A grande maioria das informações sobre substâncias, suas propriedades e transformações químicas foi obtida por meio de experimentos químicos ou físico-químicos. Portanto, o principal método usado pelos químicos deve ser considerado um experimento químico.

As tradições da química experimental evoluíram ao longo dos séculos. Mesmo quando a química não era uma ciência exata, na Antiguidade e na Idade Média, cientistas e artesãos, às vezes acidentalmente, às vezes propositalmente, descobriram maneiras de obter e purificar muitas substâncias que eram usadas na atividade econômica: metais, ácidos, álcalis, corantes e etc. Os alquimistas contribuíram muito para o acúmulo de tais informações (ver Alquimia).

Graças a isso, no início do século XIX. os químicos eram bem versados ​​nos fundamentos da arte experimental, em particular nos métodos de purificação de vários líquidos e sólidos, o que lhes permitiu fazer muitas descobertas importantes. No entanto, a química começou a se tornar uma ciência no sentido moderno da palavra, uma ciência exata, apenas no século 19, quando a lei das razões múltiplas foi descoberta e a teoria atômico-molecular foi desenvolvida. Desde aquela época, o experimento químico passou a incluir não apenas o estudo das transformações de substâncias e métodos de seu isolamento, mas também a medição de várias características quantitativas.

Um experimento químico moderno inclui muitas medições diferentes. Os equipamentos para a montagem de experimentos e vidraria química também mudaram. Em um laboratório moderno, você não encontrará retortas caseiras - elas foram substituídas por equipamentos de vidro padrão produzidos pela indústria e adaptados especificamente para realizar um determinado procedimento químico. Os métodos de trabalho também se tornaram padrão, que em nosso tempo não precisam mais ser reinventados por todos os químicos. A descrição dos melhores deles, comprovada por muitos anos de experiência, pode ser encontrada em livros didáticos e manuais.

Os métodos para estudar a matéria tornaram-se não apenas mais universais, mas também muito mais diversos. Um papel crescente no trabalho de um químico é desempenhado por métodos de pesquisa físicos e físico-químicos projetados para isolar e purificar compostos, bem como para estabelecer sua composição e estrutura.

A técnica clássica de purificação de substâncias era extremamente trabalhosa. Há casos em que os químicos passaram anos trabalhando no isolamento de um composto individual de uma mistura. Assim, sais de elementos de terras raras podem ser isolados na forma pura somente após milhares de cristalizações fracionadas. Mas mesmo depois disso, a pureza da substância nem sempre podia ser garantida.

Os métodos modernos de cromatografia permitem separar rapidamente uma substância das impurezas (cromatografia preparativa) e verificar sua identidade química (cromatografia analítica). Além disso, métodos clássicos, mas altamente aprimorados de destilação, extração e cristalização, bem como métodos modernos eficazes como eletroforese, fusão por zona, etc., são amplamente utilizados para purificar substâncias.

A tarefa do químico sintético após o isolamento de uma substância pura - estabelecer a composição e estrutura de suas moléculas - relaciona-se em grande parte à química analítica. Com a técnica tradicional de trabalho, também era muito trabalhoso. Na prática, como único método de medição, antes era usada a análise elementar, que permite estabelecer a fórmula mais simples do composto.

Para determinar a verdadeira fórmula molecular e estrutural, muitas vezes era necessário estudar as reações de uma substância com vários reagentes; isolar os produtos dessas reações individualmente, por sua vez, estabelecendo sua estrutura. E assim por diante - até que, com base nessas transformações, a estrutura da substância desconhecida não se tornasse óbvia. Portanto, o estabelecimento da fórmula estrutural de um composto orgânico complexo geralmente levava muito tempo, e esse trabalho era considerado completo, que terminava com uma contra-síntese - o recebimento de uma nova substância de acordo com a fórmula estabelecida para ela .

Este método clássico foi extremamente útil para o desenvolvimento da química em geral. Hoje em dia, raramente é usado. Como regra, uma substância desconhecida isolada após análise elementar é submetida a um estudo usando espectrometria de massa, análise espectral nas faixas do visível, ultravioleta e infravermelho, além de ressonância magnética nuclear. Uma derivação fundamentada de uma fórmula estrutural requer o uso de toda uma gama de métodos, e seus dados geralmente se complementam. Mas em vários casos, os métodos convencionais não dão um resultado inequívoco, e é preciso recorrer a métodos diretos para estabelecer a estrutura, por exemplo, à análise de difração de raios X.

Os métodos físico-químicos são usados ​​não apenas na química sintética. Eles não são de menor importância no estudo da cinética das reações químicas, bem como seus mecanismos. A principal tarefa de qualquer experimento no estudo da taxa de reação é a medição precisa da concentração variável no tempo e, além disso, geralmente muito pequena, do reagente. Para resolver este problema, dependendo da natureza da substância, pode-se usar métodos cromatográficos, vários tipos de análise espectral e métodos eletroquímicos (ver Química analítica).

A sofisticação da tecnologia atingiu um nível tão alto que tornou-se possível determinar com precisão a taxa de reações até “instantâneas”, como se acreditava anteriormente, como, por exemplo, a formação de moléculas de água a partir de cátions e ânions de hidrogênio. Com uma concentração inicial de ambos os íons igual a 1 mol/l, o tempo dessa reação é de vários centésimos de bilionésimos de segundo.

Os métodos de pesquisa físico-química também são especialmente adaptados para a detecção de partículas intermediárias de vida curta formadas durante as reações químicas. Para isso, os dispositivos são equipados com dispositivos de gravação de alta velocidade ou acessórios que garantem a operação em temperaturas muito baixas. Tais métodos capturam com sucesso os espectros de partículas cujo tempo de vida em condições normais é medido em milésimos de segundo, como os radicais livres.

Além dos métodos experimentais, os cálculos são amplamente utilizados na química moderna. Assim, o cálculo termodinâmico de uma mistura de substâncias reagentes permite prever com precisão sua composição de equilíbrio (ver Equilíbrio químico).

Cálculos de moléculas baseados na mecânica quântica e na química quântica tornaram-se universalmente reconhecidos e, em muitos casos, insubstituíveis. Esses métodos são baseados em um aparato matemático muito complexo e exigem o uso dos computadores eletrônicos mais avançados - computadores. Eles permitem que você crie modelos da estrutura eletrônica de moléculas que explicam as propriedades observáveis ​​e mensuráveis ​​de moléculas de baixa estabilidade ou partículas intermediárias formadas durante as reações.

Os métodos para estudar substâncias desenvolvidas por químicos e físico-químicos são úteis não apenas em química, mas também em ciências relacionadas: física, biologia, geologia. Nem a indústria, nem a agricultura, nem a medicina, nem a criminologia podem prescindir deles. Instrumentos físicos e químicos ocupam um lugar de honra nas naves espaciais, que são usadas para estudar o espaço próximo à Terra e planetas vizinhos.

Portanto, o conhecimento dos fundamentos da química é necessário para todas as pessoas, independentemente de sua profissão, e o desenvolvimento de seus métodos é uma das direções mais importantes da revolução científica e tecnológica.

Aula 9. Fundamentos da análise quantitativa.

1. Classificação dos métodos de análise química.

2. Tipos de determinações gravimétricas.

3. Características gerais do método gravimétrico de análise.

4. Método de análise titrimétrica volumétrica.

5. Cálculos em análise titrimétrica.

6. Métodos de análise titrimétrica.

D.Z. de acordo com a conta Pustovalov pp. 181-218.

Classificação dos métodos de análise química.

Col e honesto en uma liz - Col.a. - um conjunto de métodos químicos, físico-químicos e físicos para determinar a proporção quantitativa dos componentes que compõem o analito.

Métodos de análise quantitativa:

1) química (gravimetria, titrimetria, análise de gases);

2) método físico-químico (fotometria, eletroquímica, análise cromatográfica);

3) físico-espectral: luminescente, etc.

Juntamente com uma análise qualitativa, Kol. uma. é um dos principais ramos da química analítica. De acordo com a quantidade de substância tomada para análise, distinguem-se os métodos macro, semimicro, micro e ultramicro K. a. Nos métodos macro, a massa da amostra geralmente é > 100 mg, volume de solução > 10 ml; em ultramicrométodos - respectivamente 1-10 -1 mg e 10 -3 -10 -6 ml(ver também Análise microquímica, Análise ultramicroquímica) . Dependendo do objeto de estudo, distinguem-se K. a. inorgânicos e orgânicos, que, por sua vez, são divididos em análise elementar, funcional e molecular.. A análise elementar permite determinar o conteúdo de elementos (íons), análise funcional - o conteúdo de átomos e grupos funcionais (reativos) no objeto analisado. Molecular K. a. envolve a análise de compostos químicos individuais caracterizados por um certo peso molecular. De grande importância é a chamada análise de fase - um conjunto de métodos para separar e analisar componentes estruturais individuais (fase) de sistemas heterogêneos. Além da especificidade e sensibilidade (ver Análise qualitativa), uma característica importante dos métodos de K. e. - precisão, ou seja, o valor do erro relativo de determinação; precisão e sensibilidade em K. a. expresso em porcentagem.

Aos métodos químicos clássicos de K. a. incluem: análise gravimétrica, baseada em uma medição precisa da massa do analito, e análise volumétrica. Este último inclui análise titrimétrica volumétrica - métodos para medir o volume de uma solução reagente consumida em uma reação com um analito e análise de volume de gás - métodos para medir o volume de produtos gasosos analisados ​​(consulte Análise titrimétrica, Análise de gás) .

Junto com os métodos químicos clássicos, métodos físicos e físico-químicos (instrumentais) de análise cáustica são amplamente difundidos. Normalmente esses métodos são divididos nos seguintes grupos: eletroquímicos (condutometria, polarografia, potenciometria, etc.); espectral ou óptica (análise espectral de emissão e absorção, fotometria, colorimetria, nefelometria, análise de luminescência, etc.); Raio-X (análise espectral de raios-X de absorção e emissão, análise de fase de raios-X, etc.); cromatográfica (cromatografia líquida, gasosa, gás-líquido, etc.); radiométrico (análise de ativação, etc.); espectrométrico de massa. Os métodos listados, inferiores aos químicos em precisão, os excedem significativamente em sensibilidade, seletividade, velocidade de execução. Precisão dos métodos químicos K. a. está geralmente na faixa de 0,005-0,1%; erros na determinação por métodos instrumentais são de 5 a 10% e, às vezes, muito mais. Sensibilidade de alguns métodos A. e. é dado abaixo (%):

Volume................................................. ......10 -1

Gravimétrico ....................................... 10 -2

Emissão Espectral.............................. 10 -4

Absorção espectral de raios-X ...... 10 -4

Espectrometria de massa .............................. 10 -4

Coulométrico ............................................. 10 -5

Fluorescente ............................................. 10 - 6 -10 -5

Colorimétrico fotométrico ......... 10 -7 -10 -4

Polarográfica ....................................... 10 -8 -10 -6

Ativação .................................................. ............10 -9 -10 -8

Ao usar métodos físicos e físico-químicos Para. e. como regra, são necessárias microquantidades de substâncias. A análise pode, em alguns casos, ser realizada sem destruir a amostra; às vezes, o registro contínuo e automático dos resultados também é possível. Esses métodos são usados ​​para analisar substâncias de alta pureza, avaliar o rendimento do produto, estudar as propriedades e a estrutura das substâncias, etc. Veja também Métodos de análise eletroquímica, Análise espectral, Cromatografia, Métodos de análise cinética, Nefelometria, Colorimetria, Análise de ativação.

1) métodos químicos de análise:

Gravimétrico- com base na determinação da massa de uma substância isolada na forma pura ou na forma de um composto de composição conhecida.

o lado positivo "+" - dá um resultado de alta resistência,

o lado negativo do "-" é um trabalho muito demorado.

Titrimétrico -(volumétrico) - baseado em uma medição precisa do reagente gasto na reação com um determinado componente. O reagente é tomado na forma de uma solução de certa concentração (solução titulada).

Alta velocidade de análise;

Resultado menos preciso em comparação com a gravimetria.

Dependendo do tipo de reações que ocorrem durante a titulação, os seguintes são distinguidos: métodos:

Métodos de titulação ácido-base,

Método de titulação redutiva,

método de precipitação,

Formação complexa.

2) Método físico-químico- com base na medição da absorção, transmissão, dispersão da luz pela solução determinada.

Para a maioria dos métodos fotométricos, a intensidade da cor da solução é estimada visualmente ou usando instrumentos apropriados.

É usado para um componente específico que faz parte do analito em quantidades muito pequenas;

A precisão do método é menor do que na gravimetria e titulometria.

Métodos eletroquímicos- análise eletrogravimétrica, condutometria, potenciometria e polarografia.

Método cromatográfico- baseado no uso do fenômeno de adsorção seletiva de uma solução de uma substância e íons por várias substâncias ou adsorventes: Al 2 O 3 , gel de sílica, amido, talco,

permutide, resinas sintéticas e outras substâncias.

Aplicação: tanto em análises quantitativas quanto em análises qualitativas, especialmente amplamente utilizado para a determinação de substâncias e íons.

Existem muitos tipos de análise. Eles podem ser classificados de acordo com diferentes critérios:

- pela natureza das informações recebidas. Distinguir análise qualitativa(neste caso, eles descobrem em que consiste essa substância, quais componentes estão incluídos em sua composição) e análise quantitativa(determinar o teor de certos componentes, por exemplo, em % em peso, ou a proporção de diferentes componentes). A linha entre a análise qualitativa e quantitativa é muito condicional, especialmente no estudo de microimpurezas. Portanto, se no decorrer de uma análise qualitativa um determinado componente não foi detectado, é necessário indicar qual a quantidade mínima desse componente que poderia ser detectada usando esse método. Talvez o resultado negativo de uma análise qualitativa não se deva à ausência de um componente, mas à sensibilidade insuficiente do método utilizado! Por outro lado, a análise quantitativa é sempre realizada levando em consideração a composição qualitativa previamente encontrada do material em estudo.

- classificação por objetos de análise: técnico, clínico, forense e etc

- classificação por objetos de definição.

Não confunda termos - analisar e determinar. Objetos definições nomear os componentes cujo conteúdo precisa ser estabelecido ou detectado de forma confiável. Tendo em conta a natureza da componente a determinar, distinguem-se vários tipos de análise (Tabela 1.1).

Tabela 1-1. Classificação dos tipos de análise (por objetos de definição ou detecção)

Tipo de análise	Objeto de definição (ou detecção)	Exemplo	Area de aplicação
isotópico	Átomos com valores dados de carga nuclear e número de massa (isótopos)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Energia nuclear, controle de poluição ambiental, medicina, arqueologia, etc.
elementar	Átomos com determinados valores de carga nuclear (elementos)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Em toda parte
Real	Átomos (íons) de um elemento em um determinado estado de oxidação ou em compostos de uma determinada composição (forma do elemento)	Cr(III), Fe 2+ , Hg em compostos complexos	Tecnologia química, controle de poluição ambiental, geologia, metalurgia, etc.
Molecular	Moléculas com uma determinada composição e estrutura	Benzeno, glicose, etanol	Medicina, controle da poluição ambiental, agroquímica, tecnologia química, criminalística.
Grupo estrutural ou funcional	A soma de moléculas com determinadas características estruturais e propriedades semelhantes (a soma de isômeros e homólogos)	Limitar hidrocarbonetos, monossacarídeos, álcoois	Tecnologia química, indústria alimentícia, medicina.
Estágio	Fase ou elemento dentro de uma determinada fase	Grafite em aço, quartzo em granito	Metalurgia, geologia, tecnologia de materiais de construção.

A classificação "por objetos de definição" é muito importante, pois ajuda a escolher a forma adequada de realizar a análise (método analítico). Sim para Análise Elemental métodos espectrais frequentemente usados ​​com base no registro de radiação de átomos em diferentes comprimentos de onda. A maioria dos métodos espectrais envolve a destruição completa (atomização) do analito. Se for necessário estabelecer a natureza e o conteúdo quantitativo de várias moléculas que compõem a composição da substância orgânica em estudo ( análise molecular), então um dos métodos mais adequados será o cromatográfico, que não envolve a destruição de moléculas.

Durante Análise Elemental identificar ou quantificar elementos, independentemente do seu grau de oxidação ou da inclusão na composição de determinadas moléculas. A composição elementar completa do material de teste é determinada em casos raros. Geralmente é suficiente determinar alguns elementos que afetam significativamente as propriedades do objeto em estudo.

Real a análise começou a ser destacada como uma forma independente há relativamente pouco tempo, antes era considerada como parte da forma elementar. O objetivo da análise de material é determinar separadamente o conteúdo de diferentes formas do mesmo elemento. Por exemplo, cromo (III) e cromo (VI) em águas residuais. Em produtos petrolíferos, “sulfato de enxofre”, “enxofre livre” e “sulfeto de enxofre” são determinados separadamente. Investigando a composição das águas naturais, eles descobrem que parte do mercúrio existe na forma de compostos complexos e organoelementos fortes (não dissociantes) e qual parte - na forma de íons livres. Essas tarefas são mais difíceis do que as da análise elementar.

Análise molecularé especialmente importante no estudo de substâncias orgânicas e materiais de origem biogênica. Um exemplo seria a determinação de benzeno na gasolina ou acetona no ar exalado. Nesses casos, é necessário levar em consideração não apenas a composição, mas também a estrutura das moléculas. De fato, no material em estudo pode haver isômeros e homólogos do determinado componente. Assim, muitas vezes é necessário determinar o teor de glicose na presença de muitos de seus isômeros e outros compostos relacionados, como a sacarose.

Quando se trata de determinar o conteúdo total de todas as moléculas que têm algumas características estruturais comuns, os mesmos grupos funcionais e, portanto, propriedades químicas semelhantes, use o termo grupo estrutural(ou funcional) análise. Por exemplo, a quantidade de álcoois (compostos orgânicos com um grupo OH) é determinada realizando uma reação comum a todos os álcoois com sódio metálico e, em seguida, medindo o volume de hidrogênio liberado. A quantidade de hidrocarbonetos insaturados (com ligações duplas ou triplas) é determinada pela oxidação com iodo. O conteúdo total do mesmo tipo de componentes às vezes também é estabelecido na análise inorgânica - por exemplo, o conteúdo total de elementos de terras raras.

Um tipo específico de análise é análise de fase. Assim, o carbono em ferros fundidos e aços pode dissolver-se no ferro, formar compostos químicos com o ferro (carbonetos) ou formar uma fase separada (grafite). As propriedades físicas do produto (resistência, dureza, etc.) dependem não apenas do teor total de carbono, mas também da distribuição do carbono entre essas formas. Portanto, os metalúrgicos estão interessados ​​não apenas no teor de carbono total em ferro fundido ou aço, mas também na presença de uma fase separada de grafite (carbono livre) nesses materiais, bem como no teor quantitativo dessa fase.

O foco principal do curso básico de química analítica é a análise elementar e molecular. Em outros tipos de análise, métodos muito específicos são usados, e as análises de isótopos, fases e grupos estruturais não estão incluídas no programa básico do curso.

Classificação de acordo com a precisão dos resultados, a duração e o custo das análises. Uma versão simplificada, rápida e barata da análise é chamada análise expressa. Para sua implementação, eles costumam usar métodos de teste. Por exemplo, qualquer pessoa (não um analista) pode avaliar o conteúdo de nitratos em vegetais (açúcar na urina, metais pesados ​​na água potável, etc.) usando um papel indicador especial. O resultado será visível a olho nu, pois o conteúdo do componente é determinado usando a escala de cores anexada ao papel. Os métodos de ensaio não requerem a entrega de uma amostra ao laboratório, qualquer processamento do material de ensaio; esses métodos não usam equipamentos caros e não realizam cálculos. É importante apenas que o resultado não dependa da presença de outros componentes no material em estudo, e para isso é necessário que os reagentes com os quais o papel é impregnado durante sua fabricação sejam específicos. É muito difícil garantir a especificidade dos métodos de teste, e esse tipo de análise se tornou difundido apenas nos últimos anos do século 20. É claro que os métodos de teste não podem fornecer alta precisão de análise, mas nem sempre é necessário.

O oposto direto da análise expressa - análise de arbitragem. O principal requisito para isso é garantir a maior precisão possível dos resultados. As análises de arbitragem são realizadas muito raramente (por exemplo, para resolver um conflito entre um fabricante e um consumidor de produtos industriais). Para realizar tais análises, os executores mais qualificados estão envolvidos, os métodos mais confiáveis ​​e repetidamente comprovados são usados. O tempo gasto na realização de tal análise, bem como seu custo, não são de importância fundamental.

Um lugar intermediário entre a análise expressa e de arbitragem - em termos de precisão, duração, custo e outros indicadores - é ocupado pelos chamados exames de rotina. A maior parte das análises realizadas na fábrica e outros laboratórios de controle e analíticos é desse tipo.

Existem outras formas de classificação, outros tipos de análise. Por exemplo, leve em consideração a massa do material em estudo, usado diretamente no decorrer da análise. No âmbito da classificação correspondente, existem macroanálise(quilogramas, litros), semi-microanálise(frações de grama, mililitros) e microanálise. Neste último caso, são usadas pesagens da ordem de um miligrama ou menos, os volumes de soluções são medidos em microlitros e o resultado da reação às vezes deve ser observado ao microscópio. A microanálise raramente é usada em laboratórios analíticos.

1.3. Métodos de Análise

O conceito de "método de análise" é o mais importante para a química analítica. Este termo é usado quando se quer revelar a essência desta ou daquela análise, seu princípio principal. O método de análise é uma maneira bastante universal e teoricamente justificada de conduzir uma análise, independentemente de qual componente é determinado e o que exatamente é analisado. Existem três grupos principais de métodos (Fig. 1-1). Alguns deles visam principalmente separar os componentes da mistura em estudo (análises posteriores sem esta operação acabam sendo imprecisas ou mesmo impossíveis). No decurso da separação, geralmente também ocorre a concentração dos componentes a serem determinados (ver Capítulo 8). Um exemplo seriam métodos de extração ou métodos de troca iônica. Outros métodos são usados ​​no curso da análise qualitativa, eles servem para identificação confiável (identificação) dos componentes de interesse para nós. Os terceiros, os mais numerosos, destinam-se à determinação quantitativa de componentes. Os respectivos grupos são chamados métodos de separação e concentração, métodos de identificação e métodos de determinação. Os métodos dos dois primeiros grupos, via de regra, , desempenhar um papel de apoio; eles serão discutidos mais tarde. Os mais importantes para a prática são métodos de determinação.

Além dos três grupos principais, existem híbrido métodos. A Figura 1.1 não mostra esses métodos. Nos métodos híbridos, a separação, identificação e determinação de componentes são organicamente combinadas em um instrumento (ou em um único conjunto de instrumentos). O mais importante desses métodos é a análise cromatográfica. Em um dispositivo especial (cromatógrafo), os componentes da amostra de teste (mistura) são separados, pois se movem em diferentes velocidades através de uma coluna preenchida com pó sólido (sorvente). No momento da liberação do componente da coluna, sua natureza é julgada e, assim, todos os componentes da amostra são identificados. Os componentes que saem da coluna, por sua vez, caem em outra parte do dispositivo, onde um dispositivo especial - um detector - mede e registra os sinais de todos os componentes. Muitas vezes, o cálculo automático do conteúdo de todos os componentes é realizado imediatamente. Fica claro que a análise cromatográfica não pode ser considerada apenas como um método de separação de componentes, ou apenas como um método de determinação quantitativa, é justamente um método híbrido.

Cada método de determinação combina muitos métodos específicos nos quais a mesma quantidade física é medida. Por exemplo, para realizar uma análise quantitativa, pode-se medir o potencial de um eletrodo imerso na solução de teste e, então, usando o valor do potencial encontrado, calcular o conteúdo de um determinado componente da solução. Todos os métodos, onde a principal operação é medir o potencial do eletrodo, são considerados casos especiais. método potenciométrico. Ao atribuir uma técnica a um ou outro método analítico, não importa qual objeto está sendo estudado, quais substâncias são determinadas e com que precisão, qual dispositivo é usado e como os cálculos são realizados - é importante apenas o que estamos medindo. A quantidade física medida durante a análise, que depende da concentração do analito, é usualmente chamada de sinal analítico.

De maneira semelhante, pode-se destacar o método análise espectral. Neste caso, a principal operação é a medição da intensidade da luz emitida pela amostra em um determinado comprimento de onda. Método análise titrimétrica (volumétrica) baseia-se na medição do volume da solução gasto na reação química com o determinado componente da amostra. A palavra "método" é frequentemente omitida, eles simplesmente dizem "potenciometria", "análise espectral", "titrimetria", etc. NO análise refratométrica o sinal é o índice de refração da solução de teste, em espectrofotometria- absorção de luz (em um determinado comprimento de onda). A lista de métodos e seus sinais analíticos correspondentes pode ser continuada; no total, são conhecidas várias dezenas de métodos independentes.

Cada método de determinação tem sua própria base teórica e está associado ao uso de equipamentos específicos. As áreas de aplicação de diferentes métodos diferem significativamente. Alguns métodos são usados ​​principalmente para a análise de produtos petrolíferos, outros - para a análise de drogas, outros - para o estudo de metais e ligas, etc. Da mesma forma, métodos para análise elementar, métodos de análise isotópica, etc. podem ser distinguidos. Existem também métodos universais utilizados na análise de uma grande variedade de materiais e adequados para determinar os mais diversos componentes neles. Por exemplo, o método espectrofotométrico pode ser usado para análise de grupos elementares, moleculares e estruturais.

Precisão, sensibilidade e outras características de métodos individuais relacionados ao mesmo método analítico diferem, mas não tanto quanto as características de diferentes métodos. Qualquer problema analítico sempre pode ser resolvido por vários métodos diferentes (por exemplo, o cromo em aços ligados pode ser determinado pelo método espectral, titrimétrico e potenciométrico). O analista escolhe um método, levando em consideração as capacidades conhecidas de cada um deles e os requisitos específicos para essa análise. É impossível escolher de uma vez por todas os “melhores” e os “piores” métodos, tudo depende do problema a ser resolvido, dos requisitos para os resultados da análise. Assim, a análise gravimétrica, via de regra, fornece resultados mais precisos do que a análise espectral, mas requer muito trabalho e tempo. Portanto, a análise gravimétrica é boa para análise de arbitragem, mas não é adequada para análise expressa.

Os métodos de determinação são divididos em três grupos: química, física e físico-química. Muitas vezes, métodos físicos e físico-químicos são combinados sob o nome comum de “métodos instrumentais”, pois em ambos os casos são utilizados instrumentos, e os mesmos. Em geral, os limites entre grupos de métodos são muito arbitrários.

Métodos Químicos baseiam-se na realização de uma reação química entre o componente determinado e um reagente especialmente adicionado. A reação prossegue de acordo com o esquema:

A seguir, o símbolo X denota o componente a ser determinado (molécula, íon, átomo, etc.), R é o reagente adicionado, Y é a totalidade dos produtos da reação. O grupo de métodos químicos inclui métodos de determinação clássicos (há muito conhecidos e bem estudados), principalmente gravimetria e titrimetria. O número de métodos químicos é relativamente pequeno, todos eles têm os mesmos fundamentos teóricos (a teoria do equilíbrio químico, as leis da cinética química, etc.). Como um sinal analítico em métodos químicos, a massa ou volume de uma substância é geralmente medida. Instrumentos físicos complexos, com exceção de balanças analíticas, e padrões especiais de composição química não são usados ​​em métodos químicos. Esses métodos têm muito em comum em termos de suas capacidades. Eles serão discutidos no capítulo 4.

Métodos físicos não associado a reações químicas e ao uso de reagentes. Seu princípio principal é a comparação do mesmo tipo de sinais analíticos do componente X no material em estudo e em uma determinada referência (amostra com uma concentração precisamente conhecida de X). Tendo construído antecipadamente um gráfico de calibração (dependência do sinal da concentração ou massa X) e medindo o valor do sinal para uma amostra do material em estudo, a concentração X neste material é calculada. Existem outras maneiras de calcular as concentrações (ver Capítulo 6). Os métodos físicos são geralmente mais sensíveis que os químicos, portanto, a determinação de microimpurezas é realizada principalmente por métodos físicos. Esses métodos são fáceis de automatizar e exigem menos tempo para análise. No entanto, os métodos físicos requerem padrões especiais, equipamentos bastante complexos, caros e altamente especializados, além de serem geralmente menos precisos que os químicos.

Um lugar intermediário entre os métodos químicos e físicos em termos de seus princípios e capacidades é ocupado por físico e químico métodos de análise. Nesse caso, o analista realiza uma reação química, mas seu curso ou seu resultado é acompanhado não visualmente, mas com o uso de instrumentos físicos. Por exemplo, ele adiciona gradualmente à solução de teste outra - com uma concentração conhecida do reagente dissolvido e, ao mesmo tempo, controla o potencial do eletrodo mergulhado na solução titulada (titulação potenciométrica), o analista julga a conclusão da reação pelo salto no potencial, mede o volume de titulante gasto nela e calcula o resultado da análise. Tais métodos são geralmente tão precisos quanto os métodos químicos e quase tão sensíveis quanto os métodos físicos.

Os métodos instrumentais são frequentemente divididos de acordo com outra característica mais claramente expressa - a natureza do sinal medido. Neste caso, são distinguidos subgrupos de métodos ópticos, eletroquímicos, ressonantes, de ativação e outros. Existem também poucos e ainda subdesenvolvidos métodos métodos biológicos e bioquímicos.

1. Amostragem:

Uma amostra de laboratório consiste em 10-50 g de material, que é retirado para que sua composição média corresponda à composição média de todo o lote do analito.

2. Decomposição da amostra e sua transferência para a solução;

3. Realizando uma reação química:

X é o componente a ser determinado;

P é o produto da reação;

R é um reagente.

4. Medição de qualquer parâmetro físico do produto de reação, reagente ou analito.

Classificação dos métodos químicos de análise

EU Por componentes de reação

1. Meça a quantidade de produto de reação P formado (método gravimétrico). Crie condições sob as quais o analito seja completamente convertido em um produto de reação; além disso, é necessário que o reagente R não dê produtos de reação menores com substâncias estranhas, cujas propriedades físicas seriam semelhantes às propriedades físicas do produto.

2. Com base na medição da quantidade de reagente consumida na reação com o analito X:

– a ação entre X e R deve ser estequiométrica;

- a reação deve ocorrer rapidamente;

– o reagente não deve reagir com substâncias estranhas;

– é necessária uma forma de estabelecer o ponto de equivalência, ou seja, o momento da titulação quando o reagente é adicionado em quantidade equivalente (indicador, mudança de cor, ilha de potencial, condutividade elétrica).

3. Registra as mudanças que ocorrem com o próprio analito X no processo de interação com o reagente R (análise de gás).

II Tipos de reações químicas

1. Ácido-base.

2. Formação de compostos complexos.

Reações ácido-base: usado principalmente para a determinação quantitativa direta de ácidos e bases fortes e fracos, e seus sais.

Reações para a formação de compostos complexos: determinadas substâncias são convertidas em íons e compostos complexos pela ação de reagentes.

Os seguintes métodos de separação e determinação são baseados em reações de formação complexas:

1) Separação por precipitação;

2) Método de extração (compostos complexos insolúveis em água geralmente se dissolvem bem em solventes orgânicos - benzeno, clorofórmio - o processo de transferência de compostos complexos de fases aquosas para dispersas é chamado de extração);

3) Fotométrico (Co com sal nitroso) - mede a densidade ótima de soluções de compostos complexos;

4) Método de análise titrimétrica

5) Método gravimétrico de análise.

1) método de cimentação - redução de íons Me metálicos em solução;

2) eletrólise com cátodo de mercúrio - durante a eletrólise de uma solução com cátodo de mercúrio, íons de muitos elementos são reduzidos por corrente elétrica a Me, que se dissolve em mercúrio, formando um amálgama. Os íons do outro Me permanecem em solução;

3) método de identificação;

4) métodos titulométricos;

5) eletrogravimétrico - um el é passado pela solução de teste. uma corrente de uma certa voltagem, enquanto os íons Me são restaurados ao estado Me, o liberado é pesado;

6) método coulométrico - a quantidade de uma substância é determinada pela quantidade de eletricidade que deve ser gasta para a transformação eletroquímica da substância analisada. Os reagentes de análise são encontrados de acordo com a lei de Faraday:

M é a quantidade do elemento que está sendo determinado;

F é o número de Faraday (98500 C);

A é a massa atômica do elemento;

n é o número de elétrons envolvidos na transformação eletroquímica de um dado elemento;

Q é a quantidade de eletricidade (Q = I ∙ τ).

7) método catalítico de análise;

8) polarográfica;

III Classificação de métodos de separação com base no uso de vários tipos de transformações de fase:

Os seguintes tipos de equilíbrio entre fases são conhecidos:

O equilíbrio L-G ou T-G é usado na análise quando as substâncias são liberadas na fase gasosa (CO 2 , H 2 O, etc.).

O equilíbrio W 1 - W 2 é observado no método de extração e na eletrólise com cátodo de mercúrio.

Zh-T é típico para os processos de deposição e os processos de precipitação na superfície da fase sólida.

Os métodos de análise incluem:

1. gravimétrico;

2. titulação;

3 ópticos;

4. eletroquímica;

5. catalítico.

Os métodos de separação incluem:

1. precipitação;

2. extração;

3. cromatografia;

4. troca iônica.

Os métodos de concentração incluem:

1. precipitação;

2. extração;

3. rejuntamento;

4. decapagem.

Métodos físicos de análise

Uma característica é que eles medem diretamente quaisquer parâmetros físicos do sistema associados à quantidade do elemento que está sendo determinado sem reação química prévia.

Os métodos físicos incluem três grupos principais de métodos:

I Métodos baseados na interação da radiação com uma substância ou na medição da radiação de uma substância.

II Métodos baseados na medição dos parâmetros de el. ou propriedades magnéticas da matéria.

IIIMétodos baseados na medição da densidade ou outros parâmetros das propriedades mecânicas ou moleculares das substâncias.

Métodos baseados na transição de energia dos elétrons de valência externa dos átomos: incluem métodos de análise de emissão atômica e absorção atômica.

Análise de emissão atômica:

1) Fotometria de chama - a solução analisada é pulverizada na chama de um queimador de gás. Sob a influência da alta temperatura, os átomos entram em um estado excitado. Os elétrons de valência externa se movem para níveis de energia mais altos. A transição reversa dos elétrons para o nível de energia principal é acompanhada por radiação, cujo comprimento de onda depende dos átomos de qual elemento estava na chama. A intensidade da radiação sob certas condições é proporcional ao número de átomos do elemento na chama, e o comprimento de onda da radiação caracteriza a composição qualitativa da amostra.

2) Método de análise de emissão - espectral. A amostra é introduzida na chama de um arco ou faísca condensada, sob alta temperatura os átomos entram em estado excitado, enquanto os elétrons vão não apenas para os níveis de energia mais próximos do principal, mas também mais distantes.

A radiação é uma mistura complexa de vibrações de luz de diferentes comprimentos de onda. O espectro de emissão é decomposto nas partes principais do especial. instrumentos, espectrômetros e fotografia. A comparação da posição da intensidade das linhas individuais do espectro com as linhas do padrão correspondente permite determinar a análise qualitativa e quantitativa da amostra.

Métodos de análise de absorção atômica:

O método baseia-se na medição da absorção de luz de um determinado comprimento de onda por átomos não excitados do elemento a ser determinado. Uma fonte de radiação especial produz radiação ressonante, ou seja, radiação correspondente à transição de um elétron para o orbital mais baixo com a energia mais baixa, do orbital mais próximo a ele com um nível de energia mais alto. A diminuição da intensidade da luz ao passar pela chama devido à transferência dos elétrons dos átomos do elemento que está sendo determinado para um estado excitado é proporcional ao número de átomos não excitados nele. Na absorção atômica, são utilizadas misturas combustíveis com temperaturas de até 3100°C, o que aumenta o número de elementos a serem determinados, em comparação com a fotometria de chama.

Fluorescente de raios X e emissão de raios X

Raio X fluorescente: a amostra é exposta a raios X. elétrons superiores. Os orbitais mais próximos do núcleo do átomo são eliminados dos átomos. Seu lugar é ocupado por elétrons de orbitais mais distantes. A transição desses elétrons é acompanhada pelo aparecimento de radiação secundária de raios X, cujo comprimento de onda está funcionalmente relacionado ao número atômico do elemento. Comprimento de onda - composição qualitativa da amostra; intensidade - a composição quantitativa da amostra.

Métodos baseados em reações nucleares - radioativos. O material é exposto à radiação de nêutrons, ocorrem reações nucleares e são formados isótopos radioativos de elementos. Em seguida, a amostra é transferida para uma solução e os elementos são separados por métodos químicos. Em seguida, é medida a intensidade de radiação radioativa de cada elemento da amostra, e a amostra de referência é analisada em paralelo. A intensidade da radiação radioativa de frações individuais da amostra de referência e do material analisado é comparada e conclusões são tiradas sobre o conteúdo quantitativo dos elementos. Limite de detecção 10 -8 - 10 -10%.

1. Condutométrico - baseado na medição da condutividade elétrica de soluções ou gases.

2. Potenciometria - existe um método de titulação direta e potenciométrica.

3. Termoelétrica - com base na ocorrência de força termoeletromotriz, que surgiu ao aquecer o local de contato do aço, etc. Me.

4. Espectral de massa - é usado com a ajuda de elementos fortes e campos magnéticos, misturas gasosas são separadas em componentes de acordo com os átomos ou pesos moleculares dos componentes. É usado no estudo de uma mistura de isótopos. gases inertes, misturas de substâncias orgânicas.

Densitometria - baseada na medição da densidade (determinação da concentração de substâncias em soluções). Para determinar a composição, são medidas viscosidade, tensão superficial, velocidade do som, condutividade elétrica, etc.

Para determinar a pureza das substâncias, o ponto de ebulição ou ponto de fusão é medido.

Previsão e cálculo de propriedades físicas e químicas

Fundamentos teóricos para prever as propriedades físico-químicas de substâncias

Cálculo de previsão aproximado

A previsão implica uma avaliação das propriedades físico-químicas com base no número mínimo de dados iniciais prontamente disponíveis, e também pode presumir a completa ausência de informações experimentais sobre as propriedades da substância em estudo. o composto).

ANÁLISES QUÍMICAS

Química Analítica. Tarefas e etapas da análise química. Sinal analítico. Classificação dos métodos de análisepor. Identificação de substâncias. Análise fracionária. Análise sistemática.

Principais tarefas da química analítica

Uma das tarefas na execução das medidas de proteção ambiental é o conhecimento dos padrões das relações de causa e efeito entre os vários tipos de atividade humana e as mudanças que ocorrem no ambiente natural. AnáliseÉ o principal meio de controle da poluição ambiental. A base científica da análise química é a química analítica. Química Analítica - a ciência dos métodos e meios para determinar a composição química de substâncias e materiais. Método- esta é uma maneira bastante universal e teoricamente justificada para determinar a composição.

Requisitos básicos para métodos e técnicas de química analítica:

1) correção e boa reprodutibilidade;

2) baixo limite de detecção- este é o teor mais baixo em que a presença do componente determinado com uma determinada probabilidade de confiança pode ser detectada usando este método;

3) seletividade (seletividade)- caracteriza a influência interferente de vários fatores;

4) intervalo de conteúdo medido(concentrações) usando este método de acordo com este método;

5) expressividade;

6) simplicidade na análise, possibilidade de automação, custo-benefício da determinação.

Análises químicasé um complexo multi-estágio cerca de cess, que é uma coleção de técnicas prontas e serviços relacionados.

Tarefas de análise

1. Identificação do objeto, ou seja, estabelecendo a natureza do objeto (verificando a presença de certos componentes principais, impurezas).

2. Determinação quantitativa do conteúdo de um ou outro componente do objeto analisado.

Etapas de análise de qualquer objeto

1. Apresentação do problema e escolha do método e esquema de análise.

2. Amostragem (amostragem competente de uma parte da amostra permite tirar a conclusão correta sobre a composição de toda a amostra). Tentar- esta é uma parte do material analisado, representativa da uma mastigando sua composição química. Em alguns casos, todo o material analítico é usado como amostra. O tempo de armazenamento da amostra deve ser reduzido ao mínimo. Eh nym. As condições e métodos de armazenamento devem excluir a perda descontrolada de compostos voláteis e quaisquer outras alterações físicas e químicas na composição da amostra analisada.

3. Preparação de amostras para análise: transferência da amostra para o estado desejado (solução, vapor); separação de componentes ou separação de interferentes; concentração de componentes;

4. Obtenção de um sinal analítico. Sinal analítico- trata-se de uma alteração em qualquer propriedade física ou físico-química de determinado componente, funcionalmente relacionada ao seu conteúdo (fórmula, tabela, gráfico).

5. Processamento de sinal analítico, ou seja. separação de sinal e ruído. Ruídos- sinais laterais provenientes de instrumentos de medição, amplificadores e outros dispositivos.

6. Aplicação dos resultados da análise. Dependendo da propriedade da substância subjacente à definição, os métodos de análise são divididos em:

No métodos químicos análise baseada em uma reação química analítica, que é acompanhada por um efeito pronunciado. Estes incluem métodos gravimétricos e titrimétricos;

- métodos físicos e químicos, com base na medição de quaisquer parâmetros físicos de um sistema químico que dependem da natureza dos componentes do sistema e mudam durante uma reação química (por exemplo, a fotometria é baseada em uma mudança na densidade óptica de uma solução como resultado de uma reação);

- métodos físicos análise que não envolva o uso de reações químicas. A composição das substâncias é estabelecida medindo as propriedades físicas características do objeto (por exemplo, densidade, viscosidade).

Dependendo do valor medido, todos os métodos são divididos nos seguintes tipos.

Métodos para medir quantidades físicas

Quantidade física medida	Nome do método
	Gravimetria
	Titrimetria
Potencial de equilíbrio do eletrodo	Potenciometria
Resistência de polarização do eletrodo	polarografia
A quantidade de eletricidade	Coulometria
Condutividade da solução	Condutometria
Absorção de fótons	Fotometria
Emissão de fótons	Análise espectral de emissão

Identificação da substância baseia-se em métodos de reconhecimento qualitativo de objetos elementares (átomo, moléculas, íons, etc.) que compõem substâncias e materiais.

Muitas vezes, a amostra analisada de uma substância é convertida em uma forma conveniente para análise por dissolução em um solvente adequado (geralmente água ou soluções aquosas ácidas) ou fusão com algum composto químico, seguido de dissolução.

Os métodos químicos de análise qualitativa são baseados em usando reações de íons identificáveis ​​com certas substâncias - reagentes analíticos. Tais reações devem ser acompanhadas de precipitação ou dissolução do precipitado; o aparecimento, alteração ou desaparecimento da cor da solução; liberação de gás com odor característico; a formação de cristais de uma determinada forma.

Reações que ocorrem em soluções por meio de execução são classificados em tubo de ensaio, microcristaloscópico e gotejamento. As reações microcristaloscópicas são realizadas em uma lâmina de vidro. Observe a formação de cristais de forma característica. As reações de gota são realizadas em papel de filtro.

Reações analíticas usadas na análise qualitativa, por área de aplicação compartilhar:

1.) em reações do grupo- são reações para a precipitação de todo um grupo de íons (um reagente é usado, chamado grupo);

2;) reações características:

a) seletivo (seletivo)- dê reações analíticas iguais ou semelhantes com um número limitado de íons (2 a 5 unidades);

b) específico (altamente seletivo)- seletivo para sozinho componente.

Existem poucas reações seletivas e específicas, por isso são usadas em combinação com reações de grupo e com técnicas especiais para eliminar a influência interferente dos componentes presentes no sistema junto com a substância que está sendo determinada.

Misturas simples de íons são analisadas método fracionário, sem separação prévia dos íons interferentes, os íons individuais são determinados por meio de reações características. M destruindo íon- este é um íon que, nas condições de detecção do desejado, dá um efeito analítico semelhante com o mesmo reagente ou um efeito analítico que mascara a reação desejada. A detecção de diferentes íons na análise fracionária é realizada em porções separadas da solução. Se for necessário eliminar os íons interferentes, use o seguinte métodos de separação e camuflagem.

1. Conversão de íons interferentes para precipitar. A base é a diferença na magnitude do produto de solubilidade dos precipitados resultantes. Neste caso, o PR da conexão do íon sendo determinado com o reagente deve ser maior que o PR da conexão do íon interferente.

2. Ligação de íons interferentes em um composto complexo forte. O complexo resultante deve ter a estabilidade necessária para completar a ligação do íon interferente, e o íon desejado não deve reagir com o reagente introduzido, ou seu complexo deve ser instável.

3. Mudança no estado de oxidação de íons interferentes.

4. O uso da extração. O método baseia-se na extração de íons interferentes de soluções aquosas com solventes orgânicos e na separação do sistema em suas partes componentes (fases) para que os componentes interferentes e determinados estejam em fases diferentes.

Vantagens da análise fracionária:

Velocidade de execução, pois o tempo para operações de longo prazo de separação sequencial de alguns íons de outros é reduzido;

As reações fracionárias são facilmente reproduzíveis; eles podem ser repetidos várias vezes. No entanto, se for difícil selecionar reações seletivas (específicas) para detectar íons, mascarar reagentes, calcular a completude

remoção de íons e outras causas (complexidade da mistura) recorrem à realização de uma análise sistemática.

Análise sistemática- trata-se de uma análise completa (detalhada) do objeto em estudo, que é realizada dividindo todos os componentes da amostra em vários grupos em uma determinada sequência. A divisão em grupos é baseada na similaridade (dentro do grupo) e diferenças (entre grupos) das propriedades analíticas dos componentes. No grupo de análise selecionado, uma série de reações de separação sucessivas são usadas até que apenas os componentes que dão reações características com reagentes seletivos permaneçam em uma fase (Fig. 23.1).

Várias classificações analíticas foram desenvolvidas ka tiones e ânions em grupos analíticos, que são baseados no uso de reagentes de grupo (isto é, reagentes para isolar um grupo inteiro de íons sob condições específicas). Reagentes de grupo na análise de cátions servem tanto para detecção quanto para separação, e na análise de ânions - apenas para detecção (Fig. 23.2).

Análise de misturas de cátions

Os reagentes do grupo na análise qualitativa de cátions são ácidos, bases fortes, amônia, carbonatos, fosfatos, sulfatos de metais alcalinos, agentes oxidantes e redutores. A combinação de substâncias em grupos analíticos é baseada no uso de semelhanças e diferenças em suas propriedades químicas. As propriedades analíticas mais importantes incluem a capacidade de um elemento de formar vários tipos de íons, a cor e a solubilidade dos compostos, a capacidade de entrar dentro certas reações.

Os reagentes de grupo são selecionados a partir dos reagentes gerais porque o reagente de grupo é necessário para liberar um número relativamente grande de íons. O principal método de separação é a precipitação, ou seja, a divisão em grupos é baseada na solubilidade diferente dos precipitados catiônicos em certos meios. Ao considerar a ação dos reagentes do grupo, os seguintes grupos podem ser distinguidos (Tabela 23.2).

Além disso, permanecem três cátions (Na + , K + , NH4) que não formam precipitados com os reagentes do grupo indicado. Eles também podem ser separados em um grupo separado.

Grupos de cátions

Além da abordagem geral indicada, ao escolher os reagentes do grupo, procede-se dos valores dos produtos de solubilidade da precipitação, pois, variando as condições de precipitação, é possível separar substâncias de um grupo pela ação do mesmo reagente.

A mais difundida é a classificação ácido-base dos cátions. Vantagens do método ácido-base de análise sistemática:

a) as propriedades básicas dos elementos são usadas - sua relação com ácidos, álcalis;

b) grupos analíticos de cátions em maior extensão co correspondem aos grupos do sistema periódico de elementos D.I. Mendeleiev;

c) o tempo de análise é significativamente reduzido em comparação com o método de sulfeto de hidrogênio. O estudo começa com testes preliminares, nos quais o pH da solução é definido por um indicador universal e os íons NH 4 , Fe 3+ , Fe 2+ são detectados por reações específicas e seletivas.

Divisão em grupos. O esquema geral de divisão em grupos dado em tabela. 23.3. Na solução analisada, primeiramente, os cátions dos grupos I e II são separados. Para fazer isso, 10-15 gotas da solução são colocadas em um tubo de ensaio e uma mistura de HCl 2M e H2SO4 1M é adicionada gota a gota. O precipitado é deixado por 10 min, depois é centrifugado e lavado com água acidificada com HCl. Uma mistura de cloretos e sulfatos Ag + , Pb 2+ , Ba 2+ , Ca 2+ permanece no precipitado. A presença de sais básicos de antimônio é possível. Em solução - grupos de cátions III-VI.

O Grupo III é separado da solução pela adição de algumas gotas de H 2 0 2 a 3% e um excesso de NaOH enquanto se aquece e se agita. O excesso de peróxido de hidrogênio é removido por fervura. No sedimento - hidróxidos de cátions dos grupos IV-V, em solução - cátions dos grupos III e VI e parcialmente Ca 2+, que podem não precipitar completamente na forma de CaS0 4 ao separar os grupos I e II.

Os catiões do Grupo V são separados do precipitado. O precipitado é tratado com Na2CO3 2N e depois com excesso de NH3 durante o aquecimento. Os cátions do grupo V passam para a solução na forma de amônia, no precipitado - carbonatos e sais básicos dos cátions do grupo IV.

A virtude da análise sistemática- Obtenção de informações suficientemente completas sobre a composição do objeto. Falha- volume, duração, laboriosidade. Esquemas completos de análise qualitativa sistemática raramente são realizados. Geralmente são usados ​​parcialmente se houver informações sobre a origem, composição aproximada da amostra, Então no curso de química analítica.

O hidróxido de magnésio se dissolve em uma mistura de NH 3 + NH 4 C1. Assim, após a divisão dos cátions em grupos, foram obtidos quatro tubos de ensaio contendo a) um precipitado de cloretos e sulfatos de cátions dos grupos I-II; b) uma solução de uma mistura de grupos de cátions III e VI; c) uma solução de amônios de cátions do grupo V; d) sedimento de carbonatos e sais básicos de cátions do grupo IV. Cada um desses objetos é analisado separadamente.

Análise de misturas de ânions

Características gerais dos ânions estudados. Os ânions são formados principalmente por elementos dos grupos IV, V, VI e VII do sistema periódico. Um mesmo elemento pode formar vários ânions que diferem em suas propriedades. Por exemplo, o enxofre forma ânions S 2 -, S0 3 2 ~, S0 4 2 ~, S 2 0 3 2 ~, etc.

Todos os ânions são constituintes de ácidos e correspondente sais ramificados. Dependendo da composição de qual substância o ânion está incluído, suas propriedades mudam significativamente. Por exemplo, para o íon SO 4 2 "na composição do ácido sulfúrico concentrado, as reações de oxidação-redução são características e na composição dos sais - reações de precipitação.

O estado dos ânions em uma solução depende do meio da solução. Alguns ânions se decompõem sob a ação de ácidos concentrados com a liberação dos gases correspondentes: CO 2 (ânion CO 2-3), H 2 S (ânion S 2 "), N0 2 (ânion N0 3), etc. Sob a ação de ácidos diluídos, ânions MoO 4 2 -, W0 4 2 ~, SiO 3 2 "formam ácidos insolúveis em água (H 2 Mo0 4, H 2 W0 4 * H 2 0, H 2 SiO 3 ). Os ânions de ácidos fracos (C0 3 2 ~, P0 4 ", Si0 3 2 ~, S 2") em soluções aquosas são parcialmente ou completamente hidrolisados, por exemplo:

S 2 "+ H 2 0 →HS" + OH _.

A maioria dos elementos que formam ânions tem valência variável e, sob a ação de agentes oxidantes ou redutores, alteram o estado de oxidação, enquanto alteram a composição do ânion. O íon cloreto, por exemplo, pode ser oxidado a C1 2, ClO", ClO 3, ClO 4. Os íons iodeto, por exemplo, são oxidados a I 2, IO 4; íon sulfeto S 2 ~ - a S0 2, SO 4 2 - ; ânions N0 3 podem ser reduzidos a N0 2, NO, N 2, NH 3.

Os ânions redutores (S 2 ~, I - , CI -) reduzem os íons Mn0 4 - em um ambiente ácido, causando sua descoloração. íons oxidantes (NÃO3 , CrO 4 2 ", V0 3 -, Mn0 4 ~) oxidam íons iodeto a ácido oh meio a um íon livre, cor azul de difenilamina. Essas propriedades são usadas para análise qualitativa, as propriedades redox de íons cromato, nitrato, iodeto, vanadato, molibdato, tungstato estão subjacentes eles reações típicas.

Reações de grupo de ânions. De acordo com sua ação sobre os ânions, os reagentes são divididos nos seguintes grupos:

1) reagentes que decompõem substâncias com liberação de gases. Esses reagentes incluem ácidos minerais diluídos (HC1, H2SO4);

2) reagentes que liberam ânions de soluções na forma de precipitados levemente dissolvidos (Tabela 23.4):

a) ВаС1 2 em meio neutro ou na presença de Ba (OH) 2 precipita: SO 2-, SO, 2 ", S 2 0 3 2 ~, CO 3 2", PO 4 2 ", B 4 0 7 2~, As0 3 4 ", SiO 3 2";

b) AgNO 3 em 2n HNO 3 precipita: SG, Br - , I - , S 2- (SO 4 2 apenas em soluções concentradas);

3) agentes redutores (KI) (Tabela 23.5);

4) reagentes oxidantes (KMn0 4, solução de I 2 em KI, HNO 3 (conc), H 2 S0 4).

Os ânions na análise basicamente não interferem na detecção um do outro, portanto, as reações de grupo são usadas não para separação, mas para verificação preliminar da presença ou ausência de um determinado grupo de ânions.

Métodos sistemáticos para a análise de uma mistura de ânions, baseados sim em dividi-los em grupos, raramente são utilizados, principalmente zumbi para o estudo de misturas simples. Quanto mais complexa a mistura de ânions, mais complicados se tornam os esquemas de análise.

A análise fracionária permite detectar ânions que não interferem entre si em porções separadas da solução.

Nos métodos semi-sistemáticos, ocorre a separação de ânions em grupos usando reagentes de grupo e a subsequente detecção fracionada de ânions. Isso leva a uma redução no número de operações analíticas sequenciais necessárias e, em última análise, simplifica o esquema de análise de uma mistura de ânions.

O estado atual da análise qualitativa não se limita ao esquema clássico. Na análise de ambos os inorgânicos, Então e substâncias orgânicas, métodos instrumentais são frequentemente utilizados, como luminescentes, espectroscópicos de absorção, vários métodos eletroquímicos, “que são variantes de cromatografia, etc. No entanto, em vários casos (campo, laboratórios expresso de fábrica, etc.), a análise clássica não perdeu sua importância devido à sua simplicidade, acessibilidade e baixo custo.