Acasă Cazane si echipamente Rezumat: Chimie analitică. Tema cursului: Metode fizico-chimice de analiză Cantități de metode fizico-chimice de analiză

Rezumat: Chimie analitică. Tema cursului: Metode fizico-chimice de analiză Cantități de metode fizico-chimice de analiză

Orice metodă de analiză folosește un anumit semnal analitic, care, în condiții date, este dat de obiectele elementare specifice (atomi, molecule, ioni) care alcătuiesc substanțele studiate.

Un semnal analitic oferă atât informații calitative, cât și cantitative. De exemplu, dacă reacțiile de precipitare sunt utilizate pentru analiză, informații calitative sunt obținute din apariția sau absența unui precipitat. Informațiile cantitative se obțin din greutatea sedimentului. Când o substanță emite lumină în anumite condiții, informația calitativă se obține prin apariția unui semnal (emisia de lumină) la o lungime de undă corespunzătoare culorii caracteristice, iar informația cantitativă se obține din intensitatea radiației luminoase.

În funcție de originea semnalului analitic, metodele de chimie analitică pot fi clasificate în metode chimice, fizice și fizico-chimice.

LA metode chimice se efectuează o reacție chimică și se măsoară fie masa produsului obținut - metode gravimetrice (greutate), fie volumul reactivului utilizat pentru interacțiunea cu substanța - metode titrimetrice, gaze volumetrice (volumetrice).

Volumemetria gazelor (analiza volumetrică a gazelor) se bazează pe absorbția selectivă părțile constitutive amestec de gaze în vase umplute cu unul sau altul absorbant, urmată de măsurarea scăderii volumului de gaz cu ajutorul unei biurete. Deci, dioxidul de carbon este absorbit de o soluție de hidroxid de potasiu, oxigenul - de o soluție de pirogalol, monoxid de carbon - de o soluție de amoniac de clorură de cupru. Volumemetria gazelor se referă la metode exprese de analiză. Este utilizat pe scară largă pentru determinarea carbonaților în g.p. și minerale.

Metodele chimice de analiză sunt utilizate pe scară largă pentru analiza minereurilor, rocilor, mineralelor și a altor materiale în determinarea componentelor din acestea cu un conținut de la zecimi la câteva zeci de procente. Metodele de analiză chimică se caracterizează printr-o precizie ridicată (eroarea de analiză este de obicei de zecimi de procente). Cu toate acestea, aceste metode sunt treptat înlocuite cu metode fizico-chimice și fizice mai rapide de analiză.

Metode fizice analizele se bazează pe măsurarea unor proprietăți fizice ale substanțelor, care este o funcție de compoziție. De exemplu, refractometria se bazează pe măsurare indicatori relativi refracția luminii. Într-un test de activare, se măsoară activitatea izotopilor etc.. Adesea, o reacție chimică este efectuată preliminar în timpul testului, iar concentrația produsului rezultat este determinată de proprietățile fizice, de exemplu, de intensitatea absorbției radiația luminoasă de către produsul de reacție colorat. Astfel de metode de analiză se numesc fizico-chimice.

Metodele fizice de analiză se caracterizează prin productivitate ridicată, limite scăzute de detectare a elementelor, obiectivitate a rezultatelor analizei și un nivel ridicat de automatizare. Metodele fizice de analiză sunt utilizate în analiza rocilor și mineralelor. De exemplu, metoda emisiei atomice determină wolfram în granite și ardezie, antimoniu, staniu și plumb în roci și fosfați; metoda de absorbtie atomica - magneziu si siliciu in silicati; Fluorescent cu raze X - vanadiu în ilmenit, magneză, alumină; spectrometrie de masă - mangan în regolitul lunar; activare neutronică - fier, zinc, antimoniu, argint, cobalt, seleniu și scandiu în ulei; metoda de diluare izotopică – cobaltul în roci silicate.

Metodele fizice și fizico-chimice sunt uneori numite instrumentale, deoarece aceste metode necesită utilizarea unor instrumente (echipamente) special adaptate pentru realizarea principalelor etape de analiză și înregistrarea rezultatelor acesteia.

Metode fizico-chimice analiza poate include transformări chimice ale analitului, dizolvarea probei, concentrația componentei analizate, mascarea substanțelor interferente și altele. Spre deosebire de metodele chimice „clasice” de analiză, în care masa unei substanțe sau volumul acesteia servește ca semnal analitic, metodele fizico-chimice de analiză folosesc intensitatea radiației, puterea curentului, conductibilitatea electrică și diferența de potențial ca semnal analitic.

Metodele bazate pe studiul emisiei și absorbției radiațiilor electromagnetice în diferite regiuni ale spectrului sunt de mare importanță practică. Acestea includ spectroscopia (de exemplu, analiza luminiscentă, analiza spectrală, nefelometria și turbidimetria și altele). Metodele fizico-chimice importante de analiză includ metode electrochimice care utilizează măsurarea proprietăților electrice ale unei substanțe (coulometrie, potențiometrie etc.), precum și cromatografia (de exemplu, cromatografia în gaz, cromatografia lichidă, cromatografia cu schimb de ioni, cromatografia în strat subțire). ). Metodele bazate pe măsurarea vitezelor sunt dezvoltate cu succes reacții chimice(metode cinetice de analiză), efectele termice ale reacțiilor (titrare termometrică), precum și asupra separării ionilor într-un câmp magnetic (spectrometrie de masă).

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Foloseste formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Găzduit la http://www.allbest.ru/

Introducere

1.2 Tehnici și metode de bază pentru analiza unui eșantion necunoscut

Concluzie

Lista surselor de informare utilizate

Introducere

Chimia analitică are o mare importanță practică în viața societății moderne, deoarece creează mijloacele pentru analiza chimică și asigură implementarea acesteia.

Analiza chimică este un mijloc important de control al producției și de evaluare a calității produselor într-o serie de sectoare industriale, cum ar fi metalurgia feroasă și neferoasă, ingineria mecanică, producția de materiale pure și ultrapure pentru industria radio-electronică, minerit, rafinarea petrolului chimic. , industria petrochimică, farmaceutică și alimentară, servicii geologice etc. Fără analiză chimică, este imposibil de rezolvat problemele de securitate mediu inconjurator, funcționarea complexului agroindustrial, diagnosticul medical, dezvoltarea biotehnologiei.

Baza științifică a analizei chimice este chimia analitică, care dezvoltă bazele teoretice ale metodelor de analiză sau le împrumută din domenii conexe ale științei chimice și fizice și le adaptează la scopurile lor. Chimia analitică determină limitele de aplicabilitate a metodelor, evaluează caracteristicile lor metrologice și dezvoltă metode de analiză a diferitelor obiecte. Deci, chimia analitică este un domeniu cunoștințe științifice, o secțiune a științei chimice, iar serviciul analitic este un sistem pentru satisfacerea nevoilor societății în analiza chimică.

scop termen de hârtie la disciplina „Chimie analitică și metode fizico-chimice de analiză” este dezvoltarea principiilor de bază ale analizei calitative și cantitative.

Scopul este atins prin rezolvarea unei sarcini specifice pentru analiza unei substanțe necunoscute, efectuând un calcul folosind un titrimetric. metoda de analiză și construcția curbei de titrare corespunzătoare.

1. Analiza calitativă a unei substanțe necunoscute

1.1 Informații teoretice privind analiza calitativă

Analiza calitativă este o secțiune de chimie analitică dedicată stabilirii compoziției calitative a substanțelor, adică detectării elementelor și ionilor pe care îi formează, care fac parte atât din substanțe simple, cât și din cele complexe. Acest lucru se realizează folosind reacții chimice caracteristice unui cation sau anion dat, care fac posibilă detectarea lor atât în substanțe individuale, cât și în amestecuri.

Reacțiile chimice potrivite pentru analiza calitativă ar trebui să fie însoțite de o notabilă efect extern. Poate fi: degajare de gaz, modificarea culorii soluției, precipitare, dizolvare a precipitatului, formare de cristale de formă caracteristică.

În primele patru cazuri, cursul reacției este observat vizual, cristalele sunt examinate la microscop.

Pentru a obține rezultate corecte, sunt necesare reacții care să nu fie interferate de alți ioni prezenți. Acest lucru necesită reactivi specifici (care interacționează numai cu ionul care este determinat) sau cel puțin selectivi (selectivi).

Din păcate, reactivii selectivi, mai ales specifici sunt foarte mici, prin urmare, atunci când se analizează un amestec complex, trebuie să se recurgă la mascarea ionilor interferanți, transformarea lor într-o formă inertă la reacție sau, mai des, la separarea unui amestec de cationi sau anioni în părți constitutive, numite grupuri analitice. Do aceasta cu ajutorul unor reactivi speciali (de grup), care, reacționând cu un număr de ioni în aceleași condiții, formează compuși cu proprietăți similare - precipitate puțin solubile sau complexe solubile stabile. Acest lucru vă permite să împărțiți un amestec complex în componente mai simple. Analiza calitativă constă în următorii pași:

observatii preliminare;

teste preliminare;

Acțiunea acizilor asupra unei probe uscate;

Transferul probei analizate în soluție ;

Analiza calitativă sistematică (sau fracționată) a cationilor și

Atunci când se efectuează reacții analitice, este necesar să se respecte anumite condiții. Acestea includ concentrația reactanților, reacția mediului, temperatura.

1.2 Tehnici și metode de bază pentru analiza unei probe necunoscute. Prepararea unei substanțe pentru analiză

Când începeți să studiați compoziția chimică a unei anumite substanțe, trebuie mai întâi să o luați în considerare cu atenție, determinându-i aspectul, culoarea, mirosul, gradul de măcinare (pulbere, amestec cu granulație grosieră sau cu granulație fină, masa solidă etc.), prezența fazelor cristaline sau amorfe și se pregătește în mod corespunzător pentru analiză și numai după aceea se procedează la stabilirea compoziției sale chimice.

Pregătirea substanței de testat pentru analiză este o parte foarte importantă a întregului studiu.

După culoarea probei analizate, se pot face presupuneri cu privire la prezența sau absența anumitor cationi în ea. Dacă, de exemplu, obiectul analizat este o masă transparentă sau albă incoloră, atunci aceasta indică absența cantităților semnificative de cationi colorați în el - crom (III) Cr 3+ (culoare albastru-violet), mangan (II) Mn 2 + (roz deschis), fier (III) Fe 3+ (galben-maro), cobalt (II) Co 2+ (roz), nichel (II) Ni 2+ (verde), cupru (II) Cu 2+ (albastru) ). Dacă proba este colorată, atunci se poate presupune că conține unul sau mai mulți dintre cationii de mai sus. Pentru o analiză completă a substanței de testat, este necesar să se ia o cantitate mică din aceasta, măsurată în miligrame. Analiza calitativă se realizează în două etape. În primul rând, se efectuează teste preliminare, a, apoi se procedează la o analiză sistematică a cationilor și anionilor.

Teste preliminare

Testele preliminare permit stabilirea prezenței unor elemente, a căror detecție este dificilă în cursul sistematic al analizei.

Colorare cu flacără

Pentru testul de culoare la flacără se ia un fir de 60 mm lungime și 2-3 mm în diametru. Unul dintre caii săi este îndoit într-o buclă, celălalt capăt este lipit într-o tijă de sticlă, care servește drept mâner. Sârma trebuie curățată bine prin recoacere repetată în cea mai fierbinte flacără neluminoasă a arzătorului. Firul este scufundat în acid clorhidric și calcinat într-o flacără a arzătorului, apoi răcit la temperatura camerei. Pe firul astfel preparat se pun mai multe cristale ale analitului si se aduc in flacara arzatorului. Diferiți ioni colorează flacăra în următoarele culori:

Roșu carmin……………………Sr 2+ ,Li 2+

Roșu cărămidă……………………………….Ca 2+

Galben…………………………………….Na +

Galben-verde……………………………Ba 2+

Albastru-verde………………………………………Acelea

Albastru deschis …………………………… As, Sb, Pb 2+

Albastru strălucitor………………………………Cu 2+ ,Se

Violet ………………………………………….K +, Rb + sau Cs +

Udarea firului cu acid clorhidric se efectuează pentru a se obține în flacără cloruri volatile de cationi prezenți în probă (dacă aceasta conține o componentă nevolatilă sau greu volatilă).

După natura produselor de termoliză (calcinare) a unei probe dintr-un analit solid, se poate aprecia uneori prezența unor cationi și anioni în analit.

Pentru efectuarea acestui test, o mică porțiune din substanța analizată se așează pe fundul unei eprubete refractare (~7 cm lungime) și se încălzește proba, fixând eprubeta în poziție orizontală, în flacăra unui arzător cu gaz. . În timpul descompunerii termice a probei, se eliberează produse de termoliză gazoasă, dintre care unii se condensează la capătul rece al tubului.

Pe baza culorii sublimului, se pot trage câteva concluzii preliminare:

Culoare de sublimare Produse posibile ale termolizei

Alb ………………………………………… Săruri de amoniu, Hg 2 Cl 2, HgCl 2,

Galben…………………………………...HgI 2 , As 2 S 3 , S

Metal oglindă ……………. Arsenic sau mercur (placă)

În timpul descompunerii termice, împreună cu sublimarea, poate apărea eliberarea de vapori și gaze. Apariția picăturilor de apă pe pereții părții reci a eprubetei (tubului) indică faptul că fie proba de testat conține apă de cristalizare, fie se formează apă în timpul termolizei probei (hidroxizii, sărurile acide și bazice și compușii organici se descompun cu eliberarea apei).

Evoluția vaporilor violet de iod și condensarea lor sub formă de cristale întunecate indică posibilitatea prezenței ionilor de iodură sau a altor conţinând iod anionii :

Pe lângă vaporii violeti de iod, pot fi eliberați vapori maro de brom (posibil prezenți ioni de bromură și alți anioni care conțin brom), vapori galben-maronii de oxizi de azot (eventual prezența nitraților și nitriților), precum și CO gazos (posibil prezența oxalaților), CO 2 (eventual prezența carbonaților, oxalaților). ), C1 2 (posibil prezența ionilor de clorură și a altor anioni care conțin clorură), SO 2 (prezența sulfiților, tiosulfaților este posibilă), SO 3 (este posibilă prezența sulfaților), NH 3 (prezența sulfaților) a sărurilor de amoniu este posibilă), O 2 (este posibilă prezența peroxizilor, nitraților, cromaților, dicromaților etc.).

Acțiune diluată acid clorhidric (~1 mol/l)

Acidul sulfuric diluat înlocuiește acizii slabi din sărurile lor - carbonați, sulfiți, tiosulfați, sulfuri, cianuri, nitriți, acetați. Acizii slabi eliberați, instabili într-un mediu acid, fie se volatilizează, fie se descompun odată cu formarea de produși gazoși.

În prezența carbonaților în proba analizată, se eliberează dioxid de carbon gazos CO 2 (incolor și inodor). În prezența sulfiților și tiosulfaților, se eliberează dioxid de sulf SO2 cu miros de sulf ars; în prezența sulfurilor - hidrogen sulfurat H 2 S cu miros de ouă putrezite; în prezența cianurilor - o pereche de acid cianhidric HCN cu miros de migdale amare; în prezența nitriților - vapori bruni de dioxid de azot NO 2, în prezența acetaților - vapori de acid acetic CH 3 COOH cu miros de oțet.

Testul se efectuează după cum urmează: o cantitate mică de analit este luată într-o eprubetă și se adaugă acid sulfuric diluat în picătură. Emisia de gaze indică prezența în proba analizată a anionilor de mai sus a acizilor slabi, instabili, într-un mediu acid.

Acidul sulfuric concentrat, atunci când interacționează cu analitul, poate elibera produși gazoși de reacție și din fluoruri, cloruri, bromuri, ioduri, tiocianați, oxalați, nitrați. .

În prezența fluorurilor în substanța analizată, se eliberează vapori de fluorură de hidrogen HF; în prezenţa clorurilor -- vapori de HC1 şi clor gazos C1 2 ; în prezenţa bromurilor -- perechi de HBr şi brom gazos galben Br 2 ; în prezenţa iodurilor -- vapori violet de iod J 2 ; în prezenţa tiocianaţilor -- dioxid de sulf gazos SO 2 ; în prezenţa oxalaţilor - oxid gazos incolor CO şi dioxid de carbon CO 2 carbon.

Testul se efectuează după cum urmează. La o masă mică de analit solid (0,010 g) într-o eprubetă, se adaugă încet, cu grijă, prin picurare acid sulfuric concentrat. Dacă se observă degajare de gaz, atunci aceasta indică prezența anionilor de mai sus în proba analizată .

Pentru efectuarea acestui test se ia un amestec de H 2 SO 4 diluat cu KJ, mai multe cristale ale substanței de testat, zdrobite în prealabil la starea de pulbere, sau 3-4 picături dintr-o soluție de analit (dacă substanța este solubilă ) sunt adăugate. În prezența agenților oxidanți, se eliberează iod liber, care este detectat prin culoarea maro a soluției sau cu ajutorul amidonului. Această reacție este dată de ioni NO2-, NO3-, Mn04-, Cr042-, Fe3+, Cu2+.

Pentru a detecta agenți reducători, se ia un amestec de soluții diluate de KMnO 4 + H 2 SO 4. Decolorarea acestei soluții este cauzată de ionii SO 3 2-, S 2-, S 2 O 3 2-, J -, NO 2 -, Cl -, Fe 2+, Cr 3+ -:

Dizolvare în apă

O cantitate mică de analit este introdusă într-o eprubetă, se adaugă câțiva mililitri de apă distilată, iar amestecul este agitat ceva timp. Dacă substanța este complet dizolvată în apă, atunci cea mai mare parte a substanței selectate pentru analiză este dizolvată în volumul minim posibil de apă distilată, iar soluția rezultată este analizată în continuare. O mică parte din proba solidă originală este păstrată pentru retestare sau teste de verificare, dacă este necesar.

Analiza cationică

Grup analitic - un grup de cationi, care cu orice reactiv (în anumite condiții) poate da reacții analitice similare. Împărțirea cationilor în grupe analitice pe baza relaţiei lor cu diverşi anioni. Sunt acceptate două clasificări: sulfură și acido-bazică.

Conform clasificării acido-bazice, cationii sunt împărțiți în șase grupuri analitice (Tabelul 1)

Tabelul 1 - Separarea cationilor în grupe după clasificarea acido-bazică

	grup	Primit conexiuni	grup caracteristică
K+, Na+, NH4+			Clorurile, sulfații și hidroxizii sunt solubili în apă
		Precipitează AgCI, PbCl 2	Clorurile sunt insolubile în apă
		Precipitează BaS04, CaS04	Sulfații sunt insolubili (sau slab solubili) în apă și acizi
Zn 2+, Al 3+, Cr 3+,	Exces de 4n KOH sau NaOH	Soluție ZnO 2 2-, AlO 2 -, CrO 2 -,	Hidroxizii sunt solubili în exces de alcalii caustici
Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+	Exces de 25% NH3	Precipitat Mg (OH) 2, Mn (OH) 2, Fe (OH) 2, Fe (OH) 3	Hidroxizii sunt insolubili în excesul de alcali caustici.
Ni2+, Co2+, Cu2+	Exces de 25% NH3	Ni(NH 3) 4 2+, Co(NH 3) 4 2+, Cu(NH 3) 6 2+	Hidroxizii sunt solubili în exces de amoniac

Analiza Anionică Clasificarea anionilor se bazează pe diferența de solubilitate a sărurilor de bariu și argint. Conform celei mai comune clasificări, anionii sunt împărțiți în trei grupuri analitice, așa cum se arată în tabelul 2.

Tabelul 2 - Clasificarea anionilor

De obicei, obiectul este mai întâi examinat pentru cationi. Din probe individuale de soluție, folosind reactivi de grup, se determină ce cationi dintre care grupuri analitice sunt prezenți în soluție, apoi anionii sunt deja determinați în aceasta.

1.3 Progres în determinarea compoziției unui eșantion necunoscut

Pentru analiză a fost emisă o substanță, care este un amestec de două săruri (eprubeta nr. 13). În funcție de condiție, în compoziția sărurilor pot fi incluși numai următorii ioni:

1. K+, Na+, NH4+

4. Zn2+, Al3+, Cr3+

5.Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+

6. Cu2+,Co2+,Ni2+

1. SO 4 2-, SO 3 2-, CO 3 2-, PO 4 2-

3. NO 3 -, NO 2 -, CH 3 COO -

Analiza substanței se efectuează în conformitate cu schema descrisă la punctul 1.2.

Teste preliminare

Substanța dată este un amestec cu granulație fină de cristale și boabe incolore. După culoarea substanței, se poate presupune că nu există cationi Fe 3+, Cr 2+, Cu 2+, Co 2+, Ni 2+.

Colorare cu flacără

Firul de nicrom înmuiat în acid clorhidric diluat este calcinat într-o flacără a arzătorului, apoi răcit la temperatura camerei. Asezam mai multe cristale ale analitului pe firul preparat in acest fel. Flacăra arzătorului devine albastru pal, ceea ce indică posibila prezență a cationului Pb 2+ în substanța analizată și absența cationilor K + , Ba 2+ , Ca 2+ , Cu 2+

Testul produsului de descompunere termică

O mică parte din substanța analizată este plasată pe fundul unei eprubete refractare și încălzită la flacăra unui arzător. Observăm eliberarea de vapori galbeni, pe baza acesteia putem face o presupunere despre posibila prezență a nitraților în proba analizată. Ecuațiile (1,2) pentru formarea acestor substanțe sunt prezentate mai jos:

Descompunerea nitraților:

a) de la alcalino-pământos la cupru (inclusiv)

Me(NO3)2 > 2MeO+ + 2NO2 + O2 (1)

b) nitraţi de argint, mercur etc.

2MeNO 3 >2Me + 2NO 2 + O 2 (2)

Absența plăcii întunecate pe pereții părții reci a tubului indică, de asemenea, absența iodurilor în prezența agenților de oxidare.

Concluzie: substanța analizată poate conține nitrați și lipsește ioni care conțin iod.

Acțiunea acidului sulfuric diluat

Adăugăm câteva picături de H 2 SO 4 diluat la o cantitate mică de substanță dată și o încălzim la flacăra unui arzător. Se eliberează un gaz cu un miros caracteristic de oțet.

Chimia procesului este prezentată mai jos (ecuația (3)):

CH 3 COO - + H + > CH 3 COOH ^ (3)

Prin urmare, anionul CH3COO - poate fi prezent în analit.

Acțiunea acidului sulfuric concentrat

Se adaugă încet acid sulfuric concentrat la o masă mică a probei analizate. Vaporii incolori sunt eliberați cu un miros caracteristic de acid acetic, care confirmă încă o dată prezența în proba analizată a anionului CH 3 COO -

Emisii de vapori cu miros caracteristic de clor și vapori violet de iod conform ecuațiilor (4-6):

Cl - + H + > HCl ^ (4)

2Cl - + SO 4 2- + 2H + > Cl 2 ^ + SO 3 2- + H 2 O (5)

2J - + H 2 SO 4 > J 2 + SO 3 2- + H 2 O (6)

nu observam, prin urmare, in substanta analizata, poate sa nu existe anioni Cl - ,I - .

Testarea prezenței agenților oxidanți

Luăm un amestec de H 2 SO 4 cu KI , se adaugă câteva cristale din analit. Eliberarea de iod liber, care face ca soluția să devină maro conform ecuațiilor (7-9), nu are loc, pe baza cărora se poate presupune că anioni NO 2 -, Fe 3+, Cu 2+ sunt absent în această substanță

Chimia procesului:

2J - + 2NO 2 - + 4H + > J 2 + 2NO + 2H 2 O (7)

2J - + 2Fe 3+ > J 2 + 2Fe 2+ (8)

4J - + 2Cu 2+ > J 2 + 2CuJv (9)

Testarea prezenței agenților reducători

Se adaugă un amestec de soluții diluate de KMnO 4 + H 2 SO 4 la o mică parte din analit. Nu se observă decolorarea soluției în conformitate cu următoarele ecuații (10-14), ceea ce indică posibila absență în proba analizată

N02-, S032-, J-, CI-, Fe2+

2J - + 2NO 2 - + 4H + > J 2 + 2NO + 2H 2 O (10)

5SO 3 2- + 2MnO 4 - + 6H + > 5SO 4 2- + 2Mn 2+ + 3H 2 O (11)

16H + + 10J - + 2MnO 4 - > 5J 2 + 2Mn 2+ + 8H 2 O (12)

16H + + 10Cl - + 2MnO 4 - > 5Cl 2 + 2Mn 2+ + 8H 2 O (13)

5Fe 2+ + MnO 4 - + 8H + > 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4H 2 O (14)

Dizolvare în apă

Analitul este complet solubil în apă. Pe baza acestui fapt, putem face o ipoteză despre prezența simultană a ionilor Ag, Pb 2+, CH 3 COO -, NO 3 în soluție. - (pentru că numai cu acești anioni, cationul de plumb descoperit în testele preliminare se dizolvă complet în apă).

Probă pentru prezența NH4

Adăugăm câteva picături de sodă caustică în amestecul analizat și îl încălzim în flacăra unui arzător cu gaz, mirosul de amoniac nu se simte, prin urmare anionul NH 4 + este absent.

Test pentru Fe 2+

Adăugăm câteva picături de soluție de HCl și o soluție de sare roșie din sânge K 3 în eprubeta cu substanța analizată.Nu se observă colorarea albastră a soluției în conformitate cu ecuația (15) de mai jos, prin urmare, Fe 2+ cation este absent.

3- + Fe 2+ >Fe 3 2 (15)

Test pentru Fe 3+

Se adaugă câteva picături de apă și câteva picături dintr-o soluție concentrată de tiocianat de amoniu într-o eprubetă cu o soluție de analit. Colorația roșu-sânge în conformitate cu ecuația (16) nu este observată, prin urmare, cationul Fe 3+ este absent.

Fe 3+ +3CNS - >Fe(CNS) 3 (16)

Concluzie: conform rezultatelor testelor preliminare, putem face o presupunere despre prezența următorilor ioni în amestecul analizat: Pb 2+ ,CH 3 COO - ,NO 3 -

Analiza sistematică

Testul cationic

Test pentru cationii celui de-al doilea grup analitic

Adăugăm câteva picături de acid clorhidric HCl în proba analizată, observăm precipitații conform ecuațiilor (17,18), ceea ce confirmă posibila prezență a cationilor Pb 2+, Ag + în această substanță.

Chimia procesului:

Pb 2+ +2HCl>PbCl 2 v (17)

Ag + +HCl>AgClv (18)

Verificați precipitatul format pentru dizolvarea în apă fierbinte. Adăugați puțină apă fierbinte la sedimentul rezultat. Precipitatul se dizolvă, prin urmare, cationul Ag 2+ este absent.

Pentru a verifica cu acuratețe prezența cationului Pb 2+ în proba analizată, vom efectua următorul experiment. Adăugați aceeași cantitate de KI la câteva picături de soluție de analit. Se formează un precipitat galben (Ecuația (19)).

Pb 2+ +2KI>PbI 2 v +2K + (19)

Adăugăm câteva picături de apă și o soluție 2M de CH 3 COOH în eprubetă, o încălzim, iar precipitatul se dizolvă. Scufundați eprubeta în apă rece. Cristale aurii strălucitoare cad în conformitate cu ecuația (20).

PbI 2 v + CH 3 COOH> I + HI. (20)

Astfel, s-a dovedit prezența unui cation de plumb în substanța analizată, ceea ce este în concordanță cu testele preliminare (testul culorii flăcării).

Deoarece cationul de plumb interferează cu deschiderea cationilor celui de-al treilea și al primului grup analitic, acesta trebuie separat. Pentru a face acest lucru, adăugați câteva picături de HCI 10 N în soluția de analit, amestecați cu o baghetă de sticlă și filtrați. Se spală precipitatul cu apă acidulată 2n. soluție de acid clorhidric (pentru a reduce solubilitatea clorurii de plumb). Filtratul nr. 1 poate conține următorii cationi Ca 2+, Ba 2+, K +, Na +, precum și o cantitate mică din cationul Pb 2+ deja descoperit, apoi se adaugă câteva picături de soluție de sulfat de amoniu (NH 4 ). ) 2 SO 4 la filtrat, se încălzește într-o baie de apă clocotită timp de câteva minute, se lasă să stea puțin și se filtrează din nou. Filtratul nr. 2 poate conține cationi K +, Na +, Ca 2+ Precipitatul care conține Pb 2+ și eventual conține cationi Ba 2+, Ca 2+ este tratat cu o soluție fierbinte 30% de CH 3 COONH 4 până la PbSO 4 se îndepărtează complet, se filtrează, precipitatul se spală cu apă distilată și se transferă într-o cană de porțelan, se adaugă câțiva mililitri de soluție de carbonat de potasiu K 2 CO 3, se fierbe câteva minute, se încălzește pe o grătar de azbest în flacăra unui arzător cu gaz. . După răcire, se adaugă câțiva mililitri de apă într-o cană de porțelan, se amestecă, se lasă să stea și se scurge stratul transparent de lichid. Apoi se adaugă din nou carbonat de potasiu K 2 CO 3, se încălzește din nou câteva minute și se filtrează. Precipitatul se spală cu apă caldă până când anionii S042- sunt complet îndepărtați. Precipitatul se dizolvă într-o eprubetă într-o porțiune mică de acid acetic și se spală cu o cantitate mică de apă distilată. În continuare vom analiza prezența cationului Ba 2+, pentru aceasta adăugăm în soluția rezultată câteva picături dintr-o soluție de cromat de potasiu K 2 CrO 4. Nu se formează precipitat, prin urmare, cationul Ba 2+ este absent. Verificăm în soluția rezultată prezența cationului Ca 2+, adăugăm carbonat de sodiu, amestecăm cu o baghetă de sticlă, nu observăm formarea unui precipitat, prin urmare, cationul Ca 2+ este absent. Să verificăm în filtratul nr. 2 prezența cationului K +, pentru aceasta, adăugați o soluție de Na 3 și puțin acid acetic la filtrat, nu se formează un precipitat galben de sare complex de cobalt, prin urmare, K. + cationul este absent. Să verificăm în filtratul nr. 2 prezența cationului Na +, adăugăm câteva picături de soluție KH 2 SbO 4, nu se formează precipitat cristalin alb, prin urmare cationul Na + este absent. Pentru a deschide cationii grupelor a patra, a cincea și a șasea analitice, adăugăm hidroxid de sodiu la filtratul rămas după separarea plumbului, nu se observă precipitații, prin urmare, nu există cationi în amestecul analizat: Cu 2+, Zn 2 +, Al 3+,

Mg2+,Cr3+,Ni2+,Co2+

Test anionic

Prezența cationului Pb 2+ exclude prezența anionilor din prima și a doua grupă analitică în substanța analizată; în caz contrar, s-ar observa precipitarea la dizolvare în apă.

În ciuda faptului că în testele preliminare nu am presupus prezența anionului NO 2 -, vom verifica amestecul analizat pentru prezența acestui anion. Să adăugăm câteva picături de soluție Griess-Ilosvay la soluția amestecului analizat, nu observăm colorarea roșie a soluției, prin urmare, anionul NO 2 este într-adevăr absent în acest amestec.

Reacții calitative la anionii celui de-al treilea grup analitic

Să confirmăm prezența anionului NO 3- în substanța analizată. Să efectuăm următoarea reacție: adăugați 2-3 picături defenilamină și 5 picături de acid sulfuric concentrat la câteva picături dintr-o soluție dintr-o substanță necunoscută. Se observă o culoare albastru închis a difenilbenzidinei formate (ecuația (21)):

2(C 6 H 5) 2 NHC 6 H 5 -N -C 6 H 4 -C 6 H 4 -NH-C 6 H 5 C 6 H 5 -N \u003d C 6 H 4 \u003d C 6 H 4 \ u003d N- C 6 H 5 (21)

Conform stării sarcinii din emis amestecurile pot fi prezente două anion. Conform rezultatelor testelor preliminare prezența anionilor NU 2 - , ASA DE 4 2- , CO 3 2- , ASA DE 3 2- , PO 4 3- , Cl - , eu - - expulzat prin urmare, anionul este prezent în amestecul analizat CH 3 GÂNGURI - , a cărui prezență confirmă eliberarea vaporilor de oțet sub acțiunea acidului sulfuric diluat (testele preliminare ecuația (3) ).

Pe baza experimentelor de mai sus, se poate concluziona că amestecul analizat conține cationul Pb2+ și anionii CH3COO-,NO3-.

După analiza datelor experimentale și a observațiilor preliminare, concluzionăm că acest amestec este format din două săruri Pb(NO 3) 2 și (CH 3 COO) 2 Pb.

Să analizăm proprietățile fizice ale acestor compuși.

Acetat de plumb(II) Рb(ОСОСН 3) 2 - cristale incolore; p.p. 280 °С; -- 960,90 kJ/mol; în timpul topirii, se evaporă parțial, la temperaturi mai ridicate se descompune în Pb, CO 2 , H 2 O și acetonă. Solubilitate în apă (g la 100 g): 29,3 (10 ° C), 55,2 (25 ° C) și 221,0 (50 ° C);

Nitrat de plumb Pb(NO 3) 2 , cristale incolore. Când este încălzit peste 200 ° C, începe să se descompună fără a se topi cu eliberarea de NO 2 și O 2 și formarea secvențială de oxonitrați Pb (NO 3) 2 2PbO, Pb (NO 3) 2, 5PbO și oxid de PbO la 500- 550°C. Solubilitate în apă (g per 100 g): 45,5 (10°C), 58,5 (25°C), 91,6 (60°C) și 116,4 (80°C).

Într-adevăr, substanța dată, constând probabil din săruri de Pb(NO3)2 și (CH3COO)2Pb, este un amestec de cristale incolore, care este în concordanță cu datele de referință de mai sus. Flacăra arzătorului (în timpul testului de colorare a tribului) este vopsită într-o culoare albastru pal, ceea ce indică prezența plumbului în proba eliberată. Când este aprins, analitul se descompune cu eliberarea de fum galben corespunzător ecuației (22), aceasta confirmă prezența azotatului de plumb în acest amestec.

Pb(N03)2 > 2PbO+ 2NO2 + O2 (22)

Sub acțiunea acidului sulfuric diluat pe o probă uscată, s-a observat eliberarea de vapori cu un miros caracteristic de oțet, prin urmare, în acest amestec este prezent acetat de plumb. Astfel, comparând datele de referință, rezultatele observațiilor preliminare și datele experimentale, ajungem la concluzia că ipoteza anterioară despre compoziția amestecului este confirmată.

probă necunoscută de reacție cu acid sulfuric

2. Calculul curbei teoretice de titrare

2.1 Bazele teoretice ale analizei titrimetrice

Analiza titrimetrică se bazează pe măsurarea cantității (volum sau masă) dintr-o soluție de titrant (reactiv de concentrație precis cunoscută) cheltuită în reacția cu componenta care se determină. Soluția de reactiv este adăugată până când cantitatea sa este echivalentă cu cantitatea de analit. Soluția de reactiv utilizată în analiza titrimetrică se numește titrată sau standard. concentrația soluțiilor în analiza titrimetrică se exprimă ca număr de echivalenți gram pe litru de soluție.

Metodele titrimetrice sunt împărțite în două grupuri mari. Primul grup include metode bazate pe reacții ionice: neutralizare, precipitare și complexare. Al doilea grup include metode redox bazate pe reacții redox, care sunt asociate cu transferul de electroni de la o particulă la alta. Reacțiile aplicate trebuie să satisfacă o serie de cerințe. Reacția trebuie să decurgă cantitativ conform unei anumite ecuații fără reacții secundare. Reacția trebuie să se desfășoare cu o viteză suficientă, deci este necesar să se creeze condiții optime care să asigure cursul rapid al reacției. Stabilirea punctului de echivalență ar trebui să se facă destul de fiabil.

Metode de neutralizare. Acestea includ definiții bazate pe interacțiunea acizilor și alcalinelor. Metodele de neutralizare sunt de obicei împărțite în acidimetrie (determinarea bazelor), alcalimetrie (determinarea acizilor) și halometrie (determinarea sărurilor).

Metodele de precipitare sunt împărțite în argentometrie, ceea ce face posibilă determinarea, prin titrare cu o soluție de nitrat de argint, cloruri, ioduri, cianuri, tiocianați; pe mercurometrie bazată pe titrare cu o soluție de azotat de mercur feros.

Metodele de formare a complexului se bazează pe utilizarea reacțiilor în care se formează compuși complecși. Se împart în mercurimetrie, pe bază de titrare cu o soluție de azotat de mercur(II), care produce clorură de mercur(II) ușor disociată, complexometrie, pe baza utilizării reactivilor-complezon organici; fluorometrie bazată pe utilizarea NaF.

Metodele redox se bazează pe utilizarea diverșilor agenți oxidanți și reducători pentru titrare.

Permanganatometrie. Metoda a fost propusă în 1846. F. Margeritt pentru titrarea soluţiilor de săruri de fier (II).

Bromatometria este o metodă bazată pe oxidarea cu o soluție de KBrO 3 într-un mediu acid. Cerimetrie.1861. L. Lange a propus ca agent oxidant o soluție de Ce (SO 4) 2. Sulfatul de ceriu este utilizat pentru titrarea multor agenți reducători în soluții puternic acide de săruri de fier (II), arsenic, acizi oxalici etc.

Titanometrie. Sărurile de titan(III) sunt utilizate ca agenți reducători puternici în determinarea substanțelor în principal organice.

Nitritometria se bazează pe titrarea cu o soluție standard de nitrit de sodiu. Nitritometria este folosită cel mai adesea pentru determinarea substanțelor organice prin reacția de diazotare sau nitrozare.

Ascorbinometria se bazează pe utilizarea acidului ascorbic ca agent reducător. Este utilizat pentru titrarea directă a diferiților agenți oxidanți.

2.2 Titrare complexometrică

Complexonometrie (chelatometrie), o metodă titrimetrică de analiză bazată pe formarea de compuși intercomplex puternici (chelați) între cationii metalici și complexoni. cei mai des utilizați sunt acizii iminodiacetic, nitrilotriacetic (complexonul I) și etilendiaminotetraacetic (complexonul II), sarea disodică a acestuia din urmă (complexonul III, EDTA), precum și acidul 1,2-diaminociclohexanetetraacetic (complexonul IV). Utilizarea pe scară largă a complexonilor II și III se datorează faptului că reacțiile lor cu cationi metalici decurg complet și în conformitate cu stoichiometria, soluțiile lor sunt stabile în timpul depozitării; acești reactivi sunt disponibili și se pot obține preparate de înaltă puritate. Punctul final al titrarii este stabilit vizual prin schimbarea culorii indicatorilor complexometrici (indicatori metalici), precum și potențiometric, fotometric, amperometric sau prin alte metode.

Complexonii sunt reactivi neselectivi. Selectivitatea complexoanelor este crescută prin diverse metode: prin scăderea pH-ului mediului, prin separarea (precipitarea, extragerea) ionului fiind determinat, prin mascare, prin modificarea gradului de oxidare a cationului etc. .

Uz practic

Stabilitatea ridicată a compuşilor de coordonare ai metalelor cu Y 4- deschide posibilitatea fundamentală de determinare titrimetrică a unui grup mare de cationi. Diferite căi titrarea complexometrică poate fi astfel: directă, inversă, prin metoda deplasării etc.

În titrarea directă, o soluție standard de complexon este adăugată în porții mici la soluția ionului studiat. Valoarea pH-ului în timpul titrarii trebuie să fie mai mare de 7. Dar aceasta poate provoca precipitarea hidroxizilor metalici. Tamponul de amoniac (pentru nichel, cupru, zinc și cadmiu) este folosit ca avertisment și se adaugă și tartrați sau citrați (pentru mangan și plumb). Deoarece concentrația ionului de determinat scade brusc la punctul de echivalență, acest punct trebuie fixat prin schimbarea culorii indicatorului care formează compusul chelat cu cationul metalic. Indicatorul reacționează la o modificare a concentrației cationului metalic pMe în același mod în care un indicator de pH reacționează la o modificare a pH-ului. Astfel, se determină ionii de Ca, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn etc.. Înainte de metoda complexometrică, nu existau metode suficient de sigure pentru analiza compuşilor care conţin aceste metale.

Titrarea inversă este utilizată atunci când pH-ul necesar formării complexului determină precipitarea metalului și, de asemenea, atunci când nu există un indicator de încredere pentru ionul metalic. Soluția titrată de EDTA este adăugată într-un ușor exces la soluția de sare analizată. Setați prin introducerea unei soluții tampon, pH-ul dorit. Excesul de EDTA este titrat cu o soluție de clorură de magneziu sau clorură de zinc. Punctul de echivalență este fixat prin schimbarea culorii indicatorului. De asemenea, se folosesc titrari inverse. Când ionul metalic interacționează cu EDTA sau cu un indicator de metal într-o manieră lentă, cum ar fi în cazul unui ion de nichel. Această metodă este utilizată atunci când titrarea directă nu este posibilă din cauza formării de precipitate puțin solubile de cationi metalici cu anioni prezenți în soluție, de exemplu PbSO 4 , CaC 2 O 4 2H 2 O. Precipitatele trebuie să se dizolve în timpul titrarii.

Titrarea prin deplasarea unui cation cu altul este utilizată atunci când nu este posibil să se selecteze indicatorul adecvat pentru ionul care este determinat sau când cationul metalic la un pH dat nu poate fi transferat din precipitat în soluție. În acest caz, un compus cu o complexonă poate fi obținut printr-o reacție de schimb în timpul titrării unei sări a metalului, fiind determinată cu o soluție a unui compus al unui alt metal cu EDTA. De exemplu, titrați cu o soluție de complexonat de magneziu sau zinc. Pentru a aplica această metodă, este necesar ca compusul rezultat al metalului care urmează să fie determinat cu complexonul să fie mai puternic decât complexonatul de magneziu sau zinc. În prezent s-au dezvoltat tehnici complexometrice pentru analiza a foarte multor obiecte.

Determinarea durității apei a fost prima aplicare practică a EDTA în chimia analitică.

Duritatea apei se caracterizează prin concentrația molară a echivalenților de calciu și magneziu.

Titrarea complexometrică este utilizată și pentru analiza diferitelor aliaje, determinarea sulfaților, fosfaților și a altor anioni și pentru analiza compușilor organici.

Metode fizico-chimice de stabilire a punctului de echivalență în complexometrie

Sunt utilizate în mod obișnuit diferite metode fizico-chimice pentru a stabili condiții optime de titrare.

În plus, folosind metode fizico-chimice, este posibil să se determine elemente pentru care nu s-au găsit încă indicatori de culoare.

Titrarea potențiometrică cu un complexon se realizează folosind electrozi ion-selectivi sau folosind electrozi inerți din metale nobile care răspund la modificările potențialului redox al sistemului.

Folosind o pereche bimetalica de electrozi de platina-tungsten, plumbul, cupru, zinc, nichel, cadmiu si alte elemente pot fi determinate titrimetric.

Titrarea amperometrică a EDTA este utilizată pe scară largă pentru determinarea nichelului, zincului, cadmiului și plumbului.

Se utilizează titrare conductometrică, fotometrică, termometrică și alte tipuri de titrare complexone cu indicarea fizico-chimică a punctului de echivalență.

2.3 Calculul curbei de titrare prin complexometrie

Evaluați posibilitatea determinării titrimetrice și trasați o curbă de titrare pentru următoarele date 0,05 M ZnCl 2 0,025 M Na 2 H 2 Y, pH 9, concentrație de amoniac 0,1 mol/l.

Scriem ecuația reacției titrimetrice:

Zn2+ + H2Y2->ZnY2- +2H+

Calculul curbei de titrare se reduce la calculul concentrației exponențiale de Zn 2+ în funcție de volumul titrantului. Stabilitatea ZnY 2- depinde de aciditatea mediului (cu cât aciditatea este mai mare, cu atât stabilitatea este mai mică), prin urmare, pentru a lega ionii de hidrogen, determinarea cantitativă a ZnCl 2 se realizează într-un mediu tampon de amoniu.

Calculați volumul titrantului conform legii echivalentelor:

Prezența ionului H + într-un mediu în care Trilon B este prezent, duce la următoarele reacții concurente:

Y4- +H + HY 3- , = K 4 ;

HY 3- +H + H 2 Y 2- , = K 3 ;

H 2 Y 2- +H + H 3 Y - , = K 2 ;

H 3 Y - +H + H 4 Y , = K 1 ;

unde K 1, K 2, K 3, K 4 - constante de disociere treptat H 4 Y (K 1 \u003d 1.0. 10 -2, K 2 \u003d 2.1. 10 -3, K 3 \u003d 6.9. 10 -7, K 4 \u003d 5.5.10 -11).

Să calculăm constanta de stabilitate condiționată, care exprimă rezistența complexelor de zinc cu Trilon B:

Calculați coeficienții reacțiilor concurente:

Zn 2+ este, de asemenea, implicat în reacții concurente pentru formarea de compuși complecși cu amoniac NH 3 în conformitate cu următoarele ecuații de reacție:

Zn 2 + +NH 3 Zn (NH 3) 2+,

Zn 2 + +2NH 3 Zn(NH 3) 2 2+,

Zn 2+ +3NH 3 Zn(NH 3) 3 2+,

Zn 2+ +4NH 3 Zn(NH 3) 4 2+,

Potrivit unei surse literare

Înlocuind expresiile (4) și (5) în ecuația constantă de stabilitate (3), obținem:

1) înainte de începerea titrarii, în absența reacțiilor concurente care implică zinc, concentrația ionilor de Zn 2+ este egală cu concentrația de sare ZnCl 2

ZnCl 2 >Zn 2+ +2Cl -

C=0,05 mol/l

2) până la punctul de echivalență, valoarea pZn este determinată de concentrația ionului de zinc netitrat, ecuația (a), astfel încât se poate neglija disocierea complexonatului format conform ecuației (b) cu un exces de ioni de zinc. .

a) Zn 2 + + H 2 Y 2-> ZnY 2- + 2H +

b) ZnY 2- -Zn 2 + + Y 4-.

Să calculăm pentru puncte

3) La punctul de echivalență, calculul concentrației de ioni Zn 2 + se efectuează ținând cont de ecuația de reacție pentru disocierea complexului:

ZnY 2- -Zn 2+ +Y 4-

Acest echilibru este descris cantitativ printr-o constantă:

1,8 10 -5

4) după punctul de echivalență, concentrația de complexonat de metal rămâne constantă

Concentrația ionilor ligand este determinată de excesul de titrant adăugat:

Pentru valorile găsite și valorile pZn 2+ și pY 4- se calculează și se trasează o curbă de titrare în coordonatele pZn 2+ - V ale titrantului. Se analizează curba de titrare, se calculează saltul de titrare și se selectează indicatorul.

Tabelul 3 prezintă datele de calcul pentru modificările concentrației ionilor analitului și titrantului în funcție de volumul titrantului adăugat (cu condiția ca volumul soluției să nu se modifice în timpul titrarii).

Tabelul 3 - Modificarea pZn în timpul titrarii cu Trilon B.

Să analizăm curba obținută. După cum se poate observa, în regiunea punctului de echivalență, există o schimbare bruscă a concentrației ionilor de zinc, care poate fi observată folosind indicatorul corespunzător. Saltul de titrare este pZn 2+ =6,5-3,6=2,9, adică valoarea este suficientă pentru a fixa punctul de echivalență. Pe baza acestui fapt, se poate concluziona că determinarea complexometrică a zincului este posibilă în intervalul de concentrații date.

Indicatorii din complexometrie sunt indicatori metalici care formează compuși intens colorați cu ioni metalici, ale căror constante de stabilitate sunt însă mai mici decât constantele complexelor incolore ale Trilon B cu ioni metalici.

Selectarea indicatorului se efectuează în conformitate cu condițiile de titrare descrise în cartea de referință Lurie. Comparând condițiile de titrare prezentate în problemă cu datele din cartea de referință, ajungem la concluzia că, în acest caz, indicatorul este o soluție apoasă 0,1% de albastru de crom acid K, care asigură o tranziție de culoare de la roz la gri. -albastru.

2.4 Determinarea compoziției anionice a apelor uzate

În marea majoritate a cazurilor, compoziţia sării apelor naturale este determinată de cationii Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + şi HCO 3 - , Cl - , SO 4 2-. Acești ioni sunt numiți principalii ioni de apă sau macrocomponente; ele determină tipul chimic al apei. Ionii rămași sunt prezenți în cantități mult mai mici și se numesc microcomponente; nu determină tipul chimic al apei.

După anionul predominant, apele se împart în trei clase: bicarbonat, sulfat și clor. Apele fiecărei clase sunt împărțite, pe rând, în funcție de cationul predominant în trei grupe: calciu, magneziu și sodiu.

Gazele dizolvate sunt prezente și în apele naturale. Practic, acestea sunt gaze care difuzează în apă din atmosfera aerului, precum oxigenul, dioxidul de carbon, azotul. Dar, în același timp, în apele subterane sau în apele surselor necentralizate de alimentare cu apă, în apele minerale și termale pot fi prezente hidrogen sulfurat, gaz radioactiv radon, precum și gaze inerte și alte gaze.

Există mai multe metode pentru determinarea compoziției anionice a apei.

Metoda de titrare complexometrică

Determinarea multor anioni se bazează pe precipitarea compușilor lor puțin solubili cu o soluție titrată a unor cationi, al cărui exces este apoi titrat cu EDTA. Sulfatul prin această metodă este precipitat sub formă de BaS04 cu clorură de bariu și titrarea complexometrică ulterioară a excesului de ioni Ba2+ printr-o metodă specială. Fosfatul este precipitat ca MgNH4P04 şi cantitatea de magneziu rămasă în soluţie se determină complexometric.

Cromatografia

Cromatografia ionică este o metodă de determinare calitativă și cantitativă a ionilor în soluții. Vă permite să determinați anioni anorganici și organici, cationi de metale alcaline și alcalino-pământoase, cationi de metale tranziționale, amine și alți compuși organici în formă ionică. În întreaga lume, cromatografia ionică este utilizată mai mult decât alte metode, oferind detectarea multor componente în orice apă. Cromatografele ionice sunt folosite pentru analiză. Elementul principal al oricărui cromatograf este o coloană analitică separatoare. Analiza anionilor anorganici precum fluor, clor, nitrit, nitrat, sulfat și fosfat prin cromatografie ionică a fost cea mai comună metodă din lume de mulți ani. Pe lângă coloanele ionocromatografice, coloane de înaltă performanță au fost dezvoltate și utilizate cu succes pentru determinarea principalelor anioni anorganici; alături de anioni standard, detectează și oxianioni precum oxichalide: clorit, clorat, bromat etc.

Argentometrie.

Argentometrie (din lat. argentum - argint și greacă metreo - măsură), metodă titrimetrică pentru determinarea anionilor (Hal -, CN -, PO 4 3-, CrO 4 2- etc.), formând compuși slab solubili sau complecși stabili cu Ag ioni + Soluția de testat este titrată cu o soluție standard de AgNO3 sau excesul acesteia din urmă introdus în soluția analizată este titrată cu o soluție standard de NaCl (așa-numita titrare inversă).

Documente similare

Informații teoretice privind analiza calitativă. Metode de analiză a unei probe necunoscute. Fundamentele analizei titrimetrice. Titrare complexometrică, calculul curbei de titrare prin metoda complexometrică. Determinarea compoziției anionice a apelor uzate.

lucrare de termen, adăugată 22.01.2011

Valoarea practică a chimiei analitice. Metode chimice, fizico-chimice și fizice de analiză. Prepararea unei substanțe necunoscute pentru analiză chimică. Probleme de analiză calitativă. Etapele analizei sistematice. Detectarea cationilor si anionilor.

rezumat, adăugat 10.05.2011

Proprietățile fizice și fizico-chimice ale acidului azotic. Metoda cu arc pentru producerea acidului azotic. Acțiunea acidului sulfuric concentrat asupra nitraților solizi la încălzire. Descrierea substanței de către chimistul Haiyan. Producerea și utilizarea acidului azotic.

prezentare, adaugat 12.12.2010

Conceptul de compoziție cantitativă și calitativă în chimia analitică. Influența cantității de substanță asupra tipului de analiză. Metode chimice, fizice, fizico-chimice, biologice pentru determinarea compoziției sale. Metode și etape principale de analiză chimică.

prezentare, adaugat 09.01.2016

Efectuarea unei analize a unei substanțe pentru a stabili compoziția sa calitativă sau cantitativă. Metode chimice, fizice și fizico-chimice pentru separarea și determinarea componentelor structurale ale sistemelor eterogene. Prelucrarea statistică a rezultatelor.

rezumat, adăugat 19.10.2015

Aplicarea, proprietățile fizice și chimice ale acidului sulfuric concentrat și diluat. Producția de acid sulfuric din sulf, pirit și hidrogen sulfurat. Calculul parametrilor tehnologici pentru producerea acidului sulfuric, echipamente de automatizare.

teză, adăugată 24.10.2011

Formula chimică structurală a acidului sulfuric. Materii prime și principalele etape de producție a acidului sulfuric. Scheme de producere a acidului sulfuric. Reacții pentru producerea acidului sulfuric din pirita minerală pe catalizator. Obținerea acidului sulfuric din sulfatul de fier.

prezentare, adaugat 27.04.2015

Conceptul de analiză în chimie. Tipuri, etape de analiză și metode: chimice (mascare, precipitare, coprecipitare), fizice (decapare, distilare, sublimare) și fizico-chimice (extracție, sorbție, schimb ionic, cromatografie, electroliză, electroforeză).

rezumat, adăugat 23.01.2009

Sarcini și metode de analiză calitativă și cantitativă. Sistem analitic de cationi. Legea maselor active. Teoria disocierii electrolitice. Reacții redox. Caracterizarea compușilor complecși. soluții tampon.

curs de prelegeri, adăugat 15.12.2011

Esența și subiectul chimiei analitice ca știință. Sarcini și metode de analiză calitativă și cantitativă a substanțelor chimice. Exemple de reacții calitative la cationi. Caracterizarea fenomenelor care însoțesc reacțiile prin căi umede (în soluții) și uscate.

Aceste metode de analiză sunt utilizate în prezența unei relații între fizicul măsurat proprietăți in-inşi compoziţia lor calitativă şi cantitativă. Deoarece diferite instrumente (instrumente) sunt utilizate pentru măsurarea proprietăților fizice, aceste metode sunt numite instrumentale. Clasificarea metodelor fizico-fizico-chimice de analiză. Se bazează pe luarea în considerare a proprietăților fizice și fizico-chimice măsurate în insule sau în sistemul studiat. Metodele optice se bazează pe măsurarea St-in-in-ului optice. Cromatografic privind capacitatea de utilizare diverse in-in la sorbția selectivă. Metodele electrochimice se bazează pe măsurarea proprietăților electrochimice în sistem. Radiometrică bazată pe măsurarea sv-in radioactiv in-in. Termică asupra măsurării efectelor termice ale proceselor relevante. Spectrometria de masă în studiul fragmentelor ionizate ("fragmente") in-in. Ultrasunete, magnetochimice, picnometrice etc. Avantajele metodelor instrumentale de analiză: limită scăzută de detecție 1 -10 -9 µg; concentrație limită scăzută, până la 10 -12 g/ml in-va determinată; sensibilitate ridicată, determinată formal de valoarea tangentei pantei curbei de calibrare corespunzătoare, care reflectă grafic dependența parametrului fizic măsurat, care este de obicei trasat de-a lungul axei ordonatelor, de cantitatea sau concentrația substanței determinate ( axa absciselor). Cu cât este mai mare tangenta pantei curbei la axa x, cu atât metoda este mai sensibilă, ceea ce înseamnă următoarele: pentru a obține același „răspuns” - o modificare a proprietății fizice - o modificare mai mică a concentrației sau cantității de substanța măsurată este necesară. Avantajele includ selectivitatea ridicată (selectivitatea) metodelor, adică componentele constitutive ale amestecurilor pot fi determinate fără separarea și izolarea acestor componente; durată scurtă de analiză, posibilitatea automatizării și informatizării acestora. Dezavantaje: complexitate hardware și cost ridicat; eroare mai mare (5 -20%) decât în analiza chimică clasică (0,1 -0,5%); reproductibilitate mai slabă. Metodele optice de analiză se bazează pe măsurarea proprietăților optice în insule (emisia, absorbția, împrăștierea, reflexia, refracția, polarizarea luminii), manifestată prin interacțiunea radiațiilor electromagnetice cu insula.

Clasificare în funcție de obiectele studiate: analiză spectrală atomică și moleculară. Prin natura interacțiunii radiației electromagnetice cu in-ohm. În acest caz, se disting următoarele metode. Analiza absorbției atomice, care se bazează pe măsurarea absorbției radiațiilor monocromatice de către atomii substanței fiind determinată în faza gazoasă după atomizarea substanței. Analiza spectrală de emisie - măsurarea intensității luminii emise în th (cel mai adesea atomi sau ioni) în timpul excitației sale energetice, de exemplu, într-o plasmă cu descărcare electrică. Fotometria flăcării - utilizarea unei flăcări de gaz ca sursă de excitare a energiei radiației. Nefelometrie - măsurarea împrăștierii luminii de către particule de lumină dintr-un sistem (mediu) dispersat. Analiza turbidimetrică - măsurarea atenuării intensității radiațiilor în timpul trecerii acesteia printr-un mediu dispersat. Măsurarea analizei refractometrice a indicilor de refracție a luminii in-in. Analiza polarimetrică este măsurarea mărimii rotației optice - unghiul de rotație al planului de polarizare a luminii de către obiecte optic active. Următoarele metode sunt clasificate în funcție de zona spectrului electromagnetic utilizat: spectroscopie (spectrofotometrie) în regiunea UVI a spectrului, adică în cea mai apropiată regiune ultravioletă a spectrului - în intervalul de lungimi de undă de 200 - 400 nm și în regiunea vizibilă - în intervalul de lungimi de undă de 400 - 700 nm. Spectroscopia în infraroșu, care studiază o secțiune a spectrului electromagnetic în intervalul 0,76 - 1000 μm (1 μm = 10 -6 m), mai rar spectroscopie cu raze X și cu microunde. Prin natura tranzițiilor energetice în diverse spectre - electronice (modificarea energiei stărilor electronice ale atomilor, ionilor, radicalilor, moleculelor, cristalelor din regiunea UVI); vibrațional (la schimbarea energiei stărilor vibraționale ale ionilor 2 și poliatomici, radicalilor, moleculelor, precum și fazelor lichide și solide din regiunea IR); rotațional și în regiunea IR și a microundelor. Acea. Interacțiunea dintre molecule și radiația electromagnetică constă în faptul că prin absorbția radiației electromagnetice, moleculele trec într-o stare excitată. În acest caz, un rol important îl joacă energia, adică lungimea de undă a radiației absorbite.

Deci, în raze X, a căror lungime de undă este de 0,05 - 5 nm, are loc procesul de excitare a electronilor interni în atomi și molecule; în razele ultraviolete (5 - 400 nm) are loc procesul de excitare a electronilor externi în atomi și molecule; lumina vizibilă (400 - 700 nm) este excitația electronilor externi în sistemele de electroni p conjugați; radiația infraroșie (700 nm - 500 microni) este procesul de excitare a vibrațiilor moleculelor; microunde (500 microni - 30 cm) procesul de excitare a rotației moleculelor; unde radio (mai mult de 30 cm) procesul de excitare a tranzițiilor de spin în nucleele atomice (rezonanța magnetică nucleară). Absorbția radiațiilor face posibilă măsurarea și înregistrarea lor în spectrometrie. În acest caz, radiația incidentă este împărțită în referință și măsurată la aceeași intensitate. Radiația măsurată trece prin eșantion; când are loc absorbția, intensitatea se modifică. Atunci când absorb energia radiației electromagnetice, particulele din insule (atomi, molecule, ioni) își măresc energia, adică trec într-o stare de energie superioară. Stările de energie electronică, vibrațională și rotațională ale particulelor din insule se pot schimba doar discret, cu o cantitate strict definită. Pentru fiecare particulă există un set individual de stări de energie - niveluri de energie (termeni), de exemplu, niveluri de energie electronică. Nivelurile de energie electronică ale moleculelor și ionilor poliatomici au o structură fină - subniveluri vibraționale; prin urmare, tranzițiile vibraționale au loc și concomitent cu tranzițiile pur electronice.

Fiecare tranziție electronică (electro-vibrațională) de la un nivel de energie inferior la un nivel electronic mai înalt corespunde unei benzi din spectrul de absorbție electronică. Deoarece diferența dintre nivelurile electronice pentru fiecare particulă (atom, ion, moleculă) este strict definită, este strict definită și poziția benzii în spectrul de absorbție electronică corespunzătoare uneia sau alteia tranziții electronice, adică lungimea de undă (frecvență, undă). număr) banda de absorbție maximă. Diferențele de intensitate se măsoară cu un detector și se înregistrează pe un reportofon sub formă de semnal (vârf), pagina 318, chimie, manualul școlarilor și elevilor, schema spectrometrului. Spectroscopie ultravioletă și spectroscopie de absorbție în regiunea vizibilă. Absorbția radiațiilor electromagnetice din părțile ultraviolete și vizibile ale spectrului; excită tranzițiile electronilor din molecule de la nivelul de energie ocupat la cel neocupat. Cu cât diferența de energie între nivelurile de energie este mai mare, cu atât energia este mai mare, de exemplu. lungime de undă mai scurtă, trebuie să aibă radiație. Partea moleculei care determină în mare măsură absorbția luminii se numește cromofor (literalmente, purtători de culoare) - acestea sunt grupuri atomice care afectează absorbția luminii de către moleculă, în special sistemele conjugate și aromatice ale electronilor p.

Elementele structurale ale cromoforilor sunt implicate în principal în absorbția unui cuantum de energie luminoasă, ceea ce duce la apariția benzilor într-o regiune relativ îngustă a spectrului de absorbție al compușilor. Regiunea de la 200 la 700 nm este de importanță practică pentru determinarea structurii moleculelor organice. Măsurarea cantitativă: alături de poziția maximului de absorbție, valoarea de stingere (atenuare) a radiației, adică intensitatea absorbției acesteia, este importantă pentru analiză. În conformitate cu legea lui Lambert - Bere E \u003d lgI 0 / I \u003d ecd, E - extincție, I 0 - intensitatea luminii incidente, I - intensitatea luminii transmise, e - coeficientul de extincție molar, cm 2 / mol, c - concentrație, mol / l, d - grosimea stratului de probă, cm. Stingerea depinde de concentrația substanței absorbante. Metode de analiză a absorbției: colorimetrie, fotoelectrocolorimetrie, spectrometrie. Colorimetria este cea mai simplă și mai veche metodă de analiză, bazată pe o comparație vizuală a culorii lichidelor (determinarea pH-ului solului cu ajutorul unui instrument Alyamovsky) - cea mai simplă metodă de comparare cu o serie de p-s de referință. Sunt utilizate pe scară largă 3 metode de colorimetrie: metoda seriei standard (metoda scalei), metoda egalizării culorilor și metoda diluării. Se folosesc eprubete colorimetrice din sticla, biurete din sticla, colorimetre, fotometre. Metoda scalei este determinarea pH-ului pe un instrument Alyamovsky, adică o serie de eprubete cu concentrații diferite în insule și diferite în ceea ce privește modificarea intensității culorii soluției sau soluțiilor de referință. Fotocolorimetrie - metoda se bazează pe măsurarea intensității unui flux luminos nemonocromatic care a trecut prin soluția analizată folosind fotocelule.

Fluxul luminos de la sursa de radiatie (lampa cu incandescenta) trece printr-un filtru de lumina care transmite radiatii doar intr-un anumit interval de lungimi de unda, printr-o cuva cu p-ohm analizat si intra intr-o fotocelula care transforma energia luminoasa intr-un fotocurent inregistrat de un corespunzator. dispozitiv. Cu cât absorbția de lumină a soluției analizate este mai mare (adică, cu cât densitatea sa optică este mai mare), cu atât energia fluxului luminos care cade pe fotocelula este mai mică. FEC-urile sunt furnizate cu filtre n-mi care au o transmisie maximă a luminii la diferite lungimi de undă. În prezența a 2 fotocelule se măsoară 2 fluxuri de lumină, unul prin soluția analizată, celălalt prin soluția de comparație. Concentrația substanței studiate se găsește conform curbei de calibrare.

Metodele electrochimice de analiză se bazează pe reacțiile electrozilor și pe transferul de energie electrică prin soluții. În analiza cantitativă, se utilizează dependența valorilor parametrilor măsurați ai proceselor electrochimice (diferența de potențial electric, curent, cantitate de energie electrică) de conținutul de substanță determinată din soluția implicată în acest proces electrochimic. Procesele electrochimice sunt acele procese care sunt însoțite de apariția simultană a reacțiilor chimice și de o modificare a proprietăților electrice ale sistemului, care în astfel de cazuri poate fi numit un sistem electrochimic. Principii de bază ale potențiometriei

După cum sugerează și numele metodei, potențialul este măsurat în ea. Pentru a clarifica care este potențialul și de ce apare, luăm în considerare un sistem format dintr-o placă metalică și o soluție în contact cu aceasta care conține ioni ai aceluiași metal (electrolit) (Fig. 1). Un astfel de sistem se numește electrod. Orice sistem tinde spre o stare care corespunde minimului energiei sale interne. Prin urmare, în primul moment după ce metalul este scufundat în soluție, procesele încep să aibă loc la limita de fază, ducând la o scădere a energiei interne a sistemului. Să presupunem că starea ionizată a atomului de metal este energetic mai „favorabilă” decât starea neutră (este posibil și opusul). Apoi, în primul moment de timp, atomii de metal vor trece din stratul de suprafață al plăcii în soluție, lăsându-și electronii de valență în ea. În acest caz, suprafața plăcii capătă o sarcină negativă, iar această sarcină crește odată cu creșterea numărului de atomi de metal care au trecut în soluție sub formă de ioni. Forțele electrostatice de atracție a sarcinilor diferite (electroni încărcați negativ în placă și ioni metalici pozitivi în soluție) nu permit acestor sarcini să se îndepărteze de limita de fază și, de asemenea, provoacă procesul invers al tranziției ionilor metalici de la soluție la faza metalică şi reducerea lor acolo. Când ratele proceselor directe și inverse devin aceleași, apare echilibrul. Starea de echilibru a sistemului este caracterizată prin separarea sarcinilor la limita de fază, adică apare un „salt” al potențialului. Trebuie remarcat faptul că mecanismul descris de apariție a potențialului electrodului nu este singurul; în sistemele reale apar și multe alte procese, ducând la formarea unui „salt” de potențial la interfață. În plus, un potențial „salt” poate apărea la limita de fază nu numai atunci când electrolitul intră în contact cu metalul, ci și atunci când electrolitul intră în contact cu alte materiale, cum ar fi semiconductori, rășini schimbătoare de ioni, sticle etc.

În acest caz, ionii a căror concentrație afectează potențialul electrodului sunt numiți potențiali determinanți. Potențialul electrodului depinde de natura materialului în contact cu electrolitul, de concentrația ionilor care determină potențialul din soluție și de temperatură. Acest potențial este măsurat în raport cu un alt electrod al cărui potențial este constant. Astfel, după ce a stabilit această relație, este posibil să o utilizeze în practica analitică pentru a determina concentrația de ioni într-o soluție. În acest caz, electrodul, al cărui potențial este măsurat, se numește cel de măsurare, iar electrodul, în raport cu care se fac măsurătorile, se numește electrod auxiliar sau de referință. Constanța potențialului electrozilor de referință se realizează prin constanța concentrației ionilor determinanți de potențial în electrolitul acestuia (electrolitul nr. 1). Compoziția electrolitului #2 poate varia. Pentru a preveni amestecarea a doi electroliți diferiți, aceștia sunt separați printr-o membrană permeabilă la ioni. Potențialul electrodului de măsurare este luat egal cu f.e.m. măsurată a sistemului electrochimic redus. Folosind soluții cu o compoziție cunoscută ca electrolit nr. 2, este posibil să se stabilească dependența potențialului electrodului de măsurare de concentrația ionilor determinanți de potențial. Această dependență poate fi utilizată ulterior în analiza unei soluții de concentrație necunoscută.

Pentru a standardiza scara potențialului, a fost adoptat un electrod standard de hidrogen ca electrod de referință, al cărui potențial s-a presupus a fi zero la orice temperatură. Cu toate acestea, în măsurătorile convenționale, electrodul de hidrogen este rar utilizat din cauza volumului său. În practica de zi cu zi, se folosesc alți electrozi de referință mai simpli, al căror potențial este determinat în raport cu electrodul de hidrogen. Prin urmare, dacă este necesar, rezultatul măsurării potențialelor efectuate cu privire la astfel de electrozi poate fi recalculat în raport cu electrodul de hidrogen. Cei mai folosiți sunt electrozii de referință pentru clorură de argint și calomel. Diferența de potențial dintre electrodul de măsurare și electrodul de referință este o măsură a concentrației ionilor de determinat.

Funcția electrodului poate fi descrisă folosind ecuația liniară Nernst:

E \u003d E 0 + 2,3 RT / nF * lg a,

unde E este diferența de potențial dintre electrodul de măsurare și electrodul de referință, mV; E 0 - constantă, în funcție în principal de proprietățile electrodului de referință (potențial electrod standard), mV; R - constanta gazului, J * mol -1 * K -1. ; n este sarcina ionului, luând în considerare semnul acestuia; F - numărul Faraday, C/mol; T - temperatura absolută, 0 K; termenul 2,3 RT/nF inclus în ecuația Nernst la 25 0 C este de 59,16 mV pentru ionii încărcați individual. Metoda fără impunerea unui potențial extern (străin) este clasificată ca metodă bazată pe natura sursei energie electricaîn sistem. În această metodă, sursa el.en. sistemul electrochimic în sine servește, care este o celulă galvanică (circuit galvanic) - metode potențiometrice. EMF și potențialele electrodului într-un astfel de sistem depind de soda substanței determinate din soluție. Celula electrochimică include 2 electrozi - electrod indicator și electrod de referință. Valoarea EMF generată în celulă este egală cu diferența de potențial a acestor 2 electrozi.

Potențialul electrodului de referință în condițiile determinării potențiometrice rămâne constant, atunci EMF depinde doar de potențialul electrodului indicator, adică de activitățile (concentrațiile) anumitor ioni din soluție. Aceasta este baza pentru determinarea potențiometrică a concentrației unei substanțe date în soluția anal-a. Se utilizează atât potențiometria directă, cât și titrarea potențiometrică. La determinarea pH-ului soluțiilor ca electrozi indicatori, al căror potențial depinde de concentrația ionilor de hidrogen se folosește: sticlă, hidrogen, chinidronă (electrod redox sub formă de sârmă de platină scufundat în soluție HC1, saturat cu chinidronă - o compus echimolecular chinona cu hidrochinona) si altele.Membrana sau electrozii ion-selectivi au un potential real, in functie de activitatea acelor ioni din solutie, care sunt absorbiti de membrana electrodului (solid sau lichid), metoda se numeste ionometrie. .

Spectrofotometrele sunt dispozitive care fac posibilă măsurarea absorbției de lumină a probelor în fascicule de lumină înguste în compoziția spectrală (lumină monocromatică). Spectrofotometrele permit descompunerea luminii albe într-un spectru continuu, izolând o gamă îngustă de lungimi de undă din acest spectru (1-20 nm lățimea benzii de spectru selectate), trecând un fascicul izolat de lumină prin soluția analizată și măsurând intensitatea acestui fascicul cu precizie ridicată. Absorbția luminii de către soluția colorată din soluție se măsoară comparând-o cu absorbția soluției zero. Spectrofotometrul combină două dispozitive: un monocromator pentru obținerea unui flux luminos monocromatic și un fotometru fotoelectric pentru măsurarea intensității luminii. Monocromatorul constă dintr-o sursă de lumină, un dispozitiv de dispersie (descompunerea luminii albe într-un spectru) și un dispozitiv pentru reglarea mărimii intervalului de lungime de undă a fasciculului de lumină incident pe soluție.

Dintr-o varietate de metode fizico-chimice și fizice de analiză cea mai mare valoare au 2 grupe de metode: 1 - metode bazate pe studiul caracteristicilor spectrale ale Insulelor; 2 - metode bazate pe studiul parametrilor fizico-chimici. Metodele spectrale se bazează pe fenomene care apar atunci când o substanță interacționează cu diverse tipuri de energie (radiație electromagnetică, energie termică, energie electrică etc.). Principalele tipuri de interacțiune in-va cu energia radiantă includ absorbția și emisia (emisia) de radiații. Natura fenomenelor datorate absorbției sau emisiei este în principiu aceeași. Când radiația interacționează cu materia, particulele acesteia (atomii moleculei) trec într-o stare excitată. După un timp (10 -8 s), particulele revin la starea fundamentală, emițând energie în exces sub formă de radiație electromagnetică. Aceste procese sunt asociate cu tranzițiile electronice într-un atom sau moleculă.

Radiația electromagnetică poate fi caracterizată prin lungimea de undă sau frecvența n, care sunt interconectate prin raportul n=s/l, unde c este viteza luminii în vid (2,29810 8 m/s). Totalitatea tuturor lungimilor de undă (frecvențe) radiației electromagnetice alcătuiește spectrul electromagnetic de la razele G (regiune de unde scurte, fotonii au energie mare) până la regiunea vizibilă a spectrului (400 - 700 nm) și undele radio (de lungă durată). regiune de undă, fotoni cu energie scăzută).

În practică, se ocupă de radiații caracterizate printr-un anumit interval de lungimi de undă (frecvențe), adică cu o anumită secțiune a spectrului (sau, după cum se spune, cu o bandă de radiație). Adesea, în scopuri analitice, se folosește și lumina monocromatică (un flux luminos în care undele electromagnetice au o singură lungime de undă). Absorbția selectivă de către atomi și molecule de radiație cu anumite lungimi de undă duce la faptul că fiecare in-in este caracterizat de caracteristici spectrale individuale.

În scopuri analitice, se utilizează atât absorbția de radiații de către atomi și molecule (respectiv, spectroscopie de absorbție atomică), cât și emisia de radiații de către atomi și molecule (spectroscopie de emisie și luminiscență).

Spectrofotometria se bazează pe absorbția selectivă a radiațiilor electromagnetice in-vom. Măsurând absorbția în radiație de diferite lungimi de undă, se poate obține un spectru de absorbție, adică dependența absorbției de lungimea de undă a luminii incidente. Spectrul de absorbție este o caracteristică calitativă a insulei. O caracteristică cantitativă este cantitatea de energie absorbită sau densitatea optică a soluției, care depinde de concentrația substanței absorbante conform legii Bouguer-Lambert-Beer: D \u003d eIs, unde D este densitatea optică, i este grosimea stratului; с - concentrație, mol/l; e este coeficientul de absorbție molar (e = D la I=1 cm și c=1 mol/l). Valoarea lui e servește ca o caracteristică de sensibilitate: cu cât valoarea lui e este mai mare, cu atât cantitatea de v-va poate fi determinată mai mică. Multe substanțe (în special cele organice) absorb intens radiația în regiunile UV și vizibile, ceea ce face posibilă determinarea lor directă. Majoritatea ionilor, dimpotrivă, absorb slab radiația în regiunea vizibilă a spectrului (е? 10…1000), așa că de obicei sunt transferați către alți compuși, cu absorbție mai intensă, apoi se fac măsurători. Pentru măsurarea absorbției (densitatea optică) se folosesc două tipuri de instrumente spectrale: fotoelectrocolorimetre (cu monocromatizare grosieră) și spectrofotometre (cu monocromatizare mai fină). Cea mai comună este metoda fotometrică de analiză, determinări cantitative în care se bazează pe legea Bouguer-Lambert-Beer. Principalele metode de măsurători fotometrice sunt: metoda coeficientului molar de absorbție a luminii, metoda curbei de calibrare, metoda standard (metoda comparației), metoda aditivă. În metoda coeficientului molar de absorbție a luminii, se măsoară densitatea optică D a soluției investigate și, conform valorii cunoscute a coeficientului molar de absorbție a luminii e, se calculează concentrația substanței absorbante în soluție: c \u003d D / (e I). În metoda curbei de calibrare, se prepară o serie de soluții standard cu o valoare de concentrație cunoscută din componenta care urmează să fie determinată și se determină valoarea lor de densitate optică D.

Conform datelor obținute, se construiește un grafic de calibrare - dependența densității optice a soluției de concentrația in-va: D = f (c). Conform legii Bucher-Lambert-Beer, graficul este o linie dreaptă. Apoi se măsoară densitatea optică D a soluției de testat și se determină concentrația analitului din curba de calibrare. Metoda de comparare (standarde) se bazează pe o comparație a densității optice a standardului și a soluțiilor de testare:

D st \u003d e * I * s st și D x \u003d e * I * s x,

de unde D x / D st \u003d e * I * s x / e * I * s st și c x \u003d s st * D x / D st. În metoda de adăugare, valorile densității optice a soluției de testat sunt comparate cu aceeași soluție cu adăugarea (cu a) a unei cantități cunoscute a componentului care trebuie determinat. Pe baza rezultatelor determinărilor, se calculează concentrația substanței în soluția de testat: D x \u003d e * I * c x și D x + a \u003d e * I * (c x + c a), de unde D x / D x + a \u003d e * I * c x / e * I * (c x + c a) și c x \u003d c a * D x / D x + a - D x. .

Spectroscopia de absorbție atomică se bazează pe absorbția selectivă a radiațiilor de către atomi. Pentru a transfera substanța în stare atomică, soluția de probă este injectată în flacără sau încălzită într-o cuvă specială. Ca rezultat, solventul se volatilizează sau se arde, iar materia solidă este atomizată. Majoritatea atomilor rămân într-o stare neexcitată și doar o mică parte este excitată cu emisia ulterioară de radiație. Setul de linii corespunzătoare lungimilor de undă ale radiației absorbite, adică spectrul, este o caracteristică calitativă, iar intensitatea acestor linii este, respectiv, o caracteristică cantitativă a insulei.

Spectroscopia de emisie atomică se bazează pe măsurarea intensității luminii emise de atomii excitați. Sursele de excitație pot fi o flacără, o descărcare de scânteie, un arc electric etc. Pentru a obține spectre de emisie, o probă sub formă de pulbere sau soluție este introdusă în sursa de excitație, unde substanța trece în stare gazoasă sau se descompune parțial. în atomi și molecule simple (prin compoziție). O caracteristică calitativă a unei substanțe este spectrul acesteia (adică un set de linii din spectrul de emisie), iar o caracteristică cantitativă este intensitatea acestor linii.

Luminescența se bazează pe emisia de radiații de către moleculele excitate (atomi, ioni) în timpul tranziției lor la starea fundamentală. În acest caz, sursele de excitație pot fi radiațiile ultraviolete și vizibile, razele catodice, energia unei reacții chimice etc. Energia radiației (luminiscența) este întotdeauna mai mică decât energia absorbită, deoarece o parte din energia absorbită este transformată în căldură chiar înainte de a începe emisia. Prin urmare, emisia luminiscentă are întotdeauna o lungime de undă mai scurtă decât lungimea de undă a luminii absorbite în timpul excitației. Luminescența poate fi folosită atât pentru detectarea substanțelor (prin lungime de undă), cât și pentru cuantificarea acestora (prin intensitatea radiației). Metodele electrochimice de analiză se bazează pe interacțiunea materiei cu un curent electric. Procesele care se desfășoară în acest caz sunt localizate fie pe electrozi, fie în spațiul apropiat de electrod. Cele mai multe metode sunt din primul dintre aceste tipuri. Potențiometrie. Un proces cu electrozi este o reacție eterogenă în care o particulă încărcată (ion, electron) este transferată prin granița de fază. Ca urmare a unui astfel de transfer, pe suprafața electrodului apare o diferență de potențial, datorită formării unui dublu strat electric. Ca orice proces, reacția electrodului ajunge în cele din urmă la echilibru și se stabilește un potențial de echilibru pe electrod.

Măsurarea valorilor potențialelor electrodului de echilibru este sarcina metodei potențiometrice de analiză. Măsurătorile se efectuează într-o celulă electrochimică formată din 2 semicelule. Unul dintre ele conține un electrod indicator (al cărui potențial depinde de concentrația ionilor de determinat în soluție în conformitate cu ecuația Nernst), iar celălalt conține un electrod de referință (al cărui potențial este constant și nu nu depinde de compoziția soluției). Metoda poate fi implementată ca potențiometrie directă sau ca titrare potențiometrică. În primul caz, potențialul electrodului indicator din soluția analizată este măsurat în raport cu electrodul de referință, iar concentrația ionului de determinat este calculată folosind ecuația Nernst. In varianta titrarii potentiometrice, ionul de determinat este titrat cu un reactiv adecvat, monitorizandu-se concomitent modificarea potentialului electrodului indicator. Pe baza datelor obținute, se construiește o curbă de titrare (dependența potențialului electrodului indicator de volumul de titrant adăugat). Pe curba din apropierea punctului de echivalență, se observă o schimbare bruscă a valorii potențialului (salt potențial) a electrodului indicator, ceea ce face posibilă calcularea conținutului ionului determinat în soluție. Procesele cu electrozi sunt foarte diverse. În general, ele pot fi clasificate în două grupe mari: procese care au loc odată cu transferul de electroni (adică procesele electrochimice propriu-zise) și procesele asociate cu transferul de ioni (în acest caz, electrodul are conductivitate ionică). În acest din urmă caz, vorbim despre așa-numiții electrozi membranari ion-selectivi, care sunt utilizați pe scară largă în prezent. Potențialul unui astfel de electrod într-o soluție care conține ioni de determinat depinde de concentrația lor conform ecuației Nernst. Electrodul de sticlă folosit în pH-metrie aparține și el aceluiași tip de electrozi. Posibilitatea de a crea un număr mare de electrozi cu membrană cu selectivitate ridicată la anumiți ioni a evidențiat această zonă de analiză potențiometrică într-o ramură independentă - ionometrie.

Polarografie. În timpul trecerii curentului într-o celulă electrochimică, se observă o abatere a valorilor potențialelor electrodului de la valorile lor de echilibru. Din mai multe motive, apare așa-numita polarizare a electrodului. Fenomenul de polarizare care are loc în timpul electrolizei pe un electrod cu o suprafață mică stă la baza acestei metode de analiză. În această metodă, se aplică o diferență de potențial crescătoare electrozilor scufundați în soluția de testare. Cu o mică diferență de potențial, practic nu există curent prin soluție (așa-numitul curent rezidual). Cu o creștere a diferenței de potențial la o valoare suficientă pentru descompunerea electrolitului, curentul crește brusc. Această diferență de potențial se numește potențial de descompunere. Măsurând dependența puterii curentului care trece prin soluție de mărimea tensiunii aplicate, se poate construi așa-numitul. curba curent-tensiune, care vă permite să determinați compoziția calitativă și cantitativă a soluției cu suficientă precizie. În același timp, o caracteristică calitativă a unei substanțe este mărimea diferenței de potențial suficientă pentru descompunerea ei electrochimică (potențial de jumătate de undă E S), iar o caracteristică cantitativă este mărimea creșterii puterii curentului datorită descompunerii sale electrochimice în soluție (lungimea de undă H sau diferența dintre valorile curentului de difuzie limită și curentului rezidual). Pentru cuantificarea concentrației unei substanțe într-o soluție se folosesc următoarele metode: metoda curbei de calibrare, metoda standard, metoda aditivă. Metoda conductometrică de analiză se bazează pe dependența conductivității electrice a soluției de concentrația electrolitului. Se folosește, de regulă, în varianta de titrare conductometrică, punctul de echivalență la care este determinat de inflexia curbei de titrare (dependența conductivității electrice de cantitatea de titrant adăugat). Titrarea amperometrică este un fel de titrare potențiometrică, doar electrodul indicator este un dispozitiv polarografic, adică. microelectrod aplicat cu tensiune suprapusă.

ANALIZA FIZICO-CHIMICĂ, studiază relația dintre compoziție și Sf. tu macroscopic. sisteme formate din mai multe initial in-in (componente). Analiza fizico-chimică se caracterizează prin reprezentarea grafică a acestor dependențe, sub forma unei diagrame compoziție-proprietate; aplicați și tabele de date numerice și analiți. înregistrări. Deoarece proprietățile unui sistem depind nu numai de compoziția sa, ci și de alți factori care determină starea sistemului - presiunea, t-ry, gradul de dispersie, forțele gravitaționale. și electromagnet. câmpuri, precum și timpul de observație, apoi într-o formă generală se vorbește despre diagramele factorului de echilibru - St., sau despre fizico-chimic. diagrame (chimice). În aceste diagrame, toate chem. procese care au loc în sisteme când c.-l. factor de echilibru, cum ar fi formarea și degradarea substanțelor chimice. Comm., apariția și dispariția soluțiilor solide și (sau) lichide etc., sunt exprimate ca geom. modificări în complexul de linii, suprafețe și puncte, care formează o diagramă. Prin urmare, analiza geometriei diagramelor face posibilă tragerea de concluzii despre procesele corespunzătoare din sistem.

Două de bază principiile analizei fizico-chimice au fost formulate de N.S. Kurnakov. Conform principiului corespondenței, fiecare set de faze care se află în echilibru într-un sistem dat în conformitate cu regula fazelor corespunde unei anumite geomuri de pe diagramă. imagine. Pe baza acestui principiu, N.S. a definit Kurnakov analize fizico-chimice ca geom. metoda de cercetare chimica. transformări.

Al doilea principal principiul analizei fizico-chimice, numit. principiul continuității, se formulează următoarele. mod: cu o schimbare continuă a parametrilor care determină starea sistemului, proprietățile fazelor sale individuale se modifică continuu. Sistemele St.-va în ansamblu se schimbă și ele continuu, dar cu condiția să nu apară faze noi și să nu dispară cele vechi; dacă se modifică numărul de faze, atunci se schimbă și proprietățile sistemului și, de regulă, brusc.

Al treilea principiu al analizei fizico-chimice a fost propus de Ya.G. Goroșcenko. El susține că orice set de componente, indiferent de numărul și fizicul lor. sv-in, poate alcătui un sistem (principiul compatibilității). Din aceasta rezultă că diagrama oricărui sistem conține toate elementele anumitor sisteme (subsisteme) din care este compus. LA sistem comun elementele de traducere ale sistemelor private sunt combinate cu geom. imagini pentru chimie. diagramă, care apare ca o afișare a proceselor care au loc cu participarea tuturor componentelor sistemului general.

Unul din principalele direcţiile teoriei analizei fizico-chimice este studiul topologiei chimiei. diagrame. Avantajul analizei fizico-chimice ca metodă de cercetare este că nu necesită izolarea produsului chimic. interacțiunea componentelor din amestecul de reacție, în urma căreia metoda vă permite să explorați substanța chimică. transformări în soluţii, aliaje (mai ales metalice), sticle etc., obiecte, care practic sunt imposibil de studiat cu ajutorul clasicului. preparativ-sintetic. metode. Analiza fizico-chimică a fost utilizată pe scară largă în studiul formării complexelor în soluții pentru a determina compoziția și stabilitatea substanțelor chimice. conexiuni. Compoziția programului - sv-in are de obicei un extremum, de regulă, un maxim. În cazuri simple, maximul corespunde raportului molar al componentelor sistemului, reprezentând stoichiometria compusului complex. În cazul general, punctele extreme de pe curbele (sau suprafețele) St.-in, precum și punctele de inflexiune, nu corespund compoziției compușilor chimici formați în sistem. Com., dar la limită, când gradul de disociere a chimiei. conn. este egală cu zero, curba continuă a dependenței lui St-va de compoziție se desparte în două ramuri care se intersectează într-un punct singular, a căror abscisă corespunde compoziției substanței chimice. conexiuni.

Diagramele de compoziție - sv-in sunt baza analitului. metode (colorimetrie, potențiometrie etc.). Pentru utilizare la. - l. Insula Sfântă în analyt. În scopuri, este de dorit să existe o dependență aditivă a valorilor acestei proprietăți de compoziție. Prin urmare, se acordă o mare importanță alegerii raționale a proprietăților (în special, directă sau inversă, de exemplu, conductivitatea electrică sau rezistența electrică), precum și alegerea unei metode de exprimare a concentrației componentelor sistemului (masă).molar, volum, fracții echivalente sau procente). În modern În analiza fizico-chimică, numărul de Sf. utilizați în sistem este de multe zeci. În principiu, puteți folosi orice sv-in, to-swarm m. b. măsurată sau calculată. De exemplu, la rezolvarea teoreticului probleme, în special în derivarea decomp. tipuri de diagrame, folosiți k.-l. termodinamic potential, to-ry nu m. b. măsurată direct. Atunci când alegeți Insulele Sf., este necesar să luați în considerare atât posibila acuratețe a determinării valorilor sale, cât și sensibilitatea acesteia la ceea ce se întâmplă în sistemul chimic. transformări. De exemplu, densitatea v-va m. b. determinat cu mare precizie, dar este insensibil la formarea substanțelor chimice. Comm., în timp ce duritatea este sensibilă la substanțe chimice. interacţiune în sistem, dar acuratețea determinării acestuia este scăzută. Analiza fizico-chimică se caracterizează printr-un studiu paralel și compararea rezultatelor determinării mai multor. Sf., de exemplu. conductivitate electrică, duritate.

Printre chimi. diagramele, un loc aparte îl ocupă diagramele de topire (fuzibilitate), diagramele p, diagramele presiunii vaporilor, to-rye sunt variante ale diagramei de stare. Pe astfel de diagrame, orice punct, indiferent dacă este situat pe c.-l. linii sau linii ale diagramei sau nu, descrie starea sistemului. Diagrama de stare este baza diagramei oricărei proprietăți, deoarece valoarea fiecăreia dintre proprietățile din sistem depinde în general de compoziție și de t-ry și de presiune, i.e. din toţi factorii de echilibru , raportul dintre care dă diagrama de stare . Din ce în ce mai mult, diagramele sunt explorate și utilizate în practică, care arată dependența stării sistemului simultan de cei mai importanți doi factori de echilibru - presiunea și t-ry. Aceste diagrame sunt denumite diagrame p-T-x (x este fracția molară a componentei). Chiar și pentru un sistem binar, construcția unei diagrame p-T-x necesită utilizarea spațiilor, a unui sistem de coordonate, prin urmare, diagrama compoziție-proprietate pentru sisteme binare și mai complexe este construită și studiată, de regulă, la presiune constantă, t -re etc. ext. factori. Complexitatea construirii unei chimice. diagramele au necesitat elaborarea unor metode adecvate grafice. Imagini.

F analiza fizico-chimică a contribuit la rezolvarea multora. teoretic probleme ale chimiei, în special, crearea unei teorii a structurii chimiei. conn. compoziție variabilă (vezi Nonstoichiometrie). Analiza fizico-chimică stă la baza creării de noi și modificarea materialelor cunoscute - aliaje, semiconductori, sticle, ceramică etc. prin dopaj, de exemplu. Despre analiză fizico-chimică și fiz.-chim. multe tehnologii se bazează pe diagrame. procese asociate, în special, cu cristalizarea, rectificarea, extracția etc., adică cu separarea fazelor. Astfel de diagrame indică, în special, condițiile pentru izolarea compusului, creșterea monocristalelor. T. a sunat metoda concentrațiilor reziduale vă permite să explorați districtul de depunere a substanțelor chimice. conn. ca urmare a interacţiunii în r-ra. Conform acestei metode, compoziția fazelor solide - produsele districtului - este determinată de diferența dintre conținutul componentelor care reacţionează într-o serie de amestecuri inițiale și în echilibrul corespunzător p-pas la finalul interacțiunii. . În același timp, se construiește o diagramă a dependenței concentrațiilor de echilibru ale componentelor care reacţionează din soluție de raportul dintre ele în amestecurile inițiale. În paralel, de obicei modifică pH-ul, conductivitatea electrică a soluțiilor, absorbția luminii de către o suspensie etc. Insulele Sf.

În clasic Analiza fizico-chimică a sistemului a fost studiată numai în stare de echilibru. Abordarea echilibrului durează adesea mult timp sau este în general dificil de atins, prin urmare, în scopuri practice. folosind metoda, este necesar să se studieze sistemele în stare de neechilibru, în special, în procesul de apropiere a echilibrului. Strict vorbind, sistemele sunt considerate neechilibrate, la care participă metastaoile. modificări in-in capabile să existe o perioadă arbitrar de lungă. Teh. utilizarea materialelor în stare de neechilibru, de ex. metal sticlos. aliaje, materiale compozite, semiconductori sticloși, a condus la necesitatea studierii diagramelor compoziție-compoziție pentru sisteme evident neechilibrate.

Analiza fizico-chimică s-a dovedit a fi fructuoasă pentru studiul și sinteza noilor Comm. ca urmare a p-urilor ireversibile în sistemele de neechilibru. Studiul sistemelor aflate în proces de trecere la o stare de echilibru face posibilă stabilirea existenței nu numai a produselor finale ale p-ției, ci și a celor intermediare. in-in, precum și instabilitatea in-in rezultată. Cinetică factorul, adică rata de transformare (rata de apropiere a echilibrului), este acum considerată pe picior de egalitate cu alte criterii și alți sfinți. Pe Insulele Sfinte ale sistemului este influențată semnificativ de dispersia sa - distribuția dispersată mol. a componentelor (starea submicroscopică), starea de dizolvare coloidală etc., până la monocristal. state. Diagramele compoziție - structură - grad de dispersie - sv-in determină trăsăturile moderne. studii de analiză fizico-chimică.

Dezvoltarea computerelor a condus la faptul că rolul analitului în analiza fizico-chimică a crescut semnificativ. forme de exprimare a dependenţelor Sf. în sistem faţă de componenţa sa. Aceasta facilitează stocarea informațiilor (sistemele informatice moderne permit colectarea și stocarea materialului de referință pe diagrame chimice și sub formă grafică) și, în special, mat. procesarea rezultatelor, care a fost folosită anterior în principal. numai în studiul formării complexe în soluţii. Într-o anumită măsură, utilizarea modernului calculează, tehnica vă permite să depășiți limitările analizei fizico-chimice, care constă în faptul că stabilește ce chimie. transformările au loc în sistem, dar nu răspunde la întrebări legate de cauza și mecanismul acestor transformări. Metodele de calcul vă permit să extrageți suplimentar. informatii de la chem. diagrame, de ex. determinați gradul de disociere a substanțelor chimice. conn. în topitură pe baza analizei curburii liniei lichidus pentru sisteme binare sau modificarea energiei libere a sistemului în timpul schimbului de săruri, pe baza formei izotermelor liquidus pentru sistemele reciproce ternare. Atragerea dif. teorii ale solidelor, modele ale lichidelor și stări ale amestecurilor de gaze, alături de o generalizare a experimentelor. date, vă permite să obțineți fizic. diagrame (sau elementele acestora) prin calcul.

eseu istoric. Principal ideea analizei fizico-chimice a fost propusă de M.V. Lomonosov (1752), primele încercări de a stabili educația în sistemul chimic. Comm., bazată pe dependența Sf. ei de compoziție, aparțin începutului. secolul al 19-lea Toate R. secolul al 19-lea lucrări de P.P. Anosov (1831), G.K. Sorby (1864), D.K. Cernov (1869) a pus bazele metalurgiei; DI. Mendeleev a fost primul care a realizat geom. analiza compoziției diagramelor - Sf. în exemplul studiului hidraților de acid sulfuric. Lucrările lui V.F. Alekseev despre solubilitatea reciprocă a lichidelor, D.P. Konovalova - despre elasticitatea unei perechi de soluții (vezi legile lui Konovalov), I.F. Schroeder - de dependența de temperatură a solubilității (vezi Pasmicitatea). La cumpăna dintre secolele XIX-XX. În legătură cu nevoile tehnologiei, a început dezvoltarea rapidă a analizei fizico-chimice (A. Le Chatelier, J. van't Hoff, F. Osmond, W. Roberts-Austen, J. Van Laar ș.a.). Teoreticul fundamental și experimentează. lucrări de modernitate analizele fizico-chimice aparțin N.S. Kurnakov. Ei au combinat studiul aliajelor și soluțiilor omogene într-o singură direcție și au propus termenul de „analiza fizico-chimică” (1913). Studii de formare complexă în soluții cu lucrările lui I.I. Ostromyslensky (1911), P. Job (1928) și dezvoltarea metodelor de determinare a compoziției substanțelor chimice. conn. și constantele r despre shchenko Ya.G., Analiza fizico-chimică a sistemelor omogene și eterogene, K., 1978; Chernogorenko V.B., Pryadko L.F., „Journal of inorg. chemistry”, 1982, vol. 27, nr. 6, p. 1527-30; Glazov V.M., "Izv. AN SSSR. Ser. materiale anorganice", 1984, v. 20, nr. 6, p. 925-36; Fedorov P.I., Fedorov P.P., Dr. despre D.V., Analiza fizică și chimică a sistemelor de sare anhidre, M., 1987. P.I. Fedorov.

Mai mult

T.N.ORKINA

ANALIZA CHIMICA SI FIZICO-CHIMICA

Tutorial

Orkina T.N. Chimie. Analiza chimica si fizico-chimica. Manual / Sankt Petersburg: Editura Universității Politehnice, 2012. - 45s.

Manualul prezintă scopurile și obiectivele chimiei analitice moderne - metode chimice, fizico-chimice și fizice de analiză.

Metodele de realizare a analizei calitative și cantitative sunt descrise în detaliu. Se oferă descriere munca de laborator privind analiza calitativă a soluțiilor și aliajelor metalice, precum și a calculelor și metodelor de efectuare a analizei titrimetrice (volumetrice). Fundamentele fizice

analiză chimică - construirea diagramelor de fază, analiza termică a aliajelor metalice și construcția diagramelor de fuzibilitate.

Manualul corespunde standardului educațional al disciplinelor „Chimie” și „Chimie anorganică” și este destinat studenților de superioare. institutii de invatamant studenți din diverse domenii și specialități din domeniul ingineriei și tehnologiei în direcția

„Știința materialelor”, „Metalurgie” și altele. Manualul poate fi util studenților care studiază la orice specialități tehnice din cadrul disciplinei „Chimie”.

INTRODUCERE

Chimie analitică- Aceasta este o ramură a chimiei care studiază proprietățile și procesele de transformare a substanțelor pentru a stabili compoziția lor chimică. Stabilirea compoziției chimice a substanțelor (identificarea chimică) este răspunsul la întrebarea ce elemente sau compușii acestora și în ce rapoarte cantitative sunt conținute în proba analizată. Chimia analitică dezvoltă bazele teoretice ale analizei chimice a substanțelor și materialelor, dezvoltă metode pentru identificarea, detectarea, separarea și determinarea elementelor chimice și a compușilor acestora, precum și metode de stabilire a structurii unei substanțe. Descoperirea sau, după cum se spune, descoperirea elementelor sau ionilor care alcătuiesc substanța investigată constituie subiectul. analiza calitativa. Determinarea concentrațiilor sau cantităților de substanțe chimice care alcătuiesc obiectele analizate este sarcina analiza cantitativa. Analiza calitativă precede de obicei analiza cantitativă, deoarece analiza cantitativă necesită cunoașterea compoziției calitative a probei analizate. Atunci când compoziția obiectului studiat este cunoscută în prealabil, se efectuează o analiză calitativă după cum este necesar.

1. METODE DE CHIMIE ANALITĂ

Pentru a detecta orice componentă, se folosește de obicei un așa-numit semnal analitic. DAR semnal nalitic- acestea sunt modificări vizibile ale obiectului de studiu însuși (precipitații, schimbare de culoare etc.) sau o modificare a parametrilor instrumentelor de măsură

(abaterea indicatorului instrumentului, modificarea citirii digitale, apariția unei linii în spectru etc.). Pentru a obține un semnal analitic, se folosesc reacții chimice de diferite tipuri (schimb de ioni, complexare, redox), diferite procese (de exemplu,

precipitații, degajarea gazelor), precum și diverse proprietăți chimice, fizice și biologice ale substanțelor în sine și ale produselor reacțiilor lor. Asa de

chimia analitică are diverse metode pentru a-și rezolva problemele.

Metode chimice (analiza chimică) se bazează pe efectuarea unei reacții chimice între proba studiată și reactivii special selectați. În metodele chimice, semnalul analitic rezultat în urma unei reacții chimice se observă mai ales vizual.

Fizico-chimic metodele de analiză se bazează pe un studiu cantitativ al dependenţei compoziția este o proprietate fizică obiect. Semnalul analitic este potențialul electric, puterea curentului,

rezistența etc., sau orice alt parametru (temperatura transformărilor de fază, duritatea, densitatea, vâscozitatea, presiunea vaporilor saturați etc.) asociat cu o anumită dependență funcțională de compoziția și concentrația obiectului de studiu. Metodele de cercetare fizică și chimică necesită de obicei utilizarea unor echipamente foarte sensibile. Avantajele acestor metode sunt obiectivitatea lor,

posibilitatea de automatizare si viteza de obtinere a rezultatelor. Un exemplu de metodă fizico-chimică de analiză este determinarea potențiometrică a pH-ului unei soluții cu ajutorul instrumentelor de măsură - potențiometre. Această metodă permite nu numai măsurarea, ci și monitorizarea continuă a modificării pH-ului în cursul oricăror procese în soluții.

LA metode fizice de analiză semnal analitic, de regulă,

primiți și înregistrați cu ajutorul echipamentelor speciale. Metodele fizice includ în primul rând metode optice spectroscopice de analiză bazate pe capacitatea atomilor și moleculelor de a emite, absorb și împrăștia radiații electromagnetice.

Prin înregistrarea emisiei, absorbției sau împrăștierii undelor electromagnetice de către proba analizată se obține un set de semnale,

caracterizându-i compoziţia calitativă şi cantitativă.

Nu există o graniță ascuțită între toate cele trei metode, așa că această împărțire este oarecum arbitrară. De exemplu, în metodele chimice, proba este mai întâi expusă acțiunii unui reactiv, adică. efectuați o anumită reacție chimică și abia apoi observați și măsurați proprietatea fizică. În analiza prin metode fizice, observarea și măsurarea se efectuează direct cu materialul analizat, folosind echipamente speciale, iar reacțiile chimice, dacă sunt efectuate, joacă un rol auxiliar. În conformitate cu aceasta, în

metodele chimice de analiză se concentrează pe executarea corectă a unei reacții chimice, în timp ce în metodele fizico-chimice și fizice, accentul principal este pus pe echipamentul de măsură adecvat - determinarea unei proprietăți fizice.

2. CLASIFICAREA CHIMICE ȘI FIZICE

METODE CHIMICE

Metodele chimice și fizico-chimice de analiză se clasifică în funcție de masa și volumul probelor analizate. În funcție de cantitatea de substanță sau amestec de substanțe (probe) utilizată pentru analiză, se disting analizele macro, semimicro, submicro și ultramicro. Tabelul 1 listează intervalele de masă și volum ale soluțiilor de probă recomandate de Departamentul de Chimie Analitică IUPAC (abreviere de la Uniunea Internațională Engleză de Chimie Pură și Aplicată).

		tabelul 1

Tipul analizei	Greutatea probei, g
		soluție, ml

Macroanaliza		10-103
Semimicroanaliză		10-1 – 10
Microanaliză		10-2 – 1


Submicroanaliza	10-4 – 10-3	mai putin de 10-2
Ultramicroanaliza	mai putin de 10-4	mai putin de 10-3

În funcție de natura sarcinii, se disting următoarele tipuri de analiză.

1 . analiza elementară- determinarea prezenței și conținutului elementelor individuale într-o substanță dată, i.e. găsindu-i compoziţia elementară.

2. Analiza de fază - determinarea prezenței și conținutului fazelor individuale ale materialului studiat. De exemplu, carbonul din oțel poate fi sub formă de grafit sau sub formă de carburi de fier. Sarcina analizei de fază este de a afla cât de mult carbon este sub formă de grafit și cât de mult este sub formă de carburi.

3 . Analiza moleculară (analiza materialului) - determinarea prezenței și conținutului de molecule de diferite substanțe (compuși) în material.

De exemplu, cantitatea de CO, CO2, N2, O2 și alte gaze este determinată în atmosferă.

4 . Analiza functionala - determinarea prezenței și conținutului de grupări funcționale în moleculele compușilor organici, de exemplu, grupări amino (-NH2), nitro (-NO2), hidroxil (-OH) și alte grupări.

În funcție de natura materialului analizat, există

analiza substantelor anorganice si organice. Separarea analizei substanțelor organice într-o secțiune separată a chimiei analitice este asociată cu caracteristicile substanțelor organice. Chiar și prima etapă de analiză - transferul probei într-o soluție - diferă semnificativ pentru substanțele organice și anorganice.

Etapele principale ale oricărei analize chimice a complexului

materialele sunt următorii pași.

1. Prelevare de probe pentru analiză. Compoziția medie a probei trebuie să corespundă compoziției medii a întregului lot de material analizat.

2. Descompunerea probei și transferul acesteia în soluție. Proba este dizolvată în apă sau acizi, topită cu diverse substanțe sau se folosesc alte metode sau influențe chimice.

	Efectuarea unei reacții chimice:				P, unde X -
componenta probei; R este reactivul; P este produsul reacției.
	Fixare	măsurare	orice parametru fizic
produs de reacție, reactiv sau analit.
Considera		detaliu		chimic	analiza -

analiză calitativă și cantitativă.

3. ANALIZA CALITATIVĂ

Sarcina analizei calitative este identificarea componentelor și determinarea compoziției calitative a unei substanțe sau a unui amestec de substanțe. Detectarea sau, după cum se spune, descoperirea elementelor sau ionilor în compoziția substanței studiate se realizează prin transformarea acestora într-un compus care are unele proprietăți caracteristice, adică se înregistrează apariția unui semnal analitic. Transformările chimice care au loc se numesc reacții analitice. Substanța cu care se face descoperirea - un reactiv sau un reactiv.

Există diferite metode de analiză calitativă care necesită utilizarea unor cantități diferite de substanță de testat în conformitate cu tabelul 1. De exemplu: în metoda macroanalitica se ia aproximativ 1 g de substanță (0,5 g pentru metale și aliaje) și se dizolvă în 20-30 ml apă.

Reacțiile se desfășoară în eprubete (analiza eprubetă). În cazul microanalizei substanțelor, se ia de aproximativ 100 de ori mai puțin decât macroanaliza (miligrame de solid și câteva zecimi de soluție). Pentru a deschide părțile individuale, reacțiile extrem de sensibile sunt utilizate pentru a detecta prezența unor cantități mici de element sau ion. Reacțiile sunt efectuate fie prin metoda microcristalină, fie prin picătură. Reacții microcristaline se efectuează pe o lamă de sticlă și se apreciază prezența unui element după forma cristalelor rezultate, care sunt examinate la microscop. picătură reacții, însoțită de modificarea culorii soluției și formarea de precipitate colorate, se efectuează pe o bandă de hârtie de filtru, aplicând picătură cu picătură soluțiile de testat și reactivii. Uneori, reacțiile de picătură sunt efectuate pe o „placă de picătură” specială - o farfurie de porțelan cu adâncituri, precum și pe o sticlă de ceas sau într-un creuzet mic de porțelan. Semi-microanaliză (metoda semi-micro)

ocupă o poziţie intermediară între macro- şi microanaliză.

Cantitatea de substanță necesară pentru studiul compoziției este de aproximativ 20-25 de ori mai mică decât în timpul macroanalizei - aproximativ 50 mg de solid și 1 ml de soluție. Această metodă păstrează sistemul de macroanaliza și descoperirea ionilor, dar toate reacțiile sunt efectuate cu cantități mici de substanță, folosind echipamente și echipamente speciale. De exemplu, reacțiile sunt efectuate în eprubete mici de 1-2 ml, în care soluțiile sunt injectate cu pipete. Sedimentele sunt separate numai prin centrifugare. Submicroanaliză și ultramicroanaliza sunt efectuate conform metodelor speciale folosind microscoape cu diferite grade de mărire, microscoape electronice și alte echipamente. Considerarea lor depășește domeniul de aplicare al acestui manual.

În analiza calitativă, reacțiile chimice sunt cel mai adesea efectuate în soluție, așa-numita „cale umedă”. Dar uneori este posibil să se efectueze reacții în fază solidă, de ex. reacții „mod uscat”. Substanța și reactivii corespunzători sunt luate în formă solidă și încălzite la o temperatură ridicată pentru a efectua reacțiile. Un exemplu de astfel de reacții este reacția de colorare a flăcării cu săruri ale anumitor metale. Se știe că

sărurile de sodiu colorează flacăra galben strălucitor, sărurile de potasiu violet, sărurile de cupru verde. Această culoare poate detecta prezența acestor elemente în substanța de testat. Reacțiile „drum uscat” includ și reacțiile de formare perle colorate - aliaje sticloase de diverse săruri. De exemplu, borax - Na2 B4 O7

10H2 O sau perle de sare dublă NaNH4 HPO4 4H2 O. Aceste metode sunt numite metode pirochimice și sunt utilizate pe scară largă pentru determinarea mineralelor și rocilor. Dar practic, într-o analiză calitativă, reacțiile sunt efectuate

cale umed între substanțe dizolvate.

3.1. Metodologia analizei calitative

Primul pas în orice analiză este aducerea probei în soluție folosind diverși solvenți. În analiza substanțelor anorganice, apa, soluțiile apoase de acizi, alcaline și, mai rar, alte substanțe anorganice sunt cel mai adesea folosite ca solvenți. Apoi, se efectuează reacții caracteristice de deschidere a ionilor. Reacții calitative de deschidere

ionii sunt reacții chimice care sunt însoțite de un efect extern (decolorarea soluției, degajare de gaz, formare de precipitat), pe baza cărora se poate aprecia că reacția are loc.

Cel mai adesea au de-a face cu soluții apoase de săruri, acizi, baze, între care au loc reacții de schimb ionic (mai rar, oxidare-

restauratoare).

Una sau alta reacție analitică trebuie efectuată în anumite condiții, în funcție de proprietățile compușilor formați. Dacă aceste condiții nu sunt îndeplinite, rezultatele descoperirii ionilor se pot dovedi a fi nesigure. De exemplu, precipitatele care sunt solubile în acizi nu cad din soluție cu un exces de acid. Prin urmare, trebuie respectate următoarele

conditii de reactie.

1. Mediul adecvat al soluției de testare, care este creat prin adăugarea de acid sau alcali.

2. O anumită temperatură a soluției. De exemplu, reacțiile de formare a precipitatelor, a căror solubilitate crește puternic cu temperatura, se desfășoară la „rece”. În schimb, dacă reacția decurge extrem de lent,

încălzire necesară.

3. O concentrație suficient de mare a ionului care urmează să fie deschis, deoarece reacția nu are loc la concentrații scăzute, de ex. reacția este insensibilă.

concept „sensibilitate la răspuns” caracterizat cantitativ prin doi indicatori: minim de deschidere și limitarea diluției. Pentru a determina experimental sensibilitatea, reacția se repetă de mai multe ori cu soluțiile de testat, reducând treptat cantitatea de solut și volumul de solvent. Deschidere minimă(Υ) este cea mai mică cantitate dintr-o substanță care poate fi descoperită printr-o reacție dată în anumite condiții pentru implementarea acesteia. Exprimat în micrograme (1Υ - milionimi de gram, 10-6 g). Minimul de deschidere nu poate caracteriza pe deplin sensibilitatea reacției, deoarece contează concentrația ionului de deschidere în soluție. Limitați diluția(1:G) caracterizează cea mai mică concentrație a unei substanțe (ion) la care poate fi deschisă printr-o reacție dată; unde G este cantitatea de masă de solvent pe unitate de masă a substanței sau ionului descoperit. LA

macroanaliza și semimicrometoda, se folosesc acele reacții, a căror sensibilitate depășește 50Υ, iar diluția limită este 1: 1000.

Atunci când se efectuează reacții analitice, ar trebui să se țină cont nu numai de sensibilitate, ci și specificitatea reacției– posibilitatea deschiderii unui ion dat în prezența altor ioni. Deschiderea prin ioni

reactii specifice produse in portiuni separate ale studiului

soluția în ordine aleatorie se numește analiză fracțională . Dar nu există multe reacții specifice. Mai des trebuie să avem de-a face cu reactivi care dau același efect de reacție sau similar cu mulți ioni. De exemplu, clorura de bariu precipită carbonat și

sulfatare sub formă de precipitate BaCO3 și BaSO4. Reactivi care dau

același semnal analitic cu un număr limitat de ioni,

numit selectiv sau selectiv . Cu cât este mai mic numărul de ioni deschiși de un anumit reactiv, cu atât este mai mare gradul de selectivitate al reactivului.

Uneori, ionii străini nu reacţionează cu un anumit reactiv, dar reduc sensibilitatea reacţiei sau modifică natura produselor formate. În acest caz, este necesar să se țină seama de raportul limitativ al concentrațiilor ionilor deschisi și străini, precum și să se utilizeze agenți de mascare (tehnici sau reactivi). Ionul de interferență este transformat în compuși cu disociere scăzută sau ioni complecși, concentrația lui în soluție scade, iar acest ion nu mai împiedică descoperirea ionilor analizați. Toate caracteristicile și tehnicile de mai sus

sunt utilizate în dezvoltarea secvenței reacțiilor chimice în procesul de analiză. Dacă reacţiile utilizate în analiză

sunt nespecifice, iar influența interferentă a ionilor străini nu poate fi eliminată, atunci utilizarea metodei fracționale devine imposibilă și recurge la

curs sistematic de analiză.

Cursul sistematic al analizei este o anumită succesiune de reacții concepute în așa fel încât descoperirea fiecărui ion să fie efectuată numai după descoperirea și îndepărtarea tuturor ionilor care interferează cu această descoperire. Într-un curs sistematic de analiză, grupuri separate de ioni sunt izolate dintr-un amestec complex de ioni, folosind relația lor similară cu acțiunea anumitor reactivi, numite reactiv de grup. De exemplu, unul dintre reactivii grupului este clorura de sodiu,

care produce un efect similar asupra ionilor Ag+, Pb2+, Hg2 2+. Acțiunea clorurii de sodiu asupra sărurilor solubile care conțin acești cationi duce la formarea de precipitate care sunt insolubile în acid clorhidric:

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg22+ + 2Cl- = Hg2Cl2↓

Toți ceilalți ioni, dacă acționează HCl, vor intra în soluție, iar cei trei cationi Ag+, Pb2+ și Hg2 2+ vor fi separați de ceilalți folosind reactivul de grup NaCl. Utilizarea reactivilor de grup este de mare comoditate: o problemă complexă este împărțită într-o serie de altele mai simple. În afară de,

dacă orice grup de ioni este complet absent, atunci grupul său de reactiv nu va da nici un precipitat cu soluția analizată. În acest caz, nu are sens să se efectueze reacții asupra ionilor individuali ai acestui grup. Rezultatul este economii semnificative de muncă, timp și reactivi.

Din cele de mai sus, rezultă că în analiza calitativă, clasificarea ionilor se bazează pe diferența de solubilitate a unora dintre compușii pe care îi formează; pe baza acestei diferențe se bazează metoda de separare a unui grup de ioni de altul. Principala clasificare a cationilor a fost introdusă de remarcabilul chimist rus N.A. Menshutkin (1871).

LA baza clasificării anionilor este solubilitatea sărurilor de bariu

și argint în acizii corespunzători. Această clasificare nu este strict stabilită, deoarece autori diferiți subîmpart anionii într-un număr diferit de grupuri. Una dintre cele mai comune opțiuni este împărțirea anionilor studiați în trei grupuri:

Anioni care formează săruri de bariu insolubile în apă;