Физико-химические методы анализа веществ (166687)

Посмотреть архив целиком











Физико-химические методы анализа веществ



Введение


В практической деятельности часто возникает необходимость идентификации (обнаружения) того или иного вещества, а также количественной оценки (измерения) его содержания.

Химическая идентификация (качественный анализ) и измерения (количественный) анализ являются предметом специальной химической науки – аналитической химии.



1. Качественный анализ


Качественный анализ может использоваться для идентификации в исследуемом объекте атомов (элементарный анализ), молекул (молекулярный анализ), простых или сложных веществ (вещественный анализ), фаз гетерогенной системы (фазовый анализ). Задача качественного неорганического анализа обычно сводится к обнаружению катионов и анионов, присутствующих в аналитической пробе. Качественный анализ необходим для обоснования выбора метода количественного анализа того или иного материала или способа разделения веществ по аналитическому сигналу.

Аналитическими являются те реакции, которые сопровождаются каким-нибудь внешним эффектом, позволяющим установить, что химический процесс связан с выпадением или растворением осадка, изменением окраски анализируемого раствора, выделением газообразных веществ.

В аналитической работе используют химические реакции, протекающие достаточно быстро и полно. Выбирая реакции для химического анализа, руководствуются законом действующих масс и представлениями о химическом равновесии в растворах.

Выполняя аналитическую реакцию, соблюдают условия, которые определяются свойствами определяемого продукта. Анализируемое вещество должно быть устойчиво в среде, в которой ведется определение и температуре. Реакция должна быть чувствительной по отношению к определяемому веществу (определение вещества даже при очень малой его концентрации). Порог чувствительности реакций характеризуют количественно при помощи обнаруживаемого минимума.

Обнаруживаемый минимум – это наименьшее количество вещества, которое удается обнаружить с помощью данной реакции (при соблюдении необходимых условий) [миллионные доли грамма – микрограммы, 1мкг=10-6г]. В качественном анализе применяют только те реакции, обнаруживаемый минимум которых не превышает 50 мкг.

Помимо чувствительности большое значение имеют селективность реакции. Селективные или избирательные, реакции, дают схожий внешний эффект с несколькими ионами. Например, оксалат аммония образует белый осадок с катионами Ca2+, Sr2+, Ba2+ и др. Чем меньше таких ионов, тем более выражена избирательность (селективность) реакции. Специфической называют такую реакцию, которая позволяет обнаружить ион (вещество) в присутствии других ионов (веществ). Например, специфична реакция обнаружения иона аммония действием щелочи при нагревании, так как в этих условиях аммиак может выделяться только из солей аммония:


NH4Cl + NaOH = NH3↑ + H2O + NaCl


Обнаружение ионов с помощью специфических и селективных реакций в отдельных порциях анализируемого раствора, производимое в любой последовательности, называют дробным анализом. Для этого групповой реагент ступенчато приливают к анализируемому раствору, первыми выпадают в осадок соединения с наименьшими значениями ПР.


2. Качественное определение ионов неорганических веществ


Методы качественного анализа базируются на ионных реакциях, которые позволяют идентифицировать элементы в форме тех или иных ионов. В ходе реакций образуются труднорастворимые соединения, окрашенные комплексные соединения, происходит окисление или восстановление с изменением цвета раствора.

Для идентификации с помощью образования труднорастворимых соединений используют как групповые, так и индивидуальные осадители. Групповыми осадителями для ионов Ag+, Pb2+, Hg2+ служит NaCl; для катионов Ca2+, Sr2+, Ba2+ - (NH4)2CO3, для ионов Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ - (NH4)2S.

Имеется много органических и неорганических реагентов, образующих осадки или окрашенные комплексные соединения с катионами (табл. 1).


Реагент

Формула

Катион

Продукт реакции

Ализарин

Бензидин

Гексагидроксостибиат калия

Гексанитрокобальтат натрия

Гексацианоферат (II) калия

α-Диметилглиоксим

Дипикриламин

Дитизон в хролоформе

Дихромат калия

Магнезон ИРЕА

Мурексид

Родамин Б

Хромоген черный

C14H6O2(OH)2

C12H8(NH2)2

K[Sb(OH)6]

Na3Co(NO2)6

K4[Fe(CN)6]

С4N2H8O2

[C6H2(NO2)3]2NH

C13H12N4S

K2Cr2O7

C16H10O5N2SClNa

C8H6N6O6

C24H21O3N2Cl

C20H13O7N3S

Al3+

Cr6+, Mn7+

Na+

K+

Fe3+

Cu2+

Ni2+, Fe2+, Pb2+

K+

Zn2+

Ca2+

Mg2+

Ca2+

Sr2+, Ba2+

[SbCl6]-

Mg2+

Ярко-красный осадок

Соединение синего цвета

Белый осадок

Желтый осадок

Темно-синий осадок

Красно-бурый осадок

Ярко-красный осадок

Оранжево-красный осадок

Малиново-красный раствор

Оранжевый осадок

Ярко-красный раствор

Красный раствор

Фиолетовый раствор

Синий раствор

Вино-красный раствор


Летучие соединения металлов окрашивают пламя горелки в тот или иной цвет. Поэтому, если внести изучаемое вещество на платиновой или нихромовой проволоке в бесцветное пламя горелки, то происходит окрашивание пламени в присутствии в веществе тех или иных элементов, например, в цвета: ярко-желтый (натрий), фиолетовый (калий), кирпично-красный (кальций), карминово-красный (стронций), желто-зеленый (медь, бор), бледно-голубой (свинец, мышьяк).

Анионы обычно классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам. Так многие анионы (SO42-, SO32-, CO32-, SiO32-, F-, PO43-, CrO42- и др.) имеют групповой реагент BaCl2 в нейтральной или слабо кислой среде, так как соли бария и этих анионов мало растворимы в воде. Групповым реагентом в растворе HNO3 на ионы Cl-, Br-, I-, SCN-, S2-, ClO-, [Fe(CN)6]4- и др. служит AgNO3. Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы (табл. 2).


Реагент

Формула

Ион

Продукт реакции

Антипирин 5-%-ный в H2SO4

Дифениламин в H2SO4

Паромолибдат аммония в HNO3

Родоизонат бария

C6H5С3HON2(CH3)2

(C6H5)2NH

(NH4)6Mo7O24·4H2O

NO2-, NO3-

NO3-

PO43-

PO43-

Ярко-зеленый раствор

Ярко-красный раствор

Темно-синий раствор

Обесцвечивание раствора


Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам приведена в таблице 3.


Групповой реагент

Анионы

Групповой признак


KMnO4 + H2SO4 + I2,


крахмал + H2SO4



KI + H2SO4 + крахмал

MnCl2 + HCl(конц.)

Восстановители

Cl-, Br-, I-, SCN-, C2O42-, S2-, SO32-, NO2-

S2-, SO32-, S2O32-


Окислители

CrO42-, MnO4-, ClO-, ClO3-, NO2-, BrO3-

NO3-, CrO42-, NO2-, ClO3-, [Fe(CN)6]3-, ClO-, MnO4-


Инертные

SO42-, CO32-, SiO32-, F-, PO43-, BO2-


Обесцвечивание раствора


Обесцвечивание раствора



Окрашивание раствора

Окрашивание раствора


Химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.


3. Количественный анализ


Определение содержания (концентрации, массы и т.п.) компонентов в анализируемом веществе называется количественным анализам. При количественном анализе измеряют интенсивность аналитического сигнала, т.е. находят численное значение оптической плотности раствора, расхода раствора на титрование, массы прокаленного осадка и т.п. По результатам количественного измерения сигнала рассчитывают содержание определенного компонента в пробе. Результаты определений обычно выражают в массовых долях, %.

Количественный анализ проводят в определенной последовательности, в которую входит отбор и подготовка проб, проведения анализа, обработка и расчет результатов анализа.


Случайные файлы

Файл
150140.rtf
143107.rtf
81327.rtf
141011.rtf
22118-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.