褐色環反応のソースを表示

[[File:Brown Ring Test in Sam Tet.jpg|thumb|褐色環反応<br/>上層と下層の界面に褐色環が生成しているのが解る]]
'''褐色環反応'''（brown ring reaction）は別名、'''褐輪反応'''や、'''褐色環試験'''（英:brown ring test）とも呼ばれる、[[亜硝酸イオン]] NO<sub>2</sub><sup>-</sup> と[[硝酸イオン]] NO<sub>3</sub><sup>-</sup> の検出に使われる反応である。

亜硝酸イオンや硝酸イオンを含む[[硫酸鉄(II)]]水溶液（上層）と、濃[[硫酸]]（下層）の境界面に褐色の輪（褐色環）が生成することからこの様に呼ばれる。

ほぼ全ての塩が[[水溶性]]であり、[[硫酸イオン]] SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> 等と異なり、[[沈殿]]を形成しない水中の[[硝酸イオン]]や[[亜硝酸イオン]]の簡便な検出法として、しばしば[[定性無機分析]]に使われる。

==方法==
冷却した試料水溶液と濃厚な[[硫酸鉄(II)]]水溶液の混合溶液に、さらに冷却しつつ、濃[[硫酸]]を反応容器の壁面に伝わらせながら静かに流し込むと、密度の大きい濃硫酸は溶液の底に沈み、[[硝酸イオン]]が存在すればその境界面に褐色の輪（褐色環）が生成する<ref name=kagakuichininosinkenkyu>理系大学受験 化学Ⅰ･Ⅱの新研究　卜部吉庸　三省堂　2010年12月25日　第21刷　P364,P422</ref>。

なお、[[亜硝酸イオン]]の場合は特徴として、濃硫酸の代わりに希硫酸を加えても褐色環反応を起こす<ref>新化学小辞典　池田長生・小熊幸一 監修、三省堂編修所 編　2009年1月20日　初版　「褐輪反応」</ref>。<br>
これは硝酸イオンに比べて、亜硝酸イオンが不安定で酸化還元反応を起こしやすいことに起因していると考えられる。


==反応機構<ref name=kagakuichininosinkenkyu>理系大学受験 化学Ⅰ･Ⅱの新研究　卜部吉庸　三省堂　2010年12月25日　第21刷　P364,P422</ref>==
1、[[亜硝酸イオン]] NO<sub>2</sub><sup>-</sup> や[[硝酸イオン]] NO<sub>3</sub><sup>-</sup> は酸性下では以下のように[[酸化剤]]として働き、自身は[[一酸化窒素]]になる。<br>
　（この反応は、濃[[硫酸]]から[[水素イオン]]の供給が受けられる境界面で進行しやすい。）

: <math>\rm NO_2^- + 2H^+ + e^- \longrightarrow NO + H_2O </math>

: <math>\rm NO_3^- + 4H^+ + 3e^- \longrightarrow NO + 2H_2O </math>


2、一方、鉄(II)イオンは[[還元剤]]として働く。

: <math>\rm Fe^{2+} \longrightarrow Fe^{3+} + e^- </math>


: 1,2の半反応式をまとめると、鉄(II)イオンが[[亜硝酸イオン]]や[[硝酸イオン]]を還元し、[[一酸化窒素]]が生じていることが分かる。

: <math>\rm NO_2^- + 2H^+ + Fe^{2+} \longrightarrow NO + Fe^{3+} + H_2O </math>

: <math>\rm NO_3^- + 4H^+ + 3Fe^{2+} \longrightarrow NO + 3Fe^{3+} + 2H_2O </math>


3、上記の反応により境界面で生成した[[一酸化窒素]]と溶液中の鉄(II)イオン（厳密にはヘキサアクア鉄(II)イオンの形で存在）が[[配位子]]交換反応を起こす。<br>
　これにより、不安定な褐色の[[錯イオン]]であるペンタアクアニトロシル鉄(II)イオン [Fe(H<sub>2</sub>O)<sub>5</sub>(NO)]<sup>2+</sup> が生成し、境界面で褐色環を形成する。

: <math>\rm [Fe(H_2O)_6]^{2+} + NO \longrightarrow [Fe(H_2O)_5(NO)]^{2+} + H_2O </math>


4、ペンタアクアニトロシル鉄(II)イオン [Fe(H<sub>2</sub>O)<sub>5</sub>(NO)]<sup>2+</sup> はかなり不安定なため、常温でしばらく放置すると3の逆反応により分解し、やがて褐色環は消失する。

: <math>\rm [Fe(H_2O)_5(NO)]^{2+} + H_2O \longrightarrow [Fe(H_2O)_6]^{2+} + NO </math>


なお、ペンタアクアニトロシル鉄(II)イオン中の配位子としての水は省略されて、ニトロシル鉄(II)イオン[Fe(NO)]<sup>2+</sup>と書かれる場合もしばしばある。


== 参考文献 ==

<references />


==関連項目==
* [[定性無機分析]]
* [[デバルダ合金]]
* [[ケルダール法]]
* [[硝酸]]
* [[硝酸塩]]
* [[亜硝酸]]
* [[亜硝酸塩]]
* [[一酸化窒素]]


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[[Category:窒素]]
[[Category:分析化学]]
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