Nejlehčí plyn periodické soustavy, vodík, lze dokázat pomocí hořící špejle. Při jejím přiložení k hrdlu nádoby s ním se ozve charakteristický zvuk známý jako ,,štěknutí‘‘. Dochází k tomu v důsledku jeho bouřlivé reakce se vzdušným kyslíkem – tyto plyny spolu tvoří výbušnou směs. Dodáním energie se dvouatomová molekula vodíku rozpadne na dva jeho radikály:
H2 → H· + ·H
(Tečka u symbolu vodíku značí radikál - částici s nespárovaným elektronem)
Taktéž se na dva radikály rozpadne dvouatomová molekula kyslíku:
O2 → O: + :O
(Dvojtečka u symbolu kyslíku značí radikály - dva nespárované elektrony)
Reakcí jednoho radikálu kyslíku s dvěma radikály vodíku vzniká molekula vody:
2 H· + :O → H2O
Souhrnně lze syntézu vodíku s kyslíkem zapsat takto:
2 H2 + O2 → 2 H2O
Životodárný plyn, kyslík, lze připravit několika způsoby. Často se využívá termického rozkladu manganistanu draselného. Dva vědci, a sice M. V. Lomonosov a A. L. Lavoisier, prokázali, že kyslík je plyn umožňující hoření látek. Jestliže tedy doutnající špejli vložíme k hrdlu nádoby s kyslíkem, špejle opět vzplane. Hlavním stavebním prvek dřívka je uhlík, který v přítomnosti kyslíku hoří na oxid uhelnatý (při nedostatku kyslíku) či uhličitý (při dostatku kyslíku):
C + O → CO (nedokonalé spalování)
C + O2 → CO2 (dokonalé spalování)
Jediným hořlavým prvkem je hořčík, šedobílý lesklý kov. Po jeho vložení do plamene kahanu můžeme pozorovat, jak oslnivě hoří. Při hoření na vzduchu se hořčík slučuje s dvěma plyny, a to kyslíkem a dusíkem, neboť ty tvoří značnou část atmosféry. Produktem hoření je bílý oxid hořečnatý obsahující stopová množství nitridu hořečnatého:
2 Mg + O2 → 2 MgO
3 Mg + N2 → Mg3N2
Pozn.: Hlavním podporovatelem hoření je kyslík, a proto vzniká více oxidu než nitridu hořečnatého, ačkoliv dusík zaujímá 78% a kyslík 21% atmosféry.
Jestliže se v laboratoři (při běžných podmínkách) setkáme s plynem žlutozelené barvy, můžeme bezpečně říct, že se jedná o chlor (pokud víme, že to nemůže být sloučenina). Druhý prvek podobné barvy je fluor, avšak ten je natolik reaktivní, že se s ním v elementární podobě prakticky nemůžeme setkat.
Jediným prvkem oranžové až hnědé barvy je měď. Může však být pokryta černými stopami oxidu měďnatého - působením vzdušného kyslíku se tímto oxidem pokrývá. Dalším procesem přechází do mírně zelených odstínů, což způsobí vzniklá vrstvička uhličitanu měďnatého.
Existují pouze dva kapalné prvky, avšak ty se liší svým zbarvením. Brom je hnědočervená kapalina, která se postupem času odpařuje (její páry jsou jedovaté). Brom patří mezi nekovy, do skupiny halogenů.
Ušlechtilé kovy, mezi které patří i stříbro, velmi neochotně reagují s mnohými kyselinami (s některými dokonce vůbec). Konkrétně stříbro není rozpustné v koncentrované kyselině chlorovodíkové ani sírové, avšak reaguje s koncentrovanou (i zředěnou) kyselinou dusičnou. Při reakci stříbra s koncentrovanou kyselinou dusičnou vzniká dusičnan stříbrný, hnědočervený oxid dusičitý a voda:
Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
Při reakci stříbra se zředěnou kyselinou dusičnou vzniká dusičnan stříbrný, bezbarvý oxid dusnatý a voda:
3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgNO3 + NO + 2 H2O
V čisté vodě je jod nerozpustný, avšak obohatíme-li 100 ml vody obsahující 0,3 g jodu gramem jodidu draselného, získáme červenou kapalinu známou jako Lugolův roztok (též Lugolovo činidlo). Při jeho reakci se škrobem (např. v bramborách) zmodrá. Jod se rozpouští ve vodném roztoku jodidu draselného:
KI · n H2O + I2 → KI3 · n H2O
Při reakci se škrobem se jod z jodidu vyredukuje, reakce tedy probíhá naopak:
KI3 · n H2O + škrob → I2 + KI · n H2O
Vysokou odolností vůči působení silných kyselin se může pyšnit zlato, neboť s žádnou z nich nereaguje. Rozpouští ho pouze lučavka královská (směs HCl a HNO3 v objemovém poměru 3:1). Při přípravě chloridu nitrosylu (lučavky královské) vzniká mimo jiné chlor a voda:
3 HCl + HNO3 → NOCl + Cl2 + H2O
Zlato se v lučavce královské rozpouští za vzniku chloridu zlatitého a oxidu dusnatého:
Au + 3 NOCl → AuCl3 + 3 NO
Po bromu zbývá už jen jediný kapalný prvek, a to rtuť. Je to kapalina s vysokou hustotou (13 500 kg·m-3) a stříbrolesklým vzhledem.
Životodárná tekutina - voda - se dokazuje přidáním bezvodého síranu měďnatého (získáme žíháním jeho pentahydrátu). Při reakci se bílý bezbarvý síran mění na modrý pentahydrát. Reakce bezvodého síranu měďnatého s vodou za vzniku modré skalice probíhá takto:
CuSO4 + 5 H2O → CuSO4 · 5 H2O
Pro důkaz oxidu uhličitého lze použít několik metod. Když do nádoby s ním vložíme hořící špejli, pak zhasne, neboť tento plyn nepodporuje hoření. Další možností je jeho zavádění do vodného roztoku hydroxidu vápenatého či barnatého – v obou případech se vytvoří nerozpustné sraženiny uhličitanů. Při působení oxidu uhličitého na hydroxid vápenatý (resp. barnatý) se vytvoří sraženina uhličitanu vápenatého (resp. barnatého) a vzniká voda:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 ↓ + H2O
Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3 ↓ + H2O
Pro kationty alkalických kovů a kovů alkalických zemin se využívá důkazová metoda zvaná plamenová zkouška. Na očko drátku se umístí krystal soli některého z kovu, a ten se vloží do nesvítivého plamene kahanu. Podle zbarvení plamene můžeme kovy kationty identifikovat.
Li+ purpurově červeně Na+ žlutě K+ fialově Rb+ fialově červeně Cs+ azurově modře Ca2+ cihlově červeně Sr2+ karmínově červeně Ba2+ světle zeleně
Pro tento kation je charakteristické, že vytváří sraženinu při reakci s halogenidy (s výjimkou fluoridu). Nejužívanější je reakce s kyselinou chlorovodíkovou, kdy vzniká bílá sraženina nerozpustného chloridu stříbrného. Další reakcí s vodným roztokem amoniaku vzniká rozpustný chlorid diaamminstříbrný. Sraženina chloridu stříbrného vzniká následující reakcí:
Ag+ + HCl → AgCl + H+
Sraženina se po přidání amoniaku rozpustí vznikem chloridu diamminstříbrného:
AgCl + 2 NH3 → [Ag(NH3)2]Cl
Nejznámějším důkazem pro kation amonný je jeho reakce s roztokem tetrajodido-rtuťnatu draselného, přičemž vzniká hnědá sraženina. Hnědá sraženina tetrajodido-rtuťnatanu amonného vzniká dle rovnice:
K2[HgI4] + NH4+ → (NH4)2[HgI4] + 2 K+
Reakcí kationtu kademnatého s uhličitanem sodným vzniká bílá sraženina nerozpustného uhličitanu kademnatého. Po přidání sulfidu amonného se vytváří žlutá sraženina taktéž ve vodě nerozpustného sulfidu kademnatého. Sraženina uhličitanu kademnatého vzniká podle rovnice:
Cd2+ + Na2CO3 → CdCO3 + 2 Na+
Následně se sraženina zbarví do žluta díky této reakci:
CdCO3 + (NH4)2S → CdS + (NH4)2CO3
Pro důkaz kobaltnatého kationtu je typická reakce s bezkyslíkatou kyselinou sulfonovou (sirovodíkovou), kdy vzniká černá sraženina sulfidu kobaltnatého. S chromanem draselným tvoří růžovou sraženinu. Černá sraženina sulfidu kobaltnatého vzniká při této reakci:
Co2+ + H2S → CoS + 2 H+
Reakcí s chromanem draselným vzniká hnědočervená sraženina dle rovnice:
Co2+ + K2CrO4 → CoCrO4 + 2 K+
Nejstabilnějším kationtem mědi je kation měďnatý, který se snadno dokáže při reakci s hydroxidem sodným, kdy se sráží modrý hydroxid měďnatý. Následným povařením směsi se vyloučí černý oxid měďnatý. Vznik sraženiny hydroxidu měďnatého vyjádříme následovně:
2 NaOH + Cu2+ → Cu(OH)2 + 2 Na+
Oxid měďnatý se z hydroxidu získává dle této rovnice:
Cu(OH)2 → CuO + H2O
Nejčastěji se kation dokazuje přidáním různých hexakyanoželezitanů, přičemž vzniká modrá sraženina. Zajímavější je však jeho reakce s hydroxidem sodným, kdy vzniká nejprve zelená sraženina, která se časem změní na hnědou. Vznik zelené sraženiny hydroxidu železnatého vyjadřuje tato rovnice:
Fe2+ + 2 NaOH → Fe(OH)2 + 2 Na+
Hydroxid železnatý se časem oxiduje na hydroxid železitý dle této rovnice:
4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O → 4 Fe(OH)3
Veškeré sloučeniny rtuťnaté patří mezi jedy. Jen některé z nich jsou rozpustné ve vodě. Jodid rtuťnatý vytváří ve vodě červenou sraženinu, která může vznikat při reakci rtuťnatého kationtu s jodidem draselným, což slouží jako důkazová zkouška. Červená sraženina jodidu rtuťnatého vzniká podle rovnice:
Hg2+ + 2 KI → HgI2 + 2 K+
Podobně jako kationty rtuťnaté se chovají kationty rtuťné, avšak jsou méně nebezpečné. Reakcí s jodidem draselným vzniká zelená sraženina, která se časem změní na červenou – obdobně jako při důkazu kationtu železnatého zde dochází k oxidaci původního produktu na stabilnější sloučeninu – zde z kationtu rtuťného na rtuťnatý. Vznik zelené sraženiny nestabilního jodidu rtuťného vzniká dle rovnice:
2 KI + Hg22+→ Hg2I2 + 2 K+
Stabilnější jodid rtuťnatý vzniká vyloučením přebytečné rtuti z jodidu:
Hg2I2 → HgI2 + Hg
Při reakci hořečnaté soli s uhličitanem amonným vzniká směs roztoků uhličitanu hořečnatého a amonné soli. Přidáním hydrogenfosforečnanu sodného vzniká bílá sraženina hexahydrátu fosforečnanu hořečnato-amonného. Reakcí hořečnaté soli s uhličitanem amonný vzniká uhličitan hořečnatý a uvolňují se dva kationty amonné:
Mg2+ + (NH4)2CO3 → 2 NH4+ + MgCO3
Další reakcí uhličitanu hořečnatého a kationtů amonných s hydrogenfosforečnanem sodným vzniká bílá sraženina hexahydrátu fosforečnanu hořečnato-amonného:
2 NH4+ + MgCO3 + NaHPO4 → NH4MgPO4 · 6 H2O + CO32- + Na+ + NH4+
Charakteristickou důkazovou zkouškou pro kation manganatý je jeho reakce se sulfidem amonným, přičemž vzniká růžová sraženina sulfidu manganatého. Další reakcí s chromanem draselným vzniká hnědá sraženina chromanu manganatého. Růžová sraženina sulfidu manganatého vzniká podle rovnice:
(NH4)2S + Mn2+ → MnS + 2 NH4+
Reakcí manganatého kationtu s chromanem draselným vzniká hnědá sraženina:
Mn2+ + K2CrO4 → MnCrO4 + 2 K+
Nikelnaté soli se vyznačují typickým zeleným zbarvením. O obsahu kationtu niklu v látce můžeme tedy uvažovat, jestliže má vzorek barvu zelenou, anebo vzniká zelená sraženina například při reakci s aniontem uhličitanovým (např. uhličitan sodný) – v případě této reakce vzniká zelená sraženina uhličitanu nikelnatého. Naopak reakcí se sulfidem sodným vzniká černá sraženina sulfidu nikelnatého. Zelená sraženina uhličitanu nikelnatého vzniká podle rovnice:
Ni2+ + Na2CO3 → NiCO3 + 2 Na+
Při reakci kationtu nikelnatého se sulfidem sodným vzniká naopak černá sraženina:
Ni2+ + Na2S → NiS + 2 Na+
Olovnatý kation reaguje při laboratorní teplotě s hydroxidem sodným za vzniku bílé sraženiny hydroxidu olovnatého, která po zahřání zmizí, neboť je uvedený hydroxid při zvýšené teplotě ve vodě lépe rozpustný. Obdobně se kation olovnatý chová při reakci se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou. Vznik bílé sraženiny hydroxidu olovnatého vystihuje tato rovnice:
2 NaOH + Pb2+ → Pb(OH)2 + 2 Na+
Cínaté soli se dokazují přidáním sulfidu sodného, přičemž vznikne hnědá sraženina sulfidu cínatého. Hnědá sraženina sulfidu cínatého vzniká dle rovnice:
Sn2+ + Na2S → SnS + 2 Na+
Sloučeniny obsahující zinečnaté kationty jsou většinou bezbarvé roztoky, nebo bílé nerozpustné sraženiny. Výjimkou je jeho chroman, který je typicky žlutý – toto zbarvení je charakteristické pro chromany obecně, proto při reakci například s chromanem sodným se nemění zbarvení roztoku. Reakcí zinečnaté soli s hydroxidem vzniká nejprve bílá sraženina hydroxidu zinečnatého, která se při dalším přiléváním hydroxidu sodného rozpustí – vzniká tetrahydroxozinečnatan sodný. Žlutý chroman zinečnatý vzniká podle této chemické rovnice:
Na2CrO4 + Zn2+ → ZnCrO4 + 2 Na+
Vznik bílé sraženiny hydroxidu zinečnatého vystihuje tato rovnice:
Zn2+ + 2 NaOH → Zn(OH)2 + 2 Na+
Hydroxid zinečnatý se přidáním dalšího hydroxidu rozpouští, vzniká komplex:
Zn(OH)2 + 2 NaOH → Na2[Zn(OH)4]
Přidáním hydroxidu sodného se vytváří bílá sraženina ve vodě nerozpustného hydroxidu hlinitého. Ta se však rozpouští v nadbytku hydroxidu sodného opět na bezbarvý roztok, přičemž vzniká komplexní sloučenina – tetrahydroxyhlinitan sodný. Přidáním hydroxidu sodného se vytváří bílá sraženina hydroxidu hlinitého:
Al3+ + 3 NaOH → Al(OH)3 + 3 Na+
Tato sraženina se rozpouští dalším přidáváním hydroxidu sodného – vzniká komplex:
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Soli bismutu (III) se dokazují přidáním sulfidu sodného, s kterým vytváří hnědou sraženinu sulfidu bismutitého. Přidáním kyseliny dusičné se sraženina rozpustí – vznikne bezbarvý dusičnan bismutitý. Vznik hnědé sraženiny sulfidu bismutitého probíhá dle rovnice:
2 Bi3+ + 3 Na2S → Bi2S3 + 6 Na+
Sulfid bismutitý se rozpouští v kyseliny dusičné na bezbarvý dusičnan:
Bi2S3 + 6 HNO3 → 2 Bi(NO3)3 + 3 S2- + 6 H+
Jako důkazové činidlo pro chromité soli se využívá hydroxid sodný. Při této reakce se vytvoří šedozelená sraženina hydroxidu chromitého. Přidáním roztoku peroxidu vodíku vznikne žlutý roztok. Sraženina hydroxidu chromitého vzniká podle reakce:
Cr3+ + 3 NaOH → Cr(OH)3 + 3 Na+
Přidáním peroxidu vodíku vznikne žlutý roztok chromanu:
Cr(OH)3 + 2 OH- + H2O2 → (CrO4)2- + 3 H2O
Další kation železa, železitý Fe3+, se dokazuje při jeho reakci s anionem thiokyanatanovým, přičemž se vytváří rudý thiokyanatan železitý. Reakcí železité soli s thiokyanatanovým anionem vzniká rudý thiokyanatan železitý:
Fe3+ + 3 SCN- → Fe(SCN)3
Pozn.: Tohoto pokusu využívají mnozí iluzionisté a filmaři, neboť thiokyanatan železitý připomíná svojí barvou krev – pokus je znám jako ,,umělá krev‘‘.
Kation antimonitý vytváří ve styku se sulfidem sodným oranžovou sraženinu sulfidu antimonitého. Po přidání kovového železa se vyloučí černý antimon. Postup vzniku oranžové sraženiny sulfidu antimonitého popisuje tato rovnice:
2 Sb3+ + 3 Na2S → Sb2S3 + 6 Na+
Železo vytěsňuje z roztoku antimon a z roztoku se stává železitá sůl:
Fe + Sb3+ → Fe3+ + Sb
Ciničitý kation vytváří v sulfidu sodném žlutou sraženinu sulfidu cíničitého. Přidáváním hydroxidu sodného se barva sraženiny změní na bílou v důsledku vzniku bílého hydroxidu ciničitého. Vznik žluté sraženiny vystihuje následující chemická rovnice
Sn4+ + Na2S → SnS2 + 2 Na+
Sraženina se v hydroxidu sodném rozpouští za vzniku hydroxidu cíničitého:
SnS2 + 4 NaOH → 2 Na2S + Sn(OH)4
Pro anionty halogenidů se využívá jako důkazové činidlo dusičnan stříbrný, který vytváří příslušné halogenidy stříbrné. V případě reakce s roztokem fluoridu vzniká průhledný roztok, u chloridu bílá sraženina, pro bromid sraženina jemně žluté barvy, zatímco u jodidu je zbarvení sraženiny sytěji žluté. Iontové reakce probíhají dle následujícího schématu (X = halogen):
AgNO3 + X- → AgX + NO3-
Dusitany nejhojněji vznikají při rozkladu dusičnanů (sodného či draselného) za uvolnění kyslíku. V kyselém prostředí mají oxidační schopnosti, které se běžně projevují jejich testy na jodidy, přičemž vzniká elementární jod. Modře zbarvený roztok obsahující jod vzniká při této reakci:
2 NO2- + 2 I- + 4 H3O+ → I2 + 2 NO + 6 H2O
Pozn.: Kyselé prostředí je zapříčiněno přítomností protonu H+, který je značně nestabilní, a tak se ve vodných roztocích váže na vodu za vzniku kationtu H3O+
Tento anion se dokazuje přidáním koncentrovaného roztoku síranu železnatého a následným přilitím (přidává se velice opatrně, nejlépe se vpravuje přímo pod roztok přidaného síranu) koncentrované kyseliny sírové – výsledkem testu je hnědý kroužek vzniklý na pomezí kapalin. Pozn.: Hnědé zbarvení proužku zapříčiňuje kation [Fe(H2O)5(NO)]2+.
Jedním z méně tradičných aniontů je thiokyanatanový anion CN-. Jeho reakce s železitými kationty poskytuje rudě zbarvený roztok thiokyanatanu železitého připomínající krev. Vznik ,,umělé krve‘‘ vystihuje tato rovnice:
Fe3+ + 3 SCN- → Fe(SCN)3
Barnaté soli poskytují působením aniontu uhličitanového sraženinu uhličitanu barnatého. Tato sraženina vzniká i při působení plynného oxidu uhličitého na vodný roztok hydroxidu barnatého. Sraženinu uhličitanu barnatého získáme podle této reakce:
Ba2+ + CO32- → BaCO3
Chromany jsou sloučeniny světle žluté barvy, zatímco dichromany mají barvu oranžovou. Mezi těmito ionty může nastat rovnováha, neboť žlutě zbarvené chromany přechází na oranžové dichromany přidáním kyseliny. Reakce bude probíhat opačným směrem, jestliže se k roztoku oranžového dichromanu přidá zásaditá látka. Přechod z chromanu na dichromany probíhá následovně:
2 CrO42- + 2 H+ → Cr2O72- + H2O
Zpětná reakce běží podle této rovnice:
Cr2O72- + 2 OH- → 2 CrO42-+ H2O
Pozn.: Zásadité prostředí způsobuje hydroxylová skupina OH-, kyselé proton H+
Sulfidový anion poskytuje s různými kationty celou škálu barevných sloučenin. Nejprokazatelnější je jeho reakce s olovnatou solí, kdy je hlavním produktem černě zbarvený sulfid olovnatý. Vznik černého sulfidu olovnatého prokazuje následující iontová rovnice:
Pb2+ + S2- → PbS
Siřičitany mají výbornou schopnost redukovat elementární jod na bezbarvé jodidy. Při reakci se oxidují na sírany a pH se snižuje (vzniklý roztok je kyselejší):
SO32- + I2 + H2O → SO42- + 2 I- + 2 H+
Síranové anionty prokážeme jednoduše reakcí s barnatými kationty. Produktem reakce je bílá sraženina vzniklého síranu barnatého BaSO4.
Ba2+ + SO42- → BaSO4
Fosforečnany poskytují žlutou sraženinu, jestliže reagují s kationty železitými či stříbrnými.
Fe3+ + PO43- → FePO4
3 Ag+ + PO43- → Ag3PO4
Organické sloučeniny tvořené výhradně atomy uhlíku a vodíku se nazývají uhlovodíky. Mezi atomy uhlíku mohou být různé druhy vazeb – jednoduchá (C-C), dvojná (C=C) anebo trojná (C≡C). Nejstabilnější uhlovodíky jsou ty, které mají násobnější vazbu, avšak delší jsou ty s jednodušší vazbou.
Na násobnou (dvojnou či trojnou) vazbu lze snadno navázat částice dalších látek. Podíváme se, jak by dopadlo zavádění chloru na ethylen:
H2C=CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl
Násobná vazba zaniká v důsledku přijmutí cizorodé částice do své struktury. Tento typ reakce se nazývá adice. Pro důkaz násobných vazeb ve struktuře uhlovodíků se využívá reakce s bromovou vodou (vodný roztok bromu) či roztoku manganistanu draselného. Oba roztoky prokáží v přítomnosti násobné vazby barevnou změnu.
Pozn.: Aromatické uhlovodíky (areny) se sice kreslí s dvojnými vazbami ve své struktuře, ale jelikož obsahují konjugovaný systém π elektronů, tak neposkytují s těmito roztoky pozitivní výsledek.
Významné organické sloučeniny, jako jsou aldehydy a ketony, obsahují ve své struktuře karbonylovou skupinu > C = O. Tato charakteristická (funkční) skupina se poté vyskytuje v karboxylových kyselinách či třeba sacharidech.
> C = O
Atom kyslíku obsahuje dva nespárované elektronové páry a k atomu uhlíku, jak je patrno z obecného vzorce skupiny, je poután násobnou, konkrétně dvojnou, vazbou. Proto lze na atom kyslíku ,,adovat‘‘ některé částice, čehož se využívá při dokazování celé karbonylové skupiny. Jedním z nejběžnějších způsobů důkazu karbonylo skupiny je reakce se Schiffovým činidlem (roztokem fuchsinu odbarveným oxidem siřičitým). Oxid siřitý, který předtím odbarvil roztok fuchsinu, se naváže na karbonylový atom kyslíku a fuchsin tak získá svoji původní červenou barvu. Kromě tohoto postupy lze pro důkaz karbonylové skupiny využít také třeba reakci s Grignardovým, Tollensovým či Fehlingovým činidlem.