.

• K₂CrO₄. E csoporton belül a legoldhatatlanabb kromát az ecetsavas oldatból is leválasztható sárga színű bárium-kromát csapadék, mely csak erős savakban oldódik.

Ugyancsak oldhatatlan ólom-kromáttól eltérően nátronlúgban nem oldódik.

• K₂Cr₂O₇. A bárium-kromát oldhatatlanságát jelzi, hogy nátrium-acetát jelenlétében a savtermelő bárium - bikromát reakcióban is leválasztható:

2 Ba²⁺ + Cr₂O2−7 + H₂O → 2 BaCrO₄ + H⁺

• (NH₄)₂(COO)₂. A fehér bárium-oxalát-csapadék nem tartozik a nagyon oldhatatlan vegyületek közé.
• A bárium-klorid jellegzetes zöld lángfestése némi gyakorlattal a réz(II)-klorid vagy bórsav ugyancsak zöld lángfestésétől megkülönböztethető.

A kézi spektroszkópban megfigyelve három zöld vonal jellemző: az 513,524,554 nm-es színképvonalak.

A báriumionok két legfontosabb reakciója: a szulfátos és a kromátos. Mindkettő - megfelelő körülmények között - meglehetősen szelektív, és kisebb mennyiségű bárium kimutatására is alkalmas. Lényeges természetesen spektroszkópos vizsgálata is.