Chemia analityczna nauka o metodach badania składu materii. Składa się z dwóch głównych sekcji: analiza jakościowa i analiza ilościowa. zestaw metod ustalania jakościowego składu chemicznego ciał - identyfikacja atomów, jonów, cząsteczek, z których składa się analizowana substancja. Najważniejszymi cechami każdej metody analizy jakościowej są: specyficzność i czułość. Specyfika charakteryzuje możliwość wykrycia pożądanego pierwiastka w obecności innych pierwiastków, takich jak żelazo w obecności niklu, manganu, chromu, wanadu, krzemu itp. Czułość określa najmniejszą ilość pierwiastka, którą można wykryć tą metodą ; czułość wyraża się dla nowoczesnych metod wartościami rzędu 1 mcg(jedna milionowa grama). Analiza ilościowa - zestaw metod określania składu ilościowego ciał, tj. stosunków ilościowych, w których pierwiastki chemiczne lub poszczególne związki w analicie. Najważniejsza cecha każda metoda analizy ilościowej jest, wraz ze swoistością i czułością, dokładnością. Dokładność analizy wyraża się wartością błędu względnego, który w większości przypadków nie powinien przekraczać 1-2%. Czułość w analizie ilościowej jest wyrażona w procentach. Wiele nowoczesne metody mają bardzo wysoką czułość. Zatem obecność miedzi w krzemie można określić metodą analizy radioaktywnej z dokładnością 2 × 10 -8%. Ze względu na pewne specyficzne cechy w A.x. zwyczajowo podkreśla się analizę substancji organicznych (patrz poniżej). Szczególne miejsce w A.x. zajmuje się w oparciu o całość metod analizy jakościowej i ilościowej, nieorganicznej i organicznej w ich zastosowaniu do konkretnego obiektu. Analiza techniczna obejmuje kontrolę analityczną procesów produkcyjnych, surowców, produkt końcowy, woda, powietrze, spaliny itp. Szczególnie duże jest zapotrzebowanie na „ekspresowe” metody analizy technicznej, wymagające 5-15 min. dla osobnej definicji. Tak samo jest w przypadku określenia przydatności produktu do potrzeb człowieka Historia starożytna jak również jego produkcja. Początkowo taka definicja miała na celu ustalenie przyczyn niezgodności uzyskanych właściwości produktów z pożądanymi lub niezbędnymi. Dotyczyło to produktów spożywczych - takich jak chleb, piwo, wino itp., do badania których użyto smaku, zapachu, koloru (te metody badawcze, zwane organoleptycznymi, są również stosowane w nowoczesnych Przemysł spożywczy). Surowce i produkty dawnego hutnictwa - rudy, metale i stopy, które były używane do wytwarzania narzędzi produkcyjnych (miedź, brąz, żelazo) lub do dekoracji i wymiany towarowej (złoto, srebro), badano ich gęstością, właściwości mechaniczne poprzez przebiegi testowe. Połączenie takich metod badania stopów szlachetnych jest nadal stosowane w analizie testowej. Określono jakość barwników, wyroby ceramiczne mydła, skóra, tkaniny, szkło, leki. W procesie takiej analizy zaczęto rozróżniać poszczególne metale (złoto, srebro, miedź, cyna, żelazo), zasady i kwasy. W okresie alchemicznym w rozwoju chemii (patrz Alchemia), który charakteryzował się rozwojem prac eksperymentalnych, wzrosła liczba rozróżnialnych metali, kwasów, zasad, powstała koncepcja soli, siarki jako substancji palnej itp. W tym samym okresie wynaleziono wiele przyrządów do badań chemicznych, stosowano ważenie badanych i stosowanych substancji (14-16 wieków). Główne znaczenie okresu alchemicznego dla przyszłości A. x. polegała na tym, że odkryto czysto chemiczne metody rozróżniania poszczególnych substancji; tak w XIII wieku. stwierdzono, że „mocna wódka” ( Kwas azotowy) rozpuszcza srebro, ale nie rozpuszcza złota, a „aqua regia” (mieszanina kwasu azotowego i solnego) również rozpuszcza złoto. Alchemicy położyli podwaliny pod definicje chemiczne; wcześniej, aby odróżnić substancje, wykorzystywano ich właściwości fizyczne. W okresie jatrochemii (16-17 w.) środek ciężkości chemiczne metody badawcze, zwłaszcza metody „mokrych” badań jakościowych substancji, które są przenoszone do roztworów: np. srebra i kwas chlorowodorowy rozpoznano po reakcji tworzenia się osadu w środowisku kwasu azotowego; stosowano reakcje z powstawaniem kolorowych produktów, takich jak żelazo z garbnikami. Początek naukowego podejścia do analizy chemicznej zapoczątkował angielski naukowiec R. Boyle (XVII w.), kiedy oddzielając chemię od alchemii i medycyny oraz wkraczając na grunt atomizmu chemicznego, wprowadził pojęcie pierwiastka chemicznego jako nierozkładalny składnik różne substancje. Według Boyle'a przedmiotem chemii jest badanie tych pierwiastków i sposobu, w jaki łączą się one, tworząc związki chemiczne i mieszaniny. Boyle nazwał rozkład substancji na pierwiastki „analizą”. Cały okres alchemii i jatrochemii był w dużej mierze okresem chemii syntetycznej; Otrzymano wiele związków nieorganicznych i niektóre organiczne. Ponieważ jednak synteza była ściśle związana z analizą, to właśnie analiza była wiodącym kierunkiem rozwoju chemii w tamtym czasie. Nowe substancje otrzymywano w procesie coraz bardziej wyrafinowanego rozkładu produktów naturalnych. Tak więc prawie do połowy XIX wieku. Chemia rozwijała się głównie jako A.x.; wysiłki chemików miały na celu opracowanie metod określania jakościowo różnych zasad (pierwiastków), w celu ustalenia praw ilościowych dla ich interakcji. Ogromne znaczenie w analizie chemicznej miało rozróżnienie gazów, które wcześniej uważano za jedną substancję; Badania te zainicjował holenderski naukowiec van Helmont (XVII w.), który odkrył dwutlenek węgla. Największy sukces w tych badaniach odnieśli J. Priestley, C.V. Scheele i A.L. Lavoisier (XVIII w.). Chemia eksperymentalna otrzymała solidne podstawy w ustanowionym przez Lavoisiera (1789) prawie zachowania masy substancji w operacjach chemicznych. To prawda, że już wcześniej prawo to w bardziej ogólnej formie wyraził M. V. Lomonosov (1758), a szwedzki naukowiec T. A. Bergman wykorzystał zachowanie masy substancji do celów analizy chemicznej. To Bergmanowi przypisuje się stworzenie systematycznego toku analizy jakościowej, w której badane substancje przeniesione do stanu rozpuszczonego są następnie dzielone na grupy za pomocą reakcji strącania z odczynnikami i dalej dzielone na jeszcze mniejsze grupy aż do możliwości oznaczenia każdego pierwiastka. osobno. Jako główne odczynniki grupy Bergman zaproponował siarkowodór i zasady, które są nadal używane. Usystematyzował także analizę jakościową „na sucho”, poprzez podgrzewanie substancji, co prowadzi do powstawania „perełek” i blaszek o różnych kolorach. Dalsze doskonalenie systematycznej analizy jakościowej przeprowadzili chemicy francuscy L. Vauquelin i L. J. Tenard, chemicy niemieccy G. Rose i K. R. Fresenius oraz chemik rosyjski N. A. Menshutkin. W latach 20-30. XX wiek Radziecki chemik N. A. Tananaev, na podstawie znacznie rozszerzonego zestawu reakcje chemiczne zaproponowali frakcyjną metodę analizy jakościowej, w której nie ma potrzeby systematycznego przebiegu analizy, podziału na grupy i stosowania siarkowodoru. Analiza ilościowa pierwotnie opierała się na reakcjach strącania pierwiastków oznaczanych w postaci słabo rozpuszczalnych związków, których masę następnie ważono. Ta wagowa (lub grawimetryczna) metoda analizy również uległa znacznej poprawie od czasów Bergmanna, głównie dzięki udoskonaleniu odważników i technik ważenia oraz zastosowaniu różnych odczynników, w szczególności organicznych, które tworzą najmniej rozpuszczalne związki. W 1 ćw. XIX wieku. Francuski naukowiec J. L. Gay-Lussac zaproponował wolumetryczną metodę analizy ilościowej (wolumetrycznej), w której zamiast ważenia mierzy się objętości roztworów substancji wchodzących w interakcje. Metoda ta, zwana również metodą miareczkowania lub metodą miareczkowania, jest nadal główną metodą analizy ilościowej. Znacząco się rozszerzyła zarówno ze względu na wzrost liczby wykorzystywanych w nim reakcji chemicznych (wytrącanie, neutralizacja, kompleksowanie, reakcje oksydacyjno-redukcyjne), jak i ze względu na zastosowanie wielu wskaźników (substancji, które poprzez zmiany koloru wskazują koniec reakcji między oddziałującymi rozwiązaniami), itp. sposoby wskazania (poprzez zdefiniowanie różnych właściwości fizyczne rozwiązania, takie jak przewodnictwo elektryczne lub współczynnik załamania). Analiza substancji organicznych zawierających jako podstawowe pierwiastki węgiel i wodór metodą spalania i oznaczanie produktów spalania - dwutlenek węgla i wodę - po raz pierwszy przeprowadził Lavoisier. Został on dodatkowo ulepszony przez J. L. Gay-Lussaca i L. J. Tenarda i J. Liebiga. W 1911 roku austriacki chemik F. Pregl opracował technikę mikroanalizy związków organicznych, która wymaga tylko kilku mg oryginalna substancja. Ze względu na złożoną budowę cząsteczek substancji organicznych, ich duże rozmiary (polimery), wyraźną izomerię, analiza organiczna obejmuje nie tylko analizę elementarną - określenie względnych ilości poszczególne elementy w cząsteczce, ale także funkcjonalne - określające charakter i liczbę poszczególnych charakterystycznych grup atomowych w cząsteczce. Analiza funkcjonalna opiera się na charakterystycznych reakcjach chemicznych i właściwościach fizycznych badanych związków. Niemal do połowy XX wieku. analiza substancji organicznych, ze względu na swoją specyfikę, rozwinęła się na swój własny sposób, odmienny od analizy nieorganicznej, a w kursy przygotowujące nie został uwzględniony w A.x. Analiza substancji organicznych została uznana za część chemii organicznej. Ale potem, gdy pojawiły się nowe, głównie fizyczne metody analizy, szerokie zastosowanie odczynniki organiczne w analizie nieorganicznej, obie te gałęzie A.x. zaczął się zbiegać i teraz reprezentuje jedną wspólną dyscyplinę naukową i edukacyjną. A.x. jak nauka obejmuje teorię reakcji chemicznych i właściwości chemiczne substancje i jako takie w pierwszym okresie rozwoju chemia ogólna pasował do niej. Jednak w drugiej połowie XIX wieku, kiedy dominującą pozycję w analizie chemicznej zajęła „metoda mokra”, czyli analiza w roztworach, głównie roztworach wodnych, temat A.x. Zaczęli badać tylko te reakcje, które dają cenny analitycznie, charakterystyczny produkt - nierozpuszczalny lub barwny związek, który występuje podczas szybkiej reakcji. W 1894 r. niemiecki naukowiec W. Ostwald po raz pierwszy przedstawił podstawy naukowe A.x. jako teoria równowagi chemicznej reakcji jonowych w roztworach wodnych. Teoria ta, uzupełniona wynikami całego późniejszego rozwoju teorii jonowej, stała się podstawą A.x. Praca rosyjskich chemików M. A. Ilyinsky'ego i L. A. Chugaeva (koniec XIX wieku - początek XX wieku) położyła podwaliny pod zastosowanie odczynników organicznych, charakteryzujących się wysoką specyficznością i czułością, w analizie nieorganicznej. Badania wykazały, że każdy jon nieorganiczny charakteryzuje się reakcją chemiczną z związek organiczny, zawierające pewną grupę funkcjonalną (tzw. grupę funkcjonalno-analityczną). Począwszy od lat 20-tych. XX wiek W analizie chemicznej rola metod instrumentalnych zaczęła wzrastać, ponownie wracając analizę do badania właściwości fizycznych analizowanych substancji, ale nie tych właściwości makroskopowych, które analiza działała w okresie przed powstaniem chemii naukowej, ale atomowych i właściwości molekularne. Nowoczesne A.x. szeroko wykorzystuje atomowe i molekularne widma emisyjne i absorpcyjne (widzialne, ultrafioletowe, podczerwone, rentgenowskie, częstotliwości radiowe i gamma), radioaktywność (naturalną i sztuczną), spektrometrię mas izotopowych, właściwości elektrochemiczne jonów i cząsteczek, właściwości adsorpcyjne itp. (patrz Kolorymetria , Luminescencja , Analiza mikrochemiczna , Nefelometria , Analiza aktywacyjna , Analiza spektralna , Fotometria , Chromatografia , Elektronowy rezonans paramagnetyczny , Elektrochemiczne metody analizy). Zastosowanie metod analizy opartych na tych właściwościach jest równie skuteczne w analizie nieorganicznej, jak i organicznej. Metody te znacząco pogłębiają możliwości rozszyfrowania składu i budowy związków chemicznych, ich jakościowego i ilościowego oznaczania; pozwalają na doprowadzenie czułości oznaczenia do 10 -12 - 10 -15% zanieczyszczenia, wymagają niewielkiej ilości analitu, a często mogą służyć do tzw. badania nieniszczące(tj. nie towarzyszy temu zniszczenie próbki) może służyć jako podstawa do automatyzacji procesów analizy produkcji. Jednocześnie powszechne stosowanie tych metod instrumentalnych stawia przed A.x. nowe wyzwania. jako nauka wymaga uogólnienia metod analizy nie tylko na podstawie teorii reakcji chemicznych, ale także na podstawie teoria fizyczna struktury atomów i cząsteczek. A. x., która odgrywa ważną rolę w postępie nauk chemicznych, ma również duże znaczenie w kontroli procesy przemysłowe i w rolnictwo. Rozwój A.x. w ZSRR jest ściśle związany z uprzemysłowieniem kraju i późniejszym ogólnym postępem. W wielu uczelniach zorganizowano wydziały chemii chemicznej, które kształcą wysoko wykwalifikowanych chemików-analityków. Radzieccy naukowcy opracowują teoretyczne podstawy A.x. oraz nowe metody rozwiązywania problemów naukowych i praktycznych. Wraz z pojawieniem się takich branż jak przemysł jądrowy, elektronika, produkcja półprzewodników, metali rzadkich, kosmochemia, jednocześnie pojawiła się potrzeba opracowania nowych, precyzyjnych i najdoskonalszych metod kontroli czystości materiałów, gdzie w wielu przypadkach zawartość zanieczyszczeń nie powinna przekraczać jednego atomu na 1-10 milionów atomów wytworzonego produktu. Wszystkie te problemy z powodzeniem rozwiązują sowieccy chemicy analityczni. Udoskonalane są również stare metody kontroli produkcji chemicznej. Rozwój A.x. jako specjalna gałąź chemii powołano do życia także wydawanie specjalnych czasopism analitycznych we wszystkich uprzemysłowionych krajach świata. W ZSRR ukazują się 2 takie czasopisma – Laboratorium Zakładowe (od 1932) i Czasopismo chemia analityczna„(od 1946 r.). Istnieją również specjalistyczne czasopisma międzynarodowe dotyczące poszczególnych działów A.x., na przykład czasopisma z zakresu chromatografii i chemii elektroanalitycznej. Specjaliści w A.x. przygotowywane są na specjalnych wydziałach uczelni, technikach chemiczno-technicznych i szkołach zawodowych. Oświetlony.: Alekseev V.N., Kurs Jakościowej Chemicznej Semimikroanalizy, wyd. 4, M. 1962: własny. Analiza ilościowa, wyd. , M., 1958; Lyalikov Yu.S., Metody fizyczne i chemiczne analiza, wyd. 4, M., 1964; Yuing G. D. Instrumentalne metody analizy chemicznej, przeł. z angielskiego, M., 1960; Lurie Yu Yu, Podręcznik chemii analitycznej, M., 1962. Yu.A.Klyachko.
Duży sowiecka encyklopedia. - M.: Encyklopedia radziecka. 1969-1978 .
Rozważa zasady i metody określania składu chemicznego substancji. Obejmuje analizę jakościową i analizę ilościową. Chemia analityczna powstała wraz z chemią nieorganiczną wcześniej niż inne nauki chemiczne (do końca XVIII wieku chemia ... ... Wielki słownik encyklopedyczny
chemia analityczna- (analityka) - nauka, która rozwija ogólną metodologię, metody i środki pozyskiwania informacji eksperymentalnych na temat skład chemiczny substancje i opracowywanie metod analizy różnych obiektów. Zalecenia dotyczące terminologii chemii analitycznej ... ... Terminy chemiczne
CHEMIA ANALITYCZNA bada zasady i metody identyfikacji substancji i ich składników (analiza jakościowa), a także określania ilościowego stosunku składników (atomów, cząsteczek, faz itp.) w próbce (analiza ilościowa). Do 1. ... ... Współczesna encyklopedia
CHEMIA ANALITYCZNA- CHEMIA ANALITYCZNA, wydział chemii, rozwijanie teorii. podstawy i praktyczne metody analizy chemicznej (patrz) ... Wielka encyklopedia medyczna
Istotną rolę w kształceniu specjalistów z zakresu inżynierii środowiska odgrywa kurs chemii fizycznej i koloidalnej, obejmujący fizykochemiczne metody analizy oraz metody separacji i oczyszczania. Główne działy chemii fizycznej - kinetyka chemiczna i termodynamika chemiczna - stanowią podstawę teoretyczną dla innych działów chemii, a także technologii chemicznej oraz metod rozdzielania i oczyszczania substancji. Pomiary właściwości fizykochemicznych substancji stanowią podstawę wielu nowoczesnych instrumentalnych (fizykochemicznych) metod analizy i kontroli stanu środowisko. Ponieważ większość obiektów naturalnych to układy koloidalne, konieczne jest poznanie podstaw chemii koloidalnej.
Zagrożenia związane z zanieczyszczeniem środowiska produktami – substancje szkodliwe można znacznie zmniejszyć poprzez staranne czyszczenie produktów. Metody czyszczenia chemicznego obejmują obróbkę odczynnikami, które neutralizują szkodliwe składniki. Konieczna jest znajomość szybkości i kompletności reakcji, ich zależności od warunki zewnętrzne, umieć obliczyć stężenie odczynników, które zapewniają wymagany stopień oczyszczenia. Szeroko stosowane są również fizykochemiczne metody oczyszczania, w tym rektyfikacja, ekstrakcja, sorpcja, wymiana jonowa i chromatografia.
Badanie przedmiotu chemia fizyczna i koloidalna przez studentów specjalności przyrodniczych (nr.) obejmuje opracowanie kursu teoretycznego (wykładowego), seminaria z chemii analitycznej, w tym fizyczne i chemiczne metody analizy, metody separacji i oczyszczania , chromatografia i sekcje chemii koloidalnej, prace laboratoryjne i ćwiczenia praktyczne, a także praca samodzielna, w tym zaliczenie trzech prac domowych. W trakcie pracy laboratoryjnej i praktycznej studenci nabywają umiejętności przeprowadzania eksperymentów fizycznych i chemicznych, kreślenia wykresów, matematycznego przetwarzania wyników pomiarów oraz analizy błędów. Wykonując zadania laboratoryjne, praktyczne i domowe, studenci nabywają umiejętności pracy z literaturą referencyjną.
Seminaria z chemii analitycznej i koloidalnej
Seminarium 1. Przedmiot chemii analitycznej. Klasyfikacja metod analizy. Metrologia. Klasyczne metody analizy ilościowej.
Specjaliści zajmujący się ekologią inżynierską potrzebują wystarczająco pełnej informacji o składzie chemicznym surowców, produktów produkcyjnych, odpadów produkcyjnych oraz o środowisku – powietrzu, wodzie i glebie; szczególną uwagę należy zwrócić na identyfikację szkodliwe substancje oraz określenie ich ilości. Ten problem został rozwiązany chemia analityczna - nauka określania składu chemicznego substancji. Analiza chemiczna jest głównym i konieczne lekarstwo kontrola zanieczyszczeń.
Superkrótkie studium tego działu chemii nie może zakwalifikować chemika analitycznego, jego celem jest zapoznanie się z minimalną ilością wiedzy wystarczającej do wyznaczenia chemikom konkretnych zadań, skupienie się na możliwościach określonych metod analitycznych oraz zrozumienie znaczenia wyniki analizy.
Rozróżnij analizę jakościową i ilościową. Pierwszy określa obecność niektórych składników, drugi - ich zawartość ilościową. Podczas badania składu substancji analiza jakościowa zawsze poprzedza analizę ilościową, ponieważ wybór metody analizy ilościowej zależy od jakościowego składu badanego obiektu. Metody analizy dzielą się na chemiczne i fizykochemiczne. Chemiczne metody analizy opierają się na przekształceniu analitu w nowe związki o określonych właściwościach. Poprzez tworzenie charakterystycznych związków pierwiastków ustala się skład substancji.
Analiza jakościowa związki nieorganiczne oparte na reakcje jonowe i umożliwia detekcję pierwiastków w postaci kationów i anionów. Na przykład, jony Cu 2+ można określić przez utworzenie jasnego jonu złożonego 2+ koloru niebieskiego. Podczas analizy związków organicznych zwykle określa się C, H, N, S, P, Cl i inne pierwiastki. Węgiel i wodór są oznaczane po spaleniu próbki, rejestrując uwolniony dwutlenek węgla i wodę. Istnieje wiele technik wykrywania innych pierwiastków.
Analiza jakościowa dzieli się na ułamkową i systematyczną.
Analiza frakcyjna opiera się na wykorzystaniu specyficznych i selektywnych reakcji, za pomocą których możliwe jest wykrycie pożądanych jonów w dowolnej kolejności w poszczególnych porcjach roztworu testowego. Analiza frakcyjna umożliwia szybkie określenie ograniczonej liczby jonów (od jednego do pięciu) zawartych w mieszaninie, której skład jest w przybliżeniu znany.
Analiza systematyczna to specyficzna sekwencja wykrywania poszczególnych jonów po znalezieniu i usunięciu z roztworu wszystkich innych jonów zakłócających oznaczenie.
Oddzielne grupy jonów izoluje się wykorzystując podobieństwa i różnice we właściwościach jonów za pomocą tzw. odczynników grupowych – substancji, które w ten sam sposób reagują z całą grupą jonów. Grupy jonów dzielą się na podgrupy, a te z kolei na pojedyncze jony, które wykrywa się za pomocą tzw. reakcje analityczne charakterystyczne dla tych jonów. Takim reakcjom koniecznie towarzyszy znak analityczny, czyli efekt zewnętrzny - wytrącanie, wydzielanie gazu, zmiana koloru roztworu.
Reakcja analityczna ma właściwość specyficzności, selektywności i czułości.
Specyficzność pozwala na wykrycie danego jonu w określonych warunkach w obecności innych jonów przez taką lub inną charakterystyczną cechę (kolor, zapach itp.). Takich reakcji jest stosunkowo niewiele (na przykład reakcja wykrywania jonu NH 4 + przez działanie zasady na substancję po podgrzaniu). Ilościowo swoistość reakcji szacuje się wartością stosunku granicznego, który jest równy stosunkowi stężeń oznaczanego jonu i jonów zakłócających. Na przykład reakcja kropli na jon Ni 2+ w wyniku działania dimetyloglioksymu w obecności jonów Co 2+ przebiega w granicznym stosunku Ni 2+ do Co 2+ równym 1:5000.
Selektywność (lub selektywność) reakcji jest określona przez fakt, że podobny efekt zewnętrzny jest możliwy tylko przy ograniczonej liczbie jonów, z którymi reakcja daje efekt pozytywny. Stopień selektywności (selektywności) jest tym większy, im mniejsza jest liczba jonów, z którymi reakcja daje pozytywny efekt.
Czułość reakcji charakteryzuje szereg powiązanych ze sobą wartości: granica wykrywalności i granica rozcieńczenia. Na przykład granica wykrywalności w reakcji mikroskopowej na jon Ca 2+ pod działaniem kwasu siarkowego wynosi 0,04 μg Ca 2+ w kropli roztworu. Ograniczenie rozcieńczenia (V przed, ml) oblicza się według wzoru: V przed \u003d V 10 2 / C min, gdzie V jest objętością roztworu (ml). Rozcieńczenie graniczne pokazuje, w jakiej objętości roztworu (w ml) znajduje się 1 g oznaczanego jonu. Na przykład w reakcji jonu K + z heksanitrozokobaltanem sodu - Na 3 powstaje żółty krystaliczny osad K 2 Na. Czułość tej reakcji charakteryzuje się rozcieńczeniem granicznym 1:50 000. Oznacza to, że za pomocą tej reakcji można otworzyć jon potasu w roztworze zawierającym co najmniej 1 g potasu w 50 000 ml wody.
Chemiczne metody analizy jakościowej mają praktyczne znaczenie tylko dla niewielkiej liczby pierwiastków. Do analizy wieloelementowej, molekularnej, a także funkcjonalnej (określanie charakteru grup funkcyjnych) stosuje się metody fizykochemiczne.
Składniki dzielą się na podstawowe (1 - 100% wag.), drobne (0,01 - 1% wag.) i zanieczyszczenia lub śladowe (mniej niż 0,01% wag.).
W zależności od masy i objętości analizowanej próbki rozróżnia się makroanalizę (0,5 – 1 g lub 20 – 50 ml),
półmikroanaliza (0,1 – 0,01 g lub 1,0 – 0,1 ml),
mikroanaliza (10 -3 - 10 -6 g lub 10 -1 - 10 -4 ml),
ultramikroanaliza (10 -6 - 10 -9 g lub 10 -4 - 10 -6 ml),
podmikroanaliza (10 -9 - 10 -12 g lub 10 -7 - 10 -10 ml).
Analizowanymi składnikami mogą być atomy i jony, izotopy pierwiastków, cząsteczki, grupy funkcyjne i rodniki, fazy.
Klasyfikacja zgodnie z rodzajem oznaczanych cząstek:
1.izotopowy (fizyczny)
2. elementarny lub atomowy
3. molekularny
4. grupa strukturalna (pośrednia między atomową a molekularną) - definicja poszczególnych grup funkcyjnych w cząsteczkach związków organicznych.
5. faza – analiza wtrąceń w obiektach niejednorodnych, takich jak minerały.
Inne rodzaje klasyfikacji analizy:
Brutto i lokalnie.
Destrukcyjny i nieniszczący.
Kontakt i zdalne.
dyskretny i ciągły.
Ważnymi cechami procedury analitycznej są szybkość metody (szybkość analizy), koszt analizy oraz możliwość jej automatyzacji.
MOSKWA INSTYTUT MOTORYZACYJNO-DROGOWY (PAŃSTWOWA AKADEMIA TECHNICZNA)
Wydział Chemii
Zatwierdzam głowę. profesor wydziału
I.M.Papisow „___” ____________ 2007
AA Litmanowicz, O.E. LITMANOWYCZ
CHEMIA ANALITYCZNA Część 1: Jakościowa analiza chemiczna
zestaw narzędzi
dla studentów II roku specjalności „Inżynieria ochrony środowiska”
MOSKWA 2007
Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Chemia analityczna: Część 1: Jakościowa analiza chemiczna: Przewodnik metodologiczny / MADI
(GTU) - M., 2007. 32 s.
Główny prawa chemiczne analiza jakościowa związków nieorganicznych i ich przydatność do określania składu obiektów środowiskowych. Podręcznik przeznaczony jest dla studentów specjalności „Inżynieria Środowiska”.
© Moskiewski Instytut Samochodowy i Drogowy (stan Uniwersytet Techniczny), 2008
ROZDZIAŁ 1. PRZEDMIOT I CELE CHEMII ANALITYCZNEJ. REAKCJE ANALITYCZNE
1.1. Przedmiot i zadania chemii analitycznej
Chemia analityczna- nauka o metodach badania składu substancji. Za pomocą tych metod ustala się, jakie pierwiastki chemiczne, w jakiej formie i w jakiej ilości znajdują się w badanym obiekcie. W chemii analitycznej wyróżnia się dwie duże sekcje - analizę jakościową i ilościową. Zadania stawiane przez chemię analityczną rozwiązywane są za pomocą metod chemicznych i instrumentalnych (fizycznych, fizykochemicznych).
W metody chemiczne analiza oznaczany pierwiastek przekształcany jest w związek o takich właściwościach, za pomocą którego można stwierdzić obecność tego pierwiastka lub zmierzyć jego ilość. Jednym z głównych sposobów pomiaru ilości powstałego związku jest wyznaczenie masy substancji poprzez ważenie na wadze analitycznej – grawimetryczna metoda analizy. Metody ilościowej analizy chemicznej oraz instrumentalne metody analizy zostaną omówione w części 2 podręcznik metodologiczny w chemii analitycznej.
Pilnym kierunkiem w rozwoju nowoczesnej chemii analitycznej jest rozwój metod analizy obiektów środowiskowych, ścieków i ścieków, emisji gazów z przedsiębiorstw przemysłowych i transportu drogowego. Kontrola analityczna umożliwia wykrycie nadmiernej zawartości szczególnie szkodliwych składników w zrzutach i emisjach oraz pomaga zidentyfikować źródła zanieczyszczenia środowiska.
Analiza chemiczna opiera się na podstawowych prawach ogólnych i chemia nieorganiczna z którym już jesteś zaznajomiony. Podstawy teoretyczne analiza chemiczna obejmuje: znajomość właściwości roztworów wodnych; równowaga kwasowo-zasadowa w wodzie
rozwiązania; równowagi redoks i właściwości substancji; wzory reakcji kompleksowania; warunki powstawania i rozpuszczania fazy stałej (osadów).
1.2. reakcje analityczne. Warunki i metody ich realizacji
Jakościowa analiza chemiczna przeprowadzana jest za pomocą reakcje analityczne, którym towarzyszą zauważalne zmiany zewnętrzne: na przykład wydzielanie się gazu, odbarwienie, tworzenie lub rozpuszczanie osadu, w niektórych przypadkach pojawienie się specyficznego zapachu.
Podstawowe wymagania dla reakcji analitycznych:
1) Wysoka czułość, charakteryzujący się wartością granicy wykrywalności (Cmin) - najniższym stężeniem składnika w próbce roztworu, przy którym ta technika analizy pozwala pewnie wykryć ten składnik. Absolutna minimalna wartość masy substancji, którą można wykryć w reakcjach analitycznych, wynosi od 50 do 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).
2) Selektywność- charakteryzuje się zdolnością odczynnika do reagowania z jak najmniejszą liczbą składników (pierwiastków). W praktyce starają się wykryć jony w warunkach, w których reakcja selektywna staje się specyficzna, tj. pozwala wykryć ten jon w obecności innych jonów. Jak przykłady konkretnych reakcji(których jest kilka) są następujące.
a) Oddziaływanie soli amonowych z nadmiarem alkaliów po podgrzaniu:
NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O. (jeden)
Uwolniony amoniak jest łatwo rozpoznawalny po charakterystycznym zapachu („ amoniak”) lub przez zmianę koloru mokrego papierka wskaźnikowego przyłożonego do szyjki probówki. Reakcja
pozwala wykryć obecność jonów amonowych NH4+ w analizowanym roztworze.
b) Oddziaływanie soli żelaza z heksacyjanożelazianem (III) K3 potasu z utworzeniem niebieskiego osadu (błękit Turnbulla lub błękit pruski). Reakcja (dobrze Ci znana na temat „Korozja metali” na kursie
Reakcje te umożliwiają wykrycie jonów Fe2+ i Fe3+ w analizowanym roztworze.
Specyficzne reakcje są wygodne, ponieważ obecność nieznanych jonów można określić metodą frakcyjną - w oddzielnych próbkach analizowanego roztworu zawierających inne jony.
3) Szybkość reakcji ( wysoka prędkość) i łatwość wdrożenia.
Wysoka szybkość reakcji zapewnia osiągnięcie równowagi termodynamicznej w układzie przez Krótki czas(praktycznie z szybkością mieszania składników podczas reakcji w roztworze).
Wykonując reakcje analityczne należy pamiętać o tym, co decyduje o przesunięciu równowagi reakcji we właściwym kierunku i jej przepływie na dużą głębokość transformacji. W przypadku reakcji zachodzących w wodnych roztworach elektrolitów na przesunięcie równowagi termodynamicznej ma wpływ stężenie jonów o tej samej nazwie, pH środowiska oraz temperatura. W szczególności zależy od temperatury wartość stałych równowagi - stałe
dysocjacja dla słabych elektrolitów i produktów rozpuszczalności (PR) dla trudno rozpuszczalnych soli, zasad
Czynniki te determinują głębokość reakcji, wydajność produktu oraz dokładność oznaczenia analitu (lub samą możliwość wykrycia określonego jonu w niewielkiej ilości i stężeniu analitu).
Czułość niektórych reakcji wzrasta w wodnym roztworze organicznym, na przykład po dodaniu acetonu lub etanolu do roztworu wodnego. Np. w wodnym roztworze etanolu rozpuszczalność CaSO4 jest znacznie mniejsza niż w roztworze wodnym (wartość SP jest mniejsza), co pozwala jednoznacznie wykryć obecność jonów Ca2+ w analizowanym roztworze w znacznie niższych stężeniach niż w roztworze wodnym, a także jak najpełniejsze uwolnienie roztworu od tych jonów (wytrącanie za pomocą H2SO4) w celu kontynuowania analizy roztworu.
W jakościowej analizie chemicznej opracowywana jest racjonalna sekwencja w separacji i wykrywaniu jonów - systematyczny przebieg (schemat) analizy. W tym przypadku jony są oddzielane z mieszaniny grupami na podstawie ich równy szacunek do działania pewnych odczynniki grupowe.
Wykorzystywana jest jedna porcja analizowanego roztworu, z której sekwencyjnie izoluje się grupy jonów w postaci wytrąceń oraz roztworów, w których następnie wykrywane są poszczególne jony . Zastosowanie odczynników grupowych umożliwia rozkład trudne zadanie analizę jakościową na kilka prostszych. Stosunek jonów do działania pewnych
odczynniki grupowe to podstawa klasyfikacja analityczna jony.
1.3. Analiza wstępna roztworu wodnego zawierającego mieszaninę soli według koloru, zapachu, wartości pH
Obecność barwy w klarownym roztworze proponowanym do analizy może wskazywać na obecność jednego lub kilku jonów jednocześnie (tab. 1). Intensywność koloru zależy od stężenia jonu w próbce, a sam kolor może się zmienić, jeśli
kationy metali tworzą bardziej stabilne jony złożone niż kationy złożone z cząsteczkami H2O jako ligandami, dla których kolor roztworu wskazano w tabeli. jeden .
Tabela 1 |
||
Kolor zaprawy | Możliwe kationy | Możliwy |
Turkus | Cu2+ | |
Cr3+ | ||
Ni2+ | MnO4 2- |
|
Fe3+ (z powodu hydrolizy) | CrO4 2- , Cr2 O7 2- |
|
CO2+ | MnO4- |
pomiar pH proponowanego roztworu ( jeśli roztwór jest przygotowany w wodzie, a nie w roztworze zasady lub kwasu) również
daje dodatkowe | Informacja o | możliwy skład | |||||
Tabela 2 |
|||||||
Posiadać- | Możliwy | Możliwy |
|||||
ny pH wody- | |||||||
rozwiązanie | |||||||
Hydroliza | Na+ , K+ , Ba2+ , | SO3 2- , S2- , CO3 2- , |
|||||
wykształcony | Ca2+ | CH3COO- | |||||
metale | (odpowiedni |
||||||
podstawa | elektroniczny | kwasy są słabe |
|||||
słaby kwas | rodziny) | elektrolity) |
|||||
Hydroliza | NH4+ | Cl-, SO4 2- , NO3 - , Br- |
|||||
wykształcony | (odpowiedni |
||||||
praktycznie | |||||||
kwas | |||||||
metale | elektrolity) |
||||||
podstawa | |||||||
Hydroliza | Al3+ , Fe3+ | ||||||
fusy | |||||||
Wodne roztwory niektórych soli mogą mieć specyficzny zapach w zależności od pH roztworu ze względu na tworzenie się niestabilnych (rozkładających się) lub lotnych związków. Dodając roztwory NaOH do roztworu próbki lub
silny kwas (HCl, H2 SO4), roztwór można delikatnie powąchać (Tabela 3).
Tabela 3
pH roztworu | Odpowiadający jon |
||
po dodaniu | |||
w rozwiązaniu |
|||
Amoniak | NH4+ |
||
(zapach amoniaku) | |||
nieprzyjemny | SO3 2- |
||
zapach (SO2) | |||
"Ocet winny" | (octowy | CH3COO- |
|
kwas CH3COOH) | |||
(siarkowodór H2S) | |||
Przyczyną zapachu (patrz Tabela 3) jest dobrze znana właściwość reakcji w roztworach elektrolitów - wypieranie słabych kwasów lub zasad (często są to roztwory wodne substancje gazowe) z ich soli odpowiednio z mocnymi kwasami i zasadami.
ROZDZIAŁ 2. JAKOŚCIOWA ANALIZA CHEMICZNA Kationów
2.1. Metoda kwasowo-zasadowa klasyfikacji kationów według grup analitycznych
Najprostsza i najmniej „szkodliwa” kwasowo-zasadowa (podstawowa) metoda analizy jakościowej opiera się na stosunku kationów do kwasów i zasad. Klasyfikacji kationów dokonuje się według następujących kryteriów:
a) rozpuszczalność chlorków, siarczanów i wodorotlenków; b) zasadowy lub amfoteryczny charakter wodorotlenków;
c) zdolność do tworzenia trwałych związków kompleksowych z amoniakiem (NH3) - amoniakami (tzw. kompleksami aminowymi).
Wszystkie kationy są podzielone na sześć grup analitycznych przy użyciu 4 odczynników: 2M roztworu HCl, 1M roztworu H2SO4, 2M roztworu NaOH i stężonego wodnego roztworu amoniaku
NH4OH (15-17%) (Tabela 4).
Tabela 4 Klasyfikacja kationów według grup analitycznych
Grupa | Wynik |
||
akcja grupowa |
|||
odczynnik |
|||
Ag+ , Pb2+ | Osad: AgCl, PbCl2 |
||
1M H2SO4 | (Pb2+ ), Ca2+ , | Osad (biały): BaSO4, |
|
Ba2+ | (PbSO4), CaSO4 |
||
Al3+ , Cr3+ , Zn2+ | Rozwiązanie: [Аl(OH)4]–, |
||
(nadmiar) | – , 2– |
||
NH4OH (stęż.) | Fe2+ , Fe3+ , Mg2+ , | Osad: Fe(OH)2, |
|
Mn2+ | Fe(OH)3 , Mg(OH)2 , |
||
Mn(OH)2 |
|||
NH4OH (stęż.) | Cu2+ , Ni2+ , Co2+ | Zaprawa (malowana): |
|
2+ , niebieski |
|||
2+ , niebieski |
|||
2+ , żółty (wł. |
|||
powietrze zmienia kolor na niebieski z powodu |
|||
utlenianie do Co3+ ) |
|||
Jest nieobecny | NH4 + , Na+ , K+ |
Oczywiście powyższa lista kationów nie jest kompletna i obejmuje kationy najczęściej spotykane w praktyce w analizowanych próbkach. Ponadto istnieją inne zasady klasyfikacji według grup analitycznych.
2.2. Wewnątrzgrupowa analiza kationów i reakcje analityczne w celu ich wykrywania
2.2.1. Pierwsza grupa (Ag+ , Pb2+ )
Roztwór testowy zawierający kationy Ag+, Pb2+
↓ + 2M roztwór HCl + C 2 H5 OH (w celu zmniejszenia rozpuszczalności PbCl2)
Jeśli PC > PR, są tworzone białe osady mieszaniny chlorków,
które są oddzielone od roztworu (roztwór nie jest analizowany):
Ag+ + Cl– ↔ AgCl↓ i Pb2+ + 2Cl– ↔ PbCl2 ↓ (3)
Oczywiście przy niskich stężeniach wytrąconych kationów stężenie anionów Cl– powinno być stosunkowo wysokie
↓ Sedymentacja części + H2 O (destylowana) + gotowanie
Częściowo idzie do rozwiązania | W osadzie - wszystkie AgCl i |
||
Jony Pb 2+ (przesunięcie równowagi | częściowo PbCl2 | ||
(3) w lewo, ponieważ PC< ПР для PbCl2 ) | |||
↓ + NH4OH (stęż.) | |||
Wykrywanie w roztworze, | |||
1. Rozpuszczenie AgCl z powodu |
|||
oddzielone od osadu: | kompleksacja: | ||
1. Z odczynnikiem KI (po | AgCl↓+ 2NH4OH(e) → | ||
chłodzenie): | →+ +Cl– +2H2O |
||
Pb2+ + 2I– → PbI2 ↓ (złoty | |||
kryształy) (4) | |||
↓+ 2M roztwór HNO3 | |||
↓ do pH<3 | |||
2. Wytrącanie AgCl z powodu |
|||
rozpad jonu złożonego: |
|||
Cl– + 2HNO3 | |||
→AgCl↓+ 2NH4 + + 2NO3 | |||
↓ Do 2 części osadu mieszanina chlorków + 30%
Jej przedmiotem jako nauki jest doskonalenie istniejących i opracowywanie nowych metod analizy, ich praktyczne zastosowanie, badanie teoretycznych podstaw metod analitycznych.
W zależności od zadania chemia analityczna dzieli się na analizę jakościową, mającą na celu określenie, czy: Co lub jaki rodzaj substancji, w jakiej postaci znajduje się w próbce oraz analiza ilościowa mająca na celu określenie ile dana substancja (pierwiastki, jony, formy molekularne itp.) znajduje się w próbce.
Określanie składu pierwiastkowego obiektów materialnych nazywa się Analiza elementarna. Nazywa się ustalenie struktury związków chemicznych i ich mieszanin na poziomie molekularnym analiza molekularna. Jednym z rodzajów analizy molekularnej związków chemicznych jest analiza strukturalna mająca na celu badanie przestrzennej struktury atomowej substancji, ustalenie wzorów empirycznych, mas cząsteczkowych itp. Do zadań chemii analitycznej należy określanie charakterystyk obiektów organicznych, nieorganicznych i biochemicznych. Nazywa się analiza związków organicznych według grup funkcyjnych analiza funkcjonalna.
Chemia analityczna istnieje odkąd istniała chemia w jej współczesnym znaczeniu, a wiele stosowanych w niej technik pochodzi z jeszcze wcześniejszej epoki, ery alchemii, której jednym z głównych zadań było właśnie określenie składu różnych substancje naturalne i badanie procesów ich wzajemnych przemian. Ale wraz z rozwojem całej chemii jako całości, metody pracy w niej stosowane uległy znacznej poprawie, a wraz z jej czysto pomocniczym znaczeniem jednego z pomocniczych działów chemii, chemia analityczna ma obecnie znaczenie całkowicie niezależny dział wiedzy chemicznej z bardzo poważnymi i ważnymi zagadnieniami teoretycznymi. Bardzo istotny wpływ na rozwój chemii analitycznej miała współczesna chemia fizyczna, która wzbogaciła ją o szereg zupełnie nowych metod pracy i podstaw teoretycznych, do których należą doktryna roztworów (patrz), teoria dysocjacji elektrolitycznej, prawo działanie masowe (patrz równowaga chemiczna) i cała doktryna powinowactwa chemicznego.
Agregat tradycyjne metody określenie składu substancji przez jej sekwencyjny rozkład chemiczny nazwano „chemią mokrą” („analiza mokra”). Metody te mają stosunkowo niską dokładność, wymagają stosunkowo niskich kwalifikacji analityków, a obecnie zostały prawie całkowicie wyparte przez metody nowoczesne. metody instrumentalne(metody optyczne, spektrometrii masowej, elektrochemicznej, chromatograficznej i inne metody fizykochemiczne) oznaczanie składu substancji. Jednak chemia mokra ma swoją przewagę nad metodami spektrometrycznymi - pozwala poprzez standaryzowane procedury (analiza systematyczna) bezpośrednio określić skład i różne stopnie utlenienia pierwiastków takich jak żelazo (Fe+2, Fe+3), tytan itp.
Metody analityczne można podzielić na brutto i lokalne. Metody analizy brutto zwykle wymagają oddzielnej, szczegółowej substancji (próbki reprezentatywnej). Metody lokalne określić skład substancji w niewielkiej objętości w samej próbce, co umożliwia sporządzenie „map” rozkładu właściwości chemicznych próbki na jej powierzchni i/lub głębokości. Powinno również podkreślić metody bezpośrednia analiza, czyli niezwiązane ze wstępnym przygotowaniem próbki. Często konieczne jest przygotowanie próbki (np. kruszenie, wstępne zagęszczanie lub oddzielanie). Przy przygotowywaniu próbek, interpretacji wyników, szacowaniu liczby analiz stosuje się metody statystyczne.
Aby określić skład jakościowy dowolnej substancji, konieczne jest zbadanie jej właściwości, które z punktu widzenia chemii analitycznej mogą być dwojakiego rodzaju: właściwości substancji jako takiej oraz jej właściwości w przemianach chemicznych.
Te pierwsze obejmują: stan fizyczny (stały, ciekły, gazowy), jego strukturę w stanie stałym (substancja amorficzna lub krystaliczna), kolor, zapach, smak itp. uczucia osoby, można ustalić charakter tego substancja. W większości przypadków konieczne jest przekształcenie danej substancji w nową o wyraźnie wyrażonych charakterystycznych właściwościach, wykorzystując do tego celu specjalnie dobrane związki zwane odczynnikami.
Reakcje stosowane w chemii analitycznej są niezwykle zróżnicowane i zależą od właściwości fizycznych oraz stopnia złożoności składu badanej substancji. W przypadku, gdy analizie chemicznej poddawany jest oczywiście czysty, jednorodny związek chemiczny, prace wykonuje się stosunkowo łatwo i szybko; gdy mamy do czynienia z mieszaniną kilku związków chemicznych, kwestia jej analizy staje się zatem bardziej skomplikowana, a przy produkcji pracy konieczne jest trzymanie się pewnego określonego systemu, aby nie przeoczyć jednego wchodzącego elementu Substancja. W chemii analitycznej istnieją dwa rodzaje reakcji: reakcje mokrej drogi(w roztworach) i suche reakcje..
W jakościowej analizie chemicznej stosuje się tylko takie reakcje w roztworach, które są łatwo wyczuwalne ludzkimi zmysłami, a moment wystąpienia reakcji rozpoznawany jest przez jedno z następujących zjawisk:
Opad atmosferyczny w reakcjach analizy chemicznej zależy to od powstania jakiejś substancji nierozpuszczalnej w wodzie; jeśli na przykład kwas siarkowy lub jego rozpuszczalną w wodzie sól dodaje się do roztworu soli baru, powstaje biały osad siarczanu baru w postaci proszku:
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d 2HCl + BaSO 4 ↓
Mając na uwadze, że niektóre inne metale, na przykład ołów, zdolny do tworzenia nierozpuszczalnej soli siarczanowej PbSO 4, mogą dawać podobną reakcję tworzenia białego osadu pod działaniem kwasu siarkowego, aby mieć całkowitą pewność, że jest to lub tego metalu, konieczne jest przeprowadzenie większej liczby reakcji weryfikacyjnych, poddając wytrącony w reakcji osad odpowiednim badaniom.
Aby z sukcesem przeprowadzić reakcję tworzenia osadu, oprócz doboru odpowiedniego odczynnika, należy również przestrzegać szeregu bardzo ważnych warunków dotyczących wytrzymałości roztworów badanej soli i odczynnika, proporcji zarówno temperaturę, czas trwania oddziaływania, itp. Rozpatrując opady powstające w analizie reakcji chemicznych należy zwrócić uwagę na ich wygląd, czyli barwę, strukturę (wytrącenia amorficzne i krystaliczne) itp., a także na ich właściwości w odniesieniu do wpływu na nie ogrzewania, kwasów lub zasad itp. W przypadku interakcji słabych roztworów trzeba czasem odczekać na wytrącenie się osadu do 24-48 godzin, pod warunkiem, że są one przechowywane w pewna określona temperatura.
Reakcja tworzenia osadów, niezależnie od jej jakościowego znaczenia w analizie chemicznej, jest często wykorzystywana do oddzielania od siebie pewnych pierwiastków. W tym celu roztwór zawierający związki dwóch lub więcej pierwiastków traktuje się odpowiednim odczynnikiem zdolnym do przekształcenia niektórych z nich w związki nierozpuszczalne, a następnie utworzony osad oddziela się od roztworu (przesącz) przez filtrację, dalej badając je oddzielnie. Jeśli weźmiemy np. sole chlorku potasu i chlorku baru i dodamy do nich kwas siarkowy, to powstaje nierozpuszczalny osad siarczanu baru BaSO 4 i rozpuszczalny w wodzie siarczan potasu K 2 SO 4, który można odsączyć . Odseparowując osad substancji nierozpuszczalnej w wodzie z roztworu należy najpierw zadbać o to, aby uzyskał on odpowiednią strukturę, pozwalającą na bezproblemowe przeprowadzenie prac filtracyjnych, a następnie, po zebraniu go na filtrze, konieczne jest dokładne umycie go z obcych zanieczyszczeń. Według badań W. Ostwalda należy pamiętać, że przy użyciu do mycia określonej ilości wody bardziej celowe jest wielokrotne płukanie osadu małymi porcjami wody niż odwrotnie - kilkukrotnie dużymi porcjami . Jeśli chodzi o powodzenie samej reakcji wydzielania pierwiastka w postaci nierozpuszczalnego osadu, to na podstawie teorii roztworów W. Ostwald stwierdził, że dla wystarczająco całkowitego oddzielenia pierwiastka w postaci nierozpuszczalnego osadu, zawsze konieczne jest pobranie nadmiaru odczynnika użytego do wytrącenia.
Zmiana koloru roztworu jest jedną z bardzo ważnych cech w reakcjach analizy chemicznej i jest bardzo ważna, zwłaszcza w związku z procesami utleniania i redukcji, a także w pracy ze wskaźnikami chemicznymi (patrz niżej - alkalimetria i kwasymetria).
Przykłady reakcje kolorystyczne w jakościowej analizie chemicznej mogą służyć: tiocyjanian potasu KCNS daje charakterystyczne krwistoczerwone zabarwienie z solami tlenku żelaza; z solami tlenku żelaza ten sam odczynnik nic nie daje. Jeżeli do roztworu chlorku żelazowego FeCl 2 o lekko zielonym zabarwieniu doda się jakikolwiek środek utleniający, np. wodę chlorowaną, roztwór zmieni kolor na żółty z powodu tworzenia się chlorku żelazowego, który jest najwyższym stopniem utlenienia tego metalu. Jeśli weźmiemy pomarańczowy dwuchromian potasu K 2 Cr 2 O 7 i dodamy do niego trochę kwasu siarkowego i odczynnika redukującego, np. spirytusu winnego, w roztworze, pomarańczowy kolor zmieni się na ciemnozielony, co odpowiada powstaniu najniższego stopień utlenienia chromu w postaci soli siarczanu chromu Cr 3 (SO 4) 3.
W zależności od przebiegu analizy chemicznej często trzeba w niej przeprowadzić te procesy utleniania i redukcji. Najważniejszymi utleniaczami są: halogeny, kwas azotowy, nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu, dichromian potasu; najważniejszymi czynnikami redukującymi są: wodór w momencie izolacji, siarkowodór, kwas siarkowy, chlorek cyny, jodowodór.
Reakcje odgazowania w roztworach do produkcji wysokiej jakości analizy chemicznej najczęściej nie mają one niezależnego znaczenia i są reakcjami pomocniczymi; najczęściej trzeba spotkać się z uwolnieniem dwutlenku węgla CO 2 - pod działaniem kwasów na sole węgla, siarkowodór - podczas rozkładu metali siarkowych kwasami itp.
Reakcje te wykorzystywane są w analizach chemicznych, głównie w tzw. „test wstępny”, podczas badania osadów pod kątem czystości, reakcji weryfikacyjnych oraz badania minerałów. Najważniejsze tego typu reakcje polegają na badaniu substancji w odniesieniu do:
Do wykonania tych testów w większości przypadków stosuje się nieświecący płomień palnika gazowego. Głównymi składnikami gazu oświetleniowego (wodór, tlenek węgla, gaz bagienny i inne węglowodory) są środki redukujące, ale podczas spalania w powietrzu (patrz Spalanie) powstaje płomień, w różnych częściach którego można znaleźć warunki niezbędne do redukcji lub utleniania i równe podgrzaniu do mniej lub bardziej wysokiej temperatury.
Test topliwości Przeprowadza się ją głównie w badaniach minerałów, dla których bardzo mały ich fragment, wzmocniony cienkim drucikiem platynowym, wprowadza się do części płomienia, która ma najwyższą temperaturę, a następnie za pomocą szkła powiększającego obserwują jak zaokrąglone są krawędzie próbki.
Test koloru płomienia jest wytwarzany przez wprowadzenie małej próbki sepii małej próbki substancji na drucie platynowym, najpierw do podstawy płomienia, a następnie do jego części o najwyższej temperaturze.
Test lotności Powstaje przez podgrzanie próbki substancji w cylindrze probierczym lub w szklanej rurce zamkniętej na jednym końcu, a substancje lotne zamieniają się w pary, które następnie kondensują w zimniejszej części.
Suche utlenianie i redukcja można wytwarzać w kulkach topionego boraksu ( 2 4 7 + 10 2 ) Substancję badaną wprowadza się w niewielkiej ilości do kulek otrzymanych przez stopienie tych soli na drucie platynowym, a następnie podgrzewa się je w części utleniającej lub redukującej płomienia . Renowację można wykonać na wiele innych sposobów, a mianowicie: ogrzewanie na patyku zwęglonym sodą, ogrzewanie w szklanej rurce z metalami - sodem, potasem lub magnezem, ogrzewanie w węglu drzewnym za pomocą dmuchawki, ogrzewanie proste.
Klasyfikacja pierwiastków przyjęta w chemii analitycznej opiera się na takim samym ich podziale, jaki jest zwyczajowy w chemii ogólnej - na metale i niemetale (metaloidy), przy czym te ostatnie są najczęściej rozpatrywane w postaci odpowiednich kwasów. Aby przeprowadzić systematyczną analizę jakościową, każda z tych klas elementów jest po kolei podzielona na grupy o pewnych wspólnych cechach grupowych.
Metale w chemii analitycznej dzielą się na dwa działy, które z kolei dzielą się na pięć grup:
Glin i chrom nie tworzą w wodzie związków siarki; pozostałe metale tworzą związki siarki, które podobnie jak ich tlenki są rozpuszczalne w słabych kwasach. Z kwaśnego roztworu siarkowodór nie wytrąca ich, siarczek amonu wytrąca tlenki lub związki siarki. Siarczek amonu jest powszechnym odczynnikiem dla tej grupy, a nadmiar jego związków siarki nie rozpuszcza się. 4. grupa: srebro, ołów, bizmut, miedź, pallad, rod, ruten, osm. Związki siarki są nierozpuszczalne w słabych kwasach i są wytrącane przez siarkowodór w kwaśnym roztworze; są również nierozpuszczalne w siarczku amonu. Siarkowodór jest powszechnym odczynnikiem dla tej grupy. 5. grupa: cyna, arsen, antymon, złoto, platyna. Związki siarki są również nierozpuszczalne w słabych kwasach i są wytrącane przez siarkowodór z kwaśnego roztworu. Ale są rozpuszczalne w siarczku amonu i tworzą z nim rozpuszczalne w wodzie sulfasole.
Niemetale (metaloidy) muszą być odkryte w analizie chemicznej zawsze w postaci kwasów, które tworzą lub ich odpowiednich soli. Podstawą podziału kwasów na grupy są właściwości ich soli baru i srebra w stosunku do ich rozpuszczalności w wodzie i częściowo w kwasach. Chlorek baru jest powszechnym odczynnikiem dla 1 grupy, azotan srebra w roztworze azotanu - dla 2 grupy sole baru i srebra z 3 grupy kwasów są rozpuszczalne w wodzie. 1. grupa: w roztworze obojętnym chlorek baru wytrąca nierozpuszczalne sole; Sole srebra są nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w kwasie azotowym. Należą do nich kwasy: chromowy, siarkawy, siarkawy, wodny, węglowy, krzemowy, siarkowy, fluorokrzemowy (sole baru nierozpuszczalne w kwasach), arsenowy i arsenowy. 2. grupa: w roztworze zakwaszonym kwasem azotowym wytrąca się azotan srebra. Należą do nich kwasy: chlorowodorowy, bromowodorowy i jodowodorowy, cyjanowodorowy, siarkowodór, cyjanek żelaza i żelaza oraz jod. 3. grupa: kwas azotowy i kwas chlorowy, które nie są wytrącane ani azotanem srebra, ani chlorkiem baru.
Należy jednak pamiętać, że odczynniki wskazane dla kwasów nie są ogólnymi odczynnikami, które można wykorzystać do podziału kwasów na grupy. Odczynniki te mogą jedynie wskazywać na obecność grupy kwasowej lub innej, a aby wykryć każdy pojedynczy kwas, należy użyć ich poszczególnych reakcji. Powyższa klasyfikacja metali i niemetali (metaloidów) dla potrzeb chemii analitycznej została przyjęta w rosyjskiej szkole i laboratoriach (wg N. A. Menshutkina), w laboratoriach zachodnioeuropejskich przyjęto inną klasyfikację, opartą jednak zasadniczo na tym samym zasady.
Podstaw teoretycznych reakcji jakościowej analizy chemicznej w roztworach należy szukać, jak już wskazano powyżej, w działach chemii ogólnej i fizycznej o roztworach i powinowactwie chemicznym. Jedną z pierwszych, najważniejszych kwestii jest stan wszystkich minerałów w roztworach wodnych, w którym zgodnie z teorią dysocjacji elektrolitycznej wszystkie substancje należące do klas soli, kwasów i zasad dysocjują na jony. Dlatego wszystkie reakcje analizy chemicznej zachodzą nie między całymi cząsteczkami związków, ale między ich jonami. Na przykład reakcja chlorku sodu NaCl i azotanu srebra AgNO 3 zachodzi zgodnie z równaniem:
Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - jon sodu + jon chlorkowy + jon srebra + anion kwasu azotowego = nierozpuszczalna sól + anion kwasu azotowego
W konsekwencji azotan srebra nie jest odczynnikiem dla chlorku sodu czy kwasu solnego, a jedynie dla jonu chloru. Zatem dla każdej soli w roztworze, z punktu widzenia chemii analitycznej, jej kation (jon metalu) i anion (pozostałość kwasowa) należy rozpatrywać oddzielnie. W przypadku wolnego kwasu należy wziąć pod uwagę jony wodorowe i anion; na koniec, dla każdej zasady, kation metalu i anion hydroksylowy. W istocie najważniejszym zadaniem jakościowej analizy chemicznej jest badanie reakcji różnych jonów oraz sposobów ich otwierania i oddzielania od siebie.
Aby osiągnąć ten ostatni cel, pod wpływem odpowiednich odczynników jony są przekształcane w nierozpuszczalne związki, które wytrącają się z roztworu w postaci strącania lub są oddzielane z roztworów w postaci gazów. W tej samej teorii dysocjacji elektrolitycznej należy szukać wyjaśnień działania wskaźników chemicznych, które często znajdują zastosowanie w analizie chemicznej. Zgodnie z teorią W. Ostwalda wszystkie wskaźniki chemiczne należą do stosunkowo słabych kwasów, częściowo zdysocjowanych w roztworach wodnych. Co więcej, niektóre z nich mają bezbarwne całe cząsteczki i kolorowe aniony, inne przeciwnie, mają kolorowe cząsteczki i bezbarwny anion lub anion o innym kolorze; wystawione na działanie wolnych jonów wodorowych kwasów lub jonów hydroksylowych zasad, wskaźniki chemiczne mogą zmieniać stopień ich dysocjacji, a jednocześnie ich barwę. Najważniejsze wskaźniki to:
Wskaźniki chemiczne mają bardzo ważne zastosowanie w analizie chemicznej masy (patrz poniżej). W reakcjach jakościowej analizy chemicznej często spotyka się również zjawisko hydrolizy, czyli rozkładu soli pod wpływem wody, a roztwór wodny ulega mniej lub bardziej silnemu odczynowi zasadowemu lub kwaśnemu.
W jakościowej analizie chemicznej ważne jest określenie nie tylko, jakie pierwiastki lub związki wchodzą w skład danej substancji, ale także w jakich, w przybliżeniu, względnych ilościach są te składniki. W tym celu należy zawsze postępować z pewnymi ilościami analitu (zwykle wystarczy wziąć 0,5-1 grama) i w trakcie analizy porównać ze sobą wielkość poszczególnych opadów. Konieczne jest również stosowanie roztworów odczynników o określonej sile, a mianowicie: normalny, półnormalny, dziesiąty normalny.
Każda jakościowa analiza chemiczna podzielona jest na trzy części:
Ze względu na charakter analitu mogą wystąpić cztery przypadki:
Podczas analizy substancja stała niemetaliczna przede wszystkim przeprowadza się badanie zewnętrzne i badanie mikroskopowe, a także wstępny test powyższymi metodami analizy w postaci suchej. Próbka substancji jest rozpuszczana, w zależności od jej charakteru, w jednym z rozpuszczalników: wodzie, kwasie solnym, kwasie azotowym i wodzie królewskiej (mieszaninie kwasu solnego i azotowego). Substancje, które nie są w stanie rozpuścić się w żadnym ze wskazanych rozpuszczalników, są przenoszone do roztworu specjalnymi metodami, takimi jak: stapianie z sodą lub potażem, gotowanie z roztworem sody, ogrzewanie z niektórymi kwasami itp. Otrzymany roztwór poddaje się systematycznemu analiza ze wstępną izolacją metali i kwasów według grup i dalszym podziałem ich na odrębne pierwiastki, z wykorzystaniem ich poszczególnych reakcji.
Podczas analizy stop metali pewna jego próbka jest rozpuszczana w kwasie azotowym (w rzadkich przypadkach w wodzie królewskiej), a powstały roztwór odparowuje się do sucha, po czym stałą pozostałość rozpuszcza się w wodzie i poddaje systematycznej analizie.
Jeśli substancja jest ciekły zwraca uwagę przede wszystkim jego kolor, zapach i reakcja na lakmus (kwasowy, zasadowy, obojętny). Aby upewnić się, że w roztworze nie ma ciał stałych, niewielka część cieczy jest odparowywana na platynowej płytce lub szkiełku zegarkowym. Po tych wstępnych testach ciecz jest apalizowana konwencjonalnymi metodami.
Analiza gazy wytworzony za pomocą specjalnych metod wskazanych w analizie ilościowej.
Ilościowa analiza chemiczna ma na celu określenie względnej ilości poszczególnych składników związku chemicznego lub mieszaniny. Stosowane w nim metody zależą od jakości i składu substancji, dlatego ilościowa analiza chemiczna musi być zawsze poprzedzona jakościową analizą chemiczną.
Do wykonania analizy ilościowej można zastosować dwie różne metody: grawimetryczną i wolumetryczną. Metodą wagową oznaczane ciała izoluje się w miarę możliwości w postaci nierozpuszczalnych lub trudnorozpuszczalnych związków o znanym składzie chemicznym i oznacza się ich masę, na podstawie której można określić ilość żądany element przez obliczenie. W analizie wolumetrycznej mierzone są objętości roztworów miareczkowanych (zawierających pewną ilość odczynnika) użytych do analizy. Ponadto różni się szereg specjalnych metod ilościowej analizy chemicznej, a mianowicie:
Bardzo szczególna grupa to medyczna analiza chemiczna, obejmujący szereg różnych metod badania krwi, moczu i innych produktów przemiany materii ludzkiego ciała.
Metody wagowej ilościowej analizy chemicznej są dwojakiego rodzaju: metoda analizy bezpośredniej oraz metoda analizy pośredniej (pośredniej). W pierwszym przypadku oznaczany składnik wyodrębnia się w postaci nierozpuszczalnego związku, a następnie określa się wagę tego ostatniego. Analiza pośrednia opiera się na fakcie, że dwie lub więcej substancji poddanych tej samej obróbce chemicznej podlega nierównym zmianom masy. Mając na przykład mieszaninę chlorku potasu i azotanu sodu, pierwszy z nich można określić metodą bezpośredniej analizy, wytrącając chlor w postaci chlorku srebra i ważąc go. Jeżeli występuje mieszanina soli potasowej i sodowej, można określić ich stosunek metodą pośrednią, wytrącając cały chlor w postaci chlorku srebra i określając jego wagę, a następnie przeprowadzając obliczenia.
metoda analizy wymienić zasady leżące u podstaw analizy materii, czyli rodzaj i charakter energii, która powoduje zaburzenia chemiczne cząstek materii.
Analiza opiera się na zależności zarejestrowanego sygnału analitycznego od obecności lub stężenia analitu.
Sygnał analityczny jest stałą i mierzalną własnością obiektu.
W chemii analitycznej metody analizy są klasyfikowane zgodnie z charakterem określanej właściwości oraz zgodnie z metodą rejestracji sygnału analitycznego:
1.chemiczny
2.fizyczne
3. Fizyczne i chemiczne
Metody fizykochemiczne nazywane są instrumentalnymi lub pomiarowymi, ponieważ wymagają użycia przyrządów, przyrządów pomiarowych.
Rozważ pełną klasyfikację chemicznych metod analizy.
Chemiczne metody analizy- na podstawie pomiaru energii reakcji chemicznej.
W trakcie reakcji zmieniają się parametry związane ze zużyciem materiałów wyjściowych lub powstawaniem produktów reakcji. Zmiany te mogą być obserwowane bezpośrednio (osad, gaz, kolor) lub mierzone, takie jak zużycie odczynnika, masa produktu, czas reakcji itp.
Za pomocą cele metody analizy chemicznej dzielą się na dwie grupy:
I. Analiza jakościowa- polega na wykrywaniu poszczególnych pierwiastków (lub jonów) składających się na analizowaną substancję.
Metody analizy jakościowej są klasyfikowane:
1. analiza kationów
2. analiza anionowa
3. analiza złożonych mieszanin.
II.Analiza ilościowa- polega na określeniu ilościowej zawartości poszczególnych składników substancji złożonej.
Ilościowe metody chemiczne klasyfikują:
1. Grawimetryczny(wagowa) metoda analizy opiera się na wyodrębnieniu analitu w czystej postaci i jego ważeniu.
Metody grawimetryczne zgodnie z metodą otrzymywania produktu reakcji dzielą się na:
a) metody chemograwimetryczne opierają się na pomiarze masy produktu reakcji chemicznej;
b) metody elektrograwimetryczne opierają się na pomiarze masy produktu reakcji elektrochemicznej;
c) metody termograwimetryczne opierają się na pomiarze masy substancji powstałej podczas ekspozycji termicznej.
2. Wolumetryczny metody analizy opierają się na pomiarze objętości odczynnika zużytego do interakcji z substancją.
Metody wolumetryczne, w zależności od stanu skupienia odczynnika, dzielą się na:
a) metody wolumetryczne gazu, które opierają się na selektywnej absorpcji określonego składnika mieszaniny gazowej oraz pomiarze objętości mieszaniny przed i po absorpcji;
b) metody wolumetryczne cieczy (miareczkowe lub wolumetryczne) opierają się na pomiarze objętości ciekłego odczynnika zużytego do interakcji z analitem.
W zależności od rodzaju reakcji chemicznej rozróżnia się metody analizy wolumetrycznej:
Protolitometria to metoda oparta na przebiegu reakcji neutralizacji;
redoksometria – metoda oparta na występowaniu reakcji redoks;
kompleksometria – metoda oparta na przebiegu reakcji kompleksowania;
· metody strącania – metody oparte na reakcjach powstawania strącania.
3. Kinetyczny metody analizy opierają się na określeniu zależności szybkości reakcji chemicznej od stężenia reagentów.
Wykład nr 2. Etapy procesu analitycznego
Rozwiązanie problemu analitycznego przeprowadza się poprzez wykonanie analizy substancji. Zgodnie z terminologią IUPAC analiza [‡] nazwał procedurę uzyskiwania eksperymentalnie danych dotyczących składu chemicznego substancji.
Niezależnie od wybranej metody każda analiza składa się z następujących etapów:
1) pobieranie próbek (pobieranie próbek);
2) przygotowanie próbki (przygotowanie próbki);
3) pomiar (definicja);
4) przetwarzanie i ocena wyników pomiarów.
Ryc.1. Schematyczne przedstawienie procesu analitycznego.
Wybór próbek
Przeprowadzenie analizy chemicznej rozpoczyna się od wyboru i przygotowania próbek do analizy. Należy zauważyć, że wszystkie etapy analizy są ze sobą powiązane. Tak więc dokładnie zmierzony sygnał analityczny nie dostarcza prawidłowej informacji o zawartości analitu, jeśli dobór lub przygotowanie próbki do analizy nie jest przeprowadzone prawidłowo. Błąd próbkowania często determinuje ogólną dokładność określenia składnika i sprawia, że stosowanie metod o wysokiej precyzji nie ma sensu. Z kolei dobór i przygotowanie próbki zależy nie tylko od charakteru analizowanego obiektu, ale również od sposobu pomiaru sygnału analitycznego. Metody i procedury pobierania próbek i ich przygotowania są tak ważne w analizie chemicznej, że są zwykle określane przez normę państwową (GOST).
Rozważ podstawowe zasady pobierania próbek:
Wynik może być poprawny tylko wtedy, gdy próbka jest wystarczająca przedstawiciel, czyli dokładnie odzwierciedla skład materiału, z którego został wybrany. Im więcej materiału dobiera się do próbki, tym jest on bardziej reprezentatywny. Jednak bardzo duża próbka jest trudna w obsłudze i wydłuża czas i koszty analizy. Dlatego konieczne jest pobranie próbki tak, aby była reprezentatywna i niezbyt duża.
· Optymalna masa próbki jest określona przez niejednorodność analizowanego obiektu, wielkość cząstek, od których zaczyna się niejednorodność oraz wymagania dotyczące dokładności analizy.
· Należy zapewnić jednorodność partii, aby zapewnić reprezentatywność próbki. Jeżeli nie jest możliwe utworzenie jednorodnej partii, należy zastosować rozwarstwienie partii na jednorodne części.
· Podczas pobierania próbek brany jest pod uwagę stan skupienia obiektu.
· Musi być spełniony warunek jednolitości metod pobierania próbek: pobieranie próbek losowych, okresowe, rozłożone, wieloetapowe, ślepe, systematyczne.
· Jednym z czynników, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze metody pobierania próbek, jest możliwość zmiany w czasie składu obiektu i zawartości oznaczanego składnika. Na przykład zmienny skład wody w rzece, zmiana stężenia składników w produktach spożywczych itp.
.jpg)
