Marea majoritate a informațiilor despre substanțe, proprietățile lor și transformările chimice au fost obținute prin experimente chimice sau fizico-chimice. Prin urmare, metoda principală folosită de chimiști ar trebui considerată un experiment chimic.

Tradițiile chimiei experimentale au evoluat de-a lungul secolelor. Chiar și atunci când chimia nu era o știință exactă, în timpurile străvechi și în Evul Mediu, oamenii de știință și artizanii uneori accidental, alteori intenționat, au descoperit modalități de obținere și purificare a multor substanțe care erau folosite în activitatea economică: metale, acizi, alcalii, coloranți. și etc. Alchimiștii au contribuit mult la acumularea unor astfel de informații (vezi Alchimie).

Datorită acestui fapt, până la începutul secolului al XIX-lea. chimiștii cunoșteau bine elementele de bază ale artei experimentale, în special metodele de purificare a diferitelor lichide și solide, ceea ce le-a permis să facă multe descoperiri importante. Cu toate acestea, chimia a început să devină o știință în sensul modern al cuvântului, o știință exactă, abia în secolul al XIX-lea, când a fost descoperită legea raporturilor multiple și s-a dezvoltat teoria atomo-moleculară. Din acel moment, experimentul chimic a început să includă nu numai studiul transformărilor substanțelor și metodelor de izolare a acestora, ci și măsurarea diferitelor caracteristici cantitative.

Un experiment chimic modern include multe măsurători diferite. S-au schimbat și echipamentele pentru realizarea experimentelor și sticlăria chimică. Într-un laborator modern, nu veți găsi retorte de casă - acestea au fost înlocuite cu echipamente standard din sticlă produse de industrie și adaptate special pentru efectuarea unei anumite proceduri chimice. Au devenit și metodele de lucru standard, care în vremea noastră nu mai trebuie reinventate de fiecare chimist. Descrierea celor mai bune dintre ele, dovedită de mulți ani de experiență, poate fi găsită în manuale și manuale.

Metodele de studiu a materiei au devenit nu numai mai universale, ci și mult mai diverse. Un rol tot mai mare în activitatea unui chimist îl joacă metodele de cercetare fizică și fizico-chimică menite să izola și să purifice compușii, precum și să stabilească compoziția și structura acestora.

Tehnica clasică de purificare a substanțelor era extrem de laborioasă. Există cazuri când chimiștii au petrecut ani de muncă pentru izolarea unui compus individual dintr-un amestec. Astfel, sărurile elementelor pământurilor rare au putut fi izolate în formă pură numai după mii de cristalizări fracționate. Dar chiar și după aceea, puritatea substanței nu a putut fi întotdeauna garantată.

Metodele moderne de cromatografie vă permit să separați rapid o substanță de impurități (cromatografia preparativă) și să verificați identitatea chimică a acesteia (cromatografia analitică). În plus, metodele clasice, dar foarte îmbunătățite de distilare, extracție și cristalizare, precum și metode moderne eficiente precum electroforeza, topirea zonelor etc., sunt utilizate pe scară largă pentru purificarea substanțelor.

Sarcina cu care se confruntă chimistul sintetic după izolarea unei substanțe pure - de a stabili compoziția și structura moleculelor sale - se referă în mare măsură la chimia analitică. Cu tehnica tradițională de lucru, era și foarte laborioasă. În practică, ca singură metodă de măsurare, analiza elementară a fost folosită anterior, ceea ce vă permite să stabiliți cea mai simplă formulă a compusului.

Pentru a determina adevărata formulă moleculară, precum și structurală, a fost adesea necesar să se studieze reacțiile unei substanțe cu diverși reactivi; izola produsele acestor reactii individual, stabilindu-se la randul lor structura. Și așa mai departe - până când, pe baza acestor transformări, structura substanței necunoscute nu a devenit evidentă. Prin urmare, stabilirea formulei structurale a unui compus organic complex a durat adesea foarte mult timp, iar o astfel de muncă a fost considerată cu drepturi depline, care s-a încheiat cu o contra-sinteză - prepararea unei noi substanțe în conformitate cu formula stabilită pentru aceasta. .

Această metodă clasică a fost extrem de utilă pentru dezvoltarea chimiei în general. În zilele noastre, este rar folosit. De regulă, substanța izolată necunoscută după analiza elementară este supusă unui studiu folosind spectrometrie de masă, analiză spectrală în domeniul vizibil, ultraviolet și infraroșu, precum și rezonanță magnetică nucleară. O derivare fundamentată a unei formule structurale necesită utilizarea unei game întregi de metode, iar datele acestora de obicei se completează reciproc. Cu toate acestea, într-un număr de cazuri, metodele convenționale nu dau un rezultat clar și trebuie să recurgem la metode directe de stabilire a structurii, de exemplu, la analiza de difracție cu raze X.

Metodele fizico-chimice sunt folosite nu numai în chimia sintetică. Ele nu sunt mai puțin importante în studiul cineticii reacțiilor chimice, precum și al mecanismelor acestora. Sarcina principală a oricărui experiment privind studiul vitezei de reacție este măsurarea exactă a concentrației reactivului care variază în timp și, în plus, de obicei foarte mică. Pentru a rezolva această problemă, în funcție de natura substanței, se pot folosi metode cromatografice, diferite tipuri de analiză spectrală și metode electrochimice (vezi Chimie analitică).

Perfecțiunea tehnologiei a atins un nivel atât de ridicat încât a devenit posibil să se determine cu exactitate viteza chiar și „instantanee”, așa cum se credea anterior, reacții, de exemplu, formarea moleculelor de apă din cationi și anioni de hidrogen. Cu o concentrație inițială a ambilor ioni egală cu 1 mol/l, timpul acestei reacții este de câteva sute de miliarde de secundă.

Metodele de cercetare fizico-chimică sunt, de asemenea, special adaptate pentru detectarea particulelor intermediare de scurtă durată formate în timpul reacțiilor chimice. Pentru a face acest lucru, dispozitivele sunt echipate fie cu dispozitive de înregistrare de mare viteză, fie cu atașamente care asigură funcționarea la temperaturi foarte scăzute. Astfel de metode captează cu succes spectrele particulelor a căror durată de viață în condiții normale este măsurată în miimi de secundă, cum ar fi radicalii liberi.

Pe lângă metodele experimentale, calculele sunt utilizate pe scară largă în chimia modernă. Astfel, calculul termodinamic al unui amestec de substanțe care reacționează face posibilă prezicerea cu precizie a compoziției sale de echilibru (vezi Echilibrul chimic).

Calculele moleculelor bazate pe mecanica cuantică și chimia cuantică au devenit universal recunoscute și în multe cazuri de neînlocuit. Aceste metode se bazează pe un aparat matematic foarte complex și necesită utilizarea celor mai avansate calculatoare electronice – calculatoarele. Acestea vă permit să creați modele ale structurii electronice a moleculelor care explică proprietățile observabile și măsurabile ale moleculelor cu stabilitate scăzută sau ale particulelor intermediare formate în timpul reacțiilor.

Metodele de studiu a substanțelor dezvoltate de chimiști și chimiștii fizici sunt utile nu numai în chimie, ci și în științele conexe: fizică, biologie, geologie. Nici industria, nici agricultura, nici medicina, nici criminologia nu se pot lipsi de ele. Instrumentele fizice și chimice ocupă un loc de onoare pe navele spațiale, care sunt folosite pentru a studia spațiul din apropierea Pământului și planetele învecinate.

Prin urmare, cunoașterea elementelor de bază ale chimiei este necesară pentru fiecare persoană, indiferent de profesia sa, iar dezvoltarea în continuare a metodelor acesteia este una dintre cele mai importante direcții ale revoluției științifice și tehnologice.

Curs 9. Fundamentele analizei cantitative.

1. Clasificarea metodelor de analiză chimică.

2. Tipuri de determinări gravimetrice.

3. Caracteristici generale ale metodei gravimetrice de analiză.

4. Metoda de analiză titrimetrică volumetrică.

5. Calcule în analiza titrimetrică.

6. Metode de analiză titrimetrică.

D.Z. conform contului Pustovalov p. 181-218.

Clasificarea metodelor de analiză chimică.

colși sincer ro A liz - Col.a. - un set de metode chimice, fizico-chimice și fizice pentru determinarea raportului cantitativ al componentelor care alcătuiesc analitul.

Metode de analiză cantitativă:

1) chimică (gravimetrie, titrimetrie, analiză de gaze);

2) metoda fizico-chimica (fotometrie, analize electrochimice, cromatografice);

3) fizico-spectral: luminiscent etc.

Alături de o analiză calitativă, Kol. A. este una dintre principalele ramuri ale chimiei analitice. După cantitatea de substanță luată pentru analiză se disting metodele macro-, semi-micro-, micro- și ultra-micro.K. a. În metodele macro, masa eșantionului este de obicei >100 mg, volum soluție > 10 ml;în ultramicrometode - respectiv 1-10 -1 mgși 10 -3 -10 -6 ml(vezi și Analiza microchimică, Analiza ultramicrochimică) . În funcție de obiectul de studiu, se disting K. a. anorganic și organic, care, la rândul lor, se împart în analiză elementară, funcțională și moleculară.. Analiza elementară vă permite să determinați conținutul elementelor (ioni), analiza funcțională - conținutul atomilor funcționali (reactivi) și al grupurilor din obiectul analizat. Molecular K. a. presupune analiza unor compuși chimici individuali caracterizați printr-o anumită greutate moleculară. De mare importanță este așa-numita analiză de fază - un set de metode pentru separarea și analiza componentelor structurale (de fază) individuale ale sistemelor eterogene. Pe lângă specificitate și sensibilitate (vezi Analiza calitativă), o caracteristică importantă a metodelor lui K. și. - acurateţea, adică valoarea erorii relative de determinare; acuratețea și sensibilitatea în K. a. exprimat ca procent.

La metodele chimice clasice ale lui K. a. includ: analiza gravimetrică, bazată pe o măsurare precisă a masei analitului și analiza volumetrică. Acesta din urmă include analiza titrimetrică volumetrică - metode de măsurare a volumului unei soluții de reactiv consumată într-o reacție cu un analit și analiza volumului de gaz - metode de măsurare a volumului produselor gazoase analizate (vezi Analiza titrimetrică, Analiza gazelor) .

Alături de metodele chimice clasice, sunt utilizate pe scară largă metodele fizico-fizico-chimice (instrumentale) ale CA, bazate pe măsurarea caracteristicilor optice, electrice, de adsorbție, catalitice și alte caracteristici ale substanțelor analizate, care depind de cantitatea (concentrația) acestora. De obicei, aceste metode sunt împărțite în următoarele grupe: electrochimice (conductometrie, polarografie, potențiometrie etc.); spectrale sau optice (analiza spectrală de emisie și absorbție, fotometrie, colorimetrie, nefelometrie, analiză de luminiscență etc.); Raze X (analiza spectrală a razelor X de absorbție și emisie, analiză de fază cu raze X etc.); cromatografic (cromatografie lichid, gaz, gaz-lichid etc.); radiometric (analiza de activare etc.); spectrometric de masă. Metodele enumerate, inferioare celor chimice ca precizie, le depasesc semnificativ ca sensibilitate, selectivitate, viteza de executie. Precizia metodelor chimice K. a. este de obicei în intervalul 0,005-0,1%; erorile de determinare prin metode instrumentale sunt de 5-10%, iar uneori mult mai mult. Sensibilitatea unor metode La. şi. este prezentat mai jos (%):

Volum................................................. ......10 -1

Gravimetric ............................................. 10 -2

Spectrul de emisie.................................10 -4

Raze X de absorbție spectrală ...... 10 -4

Spectrometria de masă ............................... 10 -4

Coulometrică ................................................. 10 -5

Fluorescent ................................................. 10 - 6 -10 -5

Fotometric colorimetric ......... 10 -7 -10 -4

Polarografic .................................10 -8 -10 -6

Activare ................................................. ............10 -9 -10 -8

La utilizarea metodelor fizico-fizico-chimice To. şi. de regulă, sunt necesare microcantități de substanțe. Analiza poate fi efectuată în unele cazuri fără distrugerea probei; uneori este posibilă și înregistrarea continuă și automată a rezultatelor. Aceste metode sunt utilizate pentru a analiza substanțe cu puritate ridicată, pentru a evalua randamentele produselor, pentru a studia proprietățile și structura substanțelor etc. Vezi și Metode electrochimice de analiză, Analiză spectrală, Cromatografie, Metode cinetice de analiză, Nefelometrie, Colorimetrie, Analiză de activare.

1) metode chimice de analiză:

Gravimetric- pe baza determinarii masei unei substante izolate sub forma pura sau sub forma unui compus de compozitie cunoscuta.

partea pozitivă „+” - dă un rezultat de rezistență ridicată,

partea negativă a „-” este o muncă care necesită foarte mult timp.

titrimetric -(volumetric) - bazat pe o măsurare precisă a reactivului cheltuit pentru reacția cu o anumită componentă. Reactivul se ia sub forma unei soluții de o anumită concentrație (soluție titrată).

Viteză mare de analiză;

Rezultat mai puțin precis în comparație cu gravimetria.

În funcție de tipul de reacții care apar în timpul titrarii, se disting următoarele: metode:

Metode de titrare acido-bazică,

Metoda de titrare reductivă,

metoda de precipitare,

Formare complexă.

2) Metoda fizico-chimică- pe baza măsurării absorbției, transmiterii, împrăștierii luminii prin soluția determinată.

Pentru majoritatea metodelor fotometrice, intensitatea culorii soluției este estimată vizual sau folosind instrumente adecvate.

Este utilizat pentru o componentă specifică care face parte din analit în cantități foarte mici;

Precizia metodei este mai mică decât în ​​gravimetrie și titrimetrie.

Metode electrochimice- analiza electrogravimetrică, conductometrie, potențiometrie și polarografie.

Metoda cromatografică- bazat pe utilizarea fenomenului de adsorbție selectivă a unei soluții a unei substanțe și a ionilor de către diverse substanțe sau adsorbanți: Al 2 O 3 , silicagel, amidon, talc,

permutidă, rășini sintetice și alte substanțe.

Aplicatie: atat in analiza cantitativa cat si in analiza calitativa, folosita in special pentru determinarea substantelor si ionilor.

Există multe tipuri de analiză. Ele pot fi clasificate după diferite criterii:

- după natura informațiilor primite. Distinge analiza calitativa(în acest caz, ei află în ce constă această substanță, ce componente sunt incluse în compoziția sa) și analiza cantitativa(determinați conținutul anumitor componente, de exemplu, în % în greutate, sau raportul dintre diferite componente). Linia dintre analiza calitativă și cea cantitativă este foarte condiționată, mai ales în studiul microimpurităților. Deci, dacă în cursul unei analize calitative o anumită componentă nu a fost detectată, atunci este necesar să se indice ce cantitate minimă a acestei componente ar putea fi detectată folosind această metodă. Poate că rezultatul negativ al unei analize calitative nu se datorează absenței unei componente, ci sensibilității insuficiente a metodei folosite! Pe de altă parte, analiza cantitativă se efectuează întotdeauna ținând cont de compoziția calitativă constatată anterior a materialului studiat.

- clasificarea pe obiecte de analiză: tehnică, clinică, criminalistică si etc.

- clasificarea după obiecte de definiţie.

Nu confundați termenii - a analizași a determina. Obiecte definiții numiți componentele al căror conținut trebuie stabilit sau detectat în mod fiabil. Luând în considerare natura componentei care se determină, se disting diferite tipuri de analiză (Tabelul 1.1).

Tabelul 1-1. Clasificarea tipurilor de analiză (după obiecte de definire sau de detectare)

Tipul analizei	Obiect de definire (sau de detectare)	Exemplu	Zona de aplicare
izotopic	Atomi cu valori date ale sarcinii nucleare și ale numărului de masă (izotopi)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Energia nucleară, controlul poluării mediului, medicină, arheologie etc.
elementar	Atomi cu valori date de încărcare nucleară (elemente)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Pretutindeni
Real	Atomi (ioni) unui element într-o stare de oxidare dată sau în compuși cu o compoziție dată (forma elementului)	Cr(III), Fe2+, Hg în compuși complecși	Tehnologia chimică, controlul poluării mediului, geologie, metalurgie etc.
Molecular	Molecule cu o compoziție și o structură date	Benzen, glucoză, etanol	Medicina, controlul poluarii mediului, agrochimie, tehnologie chimica, criminalistica.
Grup structural sau funcțional	Suma moleculelor cu caracteristici structurale date și proprietăți similare (suma izomerilor și omologilor)	Limitați hidrocarburile, monozaharidele, alcoolii	Tehnologia chimică, industria alimentară, medicină.
fază	Fază sau element dintr-o fază dată	Grafit în oțel, cuarț în granit	Metalurgie, geologie, tehnologia materialelor de construcție.

Clasificarea „după obiecte de definiție” este foarte importantă, deoarece ajută la alegerea modului adecvat de realizare a analizei (metoda analitică). Da, pentru analiza elementară folosite adesea metode spectrale bazate pe înregistrarea radiațiilor atomilor la diferite lungimi de undă. Majoritatea metodelor spectrale implică distrugerea completă (atomizarea) analitului. Dacă este necesar să se stabilească natura și conținutul cantitativ al diferitelor molecule care compun compoziția substanței organice studiate ( analiza moleculara), atunci una dintre cele mai potrivite metode va fi cromatografică, care nu implică distrugerea moleculelor.

Pe parcursul analiza elementară identifica sau cuantifica elemente, indiferent de gradul lor de oxidare sau de includerea in compozitia anumitor molecule. Compoziția elementară completă a materialului de testat este determinată în cazuri rare. De obicei, este suficientă determinarea unor elemente care afectează semnificativ proprietățile obiectului studiat.

Real analiza a început să fie evidențiată ca o formă independentă relativ recent, mai devreme a fost considerată ca parte a celei elementare. Scopul analizei materialelor este de a determina separat conținutul diferitelor forme ale aceluiași element. De exemplu, cromul (III) și cromul (VI) în apa reziduală. În produsele petroliere, „sulf sulfat”, „sulf liber” și „sulf sulfurat” sunt determinate separat. Cercetând compoziția apelor naturale, ei află ce parte din mercur există sub formă de compuși puternici (nedisociați) complex și organoelement și ce parte - sub formă de ioni liberi. Aceste sarcini sunt mai dificile decât cele ale analizei elementare.

Analiza moleculară este deosebit de important în studiul substanțelor organice și al materialelor de origine biogenă. Un exemplu ar fi determinarea benzenului în benzină sau a acetonei în aerul expirat. În astfel de cazuri, este necesar să se ia în considerare nu numai compoziția, ci și structura moleculelor. Într-adevăr, în materialul studiat pot exista izomeri și omologi ai componentei determinate. Astfel, este adesea necesar să se determine conținutul de glucoză în prezența multor izomeri ai săi și a altor compuși înrudiți, cum ar fi zaharoza.

Când vine vorba de determinarea conținutului total al tuturor moleculelor care au unele caracteristici structurale comune, aceleași grupuri funcționale și, prin urmare, proprietăți chimice similare, utilizați termenul structural-grup(sau funcţional) analiză. De exemplu, cantitatea de alcooli (compuși organici având o grupă OH) este determinată prin efectuarea unei reacții comune tuturor alcoolilor cu sodiu metalic și apoi măsurarea volumului de hidrogen eliberat. Cantitatea de hidrocarburi nesaturate (avand legaturi duble sau triple) se determina prin oxidarea lor cu iod. Conținutul total al aceluiași tip de componente este uneori stabilit și în analiza anorganică - de exemplu, conținutul total de elemente de pământuri rare.

Un tip specific de analiză este analiza de fază. Deci, carbonul din fonte și oțel se poate dizolva în fier, poate forma compuși chimici cu fierul (carburi) sau poate forma o fază separată (grafit). Proprietățile fizice ale produsului (rezistență, duritate etc.) depind nu numai de conținutul total de carbon, ci și de distribuția carbonului între aceste forme. Prin urmare, metalurgiștii sunt interesați nu numai de conținutul total de carbon din fontă sau oțel, ci și de prezența unei faze separate de grafit (carbon liber) în aceste materiale, precum și de conținutul cantitativ al acestei faze.

Obiectivul principal al cursului de bază în chimie analitică este analiza elementară și moleculară. În alte tipuri de analiză, sunt utilizate metode foarte specifice, iar analizele izotopice, de fază și de grup structural nu sunt incluse în programul de bază al cursului.

Clasificarea in functie de acuratetea rezultatelor, durata si costul analizelor. Se numește o versiune simplificată, rapidă și ieftină a analizei analiză expresă. Pentru implementarea lor, folosesc adesea metode de testare. De exemplu, oricine (nu un analist) poate evalua conținutul de nitrați din legume (zahăr în urină, metale grele în apa de băut etc.) folosind o hârtie specială indicator. Rezultatul va fi vizibil pentru ochi, deoarece conținutul componentei este determinat folosind scara de culori atașată hârtiei. Metodele de testare nu necesită livrarea unei probe la laborator, nicio prelucrare a materialului de testat; aceste metode nu folosesc echipamente scumpe și nu efectuează calcule. Este important doar ca rezultatul să nu depindă de prezența altor componente în materialul studiat, iar pentru aceasta este necesar ca reactivii cu care este impregnată hârtia în timpul fabricării acesteia să fie specifici. Este foarte greu de asigurat specificul metodelor de testare, iar acest tip de analiză s-a răspândit abia în ultimii ani ai secolului 20. Desigur, metodele de testare nu pot oferi o precizie ridicată a analizei, dar nu este întotdeauna necesară.

Opusul direct al analizei exprese - analiza arbitrajului. Principala cerință pentru aceasta este să asigure cea mai mare acuratețe posibilă a rezultatelor. Analizele de arbitraj sunt efectuate destul de rar (de exemplu, pentru a rezolva un conflict între un producător și un consumator de produse industriale). Pentru efectuarea unor astfel de analize sunt implicați cei mai calificați performeri, se folosesc metodele cele mai fiabile și dovedite în mod repetat. Timpul petrecut pentru efectuarea unei astfel de analize, precum și costul acesteia, nu au o importanță fundamentală.

Un loc intermediar între analiza expresă și cea de arbitraj - în ceea ce privește acuratețea, durata, costul și alți indicatori - este ocupat de așa-numitul teste de rutină. Partea principală a analizelor efectuate în fabrică și în alte laboratoare de control și analitice este de acest tip.

Există și alte moduri de clasificare, alte tipuri de analiză. De exemplu, luați în considerare masa materialului studiat, utilizat direct în cursul analizei. În cadrul clasificării corespunzătoare, există macroanaliza(kilograme, litri), semimicroanaliza(fracții de gram, mililitri) și microanaliză. În acest din urmă caz, se folosesc cântăriri de ordinul unui miligram sau mai puțin, volumele de soluții sunt măsurate în microlitri, iar rezultatul reacției trebuie observat uneori la microscop. Microanaliza este rar folosită în laboratoarele analitice.

1.3. Metode de analiză

Conceptul de „metodă de analiză” este cel mai important pentru chimia analitică. Acest termen este folosit atunci când doresc să dezvăluie esența uneia sau aceleia analize, principiul ei principal. Metoda de analiză este o modalitate destul de universală și justificată teoretic de a efectua o analiză, indiferent de ce componentă este determinată și ce anume este analizat. Există trei grupuri principale de metode (Fig. 1-1). Unele dintre ele vizează în primul rând separarea componentelor amestecului studiat (analiza ulterioară fără această operațiune se dovedește a fi inexactă sau chiar imposibilă). În cursul separării, de obicei apare și concentrația componentelor care trebuie determinate (vezi capitolul 8). Un exemplu ar fi metodele de extracție sau metodele de schimb ionic. Alte metode sunt utilizate în cursul analizei calitative, ele servesc pentru identificarea (identificarea) fiabilă a componentelor care ne interesează. Cele trei, cele mai numeroase, sunt destinate determinării cantitative a componentelor. Se numesc grupurile respective metode de separare și concentrare, metode de identificare și metode de determinare. Metodele primelor două grupuri, de regulă , joacă un rol de sprijin; vor fi discutate mai târziu. Cele mai importante pentru practică sunt metode de determinare.

Pe lângă cele trei grupuri principale, există hibrid metode. Figura 1.1 nu prezintă aceste metode. În metodele hibride, separarea, identificarea și determinarea componentelor sunt combinate organic într-un singur instrument (sau într-un singur set de instrumente). Cea mai importantă dintre aceste metode este analiza cromatografică. Într-un dispozitiv special (cromatograf), componentele probei de testat (amestec) sunt separate, deoarece se deplasează cu viteze diferite printr-o coloană umplută cu pulbere solidă (sorbent). Până la momentul eliberării componentei din coloană, natura sa este judecată și astfel sunt identificate toate componentele probei. Componentele care părăsesc coloana cad la rândul lor într-o altă parte a dispozitivului, unde un dispozitiv special - un detector - măsoară și înregistrează semnalele tuturor componentelor. Adesea, calculul automat al conținutului tuturor componentelor este efectuat imediat. Este clar că analiza cromatografică nu poate fi considerată doar ca o metodă de separare a componentelor, sau doar ca o metodă de determinare cantitativă, este tocmai o metodă hibridă.

Fiecare metodă de determinare combină multe metode specifice în care se măsoară aceeași mărime fizică. De exemplu, pentru a efectua o analiză cantitativă, se poate măsura potențialul unui electrod scufundat în soluția de testat și apoi, folosind valoarea potențială găsită, se poate calcula conținutul unei anumite componente a soluției. Toate metodele, în care operația principală este măsurarea potențialului electrodului, sunt considerate cazuri speciale. metoda potentiometrica. Atunci când atribuiți o tehnică uneia sau alteia metode analitice, nu contează ce obiect este studiat, ce substanțe și cu ce precizie sunt determinate, ce dispozitiv este utilizat și cum sunt efectuate calculele - este important doar ceea ce măsurăm. De obicei se numește mărimea fizică măsurată în timpul analizei, care depinde de concentrația analitului semnal analitic.

Într-un mod similar, se poate evidenția metoda analiza spectrală.În acest caz, operația principală este măsurarea intensității luminii emise de probă la o anumită lungime de undă. Metodă analiză titrimetrică (volumetică). se bazează pe măsurarea volumului soluției cheltuite la reacția chimică cu componenta determinată a probei. Cuvântul „metodă” este adesea omis, ei spun pur și simplu „potențiometrie”, „analiza spectrală”, „titrimetrie”, etc. LA analiza refractometrică semnalul este indicele de refracție al soluției de testat, în spectrofotometrie- absorbția luminii (la o anumită lungime de undă). Lista metodelor și semnalele lor analitice corespunzătoare poate fi continuată; în total, sunt cunoscute câteva zeci de metode independente.

Fiecare metodă de determinare are propria sa bază teoretică și este asociată cu utilizarea unor echipamente specifice. Domeniile de aplicare a diferitelor metode diferă semnificativ. Unele metode sunt utilizate în principal pentru analiza produselor petroliere, altele - pentru analiza medicamentelor, altele - pentru studiul metalelor și aliajelor etc. În mod similar, se pot distinge metode de analiză elementară, metode de analiză izotopică etc. Există, de asemenea, metode universale utilizate în analiza unei mari varietăți de materiale și potrivite pentru determinarea celor mai diverse componente din acestea. De exemplu, metoda spectrofotometrică poate fi utilizată pentru analiza grupurilor elementare, moleculare și structurale.

Precizia, sensibilitatea și alte caracteristici ale metodelor individuale legate de aceeași metodă analitică diferă, dar nu la fel de mult ca caracteristicile diferitelor metode. Orice problemă analitică poate fi întotdeauna rezolvată prin mai multe metode diferite (de exemplu, cromul din oțelul aliat poate fi determinat prin metoda spectrală și titrimetrică și potențiometrică). Analistul alege o metodă, ținând cont de capacitățile cunoscute ale fiecăruia dintre ele și de cerințele specifice pentru această analiză. Este imposibil să alegeți odată pentru totdeauna metodele „cea mai bună” și „cea mai proastă”, totul depinde de problema rezolvată, de cerințele pentru rezultatele analizei. Astfel, analiza gravimetrică, de regulă, oferă rezultate mai precise decât analiza spectrală, dar necesită multă muncă și timp. Prin urmare, analiza gravimetrică este bună pentru analiza arbitrală, dar nu este potrivită pentru analiza expresă.

Metodele de determinare sunt împărțite în trei grupe: chimice, fizice și fizico-chimice. Adesea, metodele fizice și fizico-chimice sunt combinate sub denumirea comună „metode instrumentale”, deoarece în ambele cazuri se folosesc instrumente și aceleași. În general, granițele dintre grupurile de metode sunt foarte arbitrare.

Metode chimice se bazează pe efectuarea unei reacții chimice între componenta determinată și un reactiv special adăugat. Reacția se desfășoară conform schemei:

În continuare, simbolul X indică componenta care se determină (moleculă, ion, atom etc.), R este reactivul adăugat, Y este totalitatea produșilor de reacție. Grupul de metode chimice include metodele clasice (cunoscute și bine studiate) de determinare, în primul rând gravimetria și titrimetria. Numărul metodelor chimice este relativ mic, toate au aceleași fundamente teoretice (teoria echilibrului chimic, legile cineticii chimice etc.). Ca semnal analitic în metodele chimice, se măsoară de obicei masa sau volumul unei substanțe. Instrumentele fizice complexe, cu excepția balanțelor analitice, și standardele speciale de compoziție chimică nu sunt utilizate în metodele chimice. Aceste metode au multe în comun în ceea ce privește capacitățile lor. Ele vor fi discutate în capitolul 4.

Metode fizice nu sunt asociate cu reacții chimice și cu utilizarea de reactivi. Principiul lor principal este compararea aceluiași tip de semnale analitice ale componentei X în materialul studiat și într-o anumită referință (probă cu o concentrație precis cunoscută de X). După ce am construit în prealabil un grafic de calibrare (dependența semnalului de concentrația sau masa X) și măsurând valoarea semnalului pentru o probă din materialul studiat, se calculează concentrația X din acest material. Există și alte moduri de a calcula concentrațiile (vezi capitolul 6). Metodele fizice sunt de obicei mai sensibile decât cele chimice; prin urmare, determinarea microimpurităților se realizează în principal prin metode fizice. Aceste metode sunt ușor de automatizat și necesită mai puțin timp pentru analiză. Cu toate acestea, metodele fizice necesită standarde speciale, echipamente destul de complexe, costisitoare și foarte specializate.În plus, sunt de obicei mai puțin precise decât cele chimice.

Un loc intermediar între metodele chimice și cele fizice în ceea ce privește principiile și capacitățile lor îl ocupă fizice si chimice metode de analiză. În acest caz, analistul conduce o reacție chimică, dar cursul sau rezultatul acesteia este urmărit nu vizual, ci cu ajutorul instrumentelor fizice. De exemplu, se adaugă treptat la soluția de testare o alta - cu o concentrație cunoscută a reactivului dizolvat și, în același timp, controlează potențialul electrodului scufundat în soluția titrată. (titrare potențiometrică), Analistul apreciază finalizarea reacției prin saltul de potențial, măsoară volumul de titrant cheltuit pe aceasta și calculează rezultatul analizei. Astfel de metode sunt în general la fel de precise ca metodele chimice și aproape la fel de sensibile ca metodele fizice.

Metodele instrumentale sunt adesea împărțite în funcție de o altă caracteristică, mai clar exprimată - natura semnalului măsurat. În acest caz, se disting subgrupuri de metode optice, electrochimice, rezonante, de activare și alte metode. Există, de asemenea, metode puține și încă subdezvoltate metode biologice și biochimice.

1. Eșantionare:

O probă de laborator constă din 10-50 g de material, care este prelevat astfel încât compoziția sa medie să corespundă compoziției medii a întregului lot de analit.

2. Descompunerea probei și transferul acesteia în soluție;

3. Efectuarea unei reacții chimice:

X este componenta de determinat;

P este produsul de reacție;

R este un reactiv.

4. Măsurarea oricărui parametru fizic al produsului de reacție, reactiv sau analit.

Clasificarea metodelor chimice de analiză

eu Prin componente de reacție

1. Se măsoară cantitatea de produs de reacție P format (metoda gravimetrică). Creați condiții în care analitul este complet transformat într-un produs de reacție; în plus, este necesar ca reactivul R să nu dea produse minore de reacție cu substanțe străine, ale căror proprietăți fizice ar fi similare cu proprietățile fizice ale produsului.

2. Pe baza măsurării cantității de reactiv consumată în reacția cu analitul X:

– actiunea dintre X si R trebuie sa fie stoichiometrica;

- reacția trebuie să decurgă rapid;

– reactivul nu trebuie să reacţioneze cu substanţe străine;

– este nevoie de o modalitate de stabilire a punctului de echivalență, i.e. momentul titrarii cand se adauga reactivul intr-o cantitate echivalenta (indicator, schimbare de culoare, insula potential, conductivitate electrica).

3. Înregistrează modificările care apar cu analitul X însuși în procesul de interacțiune cu reactivul R (analiza gazelor).

II Tipuri de reacții chimice

1. Acido-bazic.

2. Formarea compușilor complecși.

Reacții acido-bazice: utilizat în principal pentru determinarea cantitativă directă a acizilor și bazelor puternice și slabe și a sărurilor acestora.

Reacții pentru formarea compușilor complecși: substanțele determinate sunt transformate în ioni și compuși complecși prin acțiunea reactivilor.

Următoarele metode de separare și determinare se bazează pe reacții complexe de formare:

1) Separarea prin precipitare;

2) Metoda de extracție (compușii complecși insolubili în apă se dizolvă adesea bine în solvenți organici - benzen, cloroform - procesul de transfer al compușilor complecși din fazele apoase în cele dispersate se numește extracție);

3) Fotometric (Co cu sare de azot) - se măsoară densitatea optimă a soluțiilor de compuși complecși;

4) Metoda analizei titrimetrice

5) Metoda gravimetrică de analiză.

1) metoda de cimentare - reducerea ionilor metalici de Me în soluție;

2) electroliza cu catod de mercur - în timpul electrolizei unei soluții cu catod de mercur, ionii multor elemente sunt reduși prin curent electric la Me, care se dizolvă în mercur, formând un amalgam. Ionii celuilalt Eu rămân în soluție;

3) metoda de identificare;

4) metode titrimetrice;

5) electrogravimetric - un el este trecut prin soluția de testare. un curent de o anumită tensiune, în timp ce ionii Me sunt readuceți la starea Me, cel eliberat este cântărit;

6) metoda coulometrică - cantitatea de substanță este determinată de cantitatea de energie electrică care trebuie cheltuită pentru transformarea electrochimică a substanței analizate. Reactivii de analiză se găsesc conform legii lui Faraday:

M este cantitatea elementului care se determină;

F este numărul Faraday (98500 C);

A este masa atomică a elementului;

n este numărul de electroni implicați în transformarea electrochimică a unui element dat;

Q este cantitatea de electricitate (Q = I ∙ τ).

7) metoda catalitică de analiză;

8) polarografice;

III Clasificarea metodelor de separare pe baza utilizării diferitelor tipuri de transformări de fază:

Sunt cunoscute următoarele tipuri de echilibre între faze:

Echilibrul L-G sau T-G este utilizat în analiză atunci când substanțele sunt eliberate în faza gazoasă (CO 2 , H 2 O etc.).

Echilibrul W 1 - W 2 se observă în metoda de extracție și în electroliză cu catod de mercur.

Zh-T este tipic pentru procesele de depunere și procesele de precipitare pe suprafața fazei solide.

Metodele de analiză includ:

1. gravimetric;

2. titrimetric;

3 optice;

4. electrochimic;

5. catalitic.

Metodele de separare includ:

1. precipitații;

2. extracție;

3. cromatografie;

4. schimb ionic.

Metodele de concentrare includ:

1. precipitații;

2. extracție;

3. chituire;

4. decapare.

Metode fizice de analiză

O trăsătură caracteristică este că măsoară în mod direct orice parametri fizici ai sistemului asociați cu cantitatea de element determinată fără reacție chimică prealabilă.

Metodele fizice includ trei grupuri principale de metode:

I Metode bazate pe interacțiunea radiației cu o substanță sau pe măsurarea radiației unei substanțe.

II Metode bazate pe măsurarea parametrilor el. sau proprietățile magnetice ale materiei.

IIIMetode bazate pe măsurarea densității sau a altor parametri ai proprietăților mecanice sau moleculare ale substanțelor.

Metode bazate pe tranziția energetică a electronilor de valență exteriori ai atomilor: includ metode de analiză de emisie atomică și absorbție atomică.

Analiza emisiilor atomice:

1) Fotometria flacara - solutia analizata este pulverizata in flacara unui arzator cu gaz. Sub influența temperaturii ridicate, atomii intră într-o stare excitată. Electronii externi de valență se deplasează la niveluri de energie mai înalte. Tranziția inversă a electronilor la nivelul de energie principal este însoțită de radiație, a cărei lungime de undă depinde de atomii din care element se aflau în flacără. Intensitatea radiației în anumite condiții este proporțională cu numărul de atomi ai elementului din flacără, iar lungimea de undă a radiației caracterizează compoziția calitativă a probei.

2) Metoda de analiză de emisie - spectrală. Proba este introdusă în flacăra unui arc sau a unei scântei condensate, la temperatură ridicată atomii trec într-o stare excitată, în timp ce electronii trec nu numai la nivelul cel mai apropiat de principal, ci și la niveluri de energie mai îndepărtate.

Radiația este un amestec complex de vibrații luminoase de diferite lungimi de undă. Spectrul de emisie este descompus în părțile principale ale specialului. instrumente, spectrometre și fotografiere. Compararea poziției intensității liniilor individuale ale spectrului cu liniile standardului corespunzător vă permite să determinați analiza calitativă și cantitativă a probei.

Metode de analiză prin absorbție atomică:

Metoda se bazează pe măsurarea absorbției luminii cu o anumită lungime de undă de către atomii neexcitați ai elementului determinat. O sursă specială de radiație produce radiații rezonante, de exemplu. radiatia corespunzatoare tranzitiei unui electron la orbitalul cel mai jos cu cea mai mica energie, de la orbitalul cel mai apropiat de acesta cu un nivel de energie mai mare. Scăderea intensității luminii atunci când trece prin flacără din cauza transferului electronilor atomilor elementului care se determină într-o stare excitată este proporțională cu numărul de atomi neexcitați din acesta. În absorbția atomică se folosesc amestecuri combustibile cu temperaturi de până la 3100 ° C, ceea ce crește numărul de elemente de determinat, în comparație cu fotometria cu flacără.

Fluorescente cu raze X și emisie de raze X

Fluorescent cu raze X: proba este expusă la raze X. electroni superiori. Orbitii cei mai apropiați de nucleul atomului sunt scoși din atomi. Locul lor este luat de electronii de pe orbiti mai îndepărtați. Tranziția acestor electroni este însoțită de apariția radiației secundare de raze X, a cărei lungime de undă este legată funcțional de numărul atomic al elementului. Lungimea de undă - compoziția calitativă a probei; intensitate - compoziția cantitativă a probei.

Metode bazate pe reactii nucleare - radioactive. Materialul este expus la radiații neutronice, apar reacții nucleare și se formează izotopi radioactivi ai elementelor. Apoi, proba este transferată într-o soluție și elementele sunt separate prin metode chimice. După aceea, se măsoară intensitatea radiației radioactive a fiecărui element al probei, iar proba de referință este analizată în paralel. Se compară intensitatea radiațiilor radioactive ale fracțiilor individuale ale probei de referință și ale materialului analizat și se trag concluzii cu privire la conținutul cantitativ al elementelor. Limita de detectare 10 -8 - 10 -10%.

1. Conductometrică - bazată pe măsurarea conductibilității electrice a soluțiilor sau gazelor.

2. Potențiometrică - există o metodă de titrare directă și potențiometrică.

3. Termoelectric - bazat pe apariția forței termoelectromotoare, care a apărut la încălzirea locului de contact al oțelului etc. Me.

4. Spectrul de masă – se utilizează cu ajutorul elementelor puternice și a câmpurilor magnetice, amestecurile de gaze sunt separate în componente în funcție de atomii sau greutățile moleculare ale componentelor. Este utilizat în studiul unui amestec de izotopi. gaze inerte, amestecuri de substanțe organice.

Densitometrie – bazată pe măsurarea densității (determinarea concentrației de substanțe în soluții). Pentru determinarea compoziției se măsoară vâscozitatea, tensiunea superficială, viteza sunetului, conductivitatea electrică etc.

Pentru a determina puritatea substanțelor, se măsoară punctul de fierbere sau punctul de topire.

Predicția și calculul proprietăților fizice și chimice

Fundamente teoretice pentru prezicerea proprietăților fizico-chimice ale substanțelor

Calcul estimativ de predicție

Predicția implică o evaluare a proprietăților fizico-chimice pe baza unui număr minim de date inițiale ușor disponibile și poate presupune, de asemenea, absența completă a informațiilor experimentale despre proprietățile substanței studiate (predicția „absolută” se bazează numai pe informații despre formula stoichiometrică a compusul).

ANALIZA CHIMICA

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

Sarcinile principale ale chimiei analitice

Una dintre sarcinile în realizarea măsurilor de protecție a mediului este cunoașterea tiparelor de relații cauză-efect dintre diferitele tipuri de activitate umană și schimbările care au loc în mediul natural. Analiză 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) corectitudine și reproductibilitate bună;

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

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

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

5) expresivitate;

6) simplitate în analiză, posibilitatea de automatizare, rentabilitatea determinării.

Analiza chimica este un complex în mai multe etape despre cess, care este o colecție de tehnici gata făcute și servicii conexe.

Sarcini de analiză

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

2. Determinarea cantitativă a conținutului uneia sau alteia componente din obiectul analizat.

Etapele analizei oricărui obiect

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

2. Eșantionarea (eșantionarea competentă a unei părți din eșantion vă permite să trageți concluzia corectă despre compoziția întregului eșantion). Încerca- aceasta este o parte a materialului analizat, reprezentativă pentru A mestecându-i compoziţia chimică. În unele cazuri, întregul material analitic este folosit ca probă. Timpul de depozitare a probelor trebuie menținut la minimum. eh nym. Condițiile și metodele de depozitare ar trebui să excludă pierderea necontrolată 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 interferentelor; concentrația componentelor;

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

5. Prelucrarea analitică a semnalului, i.e. separarea semnalului de zgomot. Zgomote- semnalele laterale apărute în instrumentele de măsură, amplificatoare și alte dispozitive.

6. Aplicarea rezultatelor analizei. În funcție de proprietatea substanței care stă la baza definiției, 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 unei reacții chimice (de exemplu, fotometria se bazează pe o modificare a densității optice a unei soluții ca urmare a o reacție);

- metode fizice analiză care nu implică utilizarea reacțiilor chimice. Compoziția substanțelor se stabilește prin măsurarea proprietăților fizice caracteristice ale obiectului (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 de echilibru al electrodului	Potențiometrie
Rezistența de polarizare a electrodului	Polarografie
Cantitatea de energie electrică	Coulometrie
Conductibilitatea soluției	Conductometrie
Absorbția fotonilor	Fotometrie
Emisia de fotoni	Analiza spectrală a emisiilor

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

Foarte des, proba analizată a unei substanțe este transformată într-o formă convenabilă pentru analiză prin dizolvarea într-un solvent adecvat (de obicei apă sau soluții apoase acide) sau fuzionarea cu un compus chimic, urmată de dizolvare.

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

Reacții care au loc în soluții pe cale de executare sunt clasificate în eprubetă, microcristaloscopice și picurare. Reacțiile microcristaloscopice sunt efectuate pe o lamă de sticlă. Observați formarea cristalelor de formă caracteristică. Reacțiile de picătură se efectuează pe hârtie de filtru.

Reacții analitice utilizate în analiza calitativă, după domeniul de aplicare acțiune:

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 aceleași sau similare cu un număr limitat de ioni (2~5 buc.);

b) specific (foarte selectiv)- selectivă faţă de singur componentă.

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

Sunt analizate amestecuri simple de ioni metoda fracționată, fără separarea prealabilă a ionilor de interferență, ionii individuali sunt determinați prin intermediul reacțiilor caracteristice. M ion distrugător- 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. Transformarea ionilor interferenți în precipitat. Baza este diferența de mărime a produsului de solubilitate al precipitatelor rezultate. În acest caz, PR-ul conexiunii ionului care se determină cu reactivul ar trebui să fie mai mare decât PR-ul conexiunii ionului care interferează.

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

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 părțile sale componente (faze), astfel încât componentele interferente și determinate să fie în faze diferite.

Avantajele analizei fracționate:

Viteza de execuție, deoarece timpul pentru operațiile pe termen lung de separare secvențială a unor ioni de alții este redus;

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

îndepărtarea ionilor și alte cauze (complexitatea amestecului) se recurge la efectuarea unei analize sistematice.

Analiza 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 asemănarea (în cadrul grupului) și diferențele (între grupuri) a proprietăților analitice ale componentelor. Într-un grup de analiză dedicat, se utilizează o serie de reacții de separare succesive 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 pentru detectare, cât și pentru separare, cât și în analiza anionilor - numai pentru detectare (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 oxidanți și reducători. Combinarea 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 în anumite reactii.

Reactivii de grup sunt selectați dintre reactivii generali deoarece reactivul de grup este necesar să elibereze un număr relativ mare de ioni. Principala metodă de separare este precipitarea, adică. împărțirea în grupe se bazează pe solubilitatea diferită a precipitatelor cationice 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 precipitate cu reactivii grupului indicat. Ele pot fi, de asemenea, separate într-un grup separat.

Grupuri de cationi

Pe lângă abordarea generală indicată, la alegerea reactivilor de grup, se pornește de la valorile produselor de solubilitate prin precipitare, deoarece, prin variarea condițiilor de precipitare, este posibilă separarea substanțelor dintr-un grup prin acțiunea aceluiași reactiv.

Cea mai răspândită 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, alcalii;

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

c) timpul de analiză este redus semnificativ în comparație cu metoda hidrogenului sulfurat. Studiul începe cu teste preliminare, în care pH-ul soluției este stabilit de un 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 HCI 2M și H2SO4 1M. Precipitatul se lasa 10 min, apoi se centrifuge si se spala cu apa acidificata cu HCI. În precipitat rămâne un amestec de cloruri și sulfați Ag + , Pb 2+ , Ba 2+ , Ca 2+. Este posibilă prezența sărurilor bazice de antimoniu. În soluție - grupele III-VI cationi.

Grupa III este separată de soluție prin adăugarea de câteva picături de 3% H 2 0 2 și un exces de NaOH în timpul încălzirii și agitării. Excesul de peroxid de hidrogen este îndepărtat prin fierbere. În sediment - hidroxizi de cationi din grupele IV-V, în soluție - cationi din grupele III și VI și parțial Ca 2+, care pot să nu precipite complet sub formă de CaS0 4 la separarea grupelor I și II.

Cationii din grupa V sunt separați de precipitat. 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 precipitat - carbonați și săruri bazice ale cationilor din grupa IV.

Virtutea analizei sistematice- Obținerea de informații suficient de complete despre compoziția obiectului. Defect- voluminitatea, durata, laboriozitatea. Schemele complete de analiză calitativă sistematică sunt rareori realizate. De obicei sunt folosite parțial dacă există informații despre originea, compoziția aproximativă a probei, a Asa deîn cursul chimiei analitice.

Hidroxidul de magneziu se dizolvă într-un amestec de NH 3 + NH 4 C1. Astfel, după împărțirea cationilor în grupe, s-au obținut patru eprubete care conțin a) un precipitat de cloruri și sulfați de cationi din grupele I-II; b) o soluţie dintr-un amestec de grupări cationi III şi VI; c) o soluţie de amoniaţi de cationi 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. Unul și 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 corespunzător săruri de ramificare. În funcție de compoziția substanței incluse anionul, proprietățile acestuia se modifică semnificativ. De exemplu, pentru ionul SO 4 2 "în compoziţia acidului sulfuric concentrat sunt caracteristice reacţiile de oxidare-reducere, iar în compoziţia sărurilor - reacţiile 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, anionii MoO 4 2 -, W0 4 2 ~, SiO 3 2" formează acizi insolubili în apă (H 2 Mo0 4, H 2 W0 4 * H 2 0, H 2 SiO 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 o valență variabilă și, sub acțiunea agenților oxidanți sau reducători, modifică starea de oxidare, modificând în același timp compoziția anionului. 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 reduși la N02, NO, N2, NH3.

Anionii reducători (S 2 ~, I - , CI -) reduc ionii Mn0 4 - în mediu acid, provocând decolorarea acestora. ioni de oxidare (NU3 , CrO 4 2 ", V0 3 -, Mn0 4 ~) oxidează ionii de iodură la acid Oh mediu până la un ion liber, culoare albastru de difenilamină Aceste proprietăți sunt utilizate pentru analiza calitativă, proprietățile redox ale ionilor de cromat, nitrat, iodură, vanadat, molibdat, tungstat stau la baza lor reacții tipice.

Reacții de grup ale anionilor.În funcție de acțiunea lor asupra anionilor, reactivii sunt împărțiți în următoarele grupe:

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

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

a) ВаС1 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) agenţi reducători (KI) (Tabelul 23.5);

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

Anionii din analiză practic 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, pe bază de noua 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 face posibilă detectarea anionilor care nu interferează între ei în porțiuni separate ale soluției.

În metodele semi-sistematice, are loc separarea anionilor în grupuri folosind reactivi de grup și detectarea ulterioară fracționată a anionilor. Aceasta conduce la o reducere a numărului de operații analitice secvențiale necesare și în cele din urmă simplifică schema de analiză a unui amestec de anioni.

Starea actuală a analizei calitative nu se limitează la schema clasică. În analiza ambelor anorganice, Asa deși substanțe organice, se folosesc adesea metode instrumentale, cum ar fi luminiscența, spectroscopie de absorbție, diverse metode electrochimice, care sunt opțiuni pentru cromatografie etc. Cu toate acestea, într-un număr de cazuri (laboratoare de teren, fabrici expres, etc.), analiza clasică nu și-a pierdut semnificația datorită simplității, accesibilității și costului redus.