Фізико-хімічні методи аналізу: практичне застосування. Аналітична хімія та фізико-хімічні методи аналізу До фізичних методів аналізу належать

Будь-який метод аналізу використовує певний аналітичний сигнал, який у умовах дають конкретні елементарні об'єкти (атоми, молекули, іони), у тому числі складаються досліджувані речовини.

Аналітичний сигнал дає інформацію як якісного, і кількісного характеру. Наприклад, якщо для аналізу використовуються реакції осадження, якісну інформацію одержують за появою або відсутністю осаду. Кількісну інформацію одержують за величиною маси осаду. При випромінюванні речовиною світла в певних умовах якісну інформацію отримують за появою сигналу (випромінювання світла) при довжині хвилі, що відповідає характерному кольору, а інтенсивності світлового випромінювання отримують кількісну інформацію.

За походженням аналітичного сигналу методи аналітичної хімії можна класифікувати на хімічні, фізичні та фізико-хімічні.

У хімічних методахпроводять хімічну реакцію та вимірюють або масу отриманого продукту – гравіметричні (вагові) методи, або обсяг реагенту, витрачений на взаємодію з речовиною, – титриметричні, газоволюмометричні (об'ємні) методи.

Газоволюмометрія (газовий об'ємний аналіз) заснована на виборчій абсорбції складових частингазової суміші в судинах, заповнених тим чи іншим поглиначем, з подальшим вимірюванням зменшення обсягу газу за допомогою бюретки. Так, діоксид вуглецю поглинають розчином гідроксиду калію, кисень - розчином пирогаллола, монооксид вуглецю - розчином аміачним хлориду міді. Газоволюмометрія відноситься до експресних методів аналізу. Вона широко використовується для визначення карбонатів в р. п. і мінералах.

Xімічні методи аналізу широко використовують для аналізу руд, гірських порід, мінералів та інших матеріалів при визначенні в них компонентів з вмістом від десятих часток до декількох десятків відсотка. Xімічні методи аналізу характеризуються високою точністю (похибка аналізу зазвичай становить десяті частки відсотка). Однак ці методи поступово витісняються експреснішими фізико-хімічними та фізичними методами аналізу.

Фізичні методианалізу засновані на вимірі будь-якої фізичної властивості речовин, що є функцією складу. Наприклад, рефрактометрія полягає в вимірі відносних показників заломлення світла. В активаційному аналізі вимірюється активність ізотопів і т. д. Часто при проведенні аналізу попередньо проводять хімічну реакцію, і концентрацію отриманого продукту визначають за фізичними властивостями, наприклад інтенсивність поглинання світлового випромінювання кольоровим продуктом реакції. Такі методи аналізу називають фізико-хімічними.

Фізичні методи аналізу характеризуються високою продуктивністю, низькими межами виявлення елементів, об'єктивністю результатів аналізу, високим рівнем автоматизації. Фізичні методи аналізу використовують під час аналізу гірських порід та мінералів. Наприклад, атомно-емісійним методом визначають вольфрам у гранітах і сланцях, сурму, олово та свинець у гірських породах та фосфатах; атомно-абсорбційним методом - магній та кремній у силікатах; рентгенофлуоресцентним – ванадій в ільменіті, магнезиті, глиноземі; мас-спектрометричним - марганець у місячному реголіті; нейтронно-активаційним - залізо, цинк, сурму, срібло, кобальт, селен та скандій у нафті; методом ізотопного розведення - кобальт у силікатних породах.

Фізичні та фізико-хімічні методи іноді називають інструментальними, тому що в цих методах потрібно застосування спеціально пристосованих для проведення основних етапів аналізу та реєстрації його результатів інструментів (апаратури).

Фізико-хімічні методианалізу можуть включати хімічні перетворення з'єднання, розчинення зразка, концентрування аналізованого компонента, маскування заважаючих речовин та інших. На відміну від «класичних» хімічних методів аналізу, де аналітичним сигналом служить маса речовини або його обсяг, фізико-хімічні методи аналізу як аналітичний сигнал використовують інтенсивність випромінювання, силу струму, електропровідність, різницю потенціалів.

Важливе практичне значення мають методи, засновані на дослідженні випромінювання та поглинання електромагнітного випромінювання у різних областях спектру. До них відноситься спектроскопія (наприклад, люмінесцентний аналіз, спектральний аналіз, нефелометрія та турбідиметрія та інші). До важливих фізико-хімічних методів аналізу належать електрохімічні методи, що використовують вимірювання електричних властивостей речовини (кулонометрія, потенціометрія тощо), а також хроматографія (наприклад, газова хроматографія, рідинна хроматографія, іонообмінна хроматографія), тонкошарова хром. Успішно розвиваються методи, що ґрунтуються на вимірі швидкостей хімічних реакцій (кінетичні методи аналізу), теплових ефектів реакцій (термометричне титрування), а також на поділі іонів у магнітному полі (мас-спектрометрія).

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Вступ

1.2 Основні прийоми та методи аналізу невідомого зразка

Висновок

Список використаних джерел інформації

Вступ

Аналітична хімія має величезне практичне значення в житті сучасного суспільства, оскільки створює засоби для хімічного аналізу та забезпечує його здійснення.

Хімічний аналіз є важливим засобом контролю виробництва та оцінки якості продукції в цілій низці галузей промислового виробництва, таких як чорна та кольорова металургія, машинобудування, виробництво чистих та надчистих матеріалів для радіоелектронної промисловості, гірничодобувна промисловість, хімічна нафтопереробна, нафтохімічна, фармацевтична та харчова промисловості, геологічна служба і т.д. Без хімічного аналізу неможливе вирішення проблем охорони навколишнього середовища, функціонування агропромислового комплексу, проведення медичної діагностики, розвиток біотехнології.

Науковою основою хімічного аналізу є аналітична хімія, яка розробляє теоретичні основи методів аналізу або запозичує їх у суміжних галузях хімічної та фізичної науки та пристосовує до своїх цілей. Аналітична хімія визначає межі застосування методів, оцінює їх метрологічні характеристики, розробляє способи аналізу різних об'єктів. Отже, аналітична хімія – це галузь наукового знання, розділ хімічної науки, а аналітична служба – це система забезпечення потреб суспільства у хімічних аналізах.

Метою курсової роботи з дисципліни «Аналітична хімія та фізико-хімічні методи аналізу» є освоєння основних принципів якісного та кількісного аналізу.

Поставлена ​​мета досягається рішенням конкретного завдання з аналізу невідомої речовини, проведенням розрахунку з титриметричного методу аналізу та побудовою відповідної кривої титрування.

1. Якісний аналіз невідомої речовини

1.1 Теоретичні відомості щодо якісного аналізу

Якісний аналіз - розділ аналітичної хімії, присвячений встановленню якісного складу речовин, тобто виявленню елементів та утворених ними іонів, що входять до складу і простих, і складних речовин. Роблять це за допомогою хімічних реакцій, характерних для даного катіону або аніону, що дозволяють виявити їх як в індивідуальних речовинах, так і сумішах.

Хімічні реакції, придатні для якісного аналізу, повинні супроводжуватись помітним зовнішнім ефектом. Це може бути: виділення газу, зміна фарбування розчину, випадання осаду, розчинення осаду, утворення кристалів характерної форми.

У перших чотирьох випадках за перебігом реакції спостерігають візуально, кристали розглядають під мікроскопом.

Для отримання правильних результатів необхідні реакції, виконання яких не заважають інші присутні іони. Для цього потрібні специфічні (взаємодіючі тільки з іоном) або хоча б селективні (виборчі) реагенти.

На жаль, селективних, тим більше специфічних реагентів дуже мало, тому при аналізі складної суміші доводиться вдаватися до маскування іонів, що заважають, переводячи їх в реакційно-інертну форму, або, частіше, до поділу суміші катіонів або аніонів на складові, звані аналітичними групами. Роблять це за допомогою спеціальних (групових) реагентів, які з рядом іонів, реагуючи в тих самих умовах, утворюють сполуки з близькими властивостями - малорозчинні опади або стійкі розчинні комплекси. Це дозволяє розділити складну суміш на простіші складові частини. Якісний аналіз складається з наступних етапів:

Попередні спостереження;

Попередні випробування;

Дія кислот на сухий зразок;

Переведення аналізованої проби в розчин ;

Систематичний (або дробовий) якісний аналіз катіонів та

При проведенні аналітичних реакцій необхідно дотримуватись певних умов. До них відносяться концентрація реагуючих речовин, реакція середовища, температура.

1.2 Основні прийоми та методи аналізу невідомого зразка. Підготовка речовини до аналізу

Приступаючи до дослідження хімічного складу даної речовини, необхідно спочатку уважно її розглянути, визначаючи його зовнішній вигляд, колір, запах, ступінь подрібнення (порошок, крупнозерниста або дрібнозерниста суміш, суцільна маса і т. д.), наявність кристалічних або аморфних фаз і підготувати відповідним чином до аналізу та лише після цього приступити до встановлення його хімічного складу.

Підготовка досліджуваної речовини до аналізу є дуже важливою частиною всього дослідження.

За фарбування аналізованого зразка можна висловити припущення про наявність чи відсутність у ньому тих чи інших катіонів. Якщо, наприклад, аналізований об'єкт являє собою безбарвну прозору або білу масу, то це вказує на відсутність у ньому значних кількостей забарвлених катіонів - хрому (III) Сr 3 + (синьо-фіолетовий колір), марганцю (II) Мn 2+ (світло-рожевий), заліза(III) Fe 3+ (жовто-бурий), кобальту(II) З 2+ (рожевий), нікелю(II) Ni 2+ (зелений), міді(II) Сu 2+ (Блакитний). Якщо зразок пофарбований, можна припустити зміст у ньому одного чи кількох із вищевказаних катіонів. Для повного аналізу досліджуваної речовини необхідно взяти невелику кількість, що вимірюється міліграмами. Якісний аналіз виконують у дві стадії. Спочатку проводять попередні випробування, а потім переходять до систематичного аналізу катіонів і аніонів.

Попередні випробування

Попередні випробування дозволяють встановити присутність деяких елементів, виявлення яких утруднене під час систематичного ходу аналізу.

Фарбування полум'я

Для випробування на фарбування полум'я беруть дріт завдовжки 60 мм, діаметром 2-3 мм. Один коней її згинають у петлю, інший кінець впаюють у скляну паличку, яка служить ручкою. Дріт повинен бути добре очищений багаторазовим прожарюванням в найбільш гарячому полум'ю пальника, що не світиться. Дріт опускають у соляну кислоту і прожарюють у полум'ї пальника, потім охолоджують до кімнатної температури. На підготовлений таким чином дріт поміщають кілька кристалів речовини, що аналізується, і вносять в полум'я пальника. Різні іони забарвлюють полум'я в наступні кольори:

Карміново-червоний………………………Sr 2+ ,Li 2+

Цегляно-червоний……………………….Са 2+

Жовтий…………………………………….Na +

Жовто-зелений……………………………Ba 2+

Синьо-зелений…………………………......Ті

Світло-блакитний……………………………As,Sb,Pb 2+

Яскраво-блакитний………………………………Cu 2+ ,Se

Фіолетовий ……………………………….К + ,Rb + або Сs +

Змочування дроту хлороводневої кислотою проводять для того, щоб отримати в полум'ї летючі хлориди катіонів, присутніх в пробі (якщо вона містить нелетючий або важколетючий компонент).

За характером продуктів термолізу (прожарювання) проби твердої аналізованої речовини іноді можна судити про присутність в аналізованій речовині деяких катіонів і аніонів.

Для проведення цього тесту невелику порцію аналізованого речовини поміщають на дно тугоплавкої пробірки (довжиною ~7 см) і нагрівають пробу, закріпивши пробірку в горизонтальному положенні, в полум'ї газового пальника. Під час термічного розкладання проби виділяються газоподібні продукти термолізу, частина яких конденсується на холодному кінці пробірки.

За фарбуванням відгону можна зробити деякі попередні висновки:

Колір відгону Можливі продукти термолізу

Білий …………………………………… Солі амонію, Hg 2 Cl 2 , HgCl 2 ,

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

Дзеркальний металевий …………….Миш'як або ртуть (наліт)

При термічному розкладанні поряд з сублімацією може відбуватися виділення парів і газів. Поява крапельок води на стінках холодної частини пробірки (трубки) свідчить про те, що або випробуваний зразок містить кристалізаційну воду, або вода утворюється в процесі термолізу проби (з виділенням води розкладаються гідроксиди, кислі та основні солі, органічні сполуки).

Виділення фіолетових пар йоду та їх конденсація у вигляді темних кристаликів вказує на можливість присутності йодид-іонів або інших йодовмісних аніонів :

Крім фіолетових пар йоду можуть виділятися бурі пари брому (можливо присутністьтвоє бромід-іонів та інших бромсодержащих аніонів), жовто-бурі пари оксидів азоту (можлива присутність нітратів і нітритів), а також газоподібні СО (можлива присутність оксалатів), СО 2 (можлива присутність карбонатів, оксалатів), С1 присутність хлорид-іонів та інших хлорвмісних аніонів), SO 2 (можлива присутність сульфітів, тіо-сульфатів), SO 3 (можлива присутність сульфатів), NH 3 (можлива присутність солей амонію), О 2 (можлива присутність пероксидів, нітратів, дихроматів тощо).

Дія розбавляє ної (~1 моль/л) сірчаної кислоти

Розведена сірчана кислота витісняє слабкі кислоти з їх солей - карбонатів, сульфітів, тіосульфатів, сульфідів, ціанідів, нітритів, ацетатів. Слабкі кислоти, що виділяються, нестійкі в кислому середовищі, або випаровуються, або розкладаються з утворенням газоподібних продуктів.

За наявності в аналізованому зразку карбонатів виділяється газоподібний діоксид вуглецю 2 (безбарвний і без запаху). За наявності сульфітів та тіосульфатів виділяється діоксид сірки SO 2 із запахом палаючої сірки; за наявності сульфідів - сірководень H 2 S із запахом тухлих яєць; за наявності ціанідів - пари синильної кислоти HCN із запахом гіркого мигдалю; за наявності нітритів - бурі пари діоксиду азоту NO 2 , за наявності ацетатів - пари оцтової кислоти СН 3 СООН із запахом оцту.

Тест проводять наступним чином: відбирають невелику кількість аналізованої речовини в пробірку і по краплях додають до нього розведену сірчану кислоту. Виділення газів вказує на присутність в аналізованій пробі вищевказаних аніонів слабких, нестійких у кислому середовищі кислот.

Концентрована сірчана кислота при взаємодії з аналізованою речовиною може виділяти газоподібні продукти реакцій також з фторидів, хлоридів, бромідів, йодидів, тіоціанатів, оксалатів, нітратів .

За наявності в аналізованій речовині фторидів виділяються пари фтороводню HF; за наявності хлоридів - пари НС1 і газоподібний хлор С12; за наявності бромідів - пари НВг та жовтий газоподібний бром Вг 2; за наявності йодидів - фіолетові пари йоду J 2; за наявності тіоціанатів - газоподібний діоксид сірки SO2; за наявності оксалатів - безбарвні газоподібні оксид СО та діоксид СО 2 вуглецю.

Тест проводять у такий спосіб. До невеликої маси твердої аналізованої речовини (0,010 г) в пробірці повільно, обережно, краплями додають концентровану сірчану кислоту. Якщо спостерігається газовиділення, то це свідчить про присутність в аналізованому зразку вищезазначених аніонів .

Для проведення цієї проби беруть суміш розведеної Н 2 SO 4 з KJ, додають кілька кристаликів досліджуваного речовини, попередньо подрібненого до порошкоподібного стану, або 3-4 краплі розчину аналізованої речовини (якщо речовина розчинна). За наявності окислювачів виділяється вільний йод, який виявляється за бурим забарвленням розчину або за допомогою крохмалю. Цю реакцію дають NO 2 -, NO 3 -, MnO 4 -, CrO 4 2-, іони Fe 3+, Cu 2+.

Для виявлення відновників беруть суміш розчинів розведених KMnO 4 + H 2 SO 4 .Знебарвлення цього розчину викликають SO 3 2- , S 2- , S 2 O 3 2- , J - , NO 2 - ,Cl - , Fe 2+ , Cr 3+ -іони:

Розчинення у воді

Невелика кількість аналізованої речовини вносять у пробірку, додають кілька мілілітрів дистильованої води та суміш перемішують деякий час. Якщо речовина при цьому повністю розчинилася у воді, то більшу частину речовини, відібрану для аналізу, розчиняють у можливо мінімальному обсязі дистильованої води і отриманий розчин аналізують далі. Невелику частину твердої аналізованої проби залишають для проведення повторних або перевірочних тестів, якщо це виявиться необхідним.

Аналіз на катіони

Аналітична група - група катіонів, яка з будь-яким одним реактивом (за певних умов) може давати подібні аналітичні реакції. Розподіл катіонів на аналітичні групи засноване на їхньому відношенні до різних аніонів. Прийнято дві класифікації: сульфідна та кислотно-лужна.

За кислотно-лужною класифікацією катіони поділяються на шість аналітичних груп (таблиця 1)

Таблиця 1-Поділ катіонів на групи з кислотно-лужної класифікації

	Груповий	Отримані з'єднання	Групова характеристика
K + , Na + , NH 4 +			Хлориди, сульфати та гідроксиду розчинні у воді
		Осад AgCl, PbCl 2	Хлориди нерозчинні у воді
		Осад BaSO 4, CaSO 4	Сульфати нерозчинні (або погано розчинні) у воді та кислотах
Zn 2+ ,Al 3+ , Cr 3+,	Надлишок 4н КОН або NaOH	Розчин ZnO 2 2- , AlO 2 - , CrO 2 - ,	Гідроксиди розчиняються в надлишку їдкого лугу
Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+	Надлишок 25%-ного NH 3	Осад Mg(OH) 2 , Mn(OH) 2 , Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3	Гідроксиди нерозчинні в надлишку їдкого лугу
Ni 2+ , Co 2+ , Cu 2+	Надлишок 25%-ного NH 3	Ni(NH 3) 4 2+ , Co(NH 3) 4 2+ , Cu(NH 3) 6 2+	Гідроксиди розчиняються в надлишку аміаку

Аналіз аніонів В основу класифікації аніонів покладено відмінність у розчинності солей барію та срібла. Відповідно до найпоширенішої класифікації аніони поділяються на три аналітичні групи, як це представлено в таблиці 2.

Таблиця 2 - Класифікація аніонів

Зазвичай спочатку проводять дослідження об'єкта на катіони. З окремих проб розчину за допомогою групових реактивів визначається катіони яких аналітичних груп присутні в розчині, а потім вже визначають в ньому аніони.

1.3 Хід визначення складу невідомого зразка

Для аналізу видана речовина, що являє собою суміш двох солей (пробірка №13). До складу солей за умовою можуть входити лише такі іони:

1. До + ,Na + ,NH 4 +

4. Zn 2+ ,Al 3+ ,Cr 3+

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

6. Cu 2+ ,Co 2+ ,Ni 2+

1. SO 4 2- , SO 3 2- ,З 3 2- , РO 4 2-

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

Аналіз речовини проводиться відповідно до схеми, описаної у пункті 1.2.

Попередні випробування

Видана речовина є дрібнозернистою сумішшю безбарвних кристалів і крупинок. За фарбуванням речовини можна припустити, що в ньому відсутні катіони Fe 3+ ,Cr 2+ , Cu 2+ ,Co 2+ ,Ni 2+ .

Фарбування полум'я

Ніхромовий дріт змочений у розведеній соляній кислоті прожарюємо в полум'ї пальника, потім охолоджуємо до кімнатної температури. На підготовлений подібним чином дріт поміщаємо кілька кристаликів аналізованої речовини. Полум'я пальника забарвлюється в блідо-блакитний колір, що свідчить про можливу наявність в аналізованій речовині катіону Pb 2+ та відсутність катіонів К + , Ba 2+ ,Ca 2+ , Cu 2+

Випробування на продукти термічного розкладання

Невелику порцію речовини, що аналізується, поміщаємо на дно тугоплавкої пробірки і нагріваємо в полум'ї пальника. Спостерігаємо виділення жовтої пари, на підставі цього можна зробити припущення про можливу наявність в аналізованому зразку нітратів. Рівняння(1,2) утворення цих речовин наведено нижче:

Розкладання нітратів:

а) від лужноземельних до міді (включно)

Me(NO 3) 2 > 2MeO + + 2NO 2 + O 2 (1)

б) нітратів срібла, ртуті та ін.

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

Відсутність темного нальоту на стінках холодної частини пробірки також свідчить про відсутність йодидів у присутності окислювачів.

Висновок: в аналізованій речовині, можливо, присутні нітрати та відсутні йодовмісні іони.

Дія розведеної сірчаної кислоти

До невеликої кількості виданої речовини додаємо кілька крапель розведеної H 2 SO 4 і нагріваємо в полум'ї пальника. Виділяється газ із характерним запахом оцту.

Хімізм процесу наведено нижче (рівняння (3)):

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

Отже, в аналізованій речовині, можливо, є аніон CH 3 COO - .

Дія концентрованої сірчаної кислоти

До невеликої маси зразка, що аналізується, повільно додаємо концентровану сірчану кислоту. Вирізняються безбарвні пари з характерним запахом оцтової кислоти, що ще раз підтверджує наявність в аналізованому зразку аніону CH 3 COO -

Виділення парів з характерним запахом хлору та фіолетових парів йоду відповідно до рівнянь (4-6):

Cl - + H + > HCl^ (4)

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

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

не спостерігаємо, отже, в аналізованому речовині, можливо, відсутні аніони Cl - ,I - .

Проба на присутність окислювачів

Беремо суміш Н 2 SO 4 з KI додаємо кілька кристалів аналізованої речовини. Виділення вільного йоду, який викликає забарвлення розчину в бурий колір відповідно до рівнянь (7-9), не відбувається, на підставі чого можна зробити припущення про відсутність у даній речовині аніонів NO 2 - , Fe 3+ , Cu 2+

Хімізм процесу:

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

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

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

Проба на присутність відновників

До невеликої порції аналізованої речовини додаємо суміш розведених розчинів KMnO 4 +H 2 SO 4 . Знебарвлення розчину відповідно до наведених нижче рівнянь (10-14) не спостерігаємо, що свідчить про можливу відсутність в аналізованому зразку

NO 2 - , SO 3 2- , J - , Cl - , Fe 2+

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

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

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

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

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

Розчинення у воді

Аналізована речовина повністю розчиняється у воді. На підставі цього можна зробити припущення про одночасне знаходження в розчині іонів Ag, Pb 2+ ,CH 3 COO - ,NO 3 - (оскільки тільки з цими аніонами, відкритий у попередніх випробуваннях катіон свинцю, повністю розчиняється у воді).

Проба на присутність NH 4

В аналізовану суміш додаємо кілька крапель їдкого натру і нагріваємо в полум'ї газового пальника, запаху аміаку не відчувається отже аніон NH 4+ відсутня.

Проба на Fe 2+

У пробірку з аналізованою речовиною вносимо кілька крапель розчину HCl і розчин червоної кров'яної солі K 3 синього фарбування розчину відповідно до нижченаведеного рівняння (15) не спостерігаємо, отже, катіон Fe 2+ відсутня.

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

Проба на Fe 3+

У пробірку з розчином аналізованої речовини додаємо кілька крапель води та кілька крапель концентрованого розчину роданіду амонію. Кроваво-червоного фарбування відповідно до рівняння (16) не спостерігаємо, отже, катіон Fe 3+ відсутня.

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

Висновок: за результатами попередніх випробувань можемо зробити припущення про присутність у аналізованій суміші наступних іонів: Pb 2+ ,CH 3 COO - ,NO 3 -

Систематичний аналіз

Проба на катіони

Проба на катіони другої аналітичної групи

До аналізованого зразка додаємо, кілька крапель. соляної кислоти HCl спостерігаємо, випадання осаду відповідно до рівнянь (17,18), що підтверджує можливу присутність у даній речовині катіонів Pb 2+ ,Ag +

Хімізм процесу:

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

Ag + HCl>AgClv (18)

Перевіримо осад, що утворився на розчинення в гарячій воді. Додамо до отриманого осаду трохи гарячої води. Осад розчиняється, отже, катіон Ag 2+ відсутня.

Для того, щоб точно впевнитись у присутності в аналізованому зразку катіону Pb 2+ проведемо наступний досвід. До кількох крапель розчину аналізованої речовини додамо таку кількість KI. Випадає жовтий осад (рівняння (19)).

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

У пробірку додаємо кілька крапель води та 2М розчину СН 3 СООН, нагріваємо, при цьому осад розчиняється. Занурюємо пробірку у холодну воду. Випадають блискучі золотисті кристали відповідно до рівняння (20).

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

Таким чином довели наявність у аналізованій речовині катіону свинцю, що узгоджується з попередніми випробуваннями (проба на фарбування полум'я).

Оскільки катіон свинцю заважає відкриттю катіонів третьої та першої аналітичних груп, необхідно його відокремити. Для цього до розчину аналізованої речовини додамо кілька крапель 10н HCl, перемішуємо скляною паличкою та фільтруємо. Промиємо осад підкисленою водою 2н. розчином соляної кислоти (для зниження розчинності хлориду свинцю). Фільтрат №1 можливо містить наступні катіони Ca 2+ ,Ba 2+ ,K + ,Na + ,а також невелика кількість вже відкритого катіону Pb 2+ . Потім до фільтрату додаємо кілька крапель розчину сульфату амонію (NH 4) 2 SO 4 , нагріваємо на киплячій водяній бані кілька хвилин, даємо, трохи постояти, і знову фільтруємо. Фільтрат № 2 можливо містить катіони К + , Na + , Ca 2+ .Осад, що містить Pb 2+ і можливо містить катіони Ba 2+ , Ca 2+ обробляємо, гарячим 30% розчином CH 3 COONH 4 до повного видалення PbSO 4 , фільтруємо , осад промиваємо дистильованою водою і переносимо у порцелянову чашку, додаємо кілька мілілітрів розчину карбонату калію K 2 CO 3 кип'ятимо кілька хвилин, нагріваючи на азбестовій сітці в полум'ї газового пальника. Після охолодження до фарфорової чашки додаємо кілька мілілітрів води, перемішуємо, даємо відстоятися і прозорий шар рідини зливаємо. Потім знову додамо карбонат калію K 2 CO 3 знову нагріваємо кілька хвилин, і фільтруємо. Осад промиваємо теплою водоюдо повного видалення аніонів SO 4 2-. Осад розчиняємо в пробірці в невеликій порції оцтової кислоти та промиваємо невеликою кількістю дистильованої води. Далі проведемо аналіз на присутність катіону 2+ , для цього до отриманого розчину додамо кілька крапель розчину хромату калію K 2 CrO 4 осаду не утворюється отже катіон 2+ відсутня. Перевіримо отриманий розчин на наявність катіону Ca 2+ , додамо карбонат натрію, перемішаємо скляною паличкою, утворення осаду не спостерігаємо, отже, катіон Ca 2+ відсутня. Перевіримо фільтрат № 2 на наявність катіону К + для цього до фільтрату додамо розчин Na 3 і трохи оцтової кислоти, жовтого осаду комплексної солі кобальту не утворюється отже катіон К + відсутній. Перевіримо фільтрат № 2 на присутність катіону Na + додамо кілька крапель розчину KH 2 SbO 4 білого кристалічного осаду не утворюється, отже катіон Na + відсутня. Для відкриття катіонів четвертої, п'ятої та шостої аналітичних груп, до фільтрату, залишеного після відділення свинцю додамо гідроокис натрію утворення осаду не спостерігаємо отже в аналізованій суміші відсутні катіони: Cu 2+ ,Zn 2+ ,Al 3+ ,

Mg 2+ ,Cr 3+ ,Ni 2+ ,Co 2+

Проба на аніони

Присутність катіону Pb 2+ виключає наявність в аналізованій речовині аніонів першої та другої аналітичних груп, інакше при розчиненні у воді спостерігалося б випадання осаду.

Незважаючи на те, що в попередніх випробуваннях ми не робили припущення про присутність аніону NO 2 - перевіримо аналізовану суміш на присутність даного аніону. Додамо до розчину аналізованої суміші кілька крапель розчину Гриса-Ілосвая, червоного фарбування розчину не спостерігаємо, отже аніон NO 2 - дійсно у цій суміші відсутня.

Якісні реакції на аніони третьої аналітичної групи

Підтвердимо присутність у аналізованій речовині аніону NO 3- . Проведемо наступну реакцію: до кількох крапель розчину невідомої речовини додамо 2-3 краплі дефеніламіну та 5 крапель концентрованої сірчаної кислоти. Спостерігається темно-синє забарвлення дифенілбензидину, що утворюється (рівняння (21)):

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

За умовою завдання у виданійсуміші можуть бути присутніми два аніону. За результатами попередніх випробувань присутність аніонів NO 2 - , SO 4 2- , CO 3 2- , SO 3 2- , PO 4 3- , Cl - , I - - виключили, отже, в аналізованій суміші присутній аніон CH 3 COO - наявність якого підтверджує виділення парів оцту при дії розведеної сірчаної кислоти (попередні випробування рівняння (3) ).

На основі перерахованих вище досвідів можна зробити висновок про присутність в аналізованій суміші катіону Pb 2+ і аніонів CH 3 COO - ,NO 3 - .

Проаналізувавши експериментальні дані та попередні спостереження, приходимо до висновку, що дана суміш складається з двох солей Pb(NO 3) 2 і (CH 3 COO) 2 Pb.

Проаналізуємо фізичні властивості цих сполук.

Ацетат свинцю (II) Рb (ОСОСН 3) 2 - безбарвні кристали; т. пл. 280 ° С; - 960,90 кДж/моль; при плавленні частково випаровується, при більш високих температурах розкладається до Рb, 2, Н 2 Про і ацетону. Розчинність у воді (р 100 г): 29,3 (10 °С), 55,2 (25 °С) і 221,0 (50 °С);

Нітрат свинцю Pb(NO 3) 2 безбарвні кристали. При нагріванні вище 200°С починає розкладатися без плавлення з виділенням NО 2 і О 2 і послідовним утворенням оксонітратів Pb(NO 3) 2 2РbО, Pb(NO 3) 2 , 5РbО та оксиду РbО при 500-550 °С. Розчинність у воді (г в 100 г): 45,5 (10 ° С), 58,5 (25 ° С), 91,6 (60 ° С) і 116,4 (80 ° С).

Дійсно, видана речовина, що, ймовірно, складається з солей Pb(NO 3) 2 і (CH 3 COO) 2 Pb являє собою суміш безбарвних кристалів, що узгоджується з вищенаведеними довідковими даними. Полум'я пальника (при проведенні проби на фарбування племені) забарвлюється у блідо-блакитний колір, що свідчить про наявність у виданому зразку свинцю. При прожарюванні аналізована речовина розкладається з виділенням жовтих парів, що відповідають рівнянню (22), це підтверджує наявність у цій суміші нітрату свинцю.

Pb(NO 3) 2 > 2PbO + 2NO 2 + O 2 (22)

При дії розведеної сірчаної кислоти на сухий зразок спостерігали виділення парів з характерним запахом оцту, отже, в даній суміші є ацетат свинцю. Таким чином, зіставивши довідкові дані , результати попередніх спостережень та експериментальні дані приходимо до висновку, що раніше припущення про склад суміші підтверджується.

невідомий зразок сірчана кислота реакція

2. Розрахунок теоретичної кривої титрування

2.1 Теоретичні основититриметричного аналізу

Титриметричний аналіз заснований на вимірюванні кількості (об'єму або маси) розчину титранту (реактиву точно відомої концентрації), витраченого на реакцію з компонентом, що визначається. Розчин реактиву вносять доти, доки його кількість не буде еквівалентною кількості речовини, що визначається. Застосовуваний у титриметричному аналізі розчин реактиву називають титрованим або стандартним. концентрацію розчинів у титриметричному аналізі виражають числом грам-еквівалентів у літрі розчину.

Титриметричні методи поділяються на великі групи. У першу групу входять методи, засновані на іонних реакціях: нейтралізація, осадження та комплексоутворення. До другої групи входять окислювально-відновні методи, засновані на реакціях окислення-відновлення, які пов'язані з переходом електронів від однієї частки до іншої. Реакції, що застосовуються, повинні задовольняти ряду вимог. Реакція має проходити кількісно за певним рівнянням без побічних реакцій. Реакція повинна протікати з достатньою швидкістю, тому необхідно створити оптимальні умови, що забезпечують швидкий перебіг реакції. Встановлення точки еквівалентності має виконуватися досить надійно.

Методи нейтралізації. До них відносяться визначення, засновані на взаємодії кислот та лугів. Методи нейтралізації зазвичай поділяють на ацидиметрію (визначення основ), алкаліметрію (визначення кислот) та галометрію (визначення солей).

Методи осадження поділяють на аргентометрію, що дозволяє визначати шляхом титрування розчином нітрату срібла, хлориди, йодиди, ціаніди, роданіди; на меркурометрію, що базується на титруванні розчином нітрату закисної ртуті.

Методи комплексоутворення ґрунтуються на застосуванні реакцій, при яких утворюються комплексні сполуки. Вони поділяються на меркуриметрію, засновану на титруванні розчином нітрату ртуті(II), при цьому утворюється малодисоційований хлорид ртуті (II), комплексонометрію, засновану на застосуванні органічних реактивів-комплесонів; фторометрію, засновану на застосуванні NaF.

Методи окислення-відновлення засновані на застосуванні різних окислювачів та відновників для титрування.

Перманганатометрія. Метод запропонований у 1846р. Ф.Маргеріттом для титрування розчинів солей заліза (ІІ).

Броматометрія-метод заснований на окисленні розчином KBrO 3 в кислому середовищі. Цериметрія.1861г. Л.Ланге запропонував як окислювач розчин Ce(SO 4) 2. сульфат церію застосовується для титрування багатьох відновників у сильнокислих розчинах солей заліза(II), миш'яковистої, щавлевої кислот та д.р.

Титанометрія. Солі титану(III) застосовуються як енергійні відновники щодо головним чином органічних речовин.

Нітритометрія заснована на титруванні стандартним розчином нітриту натрію. Найбільш часто нітритометрію застосовують для визначення органічних речовин реакції діазотування або нітрозування.

Аскорбінометрія ґрунтується на використанні аскорбінової кислоти як відновника. Її застосовують для прямого титрування різних окислювачів.

2.2 Комплексонометричне титрування

Комплексонометрія (хелатометрія), титриметричний метод аналізу, заснований на утворенні міцних внутрішньокомплексних сполук (хелатів) між катіонами металів та комплексонами. найчастіше застосовують імінодіоцтову, нітрилотріоцтову (комплексон I) та етилендіамінтетраоцтову (комплексон II) кислоти, динатрієву сіль останньої (комплексон III, ЕДТА), а також 1,2-діаміноциклогексантетраоцтову кислоту (комплексон). Широке використання комплексонів II та III обумовлено тим, що їх реакції з катіонами металів протікають повно та відповідно до стехіометрії, їх розчини стійкі при зберіганні; ці реагенти є доступними і можна отримати їх препарати високої чистоти. Кінцеву точку титрування встановлюють візуально щодо зміни забарвлення комплексонометричних індикаторів (металоіндикаторів), а також потенціометрично, фотометрично, амперометрично або ін методами.

Комплексони – невибіркові реагенти. Селективність комплексонів підвищують різними прийомами: зменшенням рН середовища, виділенням (осадженням, екстракцією) іона, що визначається, маскуванням, зміною ступеня окислення катіону і т.д. .

Практичне застосування

Висока стійкість координаційних сполук металів з Y 4 відкриває важливу можливість титриметричного визначення великої групи катіонів. Різні способикомплесонометричного титрування можуть бути наступним: пряме, зворотне, за методом витіснення та д.р.

При прямому титруванні до розчину досліджуваного іона невеликими порціями додають стандартний розчин комплексону. Значення рН при титруванні має бути більше 7. Але це може спричинити випадання гідроксиду металів. Для попередження застосовують аміачний буфер (для нікелю, міді, цинку та кадмію) та ще додають тартрати або цитрати (для марганцю та свинцю). Оскільки в точці еквівалентності концентрація іона, що визначається, різко зменшується, то цю точку потрібно фіксувати по зміні забарвлення індикатора, що утворює внутрішньокомплексне з'єднання з катіоном металу. Індикатор реагує зміну показника концентрації катіону металу рМе аналогічно тому, як рН індикатор реагує зміну рН. Таким чином, визначають іони Са, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn та ін До комплексонометричного методу не існувало достатньо надійних методів аналізу сполук, що містять ці метали.

Зворотне титрування застосовують тоді, коли рН, необхідне утворення комплексу, викликає осадження металу, що визначається, а також за відсутності надійного індикатора на іон металу. Титрований розчин ЕДТА додають у невеликому надлишку до розчину аналізованої солі. Встановлюють, вводячи буферний розчин, необхідний рН. Надлишок ЕДТА відтитрують розчином магнію хлориду або хлориду цинку. Точка еквівалентності фіксується зі зміни забарвлення індикатора. Зворотне титрування застосовують також. Коли іон металу взаємодіє з ЕДТА або метало індикатором уповільнено, наприклад, у випадку іона нікелю. Цей метод застосовують у випадку, коли пряме титрування неможливе внаслідок утворення малорозчинних опадів катіонів металів з присутніми в розчині аніонами, наприклад PbSO 4 CaC 2 O 4 ·2H 2 O. Опади в процесі титрування повинні розчинитися.

Титрування шляхом витіснення одного катіону іншим застосовують у тому випадку, коли не вдається підібрати відповідного індикатора для іона, або коли катіон металу при заданому рН не може бути переведений з осаду в розчин. В цьому випадку можна з'єднання з комплексоном отримати обмінною реакцією при титруванні солі визначається металу розчином з'єднання будь-якого іншого металу з ЕДТА. Наприклад, титрують розчином комплексонату магнію або цинку. Для застосування цього методу необхідно, щоб з'єднання, що утворюється, визначається металу з комплексоном було міцніше, ніж комплексонат магнію або цинку. В даний час комплексонометричні методики розроблені для аналізу дуже багатьох об'єктів.

Визначення жорсткості води було першим практично важливим застосуванням ЕДТА в аналітичній хімії.

Жорсткість води характеризують молярною концентрацією еквівалентів кальцію та магнію.

Комплексонометричне титрування використовують також для аналізу різних сплавів, визначення сульфатів, фосфатів та інших аніонів для аналізу органічних сполук.

Фізико-хімічні методи встановлення точки еквівалентності у комплексонометрії

Різні фізико-хімічні методи зазвичай використовують для встановлення оптимальних умовтитрування.

Крім того, за допомогою фізико-хімічних методів можна проводити визначення елементів, для яких ще не знайдено кольорові індикатори.

Потенціометричне титрування комплексоном виконують за допомогою іоноселективних електродів або використовують інертні електроди з благородних металів, що реагують на зміни окисно-відновного потенціалу системи.

За допомогою біметалічної пари електродів платина-вольфрам можна титриметрично визначити свинець, мідь, цинк, нікель, кадмій та інші елементи.

Широко застосовують амперометрическое титрування ЕДТА визначення нікелю, цинку, кадмію, свинцю.

Використовують кондуктометричне, фотометричне, термометричне та інші види титрування комплексоном із фізико-хімічною індикацією точки еквівалентності.

2.3 Розрахунок кривої титрування методом комплексонометрії

Оцінити можливість титриметричного визначення та побудувати криву титрування для наступних даних 0,05М ZnCl 2 0,025M Na 2 H 2 Y, pH 9, концентрація аміаку 0,1 моль/л.

Запишемо рівняння титриметричної реакції:

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

Розрахунок кривої титрування зводиться до розрахунку показової концентрації Zn 2+ залежно від обсягу титранту. Стійкість ZnY 2 залежить від кислотності середовища (що вище кислотність, тим нижче стійкість), у зв'язку з цим для зв'язування іонів водню, кількісне визначення ZnCl 2 проводять у середовищі амонійного буфера.

Розрахуємо обсяг титранта згідно із законом еквівалентів:

Наявність іона Н + в середовищі, де присутній трилон, призводить до перебігу наступних конкуруючих реакцій:

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

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

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

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

де K 1 , K 2 , K 3 , K 4 - константи ступінчастої дисоціації H 4 Y (K 1 =1,0 . 10 -2 , K 2 =2,1 . 10 -3 , K 3 =6,9 . 10 -7, K 4 = 5,5.10 -11).

Розрахуємо умовну константу стійкості, яка виражає міцність комплексів цинку з трилоном:

Розрахуємо коефіцієнти конкуруючих реакцій:

Zn 2+ бере участь також у конкуруючих реакціях утворення комплексних сполук з аміаком NH 3 відповідно до наступних рівнянь реакцій:

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

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

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

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

За даними літературного джерела

Підставивши вирази (4) і (5) в рівняння константи стійкості (3) отримаємо:

1) до початку титрування, без конкуруючих реакцій за участю цинку, концентрація іонів Zn 2+ дорівнює концентрації солі ZnCl 2

ZnCl 2 >Zn 2+ +2Cl -

C=0.05 моль/л

2) до точки еквівалентності величина pZn визначається концентрацією неоттитрованого іона цинку рівняння (а), так дисоціацією комплексонату, що утворюється за рівнянням (б) при надлишку іонів цинку можна знехтувати.

а) Zn 2 + +H 2 Y 2-> ZnY 2- +2H +

б) ZnY 2 - Zn 2 + + Y 4 - .

Проведемо розрахунок для точок

3) У точці еквівалентності розрахунок концентрації іонів Zn 2+ проводиться з урахуванням рівняння реакції дисоціації комплексу:

ZnY 2- -Zn 2+ +Y 4-

Ця рівновага кількісно описується константою:

1,8 10 -5

4) після точки еквівалентності концентрація комплексонату металу залишається постійною

Концентрація іонів ліганду визначається надлишком доданого титранта:

Для знайдених значень і обчислюються значення pZn 2+ та pY 4- і будується крива титрування координатах pZn 2+ - V титранта. Проводиться аналіз кривої титрування, розраховується стрибок титрування, вибирається індикатор.

У таблиці 3 представлені дані розрахунку змін концентрації іонів визначається речовини і титранту в залежності від обсягу титранта, що додається (за умови що об'єм розчину в процесі титрування не змінюється).

Таблиця 3-Зміна pZn при титруванні трилоном Б.

Проаналізуємо отриману криву. Як видно, у ділянці точки еквівалентності відбувається різка зміна концентрації іонів цинку, яку можна відзначити за допомогою відповідного індикатора. Стрибок титрування становить pZn 2+ =6.5-3,6=2,9, тобто величину достатню для фіксування точки еквівалентності. З цього можна дійти невтішного висновку про можливість комплексонометрического визначення цинку у сфері заданих концентрацій.

Індикаторами в комплексонометрії є металоїдикатори, що утворюють з іонами металів інтенсивно забарвлені сполуки, константи стійкості яких, однак, нижче константи безбарвних комплексів трилону Б з іонами металів.

Підбір індикатора здійснюється відповідно до умов титрування, описаних у довіднику Лур'є. Зіставивши умови титрування, представлені в задачі, з даними з довідника , приходимо до висновку, що, в даному випадку індикатором є 0,1% водний розчин кислотний хром синій К, що забезпечує перехід забарвлення з рожевого в сіро-блакитну.

2.4 Визначення аніонного складу стічних вод

У переважній більшості випадків сольовий склад природних вод визначається катіонами Са 2+ , Мg 2+ , Nа + , К + та аніонами НСO 3 - , Сl - , SO 4 2- . Ці іони називаються головними іонами води чи макрокомпонентами; вони визначають хімічний тип води. Інші іони присутні у значно менших кількостях і називаються мікрокомпонентами; вони визначають хімічний тип води.

По переважаючому аніону води поділяються на три класи: гідрокарбонатні, сульфатні та хлоридні. Води кожного класу діляться, у свою чергу, по переважаючому катіону на три групи: кальцієву, магнієву та натрієву.

У природних водах є також розчинені гази. В основному це гази, які дифундують води з атмосфери повітря, такі як кисень, вуглекислий газ, азот. Але в той же час у підземних водах або водах нецентралізованих джерел водопостачання, у мінеральних та термальних водах можуть бути сірководень, радіоактивний газ радон, а також інертні та інші гази.

Існує кілька методів визначення аніонного складу води.

Метод комплексонометричного титрування

Визначення багатьох аніонів засноване на осадженні їх малорозчинних сполук титрованим розчином будь-якого катіону, надлишок якого потім відтитрується ЕДТА. Сульфат за цією методикою осаджують у вигляді BaSO 4 хлоридом барію і наступним комплексонометричним титруванням надлишку іонів Ba 2+ за спеціальною методикою. Фосфат осаджують у вигляді MgNH 4 PO 4 і кількість магнію, що залишилася в розчині, визначають комплексонометрично.

Хроматографія

Іонна хроматографія - метод якісного та кількісного визначення іонів у розчинах. Він дозволяє визначати неорганічні та органічні аніони, катіони лужних та лужноземельних металів, катіони перехідних металів, аміни та інші органічні сполуки в іонній формі. У всьому світі іонна хроматографія використовується найчастіше інших методів, забезпечуючи виявлення безлічі компонентів у будь-якій воді. Для проведення аналізів використовують іонні хроматографи. Основним елементом будь-якого хроматографа є аналітична колонка, що розділяє. Аналіз таких неорганічних аніонів, як фторид, хлорид, нітрит, нітрат, сульфат та фосфат, методом іонної хроматографії багато років є найпоширенішим у всьому світі. Крім іонохроматографічних колонок для визначення основних неорганічних аніонів розроблені та успішно застосовуються високоефективні колонки, поряд зі стандартними аніонами вони виявляють і оксианіони такі як оксихаліди: хлорит, хлорат, бромат та ін.

Аргентометрія.

Аргентометрія (від лат. argentum - срібло і грецьк. metroo - вимірюваю), титриметричний метод визначення аніонів (Hal - , CN - , PO 4 3-, CrO 4 2- та ін), що утворюють малорозчинні сполуки або стійкі комплекси з іонами Ag + Досліджуваний розчин титрують стандартним розчином AgNO3 або надлишок останнього, введений в аналізований розчин, відтитрують стандартним розчином NaCl (т. зв. зворотне титрування).

Подібні документи

Теоретичні відомості щодо якісного аналізу. Методи аналізу невідомого зразка. Основи титриметричного аналізу. Комплексонометричне титрування, розрахунок кривої титрування методом комплексонометрії. Визначення аніонного складу стічних вод.

курсова робота , доданий 22.01.2011


Практичне значення аналітичної хімії. Хімічні, фізико-хімічні та фізичні методи аналізу. Підготовка невідомої речовини до хімічного аналізу. Завдання якісного аналізу. Етапи систематичного аналізу. Виявлення катіонів та аніонів.

реферат, доданий 05.10.2011


Фізичні та фізико- Хімічні властивостіазотної кислоти. Дуговий спосіб отримання азотної кислоти. Дія концентрованої сірчаної кислоти на тверді нітрати під час нагрівання. Опис речовини хіміком Хайяном. Виробництво та застосування азотної кислоти.

презентація , додано 12.12.2010


Поняття кількісного та якісного складу в аналітичній хімії. Вплив кількості речовини на рід аналізу. Хімічні, фізичні, фізико-хімічні, біологічні методи визначення його складу. Методи та основні етапи хімічного аналізу.

презентація , додано 01.09.2016


Проведення аналізу речовини для встановлення якісного чи кількісного її складу. Хімічні, фізичні та фізико-хімічні методи поділу та визначення структурних складових гетерогенних систем. Статистична обробка результатів.

реферат, доданий 19.10.2015


Застосування, фізичні та хімічні властивості концентрованої та розведеної сірчаної кислоти. Виробництво сірчаної кислоти із сірки, сірчаного колчедану та сірководню. Розрахунок технологічних параметрів виробництва сірчаної кислоти, засоби автоматизації.

дипломна робота , доданий 24.10.2011


Структурна, хімічна формула сірчаної кислоти. Сировина та основні стадії отримання сірчаної кислоти. Схеми виробництва сірчаної кислоти. Реакції щодо виробництва сірчаної кислоти з мінералу піриту на каталізаторі. Одержання сірчаної кислоти із залізного купоросу.

презентація , доданий 27.04.2015


Поняття аналізу у хімії. Види, етапи аналізу та методи: хімічні (маскування, осадження, співосадження), фізичні (відгін, дисциляція, сублімація) та фізико-хімічні (екстракція, сорбція, іонний обмін, хроматографія, електроліз, електрофорез).

реферат, доданий 23.01.2009


Завдання та методи якісного та кількісного аналізу. Аналітична система катіонів. Закон чинних мас. Теорія електролітичної дисоціації. Окисно-відновні реакції. Характеристика комплексних з'єднань. Буферні розчини.

курс лекцій, доданий 15.12.2011


Сутність та предмет аналітичної хімії як науки. Завдання та методи якісного та кількісного аналізу хімічних речовин. Приклади якісних реакцій на катіони. Характеристика явищ, що супроводжують реакції мокрим (у розчинах) та сухим шляхами.

Інженери-екологи повинні знати хімічний склад сировини, продуктів та відходів виробництва та навколишнього середовища - повітря, води та ґрунту; важливо виявити шкідливі речовини та визначити їх концентрацію. Це завдання вирішує аналітична хімія - Наука про визначення хімічного складу речовин.

Завдання аналітичної хімії вирішуються головним чином фізико-хімічними методами аналізу, які називають також інструментальними. Вони використовують вимірювання будь-якої фізичної або фізико-хімічної властивості речовини для визначення його складу. Він включає також розділи, присвячені методам поділу та очищення речовин.

Мета даного курсу лекцій – ознайомлення з принципами інструментальних методів аналізу, щоб орієнтуватися у їхніх можливостях і на цій основі ставити конкретні завдання спеціалістам – хімікам та розуміти сенс отриманих результатів аналізу.

Література

Алесковський В.Б. та ін Фізико-хімічні методи аналізу. Л-д, "Хімія", 1988

Ю.С.Ляліков. Фізико-хімічні методи аналізу. М.,вид-во "Хімія", 1974 р.

Васильєв В.П. Теоретичні основи фізико-хімічних методів аналізу. М., Вища школа, 1979

О.Д.Зімон, Н.Ф.Лещенко. Колоїдна хімія. М., "Агар", 2001 р.

А.І.Мішустін, К.Ф.Білоусова. Колоїдна хімія (методичний посібник). Вид-во МІХМ, 1990 р.

Перші дві книги є підручниками для студентів-хіміків і тому є досить складними для вас. Це робить дані лекції дуже корисними. Проте можна читати окремі розділи.

На жаль, для даного курсу адміністрація поки не виділила окремого заліку, тому матеріал входить до загального іспиту, разом із курсом фізичної хімії.

2. Класифікація методів аналізу

Розрізняють якісний та кількісний аналіз. Перший визначає наявність тих чи інших компонентів, другий – їх кількісний зміст. Методи аналізу поділяються на хімічні та фізико-хімічні. У цій лекції розглянемо лише хімічні методи, які засновані на перетворенні аналізованої речовини на сполуки, що мають певні властивості.

При якісному аналізі неорганічних сполук досліджуваний зразок переводять у рідкий стан розчиненням у воді або розчині кислоти або луги, що дозволяє виявляти елементи у формі катіонів та аніонів. Наприклад, іони Cu 2+ можна визначити за освітою комплексного іона 2+ яскраво-синього кольору.

Якісний аналіз поділяють на дробовий та систематичний. Дробний аналіз-виявлення декількох іонів у суміші з приблизно відомим складом.

Систематичний аналіз – це повний аналізза певною методикою послідовного виявлення індивідуальних іонів. Виділяють окремі групи іонів зі подібними властивостями за допомогою групових реагентів, потім групи іонів поділяють на підгрупи, а ті, у свою чергу, - на окремі іони, які виявляють за допомогою т.зв. аналітичних реакцій Це реакції із зовнішнім ефектом - випаданням осаду, виділенням газу, зміною кольору розчину.

Властивості аналітичних реакцій специфічність, вибірковість та чутливість.

Специфікадозволяє виявити даний іон у присутності інших іонів за характерною ознакою (колір, запах тощо). Таких реакцій порівняно небагато (наприклад, реакція виявлення іона NH 4 + дією на речовину лугу при нагріванні). Кількісно специфічність реакції оцінюється величиною граничного відношення, рівного відношенню концентрацій обумовленого іона і іонів, що заважають. Наприклад, краплинна реакція на іон Ni 2+ дією диметилгліоксиму в присутності іонів Co 2+ вдається при граничному відношенні Ni 2+ до Co 2+ , що дорівнює 1:5000.

Вибірковість(або селективність) реакції визначається тим, що подібний зовнішній ефект дають лише кілька іонів. Bзбірність тим більше, чим менше число іонів, що дають подібний ефект.

Чутливістьреакції характеризується межею виявлення чи межею розведення. Наприклад, межа виявлення мікрокристаллоскопічної реакції на іон Ca 2+ дією сірчаної кислоти дорівнює 0,04 мкг Ca 2+ в краплі розчину.

Більш складне завдання – аналіз органічних сполук. Вуглець і водень визначають після спалювання проби, реєструючи вуглекислий газ, що виділився, і воду. Існує ряд прийомів для виявлення інших елементів.

Класифікація методів аналізу за кількістю.

Компоненти поділяють на основні (1 - 100% за масою), неосновні (0,01 - 1% за масою) та домішкові або слідові (менше 0,01% за масою).

Залежно від маси та обсягу аналізованого зразка розрізняють макроаналіз (0,5 - 1 г або 20 - 50 мл),

напівмікроаналіз (0,1 - 0,01 г або 1,0 - 0,1 мл),

мікроаналіз (10 -3 - 10 -6 г або 10 -1 - 10 -4 мл),

ультрамікроаналіз (10 -6 - 10 -9 г, або 10 -4 - 10 -6 мл),

субмікроаналіз (10 -9 - 10 -12 г або 10 -7 - 10 -10 мл).

Класифікація за природою визначених частинок:

1. ізотопний (фізичний) – визначаються ізотопи

2. елементний чи атомний - визначається набір хімічних елементів

3. молекулярний - визначається набір молекул, у тому числі складається зразок

4. структурно-груповий (проміжний між атомним і молекулярним) - визначаються функціональні групи в молекулах органічних сполук.

5. фазовий – аналізуються компоненти неоднорідних об'єктів (наприклад мінералів).

Інші види класифікації аналізу:

Валовий та локальний.

Деструктивний та не деструктивний.

Контактний та дистанційний.

Дискретний та безперервний.

Важливі характеристики аналітичної процедури - експресність методу (швидкість проведення аналізу), вартість аналізу, можливість автоматизації.

ФІЗИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ (а. physical methods of analysis; н. physikalische Analyseverfahren; ф. procedes physiques de l'analyse; і. metodos fisiсоs de analisis) - сукупність методів якісного і кількісного аналізу речовин, заснованих визначуваних компонентів.

Фізичні методи аналізу поділяють на три групи: спектроскопічні, ядерно-фізичні та радіохімічні. Зі спектроскопічних методів найбільш поширений атомно-емісійний аналіз. Атоми чи іони, збуджені дуговим, іскровим розрядом, високочастотною чи індукційною плазмою, випромінюють світлову енергію. Кожен елемент характеризується своїм набором спектральних ліній. Інтенсивність випромінювання даного елемента визначається його концентрацією в аналізованій пробі. Характерною особливістюатомно-емісійного аналізу є можливість одночасного визначення кількох елементів. Абсолютна межа виявлення деяких елементів досягає 10 г. Широко поширений атомно-абсорбційний аналіз, заснований на вимірі поглинання світла вільними атомами елементів. В основі атомно-флуоресцентного аналізу лежить спонтанний перехід атомів, збуджених світловим потоком, у вихідний стан, що супроводжується флуоресценцією.

У рентгеноспектральних методах пробу опромінюють потоком електронів і за величиною рентгенівського випромінювання, що виникає при цьому, судять про вміст визначається речовини в пробі. В іншому варіанті методу пробу опромінюють не електронами, а рентгенівськими променями та визначають інтенсивність вторинного випромінювання (рентгенофлуоресцентний аналіз). Рентгенівські методи придатні для локального аналізу (фокусують пучок електронів) без руйнування зразка. Рентгенофлуоресцентний метод дозволяє визначати понад 80 хімічних елементів із відносною похибкою до 1%. На багатоканальних рентгенівських квантометрах проводять аналіз гірських порід та мінералів на основні породоутворюючі елементи за кілька хвилин (див. Рентгенографічний фазовий аналіз, Рентгенографія, ).

Macc-спектрометричні методи ґрунтуються на різному відхиленні в магнітному полі різних за масою іонів, які отримують іонізацією досліджуваної речовини, наприклад, в іскрі. Ці методи часто застосовують визначення домішок в матеріалах. Метод дозволяє одночасно визначати до 70 хімічних елементів домішок у твердих речовинах. Абсолютна межа виявлення елементів досягає 10-15 г (див. Macc-спектрометрія).

З ядерно-фізичних методів найбільше важливе значеннямає радіоактиваційний аналіз, у якому речовину опромінюють нейтронами, гамма-квантами чи зарядженими частинками. При взаємодії опромінюючих частинок з ядрами атомів елементів речовини в результаті ядерних реакцій утворюються радіоактивні " дочірні " елементи чи ізотопи. За величиною їхньої радіоактивності судять про кількість обумовленого елемента в пробі. Радіоактиваційний метод має виключно низьку межу виявлення і дозволяє визначати до 10-10% домішок у геологічних зразках та інших матеріалах. За характером випромінювання, що використовується для активації, розрізняють нейтронно-активаційний, гамма-активаційний та інші аналізи (див. Радіографічний аналіз , ).

До радіохімічних методів належать метод ізотопного розведення. До аналізованого зразка додають радіоактивний ізотоп обумовленого елемента і після встановлення хімічної рівноваги виділяють певним чином певну частину даного елемента. Вимірюють радіоактивність цієї виділеної частини та за її значенням розраховують вміст елемента в пробі (див. ).

Фізичні методи аналізу характеризуються високою продуктивністю, низькими межами виявлення елементів, об'єктивністю результатів аналізу, високим рівнем автоматизації. Фізичні методи аналізу використовують під час аналізу гірських порід та мінералів. Наприклад, атомно-емісійним методом визначають

Зазначені методи аналізу застосовуються у разі присутності залежності між вимірюваними фізичними властивостями в-в та їх якісним та кількісним складом. Оскільки для виміру фізичних св-в в-взастосовуються різні прилади (інструменти), то ці методи називаються інструментальними. Класифікація фізичних та фізико-хімічних методів аналізу. Заснована на обліку вимірюваних фізичних та фізико-хімічних св-в в-ва або системи, що вивчається. Оптичні методи засновані на вимірі оптичних св-в-в. Хроматографічні на використанні здібності різних до виборчої сорбції. Електрохімічні методи ґрунтуються на вимірі електрохімічних св-в системи. Радіометричні засновані на вимірі радіоактивних св-в-в. Термічні на вимірі теплових ефектів відповідних процесів. Мас-спектрометричні на вивченні іонізованих фрагментів («уламків») ст-ст. Ультразвукові, магнітохімічні, пікнометричні та ін. Переваги інструментальних методів аналізу: низька межавиявлення 1-10-9 мкг; мала гранична концентрація, до 10 -12 г/мл визначається в-ва; висока чутливість, формально визначається величиною тангенса кута нахилу відповідної градуювальної кривої, що відображає графічно залежність вимірюваного фізичного параметра, який відкладається зазвичай по осі ординат, від кількості або концентрації визначається в-ва (вісь абсцис). Чим більше тангенс кута нахилу кривої до осі абсцис, тим чутливіший метод, що означає наступне: для отримання однакового «відгуку» - зміни фізичної властивості - потрібна менша зміна концентрації або кількості вимірюваного в-ва. До переваг належить висока селективність (виборчість) методів, т. е. стільникові компоненти сумішей можна визначати без поділу і виділення цих компонентів; мінімальна тривалість часу проведення аналізу, можливість їх автоматизації та комп'ютеризації. Недоліки: складність апаратури та висока вартість; більша похибка (5 -20%), ніж у класичному хімічному аналізі (0,1 -0,5%); гірше відтворюваність. Оптичні методи аналізу засновані на вимірі оптичних св-в в-ва (випускання, поглинання, розсіювання, відбиття, заломлення, поляризація світла), що виявляються при взаємодії електромагнітного випромінювання з в-вом.

Класифікація по об'єктах, що вивчаються: атомний і молекулярний спектральний аналіз. За характером взаємодії електромагнітного випромінювання з в-ом. У цьому розрізняють такі методи. Атомно-абсорбційний аналіз, в основі якого лежить вимір поглинання монохроматичного випромінювання атомами, що визначається в-ва в газовій фазі після атомізації в-ва. Емісійний спектральний аналіз - вимірювання інтенсивності світла, що випромінюється в-му (найчастіше атомами або іонами) при його енергетичному збудженні, наприклад, у плазмі електричного розряду. Полум'яна фотометрія - використання газового полум'я як джерело енергетичного збудження випромінювання. Нефелометрія – вимірювання розсіювання світла частинками світла дисперсної системи (середовища). Турбідиметричний аналіз - вимір ослаблення інтенсивності випромінювання під час його проходження через дисперсне середовище. Рефрактометричний аналіз вимірювання показників світлозаломлення в-в. Поляриметричний аналіз вимірювання величини оптичного обертання - кута обертання площини поляризації світла оптично активними в-ми. По області використовуваного електромагнітного спектру класифікують такі методи: спектроскопія (спектрофотометрія) в УВІ області спектра, тобто в найближчій ультрафіолетовій області спектра - в інтервалі довжин хвиль 200 - 400 нм і видимій області - в інтервалі довжин хвиль 400 - 700. Інфрачервона спектроскопія, що вивчає ділянку електромагнітного спектра в інтервалі 0,76 - 1000 мкм (1 мкм = 10 -6 м), рідше - рентгенівська та мікрохвильова спектроскопія. За природою енергетичних переходів у різних спектрах – електронних (зміна енергії електронних станів атомів, іонів, радикалів, молекул, кристалів в УВІ області); коливальних (при зміні енергії коливальних станів 2-х та багатоатомних іонів, радикалів, молекул, а також рідких та твердих фаз в ІЧ області); обертальних також в ІЧ та мікрохвильовій ділянці. Т.о. взаємодія між молекулами та електромагнітним випромінюванням полягає в тому, що шляхом поглинання електромагнітного випромінювання молекули переходять у збуджений стан. У цьому значної ролі грає енергія, т. е. довжина хвилі поглиненого випромінювання.

Так, у рентгенівських променях, довжина хвилі яких 0,05 - 5 нм, відбувається процес збудження внутрішніх електронів в атомах та молекулах; в ультрафіолетових променях (5 - 400 нм) відбувається процес збудження зовнішніх електронів в атомах та молекулах; видиме світло (400 - 700 нм) відбувається збудження зовнішніх електронів у сполучених р-електронних системах; інфрачервоне випромінювання (700 нм – 500 мк) відбувається процес збудження коливань молекул; мікрохвилі (500 мк – 30 см) процес збудження обертання молекул; радіохвилі (понад 30 см) процес збудження спинових переходів в атомних ядрах (ядерний магнітний резонанс). Поглинання випромінювань дозволяє в спектрометрії їх вимірювати та реєструвати. При цьому падаюче випромінювання ділиться на еталонне та вимірюване при однаковій інтенсивності. Вимірюване випромінювання проходить через пробу; у своїй відбувається поглинання, змінюється інтенсивність. При поглинанні енергії електромагнітного випромінювання частки в-ва (атоми, молекули, іони) збільшують свою енергію, тобто переходять у енергетичний стан, що більш високо лежить. Електронні, коливальні, обертальні енергетичні стани частинок в-ва можуть змінюватися лише дискретно, на певну величину. Для кожної частки існує індивідуальний набір енергетичних станів – енергетичних рівнів (термів), наприклад, електронних рівнів енергії. Електронні енергетичні рівні молекул та багатоатомних іонів мають тонку структуру - коливальні підрівні; тому одночасно з суто електронними переходами здійснюються і коливальні переходи.

Кожному електронному (електронно-коливальному) переходу з нижнього енергетичного рівня на вищий електронний рівень відповідає смуга в електронному спектрі поглинання. Так як різниця між електронними рівнями для кожної частки (атома, іона, молекули) строго визначена, то строго визначеним є і положення смуги в електронному спектрі поглинання, що відповідає тому чи іншому електронному переходу, тобто довжина хвилі (частота, хвильове число) максимуму смуги поглинання. Відмінності в інтенсивності вимірюються детектором і записуються на самописці у вигляді сигналу (піка), стор 318, хімія, довідник школяра та студента, схема спектрометра. Ультрафіолетова спектроскопія та абсорбційна спектроскопія у видимій ділянці. Поглинання електромагнітного випромінювання з ультрафіолетової та видимої частини спектру; збуджує переходи електронів у молекулах із зайнятих на незайняті енергетичні рівні. Чим більше різницю в енергії між енергетичними рівнями, тим більшу енергію, тобто. більш коротку довжину хвилі повинно мати випромінювання. Частина молекули, що у значній своїй частині визначає поглинання світла, називається хромофором (буквально, несучі колір) - це атомні групи, які впливають поглинання світла молекулою, особливо пов'язані і ароматичні системи р-электронов.

Структурні елементи хромофорів в основному беруть участь у поглинанні кванта світлової енергії, що призводить до появи смуг у порівняно вузькій ділянці спектра поглинання сполук. Практичне значення визначення будови органічних молекул має область від 200 до 700 нм. Кількісний вимір: поряд зі становищем максимуму поглинання для аналізу важливе значення екстинкції (ослаблення) випромінювання, тобто інтенсивності його поглинання. Відповідно до закону Ламберта - Бера Е=lgI 0 /I=еcd, Е - екстинкція, I 0 - інтенсивність падаючого світла, I - інтенсивність світла, що проходить, е - молярний коефіцієнт екстинкції, см 2 /моль, c - концентрація, моль/ л, d - товщина шару проби, див. Екстинкція залежить від концентрації поглинаючого в-ва. Методи абсорбційного аналізу: колориметрія, фотоелектроколориметрія, спектрометрія. Колориметрія найпростіший і найстаріший метод аналізу, заснований на візуальному порівнянні забарвлення рідин (визначення рН грунту на приладі Алямовського) - найпростіший метод порівняння із серією еталонних розчинів. Широко поширені 3 методи колориметрії: метод стандартних серій (метод шкали), метод зрівнювання забарвлень і метод розведення. Використовуються скляні пробірки колориметричні, скляні бюретки, колориметри, фотометри. Метод шкали - це визначення рН приладі Алямовского, т. е. серія пробірок з різною конц-ей в-ва і по зміні інтенсивності кольору р-ра чи еталонних р-ов. Фотоколориметрія - метод заснований на вимірюванні інтенсивності немонохроматичного світлового потоку, що пройшов через аналізований розчин за допомогою фотоелементів.

Світловий потік від джерела випромінювання (лампи розжарювання) проходить через світлофільтр, що пропускає випромінювання лише в певному інтервалі довжин хвиль, через кювету з аналізованим р-ом і потрапляє на фотоелемент, що перетворює світлову енергію на фотострум, що реєструється відповідним приладом. Чим більше світлопоглинання аналізованого розчину (тобто чим вища його оптична щільність), тим менша енергія світлового потоку, що потрапляє на фотоелемент. ФЕКи забезпечуються н-ми світлофільтрами, що мають максимум світлопропускання при різних довжинах хвиль. За наявності 2-х фотоелементів відбувається вимірювання 2-х світлових потоків, одного через аналізований розчин, іншого через розчин порівняння. Концентрацію досліджуваного в-ва знаходять за градуювальним графіком.

Електрохімічні методи аналізу ґрунтуються на електродних реакціях та на перенесенні електрики через розчини. У кількісному аналізі використовується залежність величин вимірюваних параметрів електрохімічних процесів (різниця електричних потенціалів, струм, у електрики) від сод-ия обумовленого в-ва в р-рі, що у цьому електрохімічному процесі. Електрохімічні процеси - такі процеси, які супроводжуються одночасним перебігом хімічних реакцій та зміною електричних св-в системи, яку в подібних випадках можна назвати електрохімічною системою. Основні принципи потенціометрії

Як випливає з назви методу – у ньому вимірюється потенціал. Для пояснення, що за потенціал і чому він виникає, розглянемо систему, що складається з металевої пластини і що знаходиться з нею в контакті розчину, що містить іони того ж металу (електроліт) (рис. 1). Така система називається електродом. Будь-яка система прагне такого стану, що відповідає мінімуму її внутрішньої енергії. Тому в перший момент після занурення металу в розчин на межі поділу фаз починають протікати процеси, що ведуть до зниження внутрішньої енергії системи. Припустимо, що іонізований стан атома металу енергетично «вигідніший», ніж нейтральний (можливий і зворотний варіант). Тоді в перший момент часу атоми металу переходитимуть із поверхневого шару пластини в розчин, залишаючи в ній свої валентні електрони. При цьому поверхня пластини набуває негативного заряду, причому цей заряд зростає в міру збільшення кількості атомів металу, що перейшли у вигляді іонів в розчин. Електростатичні сили тяжіння різноїменних зарядів (негативно заряджені електрони в пластині і позитивні іони металу в розчині) не дозволяють відійти цим зарядам від межі розділу фаз, а також викликають зворотний процес переходу іонів металу з розчину в металеву фазу та відновлення їх там. Коли швидкості прямого та зворотного процесів стають однаковими, настає рівновага. Стан рівноваги системи характеризується поділом зарядів межі розділу фаз, т. е. з'являється «стрибок» потенціалу. Слід зазначити, що описаний механізм виникнення електродного потенціалу не єдиний, в реальних системах протікає також безліч інших процесів, що призводять до утворення «стрибка» потенціалів на міжфазовому кордоні. Крім того, «стрибок» потенціалу може виникати на межі розділу фаз не тільки при контакті електроліту з металом, але і при контакті електроліту з іншими матеріалами, наприклад напівпровідниками, іонообмінними смолами, склом і т.д.

При цьому іони, концентрація яких впливає на потенціал електрода називаються визначальними. Потенціал електрода залежить від природи матеріалу, що контактує з електролітом, концентрації потенціалів іонів в розчині і температури. Цей потенціал вимірюється щодо іншого електрода, потенціал якого є постійним. Т. о., встановивши цей зв'язок, можна використовувати її в аналітичній практиці для визначення концентрації іонів у розчині. При цьому електрод, потенціал якого вимірюється, зветься вимірювальний, а електрод, щодо якого виробляються виміри - допоміжний або електрод порівняння. Постійність потенціалу електродів порівняння досягається сталістю концентрації іонів потенціалу визначальних в його електроліті (електроліт №1). Склад електроліту №2 може змінюватись. Для запобігання змішування двох різних електролітів вони поділяються мембраною, проникною для іонів. Потенціал вимірювального електрода приймається рівним виміряної е.р.с., наведеної електрохімічної системи. Застосовуючи як електроліт №2, розчини відомого складу можна встановити залежність потенціалу вимірювального електрода від концентрації потенциалоопределяющих іонів. Ця залежність надалі може бути використана під час аналізу розчину невідомої концентрації.

Для стандартизації шкали потенціалів як електрод порівняння прийнято стандартний водневий електрод, потенціал якого прийнятий рівним нулю при будь-якій температурі. Однак при звичайних вимірах водневий електрод застосовується рідко через свою громіздкість. У повсякденній практиці застосовують інші простіші електроди порівняння, потенціал яких щодо водневого електрода визначено. Тому, за потреби, результат вимірювання потенціалу, проведеного щодо таких електродів, може бути перерахований щодо водневого електрода. Найбільш широко поширеними є хлорсрібний та каломельний електроди порівняння. Різниця потенціалів вимірювального електрода та електрода порівняння є мірою концентрації визначених іонів.

Електродну функцію можна описати за допомогою лінійного рівняння Нернста:

Е = Е 0 + 2,3 RT/nF *lg а,

де Е - різниця потенціалів між вимірювальним електродом та електродом порівняння, мВ; Е 0 - константа, залежить переважно від властивостей електрода порівняння (стандартний потенціал електрода), мВ; R - газова постійна, Дж * моль -1 * К -1. ; n – заряд іона з урахуванням його знака; F - число Фарадея, Кл/моль; Т – абсолютна температура, 0 До; член 2,3 RT/nF, що входить до рівняння Нернста при 25 0 С дорівнює 59,16 мВ для однозарядних іонів. Метод без накладання зовнішнього (стороннього) потенціалу класифікується як метод, що ґрунтується на обліку природи джерела електричної енергії в системі. У цьому вся методі джерелом эл.эн. служить сама елек-хім-ая система, що є гальванічний елемент (гальванічну ланцюг) - потенціометричні методи. ЕРС та електродні потенціали в такій системі залежать від сод-ия обумовленого в-ва в р-рі. Електрохімічний осередок включає два електроди - індикаторний і електрод порівняння. Величина ЕРС, що генерується в комірці, дорівнює різниці потенціалів цих двох електродів.

Потенціал електрода порівняння за умов проведення потенціометричного визначення залишається постійним, то ЕРС залежить лише від потенціалу індикаторного електрода, тобто від активностей (концентрацій) тих чи інших іонів у р-рі. На цьому і засноване потенціометричне визначення концентрації даного в-ва в анал-ом розчині. Застосовують як пряму потенціометрію, і метод потенціометричного титрування. При визначенні рН р-ів у кач-ві індикаторних використовуються електроди, потенціал яких залежить від конц-ії іонів водню: скляний, водневий, хінгідроний (окислювально-відновлювальний електрод у вигляді платинового дроту, зануреного в р-р НС1, насиченого хінгідроном - екв. хінона з гідрохіноном) і деякі ін. Мембранні або іон-селективні електроди мають реальний потенціал, що залежить від активності тих іонів в розчині, які сорбуються мембраною електрода (твердої або рідкої) метод наз-ся іонометрією.

Спектрофотометрами називають прилади, що дозволяють проводити вимірювання світлопоглинання зразків у вузьких по спектральному складу пучках світла (монохроматичний світло). Спектрофотметри дозволяють розкладати біле світло в безперервний спектр, виділяти з цього спектра вузький інтервал довжин хвиль (1 - 20 нм ширина смуги спектру, що виділяється), пропускати ізольований пучок світла через аналізований розчин і вимірювати з високою точністю інтенсивність цього пучка. Поглинання світла забарвленим в-ом в розчині вимірюють, порівнюючи його з поглинанням нульового розчину. У спектрофотометрі поєднуються два прилади: монохроматор для отримання світлового монохроматичного потоку і фотоелектричний фотометр, призначений для вимірювання інтенсивності світла. Монохроматор складається з джерела світла, диспергуючого пристрою (розкладає біле світло в спектр) і пристрою, що регулює величину інтервалу довжин хвиль світлового пучка, що падає на р-р.

З різноманітних фізико-хімічних та фізичних методів аналізу найбільше значеннямають 2-ві групи методів: 1 - методи, засновані на вивченні спектральних характеристик в-ва; 2 – методи, засновані на вивченні фізико-хімічних параметрів. Спектральні методи засновані на явищах, що відбуваються при взаємодії речовини з різними видамиенергії (електромагнітним випромінюванням, термічною енергією, електричною та ін.). До основних видів взаємодії в-ва з променистою енергією відноситься поглинання та випромінювання (емісія) випромінювання. Характер явищ, обумовлених поглинанням чи випромінюванням, у принципі однаковий. При взаємодії випромінювання з в-вом частки його (атоми молекули) перетворюються на збуджений стан. Через деякий час (10 -8 с) частки повертаються в основний стан, випромінюючи надмірну енергію у вигляді електромагнітного випромінювання. Ці процеси пов'язані з електронними переходами в атомі чи молекулі.

Електромагнітне випромінювання можна охарактеризувати довжиною хвил або частотою н, які пов'язані між собою співвідношенням н=с/л, де - швидкість світла у вакуумі (2,29810 8 м/с). Сукупність всіх довжин хвиль (частот) електромагнітного випромінювання становить електромагнітний спектр від г-променів (короткохвильова область, фотони мають високу енергію) до видимої області спектру (400 - 700 нм) і радіохвиль (довгохвильова область, фотони з низькою енергією).

Насправді мають справу з випромінюванням, характеризується певним інтервалом довжин хвиль (частот), т. е. з певним ділянкою спектра (чи, як кажуть, зі смугою випромінювання). Часто для аналітичних цілей використовується монохроматичне світло (світловий потік, в якому електромагнітні хвилі мають одну довжину хвилі). Виборче поглинання атомами і молекулами випромінювання з певними довжинами хвиль призводить до того, що кожне характеризується індивідуальними спектральними характеристиками.

Для аналітичних цілей використовують як поглинання випромінювання атомами та молекулами (відповідно атомно-абсорбційна спектроскопія), так і випускання випромінювання атомами та молекулами (емісійна спектроскопія та люмінесценція).

Спектрофотометрія заснована на вибірковому поглинанні електромагнітного випромінювання в-вом. Вимірюючи поглинання в-вом випромінювання різних довжин хвиль, можна одержати спектр поглинання, т. е. залежність поглинання від довжини хвилі падаючого світла. Спектр поглинання – це якісна характеристика в-ва. Кількісною характеристикою є кількість поглиненої енергії або оптична густина розчину, яка залежить від концентрації поглинаючого в-ва за законом Бугера-Ламберта-Бера: D=еІс, де D - оптична густина, i - товщина шару; с – концентрація, моль/л; е - молярний коефіцієнт поглинання (е = D при І=1 см і с=1 моль/л). Величина е служить характеристикою чутливості: що більше значення е, то менші кількості в-ва можна визначити. Багато в-ва (особливо органічні) інтенсивно поглинають випромінювання в УФ-і видимій областях, що уможливлює їх безпосереднє визначення. Більшість іонів, навпаки, слабо поглинають випромінювання видимої області спектру (е? 10 ... 1000), тому їх зазвичай переводять в інші, більш інтенсивно поглинають сполуки, а потім проводять вимірювання. Для вимірювання поглинання (оптичної щільності) використовують спектральні прилади 2-х видів: фотоелектроколориметри (з грубою монохроматизацією) та спектрофотометри (з більш тонкою монохроматизацією). Найбільш поширеним є фотометричний метод аналізу, кількісні визначення в якому ґрунтуються на законі Бугера-Ламберта-Бера. Основними прийомами фотометричних вимірювань є метод молярного коефіцієнта світлопоглинання, метод градуювального графіка, метод стандартів (метод порівняння), метод добавок. У методі молярного коефіцієнта світлопоглинання вимірюють оптичну щільність D досліджуваного розчину і за відомим значенням молярного коефіцієнта світлопоглинання е розраховують концентрацію з поглинаючого в-ва в розчині: з = D/(е І). У методі градуювального графіка готують ряд стандартних розчинів з відомим значенням концентрації з визначеного компонента та визначають їхнє значення оптичної щільності D.

За отриманими даними будують градуювальний графік - залежність оптичної густини розчину від концентрації в-ва: D = f(с). Відповідно до закону Бухера-Ламберта-Бера графік є прямою лінією. Потім вимірюють оптичну щільність D досліджуваного розчину і за градуювальним графіком визначають концентрацію з'єднання. Метод порівняння (стандартів) заснований на порівнянні оптичної щільності стандартного та досліджуваного розчинів:

D ст = е * І * с ст і D х = е * І * с х,

звідки D х / D ст = е * І * с х / е * І * с ст і с х = с ст * D х / Dст. У методі добавок порівнюються значення оптичної щільності досліджуваного розчину і того ж розчину з додаванням відомої кількості визначеного компонента. За результатами визначень розраховують концентрацію в-ва в досліджуваному розчині: D х = е * І * с х і D х + а = е * І * (с х + с а), звідки D х / D х + а = е * І * с х / е * І * (с х + с а) і с х = с а * D х / D х + а - D х. .

Атомно-абсорбційна спектроскопія заснована на вибірковому поглинанні випромінювання атомами. Для переведення речовини в атомарний стан розчин зразка впорскують у полум'я або підігрівають у спеціальній кюветі. В результаті розчинник випаровується або згоряє, а тверде в-во атомізується. Більша частинаатомів залишається у збудженому стані, і лише невелика частина збуджується з наступним випромінюванням випромінювання. Набір ліній, відповідний довжинам хвиль випромінювання, що поглинається, тобто спектр, є якісною характеристикою, а інтенсивність цих ліній - відповідно кількісною характеристикою в-ва.

Атомно-емісійна спектроскопія заснована на вимірюванні інтенсивності світла, що випромінюється збудженими атомами. Джерелами збудження можуть бути полум'я, іскровий розряд, електрична дуга та ін. Для отримання спектрів випромінювання пробу у вигляді порошку або розчину вводять у джерело збудження, де відбувається перехід у газоподібний стан або частковий розпад його на атоми і прості (за складом) молекули. Якісною характеристикою в-ва є його спектр (тобто набір ліній у спектрі випромінювання), а кількісною - інтенсивність цих ліній.

Люмінесценція заснована на випромінюванні випромінювання збудженими молекулами (атомами, іонами) під час переходу в основний стан. Джерелами збудження при цьому можуть бути ультрафіолетове і видиме випромінювання, катодні промені, енергія хімічної реакції та ін. Енергія випромінювання (люмінесценції) завжди менше поглиненої енергії, тому що частина поглиненої енергії ще до початку випромінювання перетворюється на теплову. Отже, люмінесцентне випромінювання має меншу довжину хвилі, ніж довжина хвилі поглиненого при збудженні світла. Люмінесценція може використовуватися як для виявлення в-в(за довжиною хвилі), так їх кількісного визначення (за інтенсивністю випромінювання). Електрохімічні методи аналізу засновані на взаємодії в-ва з електричним струмом. Процеси, що протікають при цьому, локалізовані або на електродах, або в приелектродному просторі. Більшість методів належать до першого з цих типів. Потенціометрія. Електродним процесом називається гетерогенна реакція, при якій заряджена частка (іон, електрон) переноситься через межу поділу фаз. У рез-ті такого перенесення пов-ти електрода виникає різницю потенціалів, обумовлена ​​освітою подвійного електричного шару. Як і будь-який процес, електродна реакція з часом приходить до рівноваги, і на електроді встановлюється рівноважний потенціал.

Вимір величин рівноважних електродних потенціалів є завданням потенціометричного методу аналізу. Вимірювання при цьому проводять в електрохімічному осередку, що складається з 2-х напівелементів. Один з них містить індикаторний електрод (потенціал якого залежить від концентрації іонів, що визначаються в розчині відповідно до рівняння Нернста), а інший - електрод порівняння (потенціал якого постійний і не залежить від складу розчину). Метод може бути реалізований у варіанті прямої потенціометрії або у варіанті потенціометричного титрування. У першому випадку вимірюють потенціал індикаторного електрода в аналізованому розчині щодо електрода порівняння та за рівнянням Нернста розраховують концентрацію іона, що визначається. У варіанті потенціометричного титрування іон, що визначається титрують відповідним реагентом, стежачи одночасно за зміною потенціалу індикаторного електрода. За отриманими даними будують криву титрування (залежність потенціалу індикаторного електрода від об'єму доданого титранта). На кривій поблизу точки еквівалентності спостерігається різка зміна значення потенціалу (стрибок потенціалу) індикаторного електрода, що дозволяє розрахувати вміст іона, що визначається в розчині. Електродні процеси дуже різноманітні. Загалом їх можна класифікувати на 2-ві великі групи: процеси, що відбуваються з перенесенням електронів (тобто власне електрохімічні процеси), і процеси, пов'язані з перенесенням іонів (при цьому електроду властива іонна провідність). В останньому випадку йдеться про так звані іонселективні мембранні електроди, що широко застосовуються в даний час. Потенціал такого електрода в розчині, що містить іони, що визначаються, залежить від їх концентрації за рівнянням Нернста. До цього типу електродів відноситься і скляний електрод, що застосовується в рН-метрії. Можливість створення великої кількості мембранних електродів з високою селективністю до тих чи інших іонів виділила цю область потенціометричного аналізу на самостійну галузь - іонометрію.

Полярографія. При проходженні струму в електрохімічному осередку спостерігається відхилення величин електродних потенціалів їх рівноважних значень. З низки причин виникає так звана електродна поляризація. Явище поляризації, що виникає в процесі електролізу на електроді з малою поверхнею, є основою даного методу аналізу. У цьому методі до електродів, опущених досліджуваний розчин, прикладають зростаючу різницю потенціалів. При малій величині різниці потенціалів струм через розчин практично не йде (т.з. залишковий струм). При збільшенні різниці потенціалів до величини, достатньої розкладання електроліту, сила струму різко зростає. Цю величину різниці потенціалів називають потенціалом розкладання. Вимірюючи залежність сили струму, що проходить через розчин, від величини прикладеної напруги можна побудувати т.з. вольтамперну криву, яка дозволяє з достатньою точністю визначити якісний та кількісний склад розчину. При цьому якісною характеристикою в-ва є величина різниці потенціалів, достатня для його електрохімічного розкладання (потенціал напівхвилі Е S), а кількісною - величина приросту сили струму, обумовлена ​​його електрохімічним розкладанням у розчині (висота довжини хвилі Н, або відмінність у величинах граничного дифузійного) струму та залишкового струму). Для кількісного визначення концентрації в-ва у розчині використовують такі прийоми: метод градуювального графіка, метод стандартів, метод добавок. Кондуктометричний метод аналізу ґрунтується на залежності електропровідності розчину від концентрації електроліту. Застосовується, як правило, у варіанті кондуктометричного титрування, точку еквівалентності в якому визначають перегин кривої титрування (залежності електропровідності від кількості доданого титранта). Амперометрическое титрування є різновидом потенциометрического титрування, лише індикаторним електродом є полярографічне пристрій, тобто. застосовується мікроелектрод із накладеною напругою.