Metode de chimie analitică. Semnal analitic. Metode de analiză în chimia analitică (chimică, fizică și fizico-chimică) Metode de analiză chimică

Toate metodele existente de chimie analitică pot fi împărțite în metode de prelevare, descompunere a probei, separarea componentelor, detecție (identificare) și determinare.

Aproape toate metodele se bazează pe relația dintre compoziția unei substanțe și proprietățile acesteia. Pentru a detecta o componentă sau cantitatea acesteia, măsurați semnal analitic.

Semnal analitic este media măsurătorilor mărimii fizice la etapa finală a analizei. Semnalul analitic este legat funcțional de conținutul componentei care se determină. Aceasta poate fi puterea curentului, EMF a sistemului, densitatea optică, intensitatea radiației etc.

Dacă este necesară detectarea oricărei componente, de obicei se înregistrează apariția unui semnal analitic - apariția unui precipitat, culoare, linie în spectru etc. Apariția unui semnal analitic trebuie înregistrată în mod fiabil. La o anumită cantitate de componentă, se măsoară mărimea semnalului analitic: masa sedimentului, puterea curentului, intensitatea liniilor de spectru etc. Apoi se calculează conținutul componentei folosind relația funcțională semnal analitic - conținut: y=f(c), care se stabilește prin calcul sau experiment și poate fi prezentată sub forma unei formule, tabel sau grafic.

În chimia analitică, se face o distincție între metodele de analiză chimică, fizică și fizico-chimică.

În metodele chimice de analiză, elementul sau ionul determinat este transformat într-un compus care are una sau alta proprietăți caracteristice, pe baza cărora se poate stabili că acest compus anume s-a format.

Metode chimice analizele au un domeniu specific. De asemenea, viteza de efectuare a analizelor prin metode chimice nu satisface întotdeauna nevoile de producție, unde este foarte important să se obțină analizele în timp util, în timp ce este încă posibilă reglarea procesului tehnologic. Prin urmare, alături de cele chimice, metodele fizice și fizico-chimice de analiză devin din ce în ce mai răspândite.

Metode fizice analizele se bazează pe măsurarea unora

un parametru de sistem care este o funcție de compoziție, de exemplu, spectre de absorbție de emisie, conductivitate electrică sau termică, potențialul electrodului scufundat într-o soluție, constanta dielectrică, indicele de refracție, rezonanța magnetică nucleară etc.

Metodele fizice de analiză fac posibilă rezolvarea întrebărilor care nu pot fi rezolvate prin metode de analiză chimică.

Pentru analiza substanțelor, sunt utilizate pe scară largă metodele fizico-chimice de analiză, bazate pe reacții chimice, a căror apariție este însoțită de o modificare a proprietăților fizice ale sistemului analizat, de exemplu, culoarea, intensitatea culorii, transparența, temperatura și conductivitate electrică etc.

Metode fizico-chimice de analiză Se disting prin sensibilitate mare și rapiditate de execuție, fac posibilă automatizarea determinărilor analitice chimice și sunt indispensabile atunci când se analizează cantități mici de substanțe.

Trebuie remarcat faptul că nu este întotdeauna posibil să se tragă o linie strictă între metodele fizice și fizico-chimice de analiză. Uneori sunt combinate sub denumirea generală de metode „instrumentale”, deoarece Pentru a efectua anumite măsurători, sunt necesare instrumente care să permită măsurarea cu precizie a valorilor anumitor parametri care caracterizează anumite proprietăți ale unei substanțe.

Inginerii de mediu trebuie să cunoască compoziția chimică a materiilor prime, produselor și deșeurilor și a mediului - aer, apă și sol; Este important să se identifice substanțele nocive și să se determine concentrația acestora. Această problemă este rezolvată Chimie analitică - știința determinării compoziției chimice a substanțelor.

Problemele de chimie analitică sunt rezolvate în principal prin metode fizice și chimice de analiză, care sunt numite și instrumentale. Ei folosesc măsurarea unor proprietăți fizice sau fizico-chimice a unei substanțe pentru a determina compoziția acesteia. De asemenea, include secțiuni dedicate metodelor de separare și purificare a substanțelor.

Scopul acestui curs de prelegeri este de a vă familiariza cu principiile metodelor instrumentale de analiză pentru a naviga prin capacitățile acestora și, pe această bază, a stabili sarcini specifice chimiștilor specialiști și a înțelege semnificația rezultatelor analizei obținute.

Literatură

Aleskovsky V.B. şi altele. Metode fizico-chimice de analiză. L-d, „Chimie”, 1988

Yu.S Lyalikov. Metode fizico-chimice de analiză. M., editura „Chimie”, 1974

Vasilyev V.P. Fundamentele teoretice ale metodelor fizico-chimice de analiză M., Şcoala Superioară, 1979.

A.D. Zimon, N.F. Leshchenko. Chimie coloidală. M., „Agar”, 2001

A.I. Mishustin, K.F. Chimie coloidală (Manual metodologic). Editura MIHM, 1990

Primele două cărți sunt manuale pentru studenții la chimie și, prin urmare, destul de provocatoare pentru tine. Acest lucru face aceste prelegeri foarte utile. Cu toate acestea, puteți citi capitole individuale.

Din păcate, administrația nu a alocat încă o probă separată pentru acest curs, așa că materialul este inclus în examenul general, alături de cursul de chimie fizică.

2. Clasificarea metodelor de analiză

Se face o distincție între analiza calitativă și cea cantitativă. Primul determină prezența anumitor componente, al doilea - conținutul lor cantitativ. Metodele de analiză sunt împărțite în chimice și fizico-chimice. În această prelegere, vom lua în considerare numai metodele chimice care se bazează pe transformarea analitului în compuși care au anumite proprietăți.

În analiza calitativă a compușilor anorganici, proba studiată este transferată în stare lichidă prin dizolvarea acesteia în apă sau într-o soluție de acid sau alcali, ceea ce face posibilă detectarea elementelor sub formă de cationi și anioni. De exemplu, ionii de Cu 2+ pot fi identificați prin formarea unui ion complex 2+ care este albastru strălucitor.

Analiza calitativă este împărțită în fracționată și sistematică. Analiza fracționată este detectarea mai multor ioni într-un amestec de compoziție aproximativ cunoscută.

Analiza sistematică este o analiză completă care utilizează o metodă specifică pentru detectarea secvenţială a ionilor individuali. Grupuri separate de ioni cu proprietăți similare sunt izolate folosind reactivi de grup, apoi grupurile de ioni sunt împărțite în subgrupe, iar acestea, la rândul lor, în ioni individuali, care sunt detectați folosind așa-numitele. reacții analitice. Acestea sunt reacții cu efect extern - formarea unui precipitat, eliberarea de gaz și schimbarea culorii soluției.

Proprietățile reacțiilor analitice - specificitate, selectivitate și sensibilitate.

Specificitate vă permite să detectați un anumit ion în prezența altor ioni printr-o trăsătură caracteristică (culoare, miros etc.). Există relativ puține astfel de reacții (de exemplu, reacția de detectare a ionului NH 4 + prin acțiunea unei alcalii asupra unei substanțe atunci când este încălzită). Cantitativ, specificitatea reacției se apreciază prin valoarea raportului de limitare, egală cu raportul dintre concentrațiile ionului determinat și ionilor interferenți. De exemplu, reacția picăturii la ionul Ni 2+ prin acțiunea dimetilglioximei în prezența ionilor de Co 2+ este posibilă la un raport limitator de Ni 2+ la Co 2+ egal cu 1:5000.

Selectivitate(sau selectivitatea) unei reacții este determinată de faptul că doar câțiva ioni produc un efect extern similar. Selectivitatea este mai mare, cu cât este mai mic numărul de ioni care dă un efect similar.

Sensibilitate reacţiile se caracterizează prin limita de detecţie sau limita de diluţie. De exemplu, limita de detecție în reacția microcristaloscopică la ionul Ca 2+ sub acțiunea acidului sulfuric este de 0,04 μg Ca 2+ într-o picătură de soluție.

O sarcină mai dificilă este analiza compușilor organici. Carbonul și hidrogenul se determină după arderea probei, înregistrând dioxidul de carbon eliberat și apa. Există o serie de tehnici pentru detectarea altor elemente.

Clasificarea metodelor de analiză după cantitate.

Componentele sunt împărțite în principale (1 - 100% în greutate), minore (0,01 - 1% în greutate) și impurități sau urme (mai puțin de 0,01% în greutate).

În funcție de masa și volumul probei analizate, se distinge macroanaliza (0,5 - 1 g sau 20 - 50 ml),

semi-microanaliza (0,1 - 0,01 g sau 1,0 - 0,1 ml),

microanaliză (10 -3 - 10 -6 g sau 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramicroanaliza (10 -6 - 10 -9 g sau 10 -4 - 10 -6 ml),

submicroanaliza (10 -9 - 10 -12 g sau 10 -7 - 10 -10 ml).

Clasificarea în funcție de natura particulelor care se determină:

1.izotopic (fizic) – se determină izotopi

2. elementară sau atomică – se determină un set de elemente chimice

3. molecular - se determină setul de molecule care alcătuiesc proba

4. structural-grup (intermediar între atomic și molecular) - se determină grupele funcționale din moleculele compușilor organici.

5. fază - sunt analizate componentele obiectelor eterogene (de exemplu minerale).

Alte tipuri de analize de clasificare:

Brut și local.

Distructiv și nedistructiv.

Contact și telecomandă.

Discret și continuu.

Caracteristicile importante ale procedurii analitice sunt rapiditatea metodei (viteza analizei), costul analizei și posibilitatea automatizării acesteia.

Schema cursului:

1. Caracteristici generale ale metodelor fizico-chimice

2. Informații generale despre metodele spectroscopice de analiză.

3. Metoda fotometrică de analiză: fotocolorimetrie, colorimetrie, spectrofotometrie.

4. Informații generale despre metodele de analiză nefelometrice, luminiscente, polarimetrice.

5. Metoda refractometrică de analiză.

6. Informații generale despre analizele spectrale și radiometrice de masă.

7. Metode electrochimice de analiză (potențiometrie, conductometrie, coulometrie, amperometrie, polarografie).

8. Metoda cromatografică de analiză.

Esența metodelor fizico-chimice de analiză. Clasificarea lor.

Metodele fizico-chimice de analiză, ca și metodele chimice, se bazează pe efectuarea uneia sau alteia reacții chimice. În metodele fizice, reacțiile chimice sunt absente sau de importanță secundară, deși în analiza spectrală intensitatea liniilor depinde întotdeauna în mod semnificativ de reacțiile chimice din electrodul de carbon sau din flacăra gazului. Prin urmare, uneori metodele fizice sunt incluse în grupul de metode fizico-chimice, deoarece nu există o distincție suficient de strictă și neechivocă între metodele fizice și fizico-chimice, iar separarea metodelor fizice într-un grup separat nu este de o importanță fundamentală.

Metodele chimice de analiză nu au putut satisface diversele cerințe ale practicii, care au crescut ca urmare a progresului științific și tehnologic, a dezvoltării industriei semiconductoarelor, a electronicii și a calculatoarelor și a utilizării pe scară largă a substanțelor pure și ultrapure în tehnologie.

Utilizarea metodelor fizico-chimice de analiză se reflectă în controlul tehnochimic al producţiei alimentare, în laboratoarele de cercetare şi producţie. Aceste metode se caracterizează prin sensibilitate ridicată și analiză rapidă. Ele se bazează pe utilizarea proprietăților fizice și chimice ale substanțelor.

Atunci când se efectuează analize folosind metode fizico-chimice, punctul de echivalență (sfârșitul reacției) este determinat nu vizual, ci folosind instrumente care înregistrează modificările proprietăților fizice ale substanței de testat la punctul de echivalență. În acest scop, se folosesc de obicei dispozitive cu circuite optice sau electrice relativ complexe, motiv pentru care aceste metode sunt numite metode analiza instrumentală.

În multe cazuri, aceste metode nu necesită o reacție chimică pentru a efectua analiza, spre deosebire de metodele chimice de analiză. Este necesar doar măsurarea indicatorilor oricăror proprietăți fizice ale substanței analizate: conductivitatea electrică, absorbția luminii, refracția luminii etc. Metodele fizico-chimice permit monitorizarea continuă a materiilor prime, semifabricatelor și produselor finite din industrie.

Metodele fizico-chimice de analiză au început să fie utilizate mai târziu decât metodele chimice de analiză, când a fost stabilită și studiată relația dintre proprietățile fizice ale substanțelor și compoziția lor.

Precizia metodelor fizico-chimice variază foarte mult în funcție de metodă. Are cea mai mare precizie (până la 0,001%) coulometrie, bazat pe măsurarea cantității de energie electrică care se cheltuiește pentru oxidarea sau reducerea electrochimică a ionilor sau elementelor în curs de determinare. Majoritatea metodelor fizico-chimice au o eroare de 2-5%, care depășește eroarea metodelor chimice de analiză. Cu toate acestea, o astfel de comparație a erorilor nu este în întregime corectă, deoarece se referă la diferite regiuni de concentrare. Dacă conținutul componentului care se determină este mic (aproximativ 10 -3% sau mai puțin), metodele chimice clasice de analiză sunt în general nepotrivite; la concentrații mari, metodele fizico-chimice concurează cu succes cu cele chimice. Unul dintre dezavantajele semnificative ale majorității metodelor fizico-chimice este prezența obligatorie a standardelor și a soluțiilor standard.

Dintre metodele fizico-chimice, cele mai mari aplicații practice sunt:

1. metode spectrale și alte metode optice (refractometrie, polarimetrie);

2. metode electrochimice de analiză;

3. metode cromatografice de analiză.

În plus, există încă 2 grupuri de metode fizice și chimice:

1. metode radiometrice bazate pe măsurarea radiației radioactive a unui element dat;

2. metode de analiză spectrometrică de masă bazate pe determinarea maselor de atomi, molecule și radicali ionizați individuali.

Cel mai extins din punct de vedere al numărului de metode și cel mai important din punct de vedere al semnificației practice este grupul de metode spectrale și alte metode optice. Aceste metode se bazează pe interacțiunea substanțelor cu radiația electromagnetică. Există multe tipuri diferite de radiații electromagnetice: raze X, ultraviolete, vizibile, infraroșii, microunde și frecvență radio. În funcție de tipul de interacțiune a radiației electromagnetice cu materia, metodele optice sunt clasificate după cum urmează.

Bazat pe măsurarea efectelor polarizării moleculelor unei substanțe refractometrie, polarimetrie.

Substanțele analizate pot absorbi radiațiile electromagnetice și, pe baza utilizării acestui fenomen, se distinge o grupă metode optice de absorbție.

Absorbția luminii de către atomii analiților este utilizată în analiza absorbtiei atomice. Capacitatea de a absorbi lumina de către molecule și ioni din regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului a făcut posibilă crearea analiza absorbției moleculare (colorimetrie, fotocolorimetrie, spectrofotometrie).

Absorbția și împrăștierea luminii de către particulele suspendate în soluție (suspensie) a condus la apariția metodelor turbidimetrie și nefelometrie.

Metodele bazate pe măsurarea intensității radiațiilor rezultate din eliberarea de energie de către moleculele și atomii excitați ai analitului se numesc metode de emisie. LA metode de emisie moleculară include luminescență (fluorescență) emisie atomică- analiza spectrală a emisiilor și fotometria în flacără.

Metode electrochimice analizele se bazează pe măsurarea conductibilității electrice ( conductometrie); diferenta potentiala ( potențiometrie); cantitatea de energie electrică care trece prin soluție ( cuulometrie); dependența valorii curente de potențialul aplicat ( volt-amperometrie).

Pentru grup metode cromatografice de analiză include metode de cromatografie gazoasă și gaz-lichid, partiție, strat subțire, adsorbție, schimb ionic și alte tipuri de cromatografie.

Metode spectroscopice de analiză: informații generale

Conceptul metodei spectroscopice de analiză, varietățile sale

Metode spectroscopice de analiză- metode fizice bazate pe interacţiunea radiaţiilor electromagnetice cu materia. Interacțiunea duce la diferite tranziții energetice, care sunt înregistrate instrumental sub formă de absorbție a radiațiilor, reflexie și împrăștiere a radiațiilor electromagnetice.

Clasificare:

Analiza spectrală a emisiilor se bazează pe studiul spectrelor de emisie (radiații) sau ale spectrelor de emisie ale diferitelor substanțe. O variație a acestei analize este fotometria flăcării, care se bazează pe măsurarea intensității radiației atomice excitate de încălzirea unei substanțe într-o flacără.

Analiza spectrală de absorbție se bazează pe studiul spectrelor de absorbție ale substanțelor analizate. Dacă radiația este absorbită de atomi, atunci absorbția se numește atomică, iar dacă de către molecule, atunci se numește moleculară. Există mai multe tipuri de analiză spectrală de absorbție:

1. Spectrofotometria - ia in calcul absorbtia luminii cu o anumita lungime de unda de catre substanta analizata, i.e. absorbția radiațiilor monocromatice.

2. Fotometrie – bazată pe măsurarea absorbției luminii de către substanța analizată, nu a radiației strict monocromatice.

3. Colorimetria se bazează pe măsurarea absorbției luminii prin soluții colorate în partea vizibilă a spectrului.

4. Nefelometria se bazează pe măsurarea intensității luminii împrăștiate de particulele solide suspendate în soluție, adică. lumina împrăștiată de suspensie.

Spectroscopia de luminescență folosește strălucirea obiectului studiat, care apare sub influența razelor ultraviolete.

În funcție de ce parte a spectrului are loc absorbția sau emisia, spectroscopia se distinge în regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului.

Spectroscopia este o metodă sensibilă pentru determinarea a mai mult de 60 de elemente. Este utilizat pentru analiza a numeroase materiale, inclusiv medii biologice, substanțe vegetale, cimenturi, pahare și ape naturale.

Metode fotometrice de analiză

Metodele fotometrice de analiză se bazează pe absorbția selectivă a luminii de către analit sau combinarea acestuia cu un reactiv adecvat. Intensitatea absorbției poate fi măsurată prin orice metodă, indiferent de natura compusului colorat. Precizia metodei depinde de metoda de măsurare. Există metode colorimetrice, fotocolorimetrice și spectrofotometrice.

Metoda fotocolorimetrică de analiză.

Metoda fotocolorimetrică de analiză face posibilă cuantificarea intensității absorbției luminii de către soluția analizată folosind fotoelectrocolorimetre (uneori sunt numite pur și simplu fotocolorimetre). Pentru a face acest lucru, pregătiți o serie de soluții standard și reprezentați grafic dependența absorbției de lumină a analitului de concentrația acestuia. Această dependență se numește grafic de calibrare. În fotocolorimetre, fluxurile de lumină care trec printr-o soluție au o regiune largă de absorbție - 30-50 nm, deci aici lumina este policromatică. Acest lucru duce la pierderea reproductibilității, acurateței și selectivității analizei. Avantajele unui fotocolorimetru sunt simplitatea designului și sensibilitatea ridicată datorită deschiderii mari a sursei de radiație - o lampă incandescentă.

Metoda colorimetrică de analiză.

Metoda colorimetrică de analiză se bazează pe măsurarea absorbției luminii de către o substanță. În acest caz, se compară intensitatea culorii, adică. densitatea optică a soluției de testat cu culoarea (densitatea optică) a unei soluții standard, a cărei concentrație este cunoscută. Metoda este foarte sensibilă și este utilizată pentru determinarea micro și semimicrocantităților.

Analiza prin metoda colorimetrică necesită mult mai puțin timp decât metoda chimică.

În timpul analizei vizuale, se realizează egalitatea intensității culorii soluției analizate și colorate. Acest lucru poate fi realizat în 2 moduri:

1. egalizați culoarea prin modificarea grosimii stratului;

2. selectați soluții standard de diferite concentrații (metoda serie standard).

Cu toate acestea, este imposibil din punct de vedere vizual să se determine cantitativ de câte ori o soluție este colorată mai intens decât alta. În acest caz, se poate stabili aceeași culoare a soluției analizate doar prin compararea acesteia cu cea standard.

Legea fundamentală a absorbției luminii.

Dacă un flux luminos, a cărui intensitate I 0, este direcționat către o soluție situată într-un vas plat de sticlă (cuvetă), atunci o parte a acestuia cu intensitatea I r este reflectată de suprafața cuvei, cealaltă parte cu intensitate. I a este absorbit de soluție și a treia parte cu intensitate I t trece prin soluție. Există o relație între aceste cantități:

I 0 = I r + I a + I t (1)

Deoarece Deoarece intensitatea I r a părții reflectate a fluxului de lumină atunci când se lucrează cu celule identice este constantă și nesemnificativă, poate fi neglijată în calcule. Atunci egalitatea (1) ia forma:

I 0 = I a + I t (2)

Această egalitate caracterizează proprietățile optice ale soluției, adică. capacitatea sa de a absorbi nămol pentru a transmite lumina.

Intensitatea luminii absorbite depinde de numărul de particule colorate din soluție care absorb mai multă lumină decât solventul.

Fluxul de lumină, care trece prin soluție, își pierde o parte din intensitate - cu cât concentrația și grosimea stratului de soluție sunt mai mari, cu atât intensitatea este mai mare. Pentru soluțiile colorate, există o relație numită legea Bouguer–Lambert–Beer (între gradul de absorbție a luminii, intensitatea luminii incidente, concentrația substanței colorate și grosimea stratului).

Conform acestei legi, absorbția luminii monocromatografice care trece printr-un strat de lichid colorat este proporțională cu concentrația și grosimea stratului său:

I = I 0 10 - kCh ,

Unde eu– intensitatea fluxului luminos care trece prin soluție; eu 0– intensitatea luminii incidente; CU- concentrare, mol/l; h- grosimea stratului, cm; k– coeficientul de absorbție molar.

Coeficientul de absorbție molar k– densitatea optică a unei soluții care conține 1 mol/l substanță absorbantă, cu grosimea stratului de 1 cm. Depinde de natura chimică și starea fizică a substanței care absoarbe lumina și de lungimea de undă a luminii monocromatice.

Metoda seriei standard.

Metoda seriei standard se bazează pe obținerea aceleiași intensități de culoare a testului și a soluțiilor standard la aceeași grosime a stratului. Culoarea soluției de testat este comparată cu culoarea unui număr de soluții standard. La aceeași intensitate a culorii, concentrațiile soluțiilor test și standard sunt egale.

Pentru a pregăti o serie de soluții standard, se iau 11 eprubete de aceeași formă, dimensiune și din același pahar. Se toarnă o soluție standard dintr-o biuretă în cantități crescânde treptat, de exemplu: într-o eprubetă 0,5 ml, în a 2-a 1 ml, în a 3-a 1,5 ml, etc. - inainte de 5 ml(fiecare eprubetă ulterioară conține cu 0,5 ml mai mult decât cea anterioară). În toate eprubetele se toarnă volume egale de soluție, ceea ce dă o reacție de culoare cu ionul care este determinat. Soluțiile sunt diluate astfel încât nivelurile de lichid din toate eprubetele să fie aceleași. Eprubetele sunt acoperite, conținutul este bine amestecat și plasat într-un suport în concentrații crescânde. În acest fel se obține o scară de culori.

La soluția de testare se adaugă aceeași cantitate de reactiv în aceeași eprubetă și se diluează cu apă la același volum ca în celelalte eprubete. Închideți cu un dop și amestecați bine conținutul. Culoarea soluției de testat este comparată cu culoarea soluțiilor standard pe un fundal alb. Soluțiile trebuie să fie bine iluminate cu lumină difuză. Dacă intensitatea culorii soluției de testat coincide cu intensitatea culorii uneia dintre soluțiile de pe scala de culori, atunci concentrațiile acesteia și ale soluțiilor de testat sunt egale. Dacă intensitatea culorii soluției studiate este intermediară între intensitatea a două soluții vecine de pe scară, atunci concentrația acesteia este egală cu concentrația medie a acestor soluții.

Utilizarea metodei soluției standard este recomandată numai pentru determinarea masei unei substanțe. Seria preparată de soluții standard durează un timp relativ scurt.

Metodă de egalizare a intensității culorii soluțiilor.

Metoda de egalizare a intensității culorii a soluțiilor test și standard se realizează prin modificarea înălțimii stratului uneia dintre soluții. Pentru a face acest lucru, soluțiile colorate sunt plasate în 2 vase identice: soluția de testare și cea standard. Schimbați înălțimea stratului de soluție într-unul dintre vase până când intensitatea culorii în ambele soluții devine aceeași. În acest caz, se determină concentrația soluției de testare C. , comparându-l cu concentrația soluției standard:

Cu cercetarea = C st h st / h issl,

unde h st și h test sunt înălțimea stratului de etalon și, respectiv, de soluție de testare.

Se numesc instrumentele utilizate pentru determinarea concentrațiilor soluțiilor de testare prin egalizarea intensității culorii colorimetre.

Există colorimetre vizuale și fotoelectrice. În determinările colorimetrice vizuale, intensitatea culorii este măsurată prin observare directă. Metodele fotoelectrice se bazează pe utilizarea fotocelulelor-fotocolorimetre. În funcție de intensitatea fasciculului de lumină incidentă, în fotocelula ia naștere un curent electric. Curentul cauzat de expunerea la lumină este măsurat cu un galvanometru. Abaterea săgeții indică intensitatea culorii.

Spectrofotometrie.

Metoda fotometrică se bazează pe măsurarea absorbției luminii din lumină care nu este strict monocromatică de către analit.

Dacă radiația monocromatică (radiația de o lungime de undă) este utilizată în metoda fotometrică de analiză, atunci această metodă se numește spectrofotometrie. Gradul de monocromaticitate al fluxului de radiație electromagnetică este determinat de intervalul de lungime de undă minimă, care se distinge prin monocromatorul utilizat (filtru, rețea de difracție sau prismă) de fluxul continuu de radiație electromagnetică.

LA spectrofotometrie include, de asemenea, domeniul tehnologiei de măsurare, care combină spectrometria, fotometria și metrologia și este angajată în dezvoltarea unui sistem de metode și instrumente pentru măsurători cantitative ale absorbției spectrale, reflexiei, emisiei, luminozității spectrale ca caracteristici ale mediilor, acoperirilor, suprafețelor, emițători.

Etapele cercetării spectrofotometrice:

1) efectuarea unei reacții chimice pentru a obține sisteme convenabile pentru analiza spectrofotometrică;

2) măsurarea absorbţiei soluţiilor rezultate.

Esența metodei spectrofotometriei

Dependența absorbției unei soluții a unei substanțe de lungimea de undă este reprezentată pe grafic sub forma unui spectru de absorbție al substanței, pe care este ușor de identificat maximul de absorbție situat la lungimea de undă a luminii care este absorbită maxim. de substanta. Măsurarea densității optice a soluțiilor de substanțe cu ajutorul spectrofotometrelor se realizează la lungimea de undă de absorbție maximă. Acest lucru face posibilă analizarea într-o singură soluție a substanțelor ale căror maxime de absorbție sunt situate la lungimi de undă diferite.

Spectrofotometria ultraviolet-vizibilă utilizează spectre electronice de absorbție.

Ele caracterizează cele mai înalte tranziții energetice de care sunt capabile o gamă limitată de compuși și grupuri funcționale. În compușii anorganici, spectrele electronice sunt asociate cu polarizarea ridicată a atomilor incluși în molecula substanței și apar de obicei în compuși complecși. În compușii organici, apariția spectrelor electronice este cauzată de tranziția electronilor de la sol la nivelurile excitate.

Poziția și intensitatea benzilor de absorbție sunt puternic influențate de ionizare. În timpul ionizării acide, în moleculă apare o pereche suplimentară de electroni, ceea ce duce la o schimbare batocromică suplimentară (deplasare la regiunea cu lungime de undă lungă a spectrului) și o creștere a intensității benzii de absorbție.

Spectrul multor substanțe are mai multe benzi de absorbție.

Pentru măsurători spectrofotometrice în regiunile ultraviolete și vizibile, se folosesc două tipuri de instrumente - neînregistrare(rezultatul se observă vizual pe scara instrumentului) și spectrofotometre de înregistrare.

Metoda luminiscentă de analiză.

Luminescență- capacitatea de a străluci independent, apărute sub diferite influențe.

Clasificarea proceselor care cauzează luminescență:

1) fotoluminiscență (excitație prin lumină vizibilă sau ultravioletă);

2) chemiluminiscența (excitația datorată energiei reacțiilor chimice);

3) catodoluminiscență (excitație prin impact de electroni);

4) termoluminiscență (excitare prin încălzire);

5) triboluminiscenţă (excitare prin acţiune mecanică).

În analiza chimică, primele două tipuri de luminiscență sunt importante.

Clasificarea luminiscenței după prezența strălucirii. Se poate opri imediat când emoția dispare - fluorescenţă sau continuă pentru un anumit timp după încetarea influenței stimulatoare - fosforescenţă. Fenomenul de fluorescență este utilizat în principal, motiv pentru care se numește metoda fluorimetrie.

Aplicații ale fluorimetriei: analiza urmelor de metale, compuși organici (aromatici), vitamine D, B 6. Indicatorii fluorescenți sunt utilizați la titrarea în medii tulburi sau de culoare închisă (titrarea se efectuează în întuneric, luminând soluția titrată la care se adaugă indicatorul cu lumina unei lămpi fluorescente).

Analiza nefelometrică.

Nefelometrie propus de F. Kober în 1912 și se bazează pe măsurarea intensității luminii împrăștiate de o suspensie de particule folosind fotocelule.

Nefelometria este utilizată pentru a măsura concentrația de substanțe care sunt insolubile în apă, dar formează suspensii stabile.

Pentru a efectua măsurători nefelometrice, se folosesc nefelometre, asemănător în principiu cu colorimetrele, cu singura diferență că cu nefelometria

La conducere analiza fotonefelometrică Mai întâi, pe baza rezultatelor determinării unei serii de soluții standard, se construiește un grafic de calibrare, apoi se analizează soluția de testat și se determină concentrația analitului din grafic. Pentru a stabiliza suspensiile rezultate, se adaugă un coloid protector - o soluție de amidon, gelatină etc.

Analiza polarimetrică.

Vibrațiile electromagnetice ale luminii naturale apar în toate planurile perpendiculare pe direcția fasciculului. Rețeaua cristalină are capacitatea de a transmite raze doar într-o anumită direcție. La ieșirea din cristal, fasciculul oscilează doar într-un singur plan. Se numește fascicul ale cărui oscilații sunt în același plan polarizat. Planul în care apar vibrațiile se numește planul de oscilație fascicul polarizat, iar planul perpendicular pe acesta este planul de polarizare.

Metoda polarimetrică de analiză se bazează pe studiul luminii polarizate.

Metoda refractometrică de analiză.

Metoda refractometrică de analiză se bazează pe determinarea indicelui de refracție al substanței studiate, deoarece o substanță individuală este caracterizată de un anumit indice de refracție.

Produsele tehnice conțin întotdeauna impurități care afectează indicele de refracție. Prin urmare, indicele de refracție poate servi în unele cazuri ca o caracteristică a purității produsului. De exemplu, gradele de terebentină purificată se disting prin indicele lor de refracție. Astfel, indicii de refracție ai terebentinei la 20° pentru culoarea galbenă, notați cu n 20 D (înscrierea înseamnă că indicele de refracție a fost măsurat la 20°C, lungimea de undă a luminii incidente este de 598 mmk), sunt egali cu:

Clasa I Clasa a II-a Clasa a III-a

1,469 – 1,472 1,472 – 1,476 1,476 – 1,480

Metoda refractometrică de analiză poate fi utilizată pentru sisteme duale, de exemplu, pentru a determina concentrația unei substanțe în soluții apoase sau organice. În acest caz, analiza se bazează pe dependența indicelui de refracție al soluției de concentrația solutului.

Pentru unele soluții există tabele de dependență a indicilor de refracție de concentrația lor. În alte cazuri, ele sunt analizate folosind metoda curbei de calibrare: se prepară o serie de soluții de concentrații cunoscute, se măsoară indicii lor de refracție și se trasează un grafic al indicilor de refracție în funcție de concentrație, i.e. construiți o curbă de calibrare. Este folosit pentru a determina concentrația soluției de testat.

Indicele de refracție.

Când o rază de lumină trece dintr-un mediu în altul, direcția ei se schimbă. Este refracta. Indicele de refracție este egal cu raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție (această valoare este constantă și caracteristică unui mediu dat):

n = sin α / sin β,

unde α și β sunt unghiurile dintre direcția razelor și perpendiculara pe interfața ambelor medii (Fig. 1)

Indicele de refracție este raportul dintre viteza luminii în aer și în mediul studiat (dacă un fascicul de lumină cade din aer).

Indicele de refracție depinde de:

1. lungimea de undă a luminii incidente (cu indicator de lungime de undă în creștere

refracția scade);

2. temperatura (cu cresterea temperaturii scade indicele de refractie);

3. presiune (pentru gaze).

La desemnarea indicelui de refracție, sunt indicate lungimea de undă a luminii incidente și temperatura de măsurare. De exemplu, scrierea n 20 D înseamnă că indicele de refracție a fost măsurat la 20 ° C, lungimea de undă a luminii incidente este de 598 mmk. În cărțile de referință tehnice, indicii de refracție sunt dați la n 20 D.

Determinarea indicelui de refracție al unui lichid.

Înainte de începerea lucrului, suprafața prismelor refractometrului se spală cu apă distilată și alcool, se verifică corect punctul zero al dispozitivului și se determină indicele de refracție al lichidului studiat. Pentru a face acest lucru, ștergeți cu atenție suprafața prismei de măsurare cu un tampon de vată umezit cu lichidul de testat și aplicați câteva picături din acesta pe această suprafață. Prismele sunt închise și, prin rotirea lor, marginea de lumină și umbră este trasată pe crucea firelor ocularului. Compensatorul elimină spectrul. La calcularea indicelui de refracție, trei zecimale sunt luate pe scara refractometrului, iar a patra după ochi. Apoi schimbă marginea clarobscurului, o aliniază din nou cu centrul crucii reticulului și fac o a doua numărătoare. Acea. se fac 3 sau 5 citiri, dupa care se spala si se sterge suprafetele de lucru ale prismelor. Substanța de testat este aplicată din nou pe suprafața prismei de măsurare și se efectuează o a doua serie de măsurători. Media aritmetică este luată din datele obținute.

Analiza radiometrică.

Analiza radiometrică h se bazează pe măsurarea radiațiilor din elementele radioactive și se folosește pentru determinarea cantitativă a izotopilor radioactivi din materialul studiat. În acest caz, se măsoară fie radioactivitatea naturală a elementului care se determină, fie radioactivitatea artificială obținută folosind izotopi radioactivi.

Izotopii radioactivi sunt identificați după timpul lor de înjumătățire sau după tipul și energia radiațiilor emise. În practica analizei cantitative, activitatea izotopilor radioactivi este de cele mai multe ori măsurată prin radiațiile lor α-, β- și γ.

Aplicații ale analizei radiometrice:

Studiul mecanismului reacțiilor chimice.

Metoda atomilor marcați este folosită pentru a studia eficacitatea diferitelor metode de aplicare a îngrășămintelor pe sol, căile de penetrare a microelementelor aplicate pe frunzele unei plante în organism etc. Fosforul radioactiv 32 P și azotul 13 N sunt utilizate în special în cercetarea agrochimică.

Analiza izotopilor radioactivi utilizați pentru tratamentul cancerului și pentru determinarea hormonilor și enzimelor.

Analiza spectrală de masă.

Bazat pe determinarea maselor de atomi, molecule și radicali ionizați individuali ca rezultat al acțiunii combinate a câmpurilor electrice și magnetice. Înregistrarea particulelor separate se realizează prin metode electrice (spectrometrie de masă) sau fotografice (spectrografie de masă). Determinarea se realizează cu instrumente - spectrometre de masă sau spectrografe de masă.

Metode electrochimice de analiză.

Metodele electrochimice de analiză și cercetare se bazează pe studiul și utilizarea proceselor care au loc pe suprafața electrodului sau în spațiul apropiat de electrod. Semnal analitic- parametrul electric (potenţial, curent, rezistenţă), care depinde de concentraţia substanţei care se determină.

Distinge DreptȘi metode electrochimice indirecte. În metodele directe se utilizează dependența puterii curentului de concentrația componentei care se determină. În cele indirecte, puterea curentului (potenţialul) este măsurată pentru a găsi punctul final de titrare (punctul de echivalenţă) al componentului determinat de titrant.

Metodele electrochimice de analiză includ:

1. potentiometrie;

2. conductometrie;

3. coulometrie;

4. amperometrie;

5. polarografie.

Electrozi utilizați în metode electrochimice.

1. Electrod de referință și electrod indicator.

Electrod de referință- Acesta este un electrod cu potenţial constant, insensibil la ionii soluţiei. Electrodul de referință are un potențial reproductibil care este stabil în timp și nu se modifică atunci când trece un curent mic, iar potențialul electrodului indicator este raportat în raport cu acesta. Se folosesc electrozi de clorură de argint și calomel. Electrodul de clorură de argint este un fir de argint acoperit cu un strat de AgCl și plasat într-o soluție de KCl. Potențialul electrodului este determinat de concentrația ionului de clor din soluție:

Electrodul de calomel este format din mercur metalic, calomel și o soluție KCI. Potențialul electrodului depinde de concentrația ionilor de clorură și de temperatură.

Electrod indicator- Acesta este un electrod care răspunde la concentrația de ioni detectați. Electrodul indicator își modifică potențialul cu modificări ale concentrației de „ioni care determină potențialul”. Electrozii indicatori sunt împărțiți în ireversibile și reversibile. Salturile în potențialul electrozilor indicatori reversivi la interfețe depind de activitatea participanților la reacțiile electrozilor în conformitate cu ecuațiile termodinamice; echilibrul se stabilește destul de repede. Electrozii indicatori ireversibili nu îndeplinesc cerințele celor reversibili. În chimia analitică se folosesc electrozi reversibili, pentru care ecuația Nernst este satisfăcută.

2. Electrozi metalici: schimb de electroni și schimb de ioni.

Schimbul de electroni electrod la interfață, are loc o reacție cu participarea electronilor. Electrozii de schimb de electroni sunt împărțiți în electrozi primul felși electrozi al doilea fel. Electrozii de primul fel sunt o placă metalică (argint, mercur, cadmiu) scufundată într-o soluție dintr-o sare foarte solubilă a acestui metal. Electrozii de al doilea tip sunt acoperiți cu metal cu un strat dintr-un compus slab solubil al acestui metal și cufundați într-o soluție dintr-un compus foarte solubil cu același anion (clorura de argint, electrozi de calomel).

Electrozi schimbători de ioni- electrozi, al căror potențial depinde de raportul dintre concentrațiile formelor oxidate și reduse ale uneia sau mai multor substanțe în soluție. Astfel de electrozi sunt fabricați din metale inerte, cum ar fi platina sau aurul.

3. Electrozi cu membrană Sunt o placă poroasă impregnată cu un lichid care este nemiscibil cu apă și capabil de adsorbția selectivă a anumitor ioni (de exemplu, soluții de chelați de Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ într-o soluție organică). Funcționarea electrozilor cu membrană se bazează pe apariția unei diferențe de potențial la interfață și pe stabilirea echilibrului de schimb între membrană și soluție.

Metoda potențiometrică de analiză.

Metoda potențiometrică de analiză se bazează pe măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție. În măsurătorile potențiometrice, se formează o celulă galvanică cu un electrod indicator și un electrod de referință și se măsoară forța electromotoare (EMF).

Tipuri de potențiometrie:

Potențiometrie directă utilizat pentru determinarea directă a concentrației pe baza potențialului electrodului indicator, cu condiția ca procesul electrodului să fie reversibil.

Potențiometrie indirectă se bazează pe faptul că o modificare a concentrației ionilor este însoțită de o modificare a potențialului la electrodul scufundat în soluția titrată.

În titrarea potențiometrică, punctul final este detectat printr-un salt de potențial cauzat de înlocuirea unei reacții electrochimice cu alta în conformitate cu valorile lui E° (potențial electrod standard).

Valoarea potențială depinde de concentrația ionilor corespunzători din soluție. De exemplu, potențialul unui electrod de argint scufundat într-o soluție de sare de argint se modifică odată cu concentrația de ioni Ag + din soluție. Prin urmare, prin măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție de sare dată de concentrație necunoscută, este posibil să se determine conținutul ionilor corespunzători din soluție.

Se numește electrodul, după potențialul căruia se apreciază concentrația ionilor determinați în soluție electrod indicator.

Potențialul electrodului indicator este determinat comparându-l cu potențialul altui electrod, care este de obicei numit electrod de referință. Ca electrod de referință, poate fi utilizat doar un electrod al cărui potențial rămâne neschimbat atunci când se modifică concentrația ionilor care se determină. Un electrod standard (normal) de hidrogen este utilizat ca electrod de referință.

În practică, un electrod de calomel mai degrabă decât un electrod de hidrogen este adesea folosit ca electrod de referință cu o valoare cunoscută a potențialului electrodului (Fig. 1). Potențialul unui electrod de calomel cu o soluție saturată de CO la 20 °C este de 0,2490 V.

Metoda conductometrică de analiză.

Metoda conductometrică de analiză se bazează pe măsurarea conductivității electrice a soluțiilor, care se modifică ca urmare a reacțiilor chimice.

Conductivitatea electrică a unei soluții depinde de natura electrolitului, de temperatura acestuia și de concentrația substanței dizolvate. Conductivitatea electrică a soluțiilor diluate se datorează mișcării cationilor și anionilor, caracterizate prin mobilitate diferită.

Odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea electrică crește pe măsură ce mobilitatea ionilor crește. La o anumită temperatură, conductivitatea electrică a unei soluții de electrolit depinde de concentrația acesteia: de regulă, cu cât concentrația este mai mare, cu atât conductivitatea electrică este mai mare! În consecință, conductivitatea electrică a unei soluții date servește ca indicator al concentrației substanței dizolvate și este determinată de mobilitatea ionilor.

În cel mai simplu caz de cuantificare conductometrică, când soluția conține un singur electrolit, se trasează un grafic al dependenței conductivității electrice a soluției analitului de concentrația acestuia. După ce s-a determinat conductivitatea electrică a soluției de testat, concentrația analitului se găsește din grafic.

Astfel, conductivitatea electrică a apei baritice se modifică direct proporțional cu conținutul de Ba(OH) 2 din soluție. Această dependență este exprimată grafic printr-o linie dreaptă. Pentru a determina conținutul de Ba(OH)2 în apa baritică de concentrație necunoscută, este necesar să se determine conductivitatea electrică a acestuia și, folosind graficul de calibrare, să se găsească concentrația de Ba(OH)2 corespunzătoare acestei valori a conductibilității electrice. Dacă un volum măsurat de gaz care conține dioxid de carbon este trecut printr-o soluție de Ba(OH)2, a cărei conductivitate electrică este cunoscută, atunci CO2 reacționează cu Ba(OH)2:

Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3 + H20

Ca urmare a acestei reacții, conținutul de Ba(OH) 2 din soluție va scădea și conductivitatea electrică a apei de baritică va scădea. Măsurând conductibilitatea electrică a apei barite după ce aceasta a absorbit CO 2, este posibil să se determine cât de mult a scăzut concentrația de Ba(OH) 2 din soluție. Pe baza diferenței dintre concentrațiile de Ba(OH) 2 din apa baritică, este ușor de calculat cantitatea de absorbție absorbită.

ANALIZA CHIMICA

Chimie analitică. Sarcini și etape ale analizei chimice. Semnal analitic. Clasificări ale metodelor de analizăin spate. Identificarea substanțelor. Analiza fracționată. Analiză sistematică.

Sarcinile principale ale chimiei analitice

Una dintre sarcinile la realizarea măsurilor de protecție a mediului este înțelegerea tiparelor relațiilor cauză-efect dintre diferitele tipuri de activitate umană și schimbările care apar în mediul natural. Analiză- Acesta este principalul mijloc de control al poluării mediului. Baza științifică a analizei chimice este chimia analitică. Chimie analitică -știința metodelor și mijloacelor de determinare a compoziției chimice a substanțelor și materialelor. Metodă- aceasta este o modalitate destul de universală și justificată teoretic de a determina compoziția.

Cerințe de bază pentru metode și tehnici de chimie analitică:

1) acuratețe și reproductibilitate bună;

2) scăzut limita detectiei- acesta este cel mai scăzut conținut la care, folosind această metodă, prezența componentei analitice poate fi detectată cu o probabilitate de încredere dată;

3) selectivitate (selectivitate)- caracterizează influenţa interferentă a diverşilor factori;

4) gama de conținuturi măsurate(concentrații) folosind această metodă conform acestei metode;

5) expresivitate;

6) ușurință de analiză, posibilitate de automatizare, rentabilitate a determinării.

Analiza chimica- acesta este un complex în mai multe etape despre proces, care este un set de tehnici gata făcute și servicii corespunzătoare.

Sarcini de analiză

1. Identificarea obiectului, i.e. stabilirea naturii obiectului (verificarea prezenței anumitor componente principale, impurități).

2. Determinarea cantitativă a conținutului unei anumite componente din obiectul analizat.

Etapele analizei oricărui obiect

1. Enunțarea problemei și alegerea metodei și a schemei de analiză.

2. Eșantionarea (selectarea corectă a unei părți din eșantion permite tragerea unei concluzii corecte despre compoziția întregului eșantion). Încerca- aceasta face parte din materialul analizat, reprezentativ negativ A comprimându-i compoziţia chimică. În unele cazuri, întregul material analitic este utilizat ca probă. Timpul de păstrare a probelor colectate trebuie menținut la minimum l nom. Condițiile și metodele de depozitare trebuie să excludă pierderile necontrolate de compuși volatili și orice alte modificări fizice și chimice ale compoziției probei analizate.

3. Pregatirea probelor pentru analiza: transferarea probei in starea dorita (solutie, abur); separarea componentelor sau separarea celor interferente; concentrația componentelor;

4. Obținerea unui semnal analitic. Semnal analitic- aceasta este o modificare a oricărei proprietăți fizice sau fizico-chimice a componentei care se determină, legată funcțional de conținutul acesteia (formulă, tabel, grafic).

5. Prelucrarea semnalului analitic, i.e. separarea semnalului de zgomot. Zgomote- semnale false apărute în instrumentele de măsură, amplificatoare și alte dispozitive.

6. Aplicarea rezultatelor analizei. În funcție de proprietățile substanței utilizate ca bază pentru definiție, metodele de analiză sunt împărțite în:

Pe metode chimice analiză bazată pe o reacție chimică analitică, care este însoțită de un efect pronunțat. Acestea includ metode gravimetrice și titrimetrice;

- metode fizice și chimice, bazată pe măsurarea oricăror parametri fizici ai unui sistem chimic care depind de natura componentelor sistemului și se modifică în timpul reacției chimice (de exemplu, fotometria se bazează pe o modificare a densității optice a unei soluții ca urmare a reactia);

- metode fizice analize care nu au legătură cu utilizarea reacțiilor chimice. Compoziția substanțelor este determinată prin măsurarea proprietăților fizice caracteristice ale unui obiect (de exemplu, densitatea, vâscozitatea).

În funcție de valoarea măsurată, toate metodele sunt împărțite în următoarele tipuri.

Metode de măsurare a mărimilor fizice

Mărimea fizică măsurată	Numele metodei
	Gravimetrie
	Titrimetrie
Potențialul electrodului de echilibru	Potențiometrie
Rezistența la polarizare a electrodului	Polarografie
Cantitatea de energie electrică	Coulometrie
Conductibilitatea electrică a soluției	Conductometrie
Absorbția fotonilor	Fotometrie
Emisia de fotoni	Analiza spectrală a emisiilor

Identificarea substanțelor se bazează pe metode de recunoaștere calitativă a obiectelor elementare (atomi, molecule, ioni etc.) care alcătuiesc substanțele și materialele.

Foarte des, proba de substanță analizată este transformată într-o formă convenabilă pentru analiză prin dizolvarea acesteia într-un solvent adecvat (de obicei apă sau soluții apoase de acizi) sau fuzionarea cu un compus chimic și apoi dizolvarea acestuia.

Metodele chimice de analiză calitativă se bazează pe folosind reacții ale ionilor identificați cu anumite substanțe - reactivi analitici. Astfel de reacții trebuie să fie însoțite de precipitarea sau dizolvarea unui precipitat; apariția, schimbarea sau dispariția culorii soluției; eliberare de gaz cu un miros caracteristic; formarea de cristale de o anumită formă.

Reacții care apar în soluții prin metoda de executare clasificate în eprubetă, metode microcristaloscopice și picături. Reacțiile microcristaloscopice sunt efectuate pe o lamă de sticlă. Se observă formarea cristalelor de formă caracteristică. Reacțiile cu picături sunt efectuate pe hârtie de filtru.

Reacţiile analitice utilizate în analiza calitativă sunt după domeniul de aplicareîmpărțit:

1.) pe reacții de grup- acestea sunt reacții pentru precipitarea unui întreg grup de ioni (se folosește un reactiv, care se numește grup);

2;) reactii caracteristice:

a) selectiv (selectiv)- dau reacții analitice identice sau similare cu un număr limitat de ioni (2~5 buc.);

b) specific (foarte selectiv)- selectivă în raport cu singur componentă.

Există puține reacții selective și specifice, așa că sunt utilizate în combinație cu reacții de grup și tehnici speciale pentru a elimina influența interferentă a componentelor prezente în sistem împreună cu substanța analizată.

Sunt analizate amestecuri simple de ioni folosind metoda fracționată Fără separarea prealabilă a ionilor de interferență, ionii individuali sunt determinați folosind reacții caracteristice. M ion negativ- acesta este un ion care, in conditiile depistarii celui dorit, da un efect analitic asemanator cu acelasi reactiv sau un efect analitic care mascheaza reactia dorita. Detectarea diferiților ioni în analiza fracționată se realizează în porțiuni separate ale soluției. Dacă este necesar să eliminați ionii de interferență, utilizați următoarele metode de separare și camuflaj.

1. Transferul ionilor de interferență în sediment. Baza este diferența de mărime a produsului de solubilitate al precipitatelor rezultate. În acest caz, PR-ul conexiunii ionului determinat cu reactivul trebuie să fie mai mare decât PR-ul compusului ionului de interferență.

2. Legarea ionilor de interferență într-un compus complex stabil. Complexul rezultat trebuie să aibă stabilitatea necesară pentru a realiza legarea completă a ionului care interferează, iar ionul dorit nu trebuie să reacţioneze deloc cu reactivul introdus sau complexul său trebuie să fie fragil.

3. Modificarea stării de oxidare a ionilor interferanți.

4. Utilizarea extractiei. Metoda se bazează pe extracția ionilor interferenți din soluții apoase cu solvenți organici și separarea sistemului în părți componente (faze) astfel încât componentele interferente și determinate să fie în faze diferite.

Avantajele analizei fracționate:

Viteza de execuție, deoarece timpul pentru operațiuni îndelungate de separare secvențială a unor ioni de alții este redus;

Reacțiile fracționale sunt ușor de reprodus, de exemplu. pot fi repetate de mai multe ori. Cu toate acestea, dacă este dificil să selectați reacții selective (specifice) pentru detectarea ionilor, mascarea reactanților și calcularea completității

îndepărtarea ionilor și alte motive (complexitatea amestecului) recurg la efectuarea unei analize sistematice.

Analiză sistematică- aceasta este o analiză completă (detaliată) a obiectului studiat, care se realizează prin împărțirea tuturor componentelor din eșantion în mai multe grupuri într-o anumită secvență. Împărțirea în grupuri se bazează pe asemănările (în cadrul grupului) și diferențele (între grupuri) ale proprietăților analitice ale componentelor. Într-un grup de analiză dedicat, se utilizează o serie de reacții de separare secvențială până când doar componentele care dau reacții caracteristice cu reactivi selectivi rămân într-o fază (Fig. 23.1).

Au fost elaborate mai multe clasificări analitice ka tioni și anioni în grupuri analitice, care se bazează pe utilizarea de reactivi de grup (adică, reactivi pentru izolarea unui întreg grup de ioni în condiții specifice). Reactivii de grup în analiza cationilor servesc atât la detecție, cât și la separare, iar în analiza anionilor servesc doar la detecție (Fig. 23.2).

Analiza amestecurilor de cationi

Reactivii de grup în analiza calitativă a cationilor sunt acizi, baze tari, amoniac, carbonați, fosfați, sulfați de metale alcaline, agenți de oxidare și agenți reducători. Gruparea substanțelor în grupuri analitice se bazează pe utilizarea asemănărilor și diferențelor în proprietățile lor chimice. Cele mai importante proprietăți analitice includ capacitatea unui element de a forma diferite tipuri de ioni, culoarea și solubilitatea compușilor, capacitatea de a intra V anumite reactii.

Reactivii de grup sunt selectați dintre reactivii obișnuiți deoarece reactivul de grup este necesar să elibereze un număr relativ mare de ioni. Principala metodă de separare este precipitarea, adică. împărțirea în grupuri se bazează pe solubilitatea diferită a precipitatelor de cationi în anumite medii. Când se ia în considerare acțiunea reactivilor de grup, se pot distinge următoarele grupuri (Tabelul 23.2).

În plus, rămân trei cationi (Na +, K +, NH4), care nu formează precipitare cu reactivii de grup indicați. Ele pot fi, de asemenea, separate într-un grup separat.

Grupuri de cationi

Pe lângă abordarea generală indicată, atunci când se aleg reactivii de grup, aceștia pornesc de la valorile produșilor de solubilitate ai precipitației, deoarece prin variarea condițiilor de precipitare este posibilă separarea substanțelor dintr-un grup prin acțiunea aceluiași reactiv. .

Cea mai utilizată este clasificarea acido-bazică a cationilor. Avantajele metodei acido-bazice de analiză sistematică:

a) se folosesc proprietățile de bază ale elementelor - relația lor cu acizi și alcalii;

b) grupe analitice de cationi într-o măsură mai mare cu corespund grupelor sistemului periodic de elemente D.I. Mendeleev;

c) timpul de analiză este redus semnificativ comparativ cu metoda hidrogenului sulfurat. Studiul începe cu teste preliminare, în care pH-ul soluției este stabilit cu ajutorul unui indicator universal și ionii NH 4, Fe 3+, Fe 2+ sunt detectați prin reacții specifice și selective.

Împărțirea în grupuri. Schema generală de împărțire în grupuri dat în tabel. 23.3. În soluția analizată, în primul rând, se separă cationii grupelor I și II. Pentru a face acest lucru, 10-15 picături de soluție sunt plasate într-o eprubetă și se adaugă prin picurare un amestec de 2M HCI și 1M H2S04. Se lasă precipitatul timp de 10 minute, apoi se centrifuge și se spală cu apă acidulată cu HC1. În sediment rămâne un amestec de cloruri și sulfați Ag +, Pb 2+, Ba 2+, Ca 2+. Este posibilă prezența sărurilor bazice de antimoniu. În soluție există cationi din grupele III-VI.

Grupa III este separată de soluție prin adăugarea de câteva picături de 3% H202 și exces de NaOH cu încălzire și agitare. Excesul de peroxid de hidrogen este îndepărtat prin fierbere. În precipitat se găsesc hidroxizi de cationi din grupele IV-V, în soluție sunt cationi din grupele III și VI și parțial Ca2+, care pot să nu precipite complet sub formă de CaS04 în timpul separării grupelor I și II. .

Cationii din grupa V sunt separați de sediment. Precipitatul este tratat cu Na2C03 2N şi apoi cu NH3 în exces în timpul încălzirii. Cationii din grupa V trec în soluție sub formă de amoniac, în sediment - carbonați și săruri bazice ale cationilor din grupa IV.

Virtutea analizei sistematice- obtinerea de informatii suficient de complete despre compozitia obiectului. Defect- volum, durata, intensitatea travaliului. Proiectele complete pentru analiza calitativă sistematică sunt rareori implementate. De obicei sunt folosite parțial dacă există informații despre originea, compoziția aproximativă a probei, a Asa de același lucru în cursurile de pregătire în chimie analitică.

Hidroxidul de magneziu se dizolvă într-un amestec de NH 3 + NH 4 C1. Astfel, după separarea cationilor în grupe, s-au obţinut patru eprubete conţinând a) un precipitat de cloruri şi sulfaţi de cationi din grupele I-P; b) o soluţie dintr-un amestec de cationi din grupele III şi VI; c) o soluţie de cationi de amoniac din grupa V; d) sediment de carbonaţi şi săruri bazice ale cationilor din grupa IV. Fiecare dintre aceste obiecte este analizat separat.

Analiza amestecurilor de anioni

Caracteristicile generale ale anionilor studiati. Anionii sunt formați în principal din elemente din grupele IV, V, VI și VII ale sistemului periodic. Același element poate forma mai mulți anioni care diferă în proprietățile lor. De exemplu, sulful formează anioni S 2 -, S0 3 2 ~, S0 4 2 ~, S 2 0 3 2 ~ etc.

Toți anionii sunt constituenți ai acizilor și raport sărurile corespunzătoare. În funcție de substanța din care face parte anionul, proprietățile sale se schimbă semnificativ. De exemplu, ionul SO 4 2 " din compoziția acidului sulfuric concentrat se caracterizează prin reacții de oxidare-reducere, iar în compoziția sărurilor - reacții de precipitare.

Starea anionilor dintr-o soluție depinde de mediul soluției. Unii anioni se descompun sub acțiunea acizilor concentrați cu eliberarea gazelor corespunzătoare: CO 2 (anion CO 2-3), H 2 S (anion S 2), N0 2 (anion N0 3), etc. Sub acțiune de acizi diluați, anioni MoO 4 2 - , W0 4 2 ~, SiO 3 2 "formă acizi insolubili în apă (H 2 Mo0 4, H 2 W0 4 * H 2 0, H 2 SiDESPRE 3 ). Anionii acizilor slabi (C0 3 2 ~, P0 4 ", Si0 3 2 ~, S 2 ") în soluții apoase sunt parțial sau complet hidrolizați, de exemplu:

S2" + H20 →HS" + OH_.

Majoritatea elementelor care formează anioni au valență variabilă și, atunci când sunt expuse agenților oxidanți sau reducători, modifică gradul de oxidare, iar compoziția anionului se modifică. Ionii de clorură, de exemplu, pot fi oxidați la C1 2, ClO", ClO 3, ClO 4. Ionii de iodură, de exemplu, sunt oxidați la I 2, IO 4; ionul de sulfură S 2 ~ - la S0 2, SO 4 2 - anionii N03 pot fi redusi la N02, NO, N2, NH3.

Anionii reducători (S 2 ~, I -, CI -) reduc ionii Mn0 4 - în mediu acid, provocând decolorarea acestora. Ioni oxidanți (NU3 , CrO 4 2 ", V0 3 - , Mn0 4 ~) oxidează ionii de iodură în acid Ai mediu până la un ion liber, difenilamina este colorată în albastru Aceste proprietăți sunt utilizate pentru analiza calitativă, proprietățile redox ale ionilor de cromat, nitrat, iodură, vanadat, molibdat, tungstat. al lor reacții caracteristice.

Reacții de grup ale anionilor. Reactivii pe baza acțiunii lor asupra anionilor sunt împărțiți în următoarele grupe:

1) reactivi care descompun substanțele cu eliberarea de gaze. Astfel de reactivi includ acizi minerali diluaţi (HC1, H2SO4);

2) reactivi care eliberează anioni din soluții sub formă de precipitare ușor dizolvată (Tabelul 23.4):

a) BaCl 2 în mediu neutru sau în prezenţa Ba(OH) 2 precipită: SO 2-, SO, 2 ", S 2 0 3 2 ~, CO 3 2 ", PO 4 2 ", B 4 0 7 2~, As034", Si032";

b) AgNO 3 în 2n HNO 3 precipită: SG, Br -, I -, S 2- (SO 4 2 numai în soluţii concentrate);

3) reactivi reducători (KI) (Tabelul 23.5);

4) reactivi de oxidare (KMn0 4, soluţie de I 2 în KI, HNO 3 (conc), H 2 SO 4).

În timpul analizei, anionii, în general, nu interferează cu detectarea reciprocă, prin urmare reacțiile de grup sunt utilizate nu pentru separare, ci pentru verificarea preliminară a prezenței sau absenței unui anumit grup de anioni.

Metode sistematice de analiză a unui amestec de anioni, bazate pe nou la împărțirea lor în grupuri, sunt rar utilizate, în principal zom pentru studiul amestecurilor simple. Cu cât amestecul de anioni este mai complex, cu atât schemele de analiză devin mai greoaie.

Analiza fracționată vă permite să detectați anioni care nu interferează unul cu celălalt în porțiuni separate ale soluției.

Metodele semi-sistematice presupun separarea anionilor în grupuri folosind reactivi de grup și detectarea ulterioară fracționată a anionilor. Acest lucru duce la o reducere a numărului de operații analitice secvențiale necesare și în cele din urmă simplifică schema de analiză pentru un amestec de anioni.

Starea actuală a analizei calitative nu se limitează la schema clasică. În analiză ca anorganică, Asa deși substanțe organice, se folosesc adesea metode instrumentale, precum luminiscente, spectroscopice de absorbție, diverse metode electrochimice, „care sunt variante de cromatografie etc. Cu toate acestea, într-o serie de cazuri (laboratoare de teren, fabrici expres etc.), analiza clasică, datorită simplității, accesibilității și costului redus, nu și-a pierdut semnificația.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați 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.

Postat pe 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 instrumente de analiză chimică și asigură implementarea acesteia.

Analiza chimică este un mijloc important de monitorizare a producției și de evaluare a calității produselor într-un număr de sectoare industriale, cum ar fi metalurgia feroasă și neferoasă, inginerie mecanică, producția de materiale pure și ultrapure pentru industria electronică, minerit, rafinarea petrolului chimic. , industria petrochimică, farmaceutică și alimentară, serviciul geologic etc. Fără analiză chimică, este imposibil de rezolvat problemele de protecție a mediului, de funcționare a complexului agro-industrial, de diagnosticare medicală și de dezvoltare a biotehnologiei.

Baza științifică a analizei chimice este chimia analitică, care dezvoltă bazele teoretice ale metodelor analitice sau le împrumută din domenii conexe ale științei chimice și fizice și le adaptează la scopurile sale. 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 de cunoaștere științifică, o secțiune a științei chimice, iar serviciul analitic este un sistem de satisfacere a nevoilor societății în analize chimice.

Scopul lucrării de curs la disciplina „Chimie analitică și metode fizico-chimice de analiză” este de a stăpâni principiile de bază ale analizei calitative și cantitative.

Scopul este atins prin rezolvarea unei sarcini specifice pentru analiza unei substanțe necunoscute, efectuând calcule titrimetrice metoda de analiză și construcție a 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 detectarea elementelor și ionilor pe care îi formează care fac parte atât din substanțele simple, cât și din cele complexe. Acest lucru se realizează folosind reacții chimice caracteristice unui cation sau anion dat, făcând posibilă detectarea lor atât în ​​substanțe individuale, cât și în amestecuri.

Reacțiile chimice potrivite pentru analiza calitativă trebuie să fie însoțite de un efect extern vizibil. Aceasta poate fi: eliberarea de gaz, schimbarea culorii soluției, precipitarea, dizolvarea precipitatului, formarea de cristale de formă caracteristică.

În primele patru cazuri, progresul reacției este observat vizual, iar 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 este mic, prin urmare, atunci când se analizează un amestec complex, se recurge 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 componente numite grupuri analitice. Do aceasta se realizează cu ajutorul unor reactivi speciali (de grup) care reacționează cu un număr de ioni în aceleași condiții pentru a forma compuși cu proprietăți similare - precipitate slab solubile sau complexe solubile stabile. Acest lucru vă permite să împărțiți un amestec complex în componente mai simple. Analiza calitativă constă din următoarele etape:

Observații preliminare;

Teste preliminare;

Efectul acizilor asupra unei probe uscate;

Transferarea probei analizate în soluție ;

Analiza calitativă sistematică (sau fracționată) a cationilor și

La efectuarea reacțiilor analitice, trebuie respectate anumite condiții. Acestea includ concentrația substanțelor care reacţionează, reacția mediului și temperatura.

1.2 Tehnici și metode de bază pentru analiza unui eșantion necunoscut. Pregătirea unei substanțe pentru analiză

Când începeți să studiați compoziția chimică a unei anumite substanțe, trebuie mai întâi să o examinați cu atenție, determinându-i aspectul, culoarea, mirosul, gradul de măcinare (pulbere, amestec cu granulație grosieră sau cu granulație fină, masă solidă etc.), prezența fazelor cristaline sau amorfe și pregătiți-le 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, foarte importantă a întregului studiu.

Pe baza culorii probei analizate, se pot face presupuneri cu privire la prezența sau absența anumitor cationi în acesta. Dacă, de exemplu, obiectul analizat este o masă transparentă sau albă incoloră, atunci aceasta indică absența în el a unor cantități semnificative de cationi colorați - 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 trece la o analiză sistematică a cationilor și anionilor.

Teste preliminare

Testele preliminare permit stabilirea prezenței anumitor elemente, a căror detectare este dificilă în timpul analizei sistematice.

Colorare cu flacără

Pentru a testa colorarea la flacără, luați un fir de 60 mm lungime și 2-3 mm în diametru. Un capăt al acestuia este îndoit într-o buclă, celălalt capăt este lipit într-o tijă de sticlă, care servește drept mâner. Firul trebuie curățat bine prin calcinare repetată la cea mai fierbinte flacără a arzătorului neluminoasă. 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 introduc in flacara arzatorului. Ioni diferiți dau flăcării următoarele culori:

Roșu carmin……………………Sr 2+,Li 2+

Roșu cărămidă……………………………….Ca 2+

Galben………………………………….Na +

Galben-verde……………………………Ba 2+

Albastru-verde……………………………..Te

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 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 de analit solid, se poate aprecia uneori prezența anumitor cationi și anioni în analit.

Pentru a efectua acest test, o mică parte din substanța analizată este plasată pe fundul unei eprubete refractare (~7 cm lungime) și proba este încălzită, fixând eprubeta în poziție orizontală, în flacăra unui gaz. arzător. În timpul descompunerii termice a probei, se eliberează produse de termoliză gazoasă, dintre care unii se condensează la capătul rece al eprubetei.

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

Sublimează culoarea Produse posibile de termoliză

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

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

Metal oglindă…………….Arsen 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 (cu eliberarea de apă, hidroxizi, acid. şi sărurile bazice, iar compuşii organici se descompun).

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

Pe lângă vaporii de iod violet, pot fi eliberați vapori de brom maro (posibil prezenți vibrația ionilor de bromură și a altor anioni care conțin brom), vapori galben-maronii de oxizi de azot (posibilă prezență de nitrați și nitriți), precum și CO gazos (posibilă prezență de oxalați), CO 2 (posibilă prezență de carbonați, oxalați) , C1 2 (posibilă prezență de ioni de clor și alți anioni care conțin clor), SO 2 (posibilă prezență de sulfiți, tio-sulfați), SO 3 (posibilă prezență de sulfați), NH 3 (posibilă prezență de săruri de amoniu), O 2 (posibila prezență a peroxizilor, nitraților, cromaților, dicromaților etc.).

Acțiunea este diluată acid sulfuric hidric (~1 mol/l).

Acidul sulfuric diluat înlocuiește acizii slabi din sărurile lor - carbonați, sulfiți, tiosulfați, sulfuri, cianuri, nitriți, acetați. Acizii slabi eliberați, care sunt instabili într-un mediu acid, fie se volatilizează, fie se descompun formând produse gazoase.

Dacă în proba analizată sunt prezenți carbonați, 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 - vapori 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 din substanța analizată este luată într-o eprubetă și se adaugă acid sulfuric diluat în picătură. Eliberarea gazelor indică prezența în proba analizată a anionilor de mai sus a acizilor slabi care sunt instabili într-un mediu acid.

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

Dacă în substanța analizată sunt prezente fluoruri, se eliberează vapori de fluorură de hidrogen HF; în prezența clorurilor - vapori de HC1 și clor gazos C1 2; în prezența bromurilor - vapori HBr și gaz brom galben Br 2; în prezența iodurilor - vapori de iod violet J 2; în prezența tiocianaților - dioxid de sulf gazos SO 2; în prezenţa oxalaţilor - CO oxid gazos incolor şi CO 2 dioxid de carbon.

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

Pentru a efectua acest test, se ia un amestec de H 2 SO 4 diluat cu KJ, se adaugă câteva cristale ale substanței de testat, zdrobite în prealabil la starea de pulbere, sau 3-4 picături dintr-o soluție a substanței de testat (dacă substanța este solubil). În prezența agenților oxidanți, se eliberează iod liber, care este detectat prin culoarea maro a soluției sau cu ajutorul amidonului. Această reacţie este dată de ionii 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 din substanța analizată se adaugă într-o eprubetă, se adaugă câțiva mililitri de apă distilată și amestecul se agită o perioadă de 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 și soluția rezultată este analizată în continuare. O mică parte din proba solidă originală este păstrată pentru teste repetate sau de verificare, dacă este necesar.

Analiza pentru cationi

Un grup analitic este 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 - Împărțirea 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 alcali 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 alcalii caustici în exces
Ni2+, Co2+, Cu2+	Exces de 25% NH3	Ni(NH3) 4 2+, Co(NH 3) 4 2+, Cu(NH 3) 6 2+	Hidroxizii sunt solubili în exces de amoniac

Analiza anionica 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 este prezentat 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 ai grupelor analitice sunt prezenți în soluție și apoi se determină anionii din aceasta.

1.3 Progrese în determinarea compoziției probei necunoscute

S-a dat pentru analiză o substanță, care a fost un amestec de două săruri (eprubeta nr. 13). În funcție de stare, sărurile pot conține 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 -

Substanța este analizată în conformitate cu schema descrisă la punctul 1.2.

Teste preliminare

Substanța eliberată este un amestec cu granulație fină de cristale și boabe incolore. Pe baza culorii substanței, se poate presupune că nu conține 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 din substanta analizata pe un fir 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+

Test pentru produsele de descompunere termică

Asezam o mica portie din substanta analizata pe fundul unei eprubete refractare si o incalzim in flacara unui arzator. 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 date mai jos:

Descompunerea nitraților:

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

Me(NO3)2 > 2MeO+ + 2NO 2 + O 2 (1)

b) nitraţi de argint, mercur etc.

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

Absența unui strat întunecat pe pereții părții reci a eprubetei indică, de asemenea, absența iodurilor în prezența agenților de oxidare.

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

Efectul acidului sulfuric diluat

Adăugați câteva picături de H2SO4 diluat la o cantitate mică de substanță distribuită și încălziți-o în flacăra arzătorului. 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.

Efectul acidului sulfuric concentrat

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

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

CI - + 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 observăm, prin urmare, anionii Cl - , I - sunt probabil absenți în substanța analizată.

Testarea prezenței agenților oxidanți

Se ia un amestec de H2SO4 cu KI , se adaugă câteva cristale din analit. Eliberarea de iod liber, care face ca soluția să devină brună conform ecuațiilor (7-9), nu are loc, pe baza cărora putem presupune că anionii 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

La o mică parte din substanța analizată se adaugă un amestec de soluții diluate de KMnO 4 + H 2 SO 4. Nu se observă decolorarea soluției în conformitate cu ecuațiile (10-14) de mai jos, ceea ce indică posibila absență a

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. - (deoarece numai cu acești anioni, cationul de plumb descoperit în testele preliminare este complet dizolvat în apă).

Testarea prezenței NH4

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

Test pentru Fe 2+

Adăugăm câteva picături de soluție de HCl în eprubeta cu substanța analizată și o soluție de sare roșie din sânge K 3. Nu observăm colorarea albastră a soluției în conformitate cu ecuația de mai jos (15), prin urmare, Fe 2 + cationul 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 în eprubeta cu soluția substanței analizate. Nu observăm o culoare roșie sânge în conformitate cu ecuația (16), prin urmare, cationul Fe 3+ este absent.

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

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

Analiză sistematică

Test pentru cationi

Test pentru cationii din a doua grupă analitică

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

Chimia procesului:

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

Ag + +HCl>AgClv (18)

Să verificăm precipitatul rezultat 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 precizie 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)

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

PbI2v + CH3COOH> I+HI. (20)

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

Deoarece cationul de plumb interferează cu descoperirea cationilor celui de-al treilea și al primului grup analitic, este necesar să-l separă. Pentru a face acest lucru, adăugați câteva picături de HCI 10 N în soluția substanței analizate, amestecați cu o tijă de sticlă și filtrați. Se spală sedimentul 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 deja deschis Pb 2+ Apoi adăugați câteva picături de soluție de sulfat de amoniu (NH4 ) 2 SO 4 la filtrat și 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 conţine posibil cationi K+, Na+, Ca2+ Precipitatul care conţine Pb2+ şi eventual conţinând cationi Ba2+, Ca2+ este tratat cu o soluţie fierbinte 30% de CH3COONH4 până la PbSO4. se îndepărtează complet, se filtrează, se spală precipitatul 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, încălzind pe o plasă de azbest în flacăra unui arzător cu gaz. . După răcire, adăugați câțiva mililitri de apă în cana de porțelan, amestecați, lăsați să se aseze și scurgeți 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. Spălăm precipitatul cu apă caldă până când anionii SO 4 2- sunt complet îndepărtați. Se dizolvă precipitatul într-o eprubetă într-o porție mică de acid acetic și se spală cu o cantitate mică de apă distilată. În continuare, vom analiza prezența cationului Ba 2+ pentru a face acest lucru, adăugați câteva picături de soluție de cromat de potasiu K 2 CrO 4 la soluția rezultată, prin urmare, cationul Ba 2+ este absent; Să verificăm soluția rezultată pentru prezența cationului Ca 2+, adăugăm carbonat de sodiu, amestecăm cu o baghetă de sticlă, nu observăm formarea unui precipitat, prin urmare, nu există cation Ca 2+. Să verificăm filtratul nr. 2 pentru prezența cationului K + pentru a face acest lucru, adăugați o soluție de Na 3 și puțin acid acetic la filtrat nu se formează un precipitat de sare complexă de cobalt; K + cation. 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 nu există cation Na +. Pentru a deschide cationii grupelor a patra, a cincea și a șasea, adăugăm hidroxid de sodiu la filtratul rămas după separarea plumbului, prin urmare, nu există cationi în amestecul analizat; 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, altfel ar avea loc precipitarea atunci când este dizolvată 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 în soluția amestecului analizat, nu observăm o colorare 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 de 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 rezultate (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= C 6 H 4 = C 6 H 4 =N- C6H5 (21)

Conform condiţiilor sarcinii din emisiunea amestecurile pot conține două anion. Pe baza rezultatelor testelor preliminare prezența anionilor NU 2 - , ASA DE 4 2- , CO 3 2- , ASA DE 3 2- , P.O. 4 3- , Cl - , eu - - exclus, prin urmare, anionul este prezent în amestecul analizat CH 3 GÂNGURI - , a cărui prezență este confirmată de eliberarea de vapori de oțet sub acțiunea acidului sulfuric diluat (testări preliminare ecuația (3) ).

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

Analizând datele experimentale și observațiile preliminare, ajungem la concluzia 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) Pb(OSOCH 3) 2 - cristale incolore; p.p. 280 °C; -- 960,90 kJ/mol; la topire, se evaporă parțial, la temperaturi mai ridicate se descompune în Pb, CO 2 , H 2 O și acetonă. Solubilitate în apă (g în 100 g): 29,3 (10 °C), 55,2 (25 °C) și 221,0 (50 °C);

Azotat 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 secvenţială de oxonitrat Pb(NO 3) 2 2РbО, Pb(NO 3) 2, 5РbО și oxid РbО la 500- 550 °С. Solubilitate în apă (g în 100 g): 45,5 (10°C), 58,5 (25°C), 91,6 (60°C) și 116,4 (80°C).

Într-adevăr, substanța emisă, constând probabil din săruri de Pb(NO 3) 2 și (CH 3 COO) 2 Pb, este un amestec de cristale incolore, care este în concordanță cu datele de referință de mai sus. Flacăra arzătorului (în timpul testului colorant tribal) devine albastru pal, indicând prezența plumbului în proba eliberată. Când este calcinat, analitul se descompune cu eliberarea de vapori galbeni corespunzători ecuației (22), aceasta confirmă prezența azotatului de plumb în acest amestec.

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

Când acid sulfuric diluat a fost aplicat pe o probă uscată, s-a observat eliberarea de vapori cu un miros caracteristic de oțet, prin urmare, acetat de plumb a fost prezent în acest amestec. Astfel, prin compararea datelor de referință, a rezultatelor observațiilor preliminare și a datelor experimentale, ajungem la concluzia că se confirmă ipoteza făcută anterior despre compoziția amestecului.

probă necunoscută de reacție cu acid sulfuric

2. Calculul curbei teoretice de titrare

2.1 Baza teoretică a analizei titrimetrice

Analiza titrimetrică se bazează pe măsurarea cantității (volum sau masă) dintr-o soluție de titrant (un 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 substanță care se determină. Soluția de reactiv utilizată în analiza titrimetrică se numește titrată sau standard. concentrația soluțiilor în analiza titrimetrică se exprimă prin numărul de echivalenți gram pe litru de soluție.

Metodele titrimetrice sunt împărțite în două grupuri mari. Prima grupă include metode bazate pe reacții ionice: neutralizare, precipitare și complexare. Al doilea grup include metode redox bazate pe reacții de oxidare-reducere care implică transferul de electroni de la o particulă la alta. Reacțiile utilizate trebuie să îndeplinească o serie de cerințe. Reacția trebuie să se desfășoare cantitativ conform unei ecuații specifice, fără reacții secundare. Reacția trebuie să se desfășoare cu o viteză suficientă, deci este necesar să se creeze condiții optime pentru a asigura o reacție rapidă. Stabilirea punctului de echivalență trebuie făcută în mod 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 azotat de argint, cloruri, ioduri, cianuri, tiocianați; la mercurometrie, bazată pe titrare cu o soluție de azotat mercuric.

Metodele de complexare se bazează pe utilizarea reacțiilor în care se formează compuși complecși. Acestea sunt împărțite în mercurometrie, bazată pe titrare cu o soluție de azotat de mercur(II), care produce clorură de mercur(II) ușor disociată, pe baza utilizării reactivilor-complexoni organici; fluorometrie bazată pe utilizarea NaF.

Metodele de oxido-reducere se bazează pe utilizarea diverșilor agenți oxidanți și reducători pentru titrare.

Permanganatometrie. Metoda a fost propusă în 1846. F.Margueritte 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 o soluție de Ce(SO 4) 2 ca agent oxidant. Sulfatul de ceriu este utilizat pentru titrarea multor agenți reducători în soluții puternic acide de săruri de fier (II), acizi arsenos, oxalici etc.

Titanometrie. Sărurile de titan(III) sunt utilizate ca agenți reducători energetici 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 reacții 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

Complexometria (chelatometrie), o metodă titrimetrică de analiză bazată pe formarea de compuși intra-complex puternici (chelați) între cationii metalici și complexoni. cei mai des utilizați sunt acizii iminodiacetic, nitrilotriacetic (Complexon I) și etilendiaminotetraacetic (Complexon II), sarea disodică a acestuia din urmă (Complexon III, EDTA), precum și acid 1,2-diaminociclohexanetetraacetic (Complexon IV). Utilizarea pe scară largă a complexonilor II și III se datorează faptului că reacțiile lor cu cationii metalici decurg complet și în conformitate cu stoichiometria, soluțiile lor sunt stabile în timpul depozitării; Acești reactivi sunt disponibili și pot fi preparați la puritate ridicată. Punctul final al titrarii este determinat vizual de modificări ale culorii indicatorilor complexometrici (indicatori metalici), precum și potențiometric, fotometric, amperometric sau alte metode.

Complexonii sunt reactivi neselectivi. Selectivitatea complexonilor este crescută prin diverse metode: scăderea pH-ului mediului, izolarea (precipitarea, extracția) ionului care se determină, mascarea, modificarea stării 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. Diverse metode de titrare complexometrică pot fi următoarele: directă, inversă, 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 ar trebui să fie mai mare de 7. Dar acest lucru poate provoca precipitarea hidroxizilor metalici. Pentru prevenire se folosește un tampon de amoniac (pentru nichel, cupru, zinc și cadmiu) și se adaugă și tartrați sau citrați (pentru mangan și plumb). Deoarece la punctul de echivalență concentrația ionului determinat scade brusc, acest punct trebuie detectat printr-o schimbare a culorii indicatorului care formează un compus intracomplex cu cationul metalic. Indicatorul reacționează la modificările concentrației cationului metalic pMe în același mod în care un indicator de pH reacționează la modificările pH-ului. Astfel, se determină ionii Ca, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn etc. Înainte de metoda complexometrică, nu existau metode suficient de sigure pentru analiza compușilor care conțin aceste metale.

Titrarea inversă este utilizată atunci când pH-ul necesar pentru formarea complexului determină precipitarea metalului care este determinat și, de asemenea, atunci când nu este disponibil un indicator fiabil pentru ionul metalic. O soluție titrată de EDTA este adăugată într-un ușor exces la soluția de sare analizată. Setați pH-ul dorit prin introducerea unei soluții tampon. Excesul de EDTA este titrat cu o soluție de clorură de magneziu sau clorură de zinc. Punctul de echivalență este determinat de schimbarea culorii indicatorului. Se folosește și titrarea înapoi. Când un ion metalic reacționează lent cu EDTA sau cu un indicator metalic, de exemplu în cazul unui ion de nichel. Această metodă este utilizată în cazurile în care titrarea directă este imposibilă din cauza formării de precipitate slab 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. proces.

Titrarea prin deplasarea unui cation cu altul este utilizată atunci când nu este posibil să se selecteze un indicator adecvat pentru ionul care este determinat sau când un cation metalic la un pH dat nu poate fi transferat dintr-un precipitat într-o soluție. În acest caz, un compus cu o complexonă poate fi obținut printr-o reacție de schimb la titrarea unei sări a metalului care este 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 se determină cu complexul să fie mai puternic decât complexonatul de magneziu sau zinc. În prezent, s-au dezvoltat tehnici complexometrice pentru analiza multor obiecte.

Determinarea durității apei a fost prima aplicație practic importantă a EDTA în chimia analitică.

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

Titrarea complexometrică este, de asemenea, utilizată 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 au fost încă găsiți 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 de electrozi bimetalici de platină-tungsten, plumbul, cupru, zinc, nichel, cadmiu și 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 complexă cu indicarea fizico-chimică a punctului de echivalență.

2.3 Calculul curbei de titrare folosind complexometrie

Evaluați posibilitatea determinării titrimetrice și construiți 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.

Să scriem ecuația reacției titrimetrice:

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

Calculul curbei de titrare se reduce la calcularea 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 tampon de amoniu.

Să calculăm volumul titrantului folosind legea echivalenților:

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

Y 4- +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 K1, K2, K3, K4 sunt constantele de disociere treptat ale lui H4Y (K1 =1,0,10-2, K2 = 2,1,10-3, K3 = 6,9,10-7, K 4 =5,5 10 -11).

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

Să calculăm coeficienții reacțiilor concurente:

Zn 2+ participă, de asemenea, la reacții concurente de formare a compușilor complecși cu amoniac NH 3 în conformitate cu următoarele ecuații de reacție:

Zn2 + +NH3 Zn(NH3)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 titrare, în absența reacțiilor concurente care implică zinc, concentrația ionilor de Zn 2+ este egală cu concentrația sării de 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 disocierea complexonatului format conform ecuației (b) cu un exces de ioni de zinc poate fi neglijat.

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

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

Să efectuăm calculul 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 de constanta:

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, se calculează valorile pZn 2+ și pY 4- 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 un indicator.

Tabelul 3 prezintă date pentru calcularea modificărilor concentrației ionilor analitului și titrantului în funcție de volumul de titrant adăugat (cu condiția ca volumul soluției să nu se modifice în timpul procesului de titrare).

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

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

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

Selectarea indicatorului se efectuează în conformitate cu condițiile de titrare descrise în cartea de referință Lurie. După ce am comparat 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 de sare a apelor naturale este determinată de cationii Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + şi anionii HCO 3 -, Cl -, SO 4 2-. Acești ioni sunt numiți ioni majori de apă sau macrocomponente; ele determină tipul chimic al apei. Ionii rămași sunt prezenți în cantități mult mai mici și se numesc urme componente; nu determină tipul chimic al apei.

Pe baza anionului predominant, apele sunt împărțite în trei clase: hidrocarbonat, sulfat și clorură. Apele din fiecare clasă sunt împărțite, la rândul lor, în funcție de cationul predominant în trei grupe: calciu, magneziu și sodiu.

Apele naturale conțin și gaze dizolvate. Acestea sunt în principal gaze care difuzează în apă din atmosfera aerului, cum ar fi oxigenul, dioxidul de carbon, azotul. Dar, în același timp, hidrogenul sulfurat, radonul gazos radioactiv, precum și gazele inerte și alte gaze pot fi prezente în apele subterane sau din surse de alimentare cu apă necentralizate, ape minerale și termale.

Există mai multe metode pentru determinarea compoziției anionice a apei.

Metoda de titrare complexometrică

Determinarea multor anioni se bazează pe precipitarea compușilor lor slab solubili cu o soluție titrată a unui cation, al cărei exces este apoi titrat cu EDTA. Conform acestei metode, sulfatul este precipitat sub formă de BaS04 cu clorură de bariu și titrarea complexometrică ulterioară a excesului de ioni Ba2+ folosind o metodă specială. Fosfatul se precipită sub formă de MgNH4PO4 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. Permite determinarea anionilor anorganici și organici, a cationilor de metale alcaline și alcalino-pământoase, a cationilor de metale tranziționale, aminelor și a altor compuși organici în formă ionică. În întreaga lume, cromatografia ionică este utilizată mai des decât alte metode, oferind identificarea multor componente în orice apă. Cromatografele ionice sunt folosite pentru a efectua analize. Elementul principal al oricărui cromatograf este coloana analitică de separare. Analiza anionilor anorganici precum fluor, clor, nitrit, nitrat, sulfat și fosfat prin cromatografie ionică a fost cea mai comună metodă la nivel mondial timp de mulți ani. Pe lângă coloanele cromatografice ionice, au fost dezvoltate coloane de mare eficiență și sunt utilizate cu succes pentru determinarea principalelor anioni anorganici alături de anioni standard, detectează și oxianioni precum oxihalogenuri: clorit, clorat, bromat etc.

Argentometrie.

Argentometrie (din latină argentum - argint și greacă metreo - măsură), metodă titrimetrică pentru determinarea anionilor (Hal -, CN -, PO 4 3-, CrO 4 2- etc.) care formează compuși slab solubili sau complecși stabili cu ionii Ag + 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 unui eșantion necunoscut. Fundamentele analizei titrimetrice. Titrare complexometrică, calculul curbei de titrare cu ajutorul complexometriei. Determinarea compoziției anionice a apelor uzate.

lucrare de curs, adăugată 22.01.2011


Semnificația practică a chimiei analitice. Metode chimice, fizico-chimice și fizice de analiză. Prepararea unei substanțe necunoscute pentru analiză chimică. Sarcini 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. Efectul acidului sulfuric concentrat asupra nitraților solizi atunci când este încălzit. Descrierea substanței de către chimistul Hayyan. 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 determina compoziția ei 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. Producerea acidului sulfuric din sulf, pirite de sulf 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 ale producției de acid sulfuric. Scheme pentru producerea acidului sulfuric. Reacții pentru producerea acidului sulfuric din pirita minerală pe catalizator. Prepararea acidului sulfuric din sulfat de fier.

prezentare, adaugat 27.04.2015


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

rezumat, adăugat 23.01.2009


Obiective și metode de analiză calitativă și cantitativă. Sistem analitic de cationi. Legea acțiunii în masă. Teoria disocierii electrolitice. Reacții redox. Caracteristicile 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. Caracteristicile fenomenelor care însoțesc reacțiile pe căi umede (în soluții) și uscate.