Кількісний аналіз дозволяє визначити. Кількісний та якісний аналіз

Якщо досі ми розглядали хімічні процеси, в яких найважливішим «засобом праці» був вогонь, то тепер звернемося до реакцій, які мають велике значення, як зазначав Герман Копп, для «аналізу мокрим шляхом». Для цих реакцій характерно те, що вони йдуть насамперед у результаті мимовільної взаємодії речовин у розчинах. Взаємодіючі речовини є водночас і «предметом праці», і «засобом праці». Завдання дослідження в такому випадку полягатимуть в аналізі реакційної спроможності різних речовин та вивченні умов їхньої взаємодії. Результати експериментальних робіт стали передумовами для широких узагальнень та створення теорій складу речовин та їх перетворень.
Не слід забувати, що з вивчення реакцій, які здійснюються «мокрим шляхом», велику роль грали потреби хімічних ремесел і торгівлі. Ще в давнину для оцінки якості фарб, дріжджів, ліків люди використовували нюх, зір та дотик. Однак з'являлося все більше сполук, важливих для хімічної практики (наприклад, пурпур, багато ліків, металів), якість яких не можна було визначити навпомацки, смак і колір. Тому знадобилися точніші методи аналізу широко застосовуваних речовин.
Вже на початку нашої ери було відомо більше способів аналізу речовин, ніж за часів античності. Діоскорид, а також Пліній, наприклад, описували способи, якими можна виявити яр-медянку, що використовується при виготовленні фальшивих прикрас.
З давніх-давен люди навчилися розрізняти рідини («води») за кольором, запахом, смаком. Проте вже за часів античності намагалися знайти й об'єктивніші критерії оцінки властивостей розчинів. Гіппократ вказував, що найчистіша (і найбільш придатна для пиття) вода - та, яка найшвидше охолоджується і нагрівається. Лікар Архіген (I ст. н. е.) розрізняв води, що містять луги, залізо, солі, сірку. Вітрувій запропонував випаровувати воду, а потім конденсувати і таким чином очищати від різних домішок.
У 1572 р. Леонард Турнейсер (1530-1596) опублікував свою працю «Про холодні, теплі, мінеральні та металеві води». У цій роботі описувалися способи дослідження складу різних вод, порівняння ваги [маси] дощової води та вод різних джерел, проведення випаровування води та кристалізації опадів, вивчення опадів при їх нагріванні тощо. д. досліджував гази, що виділяються із різних мінеральних вод. Крім того, він запропонував нові методи, які дозволяли довести вміст у воді галунів, селітри чи купоросів. Лібавій використовував сік дубильних горішків як реагент виявлення заліза, а розчин міді визначення аміаку.
У 1685 р. Роберт Бойль опублікував книгу Огляд природної історії мінеральних вод. Він повідомив результати вивчення властивостей та складу вод різних мінеральних джерел та описав способи проведення аналізу вод: визначення температури та щільності, вивчення кольору, запаху, дії на шкіру, спостереження за рухливістю частинок домішок у воді під мікроскопом, дію повітря на воду. Металеві домішки у різних видах води слід було визначати за допомогою соку дубильних горішків. Сік чорнів, якщо вода містила залізо. Домішки міді призводили до почервоніння розчину або випадання з нього осаду. Лужні води Бойль пропонував вивчати, додаючи до них сік фіалки, який ставав зеленим. Фрідріх Гофман (1660-1742) у книзі, опублікованій в 1703 р., описував способи дослідження складу вод, наприклад виявлення заліза шляхом додавання дубильної кислоти або екстракту з кори дуба або суміші вапна та дрібнороздроблених раковин (в останньому випадку випадає осад). Кухонна сіль у воді визначалася, за Гофманом, за допомогою нітрату срібла, сірка – за допомогою срібла і т. д. Відкриття найважливіших неорганічних кислот на початку XIII ст. сприяло значному вдосконаленню аналізу «мокрим шляхом». Ці кислоти стали поширеним засобом хімічного дослідження складу різних розчинів. Вченим XIII ст. - Геберу, Альберту Великому, Раймунду Луллію, Віталісу де Фурно (1247-1327) - вже були відомі сірчана кислота (одержувана при нагріванні галунів) та азотна кислота (утворювалася при нагріванні суміші галунів, мідного купоросу та селітри). З допомогою цих кислот виявилося можливим вперше відокремити золото від срібла «мокрим шляхом», і навіть окислити ртуть і залізо. Вчені ХІІІ ст. знали також про існування розчинної золото і сірку «царської горілки», яку отримували з азотної кислоти та аміаку. Спостереження хімічних процесів, проведених з допомогою неорганічних кислот, допомогли вченим у створенні фундаментальних поглядів на специфіку перебігу багатьох реакцій. Ці уявлення лягли основою методів аналізу «мокрим шляхом». Знання особливостей перебігу таких реакцій були важливими для промислової хімії та розширення уявлень про природні явища.
Безпосереднє впливом геть розвиток хімічних знань надали спроби класифікувати метали з їх властивостям. Парацельс (1493-1541) розташував метали в ряд за швидкістю, з якою ртуть утворювала з ними амальгаму. На першому місці у цьому ряду стояло золото, далі розташовувалися срібло, свинець, олово, мідь, залізо. Ці результати мали велике практичного значення. У 1617 р. Анджело Сала порівняв метали за їхньою здатністю випадати в осад із розчинів їх солей; Осадження ще з часів Парацельса застосовувалося як важливий метод «експериментального мистецтва». І. Глаубер у 1649 р. зіставив метали за їх розчинністю у кислотах. Надалі була виявлена ​​можливість виділення срібла з його розчинів при зануренні мідного дроту або додаванні до розчину срібла розчинів солей міді та заліза.
Георг Ернст Шталь систематично багато років досліджував «спорідненість» металів на основі аналізу їх розчинності в кислотах та їх різного витіснення з розчинів. Шталь розташував метали залежно від величини їхньої «спорідненості», що виражалася у швидкості розчинення в кислотах, у наступний ряд: цинк, залізо, мідь, свинець (або олово), ртуть, срібло, золото. Жоффруа, Бергман і Гітон де Морво також намагалися систематизувати метали за величиною їхньої «спорідненості» і на підставі цього почали складати таблиці «спорідненості».
Для розробки нових експериментальних методів та вдосконалення уявлень про перебіг реакцій необхідно було також і дослідження складу та властивостей солей, що утворюються при «розчиненні» металів у кислотах. Вже Парацельс широко застосовував солі міді, свинцю, срібла, ртуті, сурми та з'єднання миш'яку як лікувальні засоби. Використовуючи дуже малі дози цих речовин (багато з яких сильно отруйні), Парацельс з успіхом лікував хворих. Необхідність дозування ліків та перевірки їх чистоти змушувала вчених шукати дедалі досконаліші методи дослідження розчинів речовин. Одночасно це пред'являло високі вимоги до праці лікарів та аптекарів, які мали, на думку Парацельса, вміти готувати ретельно очищені від домішок та ефективні лікарські препарати. Парацельс вважав, що алхімік може відтворити все, що створила природа. Він говорив, що якби природа не створила день, що приходить на зміну ночі, то день мав би створити людину за допомогою «алхімічного мистецтва».
Парацельс, Андреас Лібавій, Анджело Сала, Отто Тахенії, Йоганн Рудольф Глаубер, Роберт Бойль описували ряд ознак, за допомогою яких вони намагалися класифікувати різні солі, - колір, смак, запах, питома вага, форму кристалів і розчинність. У XVIII ст. експериментальне вивчення солей настільки просунулося вперед, що Тахений вже визначав солі як сполуки кислот та лугів. Тахений дав класифікацію різних експериментальних методів дослідження, що існували. Він бачив докази присутності тих чи інших речовин лише в сполуках, що утворилися при їх взаємодії.
Аналіз «мокрим шляхом» у XVII ст. досяг такого високого рівня, що дослідники цілеспрямовано проводили реакції утворення солей та реакції взаємного обміну солей з випаданням осаду. Сала, Глаубер, Кункель чітко розуміли, що в результаті реакції різних сполук можуть виникати нові речовини, які мають інші властивості, ніж вихідні. Більше того, хіміки навчилися тоді проводити і зворотний процес - знову отримувати вихідні речовини з продуктів реакції.
Якісний та кількісний аналіз.Кількість аналітичних методів у XVIII ст. було настільки значним, що назріла потреба у широкому узагальненні накопиченого матеріалу. Багато хіміків намагалися створити такі узагальнення. Особливо вдалу систему поглядів розробив Торберн Бергман, який розташував речовини по групам залежно від способів їх аналізу. Бергман розрізняв два типи аналізу «мокрим шляхом»: 1) випаровування та фракційна кристалізація; 2) проведення різних специфічних реакцій аналізованих речовин (дія на речовини лакмусом, фіалковим соком, екстрактом дубильних горішків, сірчаною кислотою, щавлевою кислотою, карбонатом калію, вапняною водою, нітратом срібла, ацетатом свинцю, етиловим спиртом). Бергман докладно описав способи одержання всіх цих речовин, їх реакції, а також шляхи проведення аналізу та способи пояснення отриманих результатів. У книзі, присвяченій опису аналізу мінералів «мокрим шляхом» (1780), Бергман намагався систематизувати всі ці методи. Зі введення до цієї книги видно, яке значне місце займав аналіз рідин в «експериментальному мистецтві» того часу. «У наш час, – писав Бергман, – спагіричне мистецтво може визначати за допомогою різних розчинів складові мінералів. Проте слід пам'ятати, що аналізи мінералів проводяться «мокрим шляхом» досить рідко. Для визначення складу мінералів набагато характерніше проведення змішаного аналізу – частково «сухим», частково «мокрим шляхом». Метал екстрагується рідким способом, потім виділяється із розчину при нагріванні. Однак я ставлю собі за мету розробити такі способи аналізу «мокрим шляхом», які б не вимагали потім нагрівання металу до плавлення і навіть прожарювання. Я зовсім не хочу применшити значення сухого способу дослідження, але в експериментальній практиці слід користуватися найменш трудомісткими та найбільш надійними методами».
Найважливіший метод «експериментального мистецтва» – якісний аналіз – до кінця XIX ст. досяг високого ступеня досконалості. На той час і кількісний аналіз (включаючи ваговий аналіз) перетворився на широко застосовуваний і досить розроблений прийом дослідження. Цьому сприяли праці багатьох хіміків Франції, Німеччини, Англії, Швеції та Росії. Кількісний аналіз як повноправний метод дослідження ввів у науку один із засновників сучасної хімії А. Лавуазьє.
Ще в давнину при виробництві ліків, в металургії та інших хімічних ремеслах використовувалися ваги. Зрозуміло, ваги широко застосовувалися і експериментальної практиці. Багато хіміків приділяли увагу вивченню кількісного складу речовин, що реагують. Лемері, Кункель, Вільсон (у книзі «Курс практичної хімії» 1746), а пізніше Маргграф, Блек, Бергман та інші вчені підкреслювали важливість кількісного визначення складу речовин, що беруть участь у реакціях. У XVII ст. такі визначення проводилися, але скоріше зрідка, ніж систематично. Лише з часом методи кількісного аналізу знайшли широке застосування. Причому особливо помітно це виявилося в експериментах з газового аналізу, де кількісно визначалися компоненти повітря, щільність газів, кількість вуглекислого газу, що виділяється з карбонатів тощо.
В останній третині XVIII ст. особливо було помітно прогрес у методах кількісного аналізу, значною мірою завдяки роботам Антуана Лорана Лавуазьє (1743-1794). Використовуючи зважування як метод контролю та дослідження, Лавуазьє підтвердив закон збереження ваги (маси): довів на прикладах, що загальна вага (маса) речовин, що беруть участь у хімічному процесі, постійна незалежно від того, яким шляхом йде цей процес. p align="justify"> Роботи інших хіміків, спрямовані на вдосконалення методів кількісного аналізу в розчинах, привели на початку XIX ст. до значного підвищення рівня хімічних знань
Карл Фрідріх Венцель (1740-1793) у книзі «Вчення про спорідненість» (1777) досить точно описав склад більш ніж 200 солей. Однак його праця не викликала інтересу у хіміків. Те саме сталося і з роботами Єремії Веніаміна Ріхтера (1762-1807), який відкрив закон нейтралізації та заснував вчення про стехіометрію. Книга Ріхтера привернула увагу хіміків, лише коли Ернст Готфрід Фішер в 1801 р. перерахував і привів результати експериментів Ріхтера до значення загального еквівалента - еквівалентної ваги «сірчаної кислоти», прийнятому рівним 100. Але особливо широку популярність праці Бертолле (1748-1822) помістив складену таким чином таблицю еквівалентних ваг у додатку до своєї книги «Нариси хімічної статики» (1803) і використовував її під час полеміки з приводу закону сталості складу сполук. Закон сталості складу в ході цієї полеміки (1801 - 1808 рр.) затверджений Жаном Луї Прустом (1755-1826), потім пояснений Джоном Дальтоном у світлі його атомістичних уявлень та відкритого ним у 1803 р. закону простих кратних відносин. Кількісний аналіз «мокрим шляхом» набув такого великого значення як «засіб праці» в хімічному експерименті, що результати, отримані цим методом, підготували відкриття найважливіших законів хімії.
Хоча «експериментальне мистецтво» вже давно довело свою плідність для розвитку ремесел і вдосконалення природничих уявлень, навіть наприкінці XVIII ст., як правило, не було добре обладнаних лабораторій. В університетах Німеччини основна увага приділялася вивченню технології та гуманітарних наук. Перші лабораторії, де студенти могли освоїти «мистецтво хімічного аналізу», було влаштовано Віглебом у Лангензальці та Троммсдорфом в Ерфурті. Прістлі та Кавендіш в Англії працювали у своїх приватних лабораторіях, Шееле у Швеції проводив досліди у приміщенні аптеки, де працював помічником аптекаря.
Різні академії та наукові товариства у європейських країнах стали виникати з XVI ст. Вони підтримували хімічні дослідження, виділяючи вченим засоби, приміщення, обладнання. Академіям та науковим товариствам у свою чергу надавалася державна підтримка. У 1560 р. в Неаполі була створена Академія таємниць природи, в 1603 р. в Римі - Академія рисьеоких (дей Лінчей), у 1657 р. у Флоренції - Академія експерименту (дель Чименто). У 1663 р. у Лондоні було засновано Королівське товариство, у 1666 р. – Академія наук у Парижі, у 1700 р. – Суспільство науки у Берліні, у 1713 р. – Королівська іспанська академія в Мадриді, у 1724 р. – Академія наук у Петербурзі. Але всі ці наукові організації не могли повністю задовольнити швидкозростаючі запити теорії та практики хімічного експерименту, що розвивається.
Лише починаючи з другої третини ХІХ ст. Уряди різних країн відповідно до вимог промислової революції та потреб сільського господарства стали відпускати досить значні суми на обладнання хімічних лабораторій. Але це сталося лише після того, як люди чітко зрозуміли, що тільки розвиток теорії та практики експерименту призводить до прогресу природничих знань та хімічного виробництва.

Ціль: розглянути основні методи хімічної ідентефікації.

1. Сутність хімічної ідентифікації.

2. Якісний аналіз.

3. Кількісний аналіз.

4. Методи кількісного аналізу.

Хімічна ідентифікація – це встановлення виду та стану молекул, іонів, радикалів, атомів та інших частинок на основі зіставлення експериментальних даних із відповідними довідковими даними для відомих частинок. Ідентифікація - встановлення тотожності невідомого з'єднання з іншим відомим.
Для цього зіставляють фізико-хімічні константи, властивості та реакції обох речовин. Перед ідентифікацією речовини ретельно очищають, проводять попереднє його дослідження: зіставляють агрегатний стан, колір, в'язкість, відчувають на розчинність у воді, органічних розчинниках, основах і кислотах, визначають горючість та інші властивості. Наприклад, у молекулярному аналізі ідентифікація - встановлення хімічної формули сполук її найважливіших фрагментів. Ідентифікація – мета якісного аналізу, який, як правило, передує кількісним визначенням.
а)Властивості речовини залежать від її чистоти
Б)Молекулярний аналіз-встановлення якості та кількості складу хімічних сполук та їх сумішей.
При якісному аналізі суміші хімічної сполуки зазвичай попередньо розділяють різними методами (хроматографією, ректифікацією, кристалізацією, екстракцією, осадженням, термічною дифузією та ін.); потім для розділених речовин визначають звані інтегральні молекулярні ознаки, до яких відносяться молярна маса, сумарний елементний склад, щільність, розчинність, температури фазових переходів, показники заломлення, потенціали іонізації, а також спектри поглинання електромагнітного випромінювання, мас-спектри і т.п. Ці характеристики хімічних сполук зіставляють з відповідними константами і спектрами зразків порівняння, встановлюють відсутність депресії (зниження та збільшення інтервалу) температури плавлення суміші ідентифікованої сполуки та еталонної речовини (тобто відомої речовини, що ототожнюється з досліджуваним).
в)Ізотопний аналіз – визначення ізотопного складу хімічного елемента. Ізотопний аналіз різних елементів можна реалізувати на різних фізичних засадах. Найбільш поширеним є мас-спектрометричний метод, за допомогою якого можна проводити ізотопний аналіз усіх, без винятку, елементів періодичної системи. Мас-спектрометри для визначення ізотопного складу мають бути дуже точними. Для аналізу ізотопного складу легких елементів (вуглець, водень, кисень, сірка, азот тощо) використовується іонізація електронним ударом. І тут годяться всі методи введення газової фази, як й у органічних мас-спектрометрах.
г)Фазовий аналіз - визначення хімічного складу та кількості окремих фаз у гетерогенних системах або індивідуальних форм з'єднання елементів у рудах, сплавах, напівпровідниках та ін. Об'єктом фазового аналізу завжди є тверде тіло.
Предметом аналітичної хімії є хімічна ідентифікація (якісний аналіз) та вимірювання (кількісний аналіз).
1.1 Якісний аналіз
Якісний аналіз має свою метою виявлення певних речовин або їх компонентів в об'єкті, що аналізується. Виявлення проводиться шляхом ідентифікації речовин, тобто встановлення тотожності (однаковості) АС аналізованого об'єкта та відомих АС визначених речовин в умовах методу аналізу, що застосовується. Для цього даним методом попередньо досліджують еталонні речовини, в яких наявність обумовлених речовин свідомо відоме. Наприклад, встановлено, що наявність спектральної лінії з довжиною хвилі 350,11 нм в емісійному спектрі сплаву, при збудженні спектра електричною дугою, свідчить про наявність у сплаві барію; посиніння водного розчину при додаванні до нього крохмалю є АС на присутність у ньому I 2 і навпаки.
Детально розроблений якісний хімічний аналіз дозволяє визначати елементний (атомний), іонний, молекулярний (речовий), функціональний, структурний та фазовий склади неорганічних та органічних речовин.
При аналізі неорганічних речовин основне значення мають елементний та іонний аналізи, оскільки знання елементного та іонного складу достатньо для встановлення речовинного складу неорганічних речовин. Властивості органічних речовин визначаються їх елементним складом, а також структурою, наявністю різноманітних функціональних груп. Тому аналіз органічних речовин має власну специфіку.
Якісний хімічний аналіз базується на системі хімічних реакцій, характерних для цієї речовини - поділу, відділення та виявлення.
До хімічних реакцій у якісному аналізі висувають такі вимоги.
1. Реакція має протікати практично миттєво.
2. Реакція має бути незворотною.
3. Реакція повинна супроводжуватись зовнішнім ефектом (АС):
а) зміною фарбування розчину;
б) утворенням або розчиненням осаду;
в) виділенням газоподібних речовин;
г) фарбуванням полум'я та ін.
4. Реакція має бути чутливою та по можливості специфічною.
Реакції, що дозволяють отримати зовнішній ефект з визначальною речовиною, називають аналітичними, а речовина, що додається для цього - реагентом. Аналітичні реакції, що проводяться між твердими речовинами, відносять до реакцій. сухим шляхом», а в розчинах - « мокрим шляхом».
До реакцій «сухим шляхом» відносяться реакції, що виконуються шляхом розтирання твердої досліджуваної речовини з твердим реагентом, а також шляхом отримання забарвленого скла (перлів) при сплавленні деяких елементів з бурою.
Значно частіше аналіз проводять «мокрим шляхом», навіщо аналізовану речовину переводять у розчин. Реакції з розчинами можуть виконуватися пробірковим, краплинним і мікрокристалічних методами. При пробірковому напівмікроаналіз його виконують у пробірках місткістю 2-5см 3 . Для відділення опадів використовують центрифугування, а випарювання ведуть у фарфорових філіжанках або тиглях. Краплинний аналіз (Н.А. Тананаєв, 1920) здійснюють на фарфорових пластинках або смужках фільтрованого паперу, отримуючи кольорові реакції при додаванні до однієї краплі розчину речовини однієї краплі розчину реактиву. Мікрокристалічний аналіз заснований на виявленні компонентів за допомогою реакцій, в результаті яких утворюються сполуки з характерним кольором та формою кристалів, що спостерігаються у мікроскоп.
1.2Кількісний аналіз
Кількісний аналіз - визначення змісту (маси, концентрації тощо) чи кількісних співвідношень компонентів у аналізованому зразку. Визначуваними компонентами можуть бути атоми, молекули, ізотопи, функціональні групи, фази і т. п. Зазвичай кількісний аналіз заснований на використанні залежності доступних вимірювання фізичних властивостей об'єкта, що вивчається, або продукту його перетворення від складу.
В основі кількісного хімічного аналізу лежить хімічна реакція між речовиною, що визначається, і речовиною реагентом.
До хімічних реакцій, що застосовуються в цьому аналізі, висувають такі вимоги:
1) реакція повинна протікати досить швидко і бути практично необоротною;
2) речовини, які вступили в реакцію, повинні реагувати у строго певних кількісних співвідношеннях, тобто. реакція має бути стехіометричною і не супроводжуватися побічними реакціями;
3) в результаті реакції повинні утворюватися сполуки з певним молекулярним складом;
4) на хід реакції не повинні впливати домішки, присутні в аналізованій речовині;
5) реакція повинна дозволяти досить просто встановлювати момент її закінчення, а також масу продукту реакції або об'єм розчину реагенту, витрачений на її проведення.
2. Методи кількісного аналізу
2.1 Амперометричне титрування
Амперометричне титрування, метод кількісного аналізу, заснований на вол'тамперометрії з лінійною розгорткою потенціалу. Кінцеву точку титрування встановлюють залежно від дифузійного струму Idпри постійному потенціаліЕс індикаторного електрода від обсягу V доданого титранта.
2.2 Потенціометричне титрування
Потенціометричне титрування ґрунтується на визначенні точки еквівалентності за результатами потенціометричних вимірювань. Поблизу точки еквівалентності відбувається різка зміна потенціалу індикаторного електрода. Це спостерігається, звичайно, лише тоді, коли хоча б один з учасників реакції титрування є учасником електродного процесу.
2.3Кислотно-основне титрування
У кислотно-основному титруванні як індикаторне зазвичай використовують скляний електрод, як правило, що входить в комплект pH-метрів, що серійно випускаються промисловістю. Потенціометричний метод дозволяє провести кількісне визначення компонентів у суміші кислот, якщо константи дисоціації розрізняються не менш як на три порядки. Наприклад, при титруванні суміші, що містить хлороводневу (HCl) і оцтову кислоти, на кривій титрування виявляється два стрибки. Перший свідчить про закінчення титрування HCl, другий стрибок спостерігається при відтитруванні оцтової кислоти. Також кілька стрибків мають криві титрування багатоосновних кислот, константи дисоціації яких значно різняться (хромова, фосфорна та інших.).
Широкі можливості аналізу багатокомпонентних сумішей без поділу відкриває застосування неводних розчинників. Наприклад, визначення вмісту хлороводневої та монохлороцтової кислот у суміші титруванням водного розчину є складним завданням у зв'язку з труднощами виявлення двох стрибків титрування. При титруванні в ацетоні обидва стрибки виражені досить чітко і вміст кожної кислоти у суміші може бути розрахований.
2.4 Комплексонометричне титрування
Потенціометричне титрування катіонів комплексоном III (ЕДТА) можна проводити з використанням як індикаторний електрод відповідного металу: титрування солей міді з мідним електродом, солей цинку з цинковим і т.д. або відповідного ионоселективного електрода. Однак, багато металевих індикаторних електродів необоротні, а кількість іоноселективних електродів невелика.
Для комплексонометричних титрувань може бути використаний універсальний електрод Hg|HgY2 або Au(Hg)|HgY2 де Au(Hg) - амальгамоване золото; HgY2 - комплекс ртуті з аніоном етилендіамінтетраоцтової кислоти. За допомогою ртутного електрода цього типу можуть бути відтитровані будь-які іони, які утворюють з Y4 комплекси з константою стійкості, що не перевищує константу стійкості ртутного комплексу. Це, наприклад, іони магнію (Mg2+), кальцію (Ca2+), кобальту (Co2+), нікелю (Ni2+), міді (Cu2+), цинку (Zn2+) та ін.
2.5Титрування за методом осадження
Індикаторними електродами в методах потенціометричного титрування, що використовують реакції осадження, служать металеві або мембранні електроди, чутливі до іону або осаджувача. Практично за методом осадження можуть бути визначені катіони срібла, ртуті, цинку, свинцю, аніони хлору, брому, йоду та інші. Суміш галогенідів, наприклад, I- та Cl-, може бути відтитрована без поділу нітратом срібла. Срібний електрод дозволяє фіксувати два стрибки під час такого титрування. Перший стрибок свідчить про відтитруванняіодид-іона і може бути використаний для розрахунку вмісту цього іона, другий стрибок відноситься до закінчення осадження хлорид-іону. За другим стрибком можна розрахувати сумарний вміст галогенідів або концентрацію хлорид-іону, якщо концентрація йодид-іону буде відома з даних титрування до першого стрибка.
2.6 Окислювально-відновне титрування
Криві окислювально-відновного титрування можуть бути побудовані в координатах або pM - V (титранта) або E - V (титранта), якщо pM=-lg[M] ([M] - концентрація учасника реакції, E - потенціал системи, V (титранта) ) - об'єм титранта Криві титрування першого типу становлять практичний інтерес, коли є індикаторний електрод, чутливий до M. Криві другого типу мають більш загальне значення, тому що будь-яке окислювально-відновне титрування може бути проведене за вимірюванням E з використанням індикаторного електрода з благородного металу , Найчастіше платини.

Курсова робота

Методи якісного та кількісного аналізу. Методика визначення катіону Сu2+

Уральськ-2013

Вступ

Якісний аналіз

1 "Сухий" метод аналізу

2 "Мокрий" метод аналізу

Кількісний аналіз

3 Окисно-відновне титрування. Іодометрія

Поділ запропонованої суміші

Методи та методика визначення катіону Сu2+

1 Загальна характеристика катіонів V аналатичної групи

Висновок

суміш катіон очищення поділ

Вступ

Мета курсової роботи - вивчення способів поділу сумішей, розгляд методів якісного та кількісного аналізу.

Відповідно до поставленої мети вирішуються такі завдання: дати визначення методам якісного та кількісного аналізу, розглянути методи та методику визначення катіону Сu2+, провести аналіз властивостей речовин у запропонованій суміші, виявити метод очищення та виявлення запропонованого катіону

Предмет дослідження – методи аналізу сумішей катіонів

Об'єктом дослідження у роботі виступає катіон Сu2+.

Актуальність роботи. Головним практичним завданням аналітичної хімії є визначення складу речовин та їх сумішей. Знання теорії та способів виконання хімічного аналізу, володіння хімічними методами аналізу необхідно для здійснення контролю сировини, напівфабрикатів та готової продукції у хімічній та фармацевтичній промисловості.

Завданням якісного аналізу є встановлення складу речовини, тобто з'ясування яких атомів, молекул, іонів тощо. складається речовина. Якісний аналіз можна проводити хімічними, фізико-хімічними та фізичними методами.

Хімічні методи ґрунтуються на використанні аналітичних реакцій, що проводяться з аналізованою речовиною за допомогою реактивів. Аналітична реакція повинна супроводжуватись такими змінами в системі, які можна зафіксувати візуально або за допомогою того чи іншого приладу. Якщо зміна, виходячи з якого можна дійти невтішного висновку про наявність у аналізованому речовині певних компонентів, відзначається візуально, то відповідний метод належить до класичного хімічного методу.

Якісний аналіз може бути здійснений без допомоги аналітичної реакції, а шляхом проведення певних фізичних операцій. Відповідні методи належать до фізичних. Так як при проведенні аналізу фізико-хімічними та фізичними методами застосовують спеціальні прилади, ці методи часто називають інструментальними.

Кількісний аналіз дозволяє встановити елементний і молекулярний склад об'єкта, що досліджується, або зміст окремих його компонентів.

Залежно від об'єкта дослідження розрізняють неорганічний та органічний аналіз. У свою чергу їх поділяють на елементний аналіз, завдання якого - встановити, в якій кількості містяться елементи (іони) в об'єкті, що аналізується, на молекулярний і функціональний аналізи, що дають відповідь про кількісний зміст радикалів, сполук, а також функціональних груп атомів в аналізованому об'єкті.

1. Якісний аналіз

Аналізована проба здебільшого містить кілька компонентів у різних співвідношеннях. Для поділу і концентрування компонентів аналізованої суміші використовують методи осадження, співосадження, екстракції, хроматографії, електролізу, електрофорезу, дистиляції, сублімації, зонної плавки, флотації та ін. В основі більшості методів поділу лежить принцип вибіркового розподілу компонентів проби між двома фазами, що розділяються. Відкривається компонент проби переводять по можливості повністю в одну фазу.

Для аналізу складних багатокомпонентних сумішей використовують метод послідовного відокремлення за допомогою групових реагентів невеликих груп іонів. Подальший аналіз цих груп проводять дробовим методом, а за необхідності використовують додатковий поділ у кожній групі. Сувору послідовність відділення груп із використанням групових реагентів називають систематичним ходом аналізу. Послідовно які відокремлюються в систематичному ході аналізу групи іонів називають аналітичними групами. Вони є основою аналітичної класифікації іонів. Для різних схем систематичного аналізу склад аналітичних груп різний, він залежить від групових реагентів і умов осадження, що використовуються. Таким чином, на практиці для аналізу сумішей елементів використовують поєднання дробового та систематичного ходу аналізу.

Існує кілька схем систематичного аналізу сумішей іонів. У них найбільш широко для цілей поділу використовують осадження, потім екстракцію та розподільну (паперову) та іонообмінну хроматографію. Перед систематичним аналізом зазвичай проводять попередні тести дробовими реакціями. Їх результати разом з іншими даними про властивості та передбачуваний склад проби допомагають вибрати ту чи іншу схему систематичного ходу аналізу.

Якісний аналіз дозволяє визначити, які елементи, молекули входять до складу зразка, що аналізується, або які відсутні. При аналізі неорганічних речовин зазвичай мають справу з водними розчинами солей, кислот та основ, у розчинах яких вони дисоційовані на іони. Тому реакції відбуваються між вільними іонами і відкриваються безпосередньо не елементи, а іони, що утворюються ними (катіони і аніони). Наприклад, для відкриття хлору в HCI або розчинах хлоридів на них діють розчином AgNO3. При цьому випадає характерний сирний осад білого кольору AgCI:

Сутність аналізованої реакції полягає у взаємодії іонів Ag+ і Cl-, що знаходяться в розчині. Але якби хлор був присутній у вигляді ClO3- - хлорат іону - або у вигляді недисоційованих молекул хлороформу CHCl3, то ця реакція не мала б місця. Звідси ясно, що застосовуючи цю реакцію, ми відкриваємо не елемент хлор, а іон Cl-. Якщо елемент утворює іони різної валентності, то кожного з них характерні свої реакції.

Тому якісний аналіз неорганічних речовин поділяється на аналіз катіонів та аналіз аніонів складної речовини.

У хімічному якісному аналізі застосовують два типи реакцій:

· реакції виявлення (відкриття іона);

· реакції поділу іонів.

Реакції виявлення – аналітичний сигнал – повинні супроводжуватися візуальним ефектом:

· випадання осаду певного кольору та структури;

· зміна кольору розчину;

В· виділення газу;

· зникнення фарбування;

· розчинення осаду.

Таким чином, за цими ознаками судять про присутність чи відсутність іона.

Реакції поділу застосовують у систематичному аналізі, коли присутність одних іонів заважає виявленню інших іонів, при цьому застосовуються реактиви, здатні відокремити один або кілька іонів: у вигляді осаду; шляхом розчинення осаду.

Вимоги до поділу:

· реакції мають протікати швидко;

· продукти повинні мати малу розчинність для повноти осадження;

· опади повинні мати кристалічну структуру.

Способи виконання аналітичних реакцій

У одних випадках речовини аналізують сухим шляхом, тобто. без переведення їх у розчин, а в інших випадках – мокрим шляхом.

1 "Сухий" метод аналізу

При виконанні аналізу "сухим" методом досліджувані речовини та реактиви знаходяться у твердому стані. Більшість подібних визначень пов'язані з нагріванням та утворюють групу пірохімічних методів аналізу. До них відносять метод фарбування полум'я, метод фарбування "перлів" бури, соди та інших сполук, метод нагрівання в калільній трубці та ін До "сухих" методів аналізу відносять і метод розтирання порошків.

При виконанні реакцій сухим способом речовини беруть у твердому вигляді і нагрівають зазвичай до високої температури. Аналітичним сигналом є:

· фарбування полум'я летючими солями деяких металів - заснований на здібності деяких елементів та їх з'єднань (лужні, лужноземельні метали, мідь, бор та ін.) фарбувати полум'я у певний колір. Наприклад: натрій – жовтий, калій – фіолетовий, кальцій – цегляно-червоний, стронцій – карміново-червоний, барій – жовтувато-зелений, мідь – яскраво-зелений. Пробу на присутність іона проводять за допомогою ретельно очищеної платинової або ніхромової дроти, один кінець якої вплавлений у скляну трубку невеликого діаметру, а інший зігнутий у маленьку петлю (вушко). Вушко розпеченого дроту вводять в аналізовану речовину, а потім вносять у найбільш гарячу частину газового пальника.

· утворення забарвленого перла (скла). Деякі речовини при сплавленні з тетраборатом натрію Na2B4O7?10Н2О, "фосфатною сіллю" NaNH4HPO4?4H2O та іншими сполуками дають забарвлене скло - "перли". Для отримання "перла" бури вушко розпеченого платинового зволікання вводять у тверду буру, нагрівають в полум'ї пальника до припинення спучування, охолоджують і, торкнувшись отриманим "перлом" аналізованої речовини, знову вводять вушко дроту в полум'я пальника, а потім охолоджують. За забарвленням "перла" судять про присутність того чи іншого елемента. Якщо речовина зовсім не виганяється, у його складі відсутні леткі компоненти. Судити про наявність тих чи інших з'єднань можна за забарвленням відгону. Так, солі амонію, хлорид і бромід ртуті, оксиди миш'яку і сурми дають біле сублімування, сірчисті сполуки ртуті і миш'яку, іодид ртуті, сірка - жовте сублімування; інші сполуки ртуті, миш'яку, йодиди - сірий або чорний сублімація. Поряд з сублімацією при нагріванні може відбуватися виділення різних газів і парів, що дасть інформацію про якісний склад речовини. Наприклад, кисень виділяється, якщо в аналізованій пробі присутні перманганати, нітрати, пероксиди та ін; оксид вуглецю (IV) СО2 виділяється при розкладанні карбонатів; оксиди азоту - при розкладанні нітратів та нітритів; пари води - при розкладанні кристалогідратів, гідроксидів, органічних сполук і т.д. Калільна трубка є пробіркою з тугоплавкого скла або кварцу довжиною 5-6 см, діаметром 0,5 см. Невелика кількість аналізованої речовини насипають у трубку, повільно і обережно нагрівають в полум'ї пальника і спостерігають за явищем, що відбувається.

· Метод розтирання порошків. Присутність іонів того чи іншого елемента виявляють за утворенням сполук з характерним кольором або запахом. Так, при розтиранні суміші тіоціанату амонію NH4NCS або тіоціанату калію KNCS із солями Fe3+ з'являється червоно-буре фарбування, а з солями Со2+ – синє. Розтирання проводять у фарфоровій ступці або на спеціальній фарфоровій платівці.

Усі "сухі" методи аналізу використовують лише для допоміжних чи перевірочних визначень.

2 "Мокрий" метод аналізу

При аналізі мокрим шляхом досліджувану речовину переводять у розчин, використовуючи дистильовану воду, мінеральні кислоти, водний розчин аміаку, сильної лугу, деякі органічні розчинники і т.д., та ведуть аналіз розчину. Отже, механізм реакцій, що протікають, може бути представлений тільки іонним рівнянням. Наприклад, для реакції Pb(NO3)2 + 2KI? PbI2? + 2KNO3 рівняння в іонній формі має вигляд:

Рb2+ +2I-? РbI2?.

З іонного рівняння видно, що осад РbI2 утворюється при взаємодії катіонів Рb2+ та аніонів I-. Один і той самий елемент може існувати в розчинах у вигляді різних іонів:

Fe3+ - Fe2+; Zn2+ - ZnO22-;+ - MnO4- - MnO42-;+ - SnO22- - SnO32- і т.д.

Кожен із цих іонів має свої характерні реакції. Виконують реакції "мокрим" методом у хімічних або центрифужних пробірках та на фільтрувальному папері.

Класифікація методів за кількістю речовини

Залежно від маси аналізованої речовини та об'єму розчинів методи аналізу ділять на макро-, напівмікро-, мікро-, ультрамікро-, субмікро- та субультрамікрометоди. Відповідно розрізняють і техніку виконання окремих операцій.

Найбільш широке застосування як аналізу отримав напівмікрометод з елементами мікроаналізу. Цей метод має ряд переваг: для виконання реакції витрачається невелика кількість речовини, що аналізується, і реактивів; скорочується час, що витрачається на виконання аналізу, за рахунок заміни фільтрування опадів центрифугуванням; різко скорочується викид шкідливих газоподібних речовин, цим поліпшуються санітарно-гігієнічні умови роботи.

3 Мікрокристаллоскопічний метод аналізу

Кристали характерної форми отримують шляхом внесення краплі розчину або кристаліка реактиву в краплю досліджуваної речовини, поміщену предметне скло. У міру випаровування води по периметру краплі з'являються кристали продукту реакції характерної форми, що розглядаються під мікроскопом.

Проводячи аналітичну реакцію, необхідно створювати певні умови, що залежать від властивостей продуктів, що утворюються, оскільки інакше результат реакції виявиться недостовірним. До таких умов належать:

) pH розчину - належне середовище - це одна з найважливіших умов проведення реакції, яка у разі потреби створюється додаванням до розчину кислоти або лугу. По краплях до аналізованого розчину додають кислоту або луг до потрібної величини pH, постійно перевіряючи за кольоровою шкалою універсального індикатора;

) температура - для отримання аналітичного сигналу деякі рекції необхідно проводити при нагріванні на водяній бані або полум'ї спиртування, тому що на холоді або при кімнатній температурі вони не проходять;

) концентрація - вона має бути досить велика, інакше при малих значеннях концентрації реакції перестають вдаватися. Причина дотримання умови достатньої концентрації: будь-яка речовина може випадати в осад тільки тоді, коли вона утворюється в розчині концентрації, що перевищує його розчинність за цих умов. Якщо речовина дуже важко розчинна, вона випадає в осад вже при дуже малій концентрації іона, що відкривається: відповідна реакція називається чутливою. А при значній розчинності з'єднання, що утворюється, реакція мало чутлива і вдається лише при великій концентрації іона, що відкривається. Те саме стосується і реакцій, що супроводжуються зміною забарвлення.

Кількісно чутливість реакцій характеризують взаємно пов'язаними показниками: мінімумом, що відкривається, і граничним розведенням. Відкривається мінімум - це найменша кількість речовини або іона, яка може бути відкрита за допомогою даної реакції, виражають її в мікрограмах (m) (10-6 г). Відкривається мінімум неповністю характеризує чутливість реакції, т.к. має значення як абсолютну кількість, а й концентрація відповідного речовини чи іона у розчині. Тому вказують також і граничне розведення, яке характеризує найменшу концентрацію речовини (іона), коли він може бути виявлений. Граничне розведення виражають ставленням вагової частини речовини до вагової кількості розчину (G).

Між відкритим мінімумом m (вираженим у мікрограмах) і граничним розведенням (G) існує співвідношення

де V – обсяг розчину, мл.

Чутливість реакцій, службовців відкриття однієї й тієї ж іона, різна.

Наприклад, для іона Cu2+:

Реактив З'єднання, Що Утворюється,Ефект реакціїВідкривається мінімум, мг Граничне розведення 1: G1. HCI H Зелене фарбування розчину11:500002. NH3СI2Синє фарбування розчину 0,2 0,21:2500003.Cu2K4Коричневе фарбування розчину/осадщк0.021:2500000

Таким чином, найбільш чутливою є реакція №3 з K4, що дозволяє виявити в 50 разів менше міді в розчині, ніж при дії HCI, і в 10 разів менше, ніж при дії NH3.

4 Дробний та систематичний аналіз

Існує два методи виконання якісного аналізу суміші катіонів та аніонів.

Дробний аналіз (метод) у тому, що аналізований розчин ділять велику кількість порцій й у кожної їх специфічними реакціями виявляють окремі іони. Специфічною реакцією даний іон називається та реакція, що дозволяє відкрити їх у суміші коїться з іншими іонами специфічними реактивами. Гідність методу – швидкість проведення аналізу. Однак таким шляхом вдається відкрити лише деякі іони, оскільки кількість специфічних реакцій невелика. Часто в розчині є іони, що заважають визначенню. Якщо дію цих іонів усунути складно, застосовують систематичний чи послідовний аналіз.

У ході систематичного аналізу дотримуються певної послідовності виявлення шуканих іонів. І тут поруч із реакціями відкриття окремих іонів доводиться вдаватися до реакцій відділення їх друг від друга груповими реагентами. Порядок поділу іонів груповими реагентами повинен проводитись у певній послідовності, яку не можна порушувати. У систематичному ході аналізу іони виділяють зі складної суміші не по одному, а цілими групами, користуючись однаковим ставленням до дії групових реактивів.

Методика виконання основних операцій напівмікроаналізу

В основі багатьох аналітичних реакцій лежить реакція осадження. До аналізованого розчину в конічній пробірці краплями додають відповідний реактив. При осадженні перемішувати розчин. Після випадання осаду треба перевіряти повноту осадження. Для цього після того, як рідина над осадом стане прозорою, додають ще краплю осаджувача. Якщо в розчині не з'явиться каламут, повноту осадження досягнуто. В іншому випадку додають ще кілька крапель осадника. Якщо для осадження необхідно нагрівати розчин, то пробірки поміщають у водяну баню. Для відокремлення опадів від розчинів у якісному аналізі застосовують центрифугування. Тому аналіз проводять у конічних центрифужних пробірках. Після закінчення центрифугування щільний осад залишається на дні пробірки, а центрифугат (досадкова рідина) при цьому освітлюється і від осаду легко відокремлюється піпеткою або зливанням. Якщо аналізують осад, перед розчиненням його промивають 2-3 рази невеликою кількістю дистильованої води, щоразу відокремлюючи фільтрат центрифугуванням. Для зменшення розчинності опадів промивну воду додають кілька крапель осадителя. Розчинення опадів проводять шляхом повільного (по краплях) додавання розчинника до осаду з одночасним перемішуванням скляною паличкою. При необхідності суміш нагрівають на водяній бані.

5 Методи поділу сумішей катіонів

Застосування різноманітних групових реактивів дозволило розробити різні аналітичні класифікації катіонів (та аніонів). Найбільшого поширення набули сульфідна, кислотно-основна та аміачно-фосфатна класифікації.

Сульфідна класифікація, запропонована ще 1871 року Н.А. Меншуткіна і з того часу багаторазово зазнавала різних змін і вдосконалювалася завдяки використанню нових реагентів та методик проведення експерименту. Сірководневий метод аналізу, заснований на сульфідній класифікації, має два основні недоліки: токсичність сірководню потребує спеціально обладнаних хімічних лабораторій; виконання аналізу забирає багато часу.

Схеми якісного хімічного аналізу із застосуванням H2S

Класична сірководнева (сульфідна) схема поділу катіонів на групи

№ групи КатіониГруповий реагентУтворювані сполукиПриміткаILi+, Na+, , K+, Rb+, Cs+, Mg2+НетКатіони в буферному амонійному р-рі відкривають попередньоIICa2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+(NH4)2CO3 в амонійному буферному р-реОс. карбонатівОсад. при нагр.IIIBe2+, ​​Zn2+, Al3+, Y3+, Sc3+, лантаноїди, актиноїди, Ga3+, In3+, Tl3+, Ti(IV), Zr(IV), Hf(IV), Th4+, V(V), Nb(V), Ta(V), Cr3+, U(VI), U(IV), Mn2+, Fe(II), Fe(III), Co2+, Ni2+(NH4)2S в буферному амонійному р-реОс. сульфідів та гідроксидівКисл. р-р нейтр.NH4OH (без ), насичують газ. H2S (або доданий розчин H2S в ацетоні). У присутності (, F?, )осаджується і II група, тому їх попередньо відокремлюють. можна видалити іоном Fe3+ в ацетатному буфері, з іонами Zr(IV), Ti(IV) - в солянокислому, Sn(IV) - в азотнокислому розчині IVAu3+, Ag+, Bi3+, Cd2+, Cu2+, Cu+, Hg2+, Os(VII), Pb2+, Pd(II), Pd(IV), Rh(III), Ru(III)H2S при рН? 0,5Ос. сульфідів IV і V груп, після дії (NH4)2S2 - осад сульфідів IV гр. Частково осаджуються In3+, Zn2+. Іони Pb2+ (не повністю), Ag+, відокремлюються до осад. H2S у вигляді хлоридів у нерозчинному ос. при дод. HCl до вихідної пробиVAs(III, V), Ge(IV), Mo(VI), Re(VII), Sb(III, V), Se(IV), Sn(II, IV), Te(IV)(NH4 ) 2S2 діють на осад сульфідів IV і V груп Розчин тіосолів V гр. При слабкому нагр. частково потрапляють W(V), V(III), Au(III), Ir(III, IV), Pt(IV)

В основу класичного сірководневого методу покладено поділ сполук металів, що найчастіше зустрічаються, на 5 аналітичних груп залежно від осадження катіонів тим чи іншим загальним реактивом. При цьому для І групи катіонів (К+, Na+, NH+) загального реактиву немає. Більшість солей цих металів розчиняються. Катіони II групи (Mg2+, Са2+, Ва2+, Sr2+) осаджуються на відміну сполук I аналітичної групи у вигляді карбонатів і фосфатів і не осаджуються на відміну від катіонів III, IV і V груп у вигляді сульфідів.

Загальним реактивом для катіонів III аналітичної групи (Мп2+, Сг3+, Zn2+, Al3+, Fe3+, Ni2+, Со2+, Т13+) є сульфід амонію або сірководень у лужному (NH4OH) середовищі, а для IV групи (Cu2+, Cd2+, Ag+ , Pb2+) та V групи (As3+, Sb3+, Sn2+) - сірководень у кислому середовищі. При цьому сульфіди V аналітичної групи на відміну від сульфідів IV аналітичної групи розчиняються в полісульфіді амонію.

Після поділу катіонів на групи проводиться далі поділ катіонів та якісне виявлення їх уже всередині певної аналітичної групи.

Основними недоліками сірководневого методу з позицій токсикологічної хімії є: 1) недосконалість осадження та поділу катіонів; 2) тривалість аналізу; 3) отруйність газоподібного сірководню та 4) неможливість поєднати якісний аналіз з кількісним при дослідженні однієї навішування об'єкта. Як правило, після якісного аналізу необхідно досліджувати нову порцію об'єкта для кількісного визначення виявленого елемента.

Недосконалість осадження та поділу сірководнем пов'язана насамперед із різним ступенем розчинності сульфідів металів. Твори розчинності сульфідів варіюють у дуже широких межах.

Твори розчинності сульфідів катіонів коливаються не тільки при переході від одного катіону до іншого, вони не завжди стабільні навіть для одного катіону. Наприклад, добуток розчинності МпБ тілесного кольору 1-1015, а МпБ зеленого кольору 6,2-1022. Перша модифікація виходить при насиченні розчину солі Мп2+ на холоді, друга - при нагріванні.

Твори розчинності сульфідів коливаються і в залежності від умов їх утворення: pH середовища, температури розчину, швидкості та тривалості насичення розчину газоподібним сірководнем та інших факторів.

При аналізі за сірководневою схемою часто попередньо виділяють із аналізованої речовини елементи у вигляді летких сполук за допомогою реактивів, зазначених у дужках: Si (HF); Se, As, Ge (HBr + Br2); Os (HNO3); Ru (HClO4); Re (H2SO4), і навіть групу благородних металів: Au, Ag, Pt, Pd (Ir, Rh, Hg виділяються неповно).

Осаду ведуть з гарячого розчину, насичуючи його газоподібним H2S, витримують при 70-90 ° З 10-15 хв, охолоджують і знову насичують H2S, закривають посудину і залишають на 15 хв. У присутності молібдену після пропускання H2S додають трохи H2O2 і знову насичують H2S.

З суміші сульфідів виділяють V групу дією надлишку (NH4)2S2 при слабкому нагріванні.

Для осадження ІІІ групи кислий розчин нейтралізують NH4OH (без ), додають надлишок його, насичують H2S і знову додають NH4OH. У присутності аніонів, що заважають, разом з III осаджується і II група, тому ці аніони попередньо повинні бути видалені. У сучасних умовах це найпростіше зробити за допомогою аніоніту. Крім того, найбільш часто зустрічається іон можна осадити іонами Fe3+ в ацетатному буфері при нагріванні, а також іонами Zr(IV) або Ti(IV) у солянокислому та іонами Sn(IV) - в азотнокислому розчині.

Осадження групи II проводиться (NH4)2СО3 при нагріванні в амонійному буферному розчині.

Як видно з наведеної схеми класифікації, при дії сірководню на розчин складної суміші катіонів всіх груп катіони I і II груп не випадають в осад у вигляді сульфідів, а сульфіди, що осаджуються, можуть бути виділені в певній послідовності. Ця послідовність обумовлюється концентрацією сульфід-іону, яка, у свою чергу, безпосередньо залежить від концентрації іонів водню в аналізованому розчині. Концентрація іонів сірки в розчині регулюється слабкою сірководневою кислотою, що дисоціює по двох щаблях з константами дисоціації К1 і К2 відповідно:

H2S HS- + H+ До 1 = 8,9 ? 10-8 S2- + H + К2 = 1,3? 10-13

Для реакції H2S? Û 2H+ + S2? константа дисоціації

Концентрація насиченого розчину H2S при нормальному тиску та 25 ° З дорівнює або менше 0,1 моль?л-1 Тоді 2? = 1,2? 10-21 моль?л-1, тобто концентрація сульфід-іону обернено пропорційна квадрату концентрації іонів водню. Таким чином, змінюючи концентрацію іонів водню, можна керувати концентрацією іонів сірки.

Порівняння величин творів розчинності сульфідів дозволяє поділити їх на дві групи. Одна має значення творів розчинності порядку 10-15-10-23, інша - порядку 10-27-10-50. Кордон пролягає між сульфідами цинку та кадмію: ПРZnS = 2,5? × 10-22; ПРCdS = 7,9× 10-27.

Створивши концентрацію іонів сірки, що дозволяє повністю осадити сульфід кадмію і залишити в розчині іон цинку, можна відокремити сульфід кадмію і менш розчинні сульфіди від сульфіду цинку і більш розчинних сульфідів.

Умовною межею повного осадження кадмію вважатимуться його концентрацію, рівну 10-6 моль?л-1. Для іонів сірки

Моль?л-1.

Така концентрація сульфід-іону утворюється в розчині H2S при концентрації H+, що дорівнює

Концентрації катіону в аналізованому розчині зазвичай близькі до 0,01 моль-л-1. Якщо концентрацію цинку прийняти рівної цій величині, то добуток концентрацій іонів ? = 0,01? 7,9? 10-21 = 7,9? 10-23, що менше величини добутку розчинності сульфіду цинку ПРZnS = 2,5? 10-22.

Отже, іон Zn2+ і всі іони, котрим твори розчинності сульфідів більше, ніж ZnS, осаджуватися не будуть.

Рівнавага в системі осад - розчин встановлюється не відразу. Відомо, що розчинність сполук змінюється з часом (найбільша розчинність - у свіжоосаджених сполук). У разі сульфідів це пов'язано, перш за все з тим, що вони осаджуються в метастабільних і розчинних модифікаціях, які при зберіганні сульфідів переходять в більш стабільні і менш розчинні форми. Ці форми розрізняються структурою кристалічних ґрат, іноді кольором (a-MnS -рожевий , b -MnS - зелений) та величинами творів розчинності. Тому при розрахунках умов поділу сульфідів шляхом регулювання кислотності розчину слід використовувати табличні значення ПР тільки свіжоосаджених форм (як правило, більш розчинних).

У процесах поділу іонів у вигляді сульфідів помітну роль відіграють процеси сорбції та після осадження (що призводять до неповного поділу, зокрема кадмію та цинку), а також утворення стійких колоїдів.

Кислотно-основна класифікація заснована на різній розчинності гідроксидів, хлоридів, сульфатів. Груповими реактивами цього методу є розчини кислот та основ.

За кислотно-основною класифікацією катіони ділять на шість аналітичних груп

K+, Na+, Mg2+НетКатіони у розчиніХлориди, сульфати та гідроксиди розчиняються у водіIIBa2+, Sr2+, Ca2+H2SO4Ос.: BaSO4, SrSO4, (CaSO4)Сульфати нерозчинні у воді та кислотах. Са2+ частково залишається в р-реIIIAg+, Hg22+, Pb2+HClОс.: AgCl, Hg2Cl2, (PbCl2)Хлориди нерозчинні у воді та розведених кислотах. Pb2+частково залишається в р-реIVZn2+, Al3+, Sn(II,IV), Cr3+NaOH + H2O2 Гідроксиди вищих ступенів окислення р-ми в хат. NaOHVSb(III,V), Bi3+, Mn2+, Fe(II,III)NH4OH + H2O2Ос.: HSbO3, Bi2O3 ? xH2O, MnO(OH)2, Fe2O3? xH2OГідроксиди нерозчинні в хат. NH4OHVICo2+, Ni2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+, (Mg2+)NH4OH + H2O2 Гідроксиди розчиняються в хат. NH4OH; гідроксид магнію розчинний у розчинах солей амонію

Оптимізувати процедури поділу або відкриття іонів і інтерпретувати сигнали, що спостерігаються, допомагають попередні випробування. У ході попередніх випробувань:

Визначають рН з допомогою універсального індикатора.

Перевіряють відношення до 6 М HCl. Наявність нерозчинного осаду вказує на можливу присутність хлоридів III групи, сульфатів групи II, SbOCl, BiOCl, PbSO4.

Перевіряють ставлення до надлишку 2 М NaOH. Розчинення осаду свідчить про наявність амфотерних гідроксидів.

Зразок розчиняють у 2 М HCl і в окремих пробах дробовим методом виявляють катіони , K+, Na+, Ca2+, Fe3+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Cr3+, Mg2+, використовуючи специфічні та селективні реакції та маскуючи іони, що заважають.

Виконання аналізу за кислотно-основною схемою має певні переваги:

· використовуються кислотно-основні властивості елементів, здатність до комплексоутворення, амфотерність гідроксидів, що зумовлено їх становищем у періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва;

· виключається токсична дія сірководню;

· скорочуються витрати часу на аналіз.

· Метод простий, не потребує дорогих реактивів, легко освоюється.

· Реалізується принцип систематичного перебігу аналізу.

Недоліки методу:

· 1. Нечіткість поділу катіонів по групах через відносно високу розчинність PbCl2 і CaSO4 у воді, різного відношення Sb(III) і Sb(V) до надлишку NaOH, часткового розчинення Cu(OH)2 надлишку NaOH.

· 2. Необхідність виконання трудомісткої та тривалої операції переведення сульфатів II групи до карбонатів.

· 3. Метод не застосовується у присутності низки аніонів, зокрема фосфат-іона. У цьому випадку або проводять складні операції видалення аніонів, що заважають, або виконують аналіз за аміачно-фосфатним методом.

Кислотно-основний метод (як і сірководневий) значно ускладнюється присутністю РО43-іона, тому за наявності цього іона набуває певних переваг аміачно-фосфатний метод.

Метод заснований на використанні різної розчинності фосфатів у воді, сильних та слабких кислотах, лугах та розчині аміаку. схемою аналізу. Крім того, в даному випадку необхідно дробовим методом встановити наявність або відсутність іонів Na+, K+, NH4+, які будуть введені в подальшому ході аналізу, а також катіонів, які сприяють або ускладнюють проведення аналізу. До них відносяться Fe2+, Fe3+, As(III), As(V), Sn(II), Sn(IV), Cr3+.

Класифікація катіонів за аміачно-фосфатною схемою

№ групиКатіониГруповий реагентУтворювані сполукиПриміткиI Na+, K+Ні Фосфати р-ми у водіIII підгрупа: Li+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+, Mn2+, Fe2+ II підгрупа: Al3+, Cr3+, Fe3+, Bi3+(NH4)2HPO4 + NH4OHLi3PO4, MgNH4PO , SrHPO4, BaHPO4, AlPO4, CrPO4, FePO4, BiPO4Фосфати нерозчинні у воді та NH4OH. Фосфати І підгрупи р-ми в СН3СООН. Фосфати II підгрупи нерозчинні в СН3СООН, р-ми в HClIIICo2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+NH4OH Фосфати р-ми в NH4OHIVAs(III,V), Sb(III,V), Sn(II,IV)HNO3HSbO3, H2SnO3, H3AsO4Метаолов'яна та метасурм'яна кислоти нерозчинні та адсорбують H3AsO4VAg+, Pb2+HClAgCl, Hg2Cl2, PbCl2Хлориди нерозчинні у воді та розведених кислотах

Після виконання попередніх випробувань приступають до систематичного перебігу аналізу.

Переваги методу:

· Не застосовується сірководень.

· Не заважає присутність іона

· Зберігаючи всі переваги систематичного аналізу, відрізняється експресністю та відносно високою чіткістю поділу.

Недоліки методу

· Необхідність відкриття великої кількості іонів дробовими методами на стадії попередніх випробувань.

· У ході аналізу потрібно додавання SnCl4, Na2HPO4, FeCl3.

· Необхідність переведення солянокислих розчинів в азотнокислі та назад.

2. Кількісний аналіз

Кількісний аналіз - розділ аналітичної хімії, завданням якого є визначення кількості (змісту) елементів, іонів, функціональних груп, сполук або фаз в об'єкті, що аналізується. Поруч із якісним аналізом кількісний аналіз одна із основних розділів аналітичної хімії. Залежно від об'єктів дослідження розрізняють неорганічний та органічний аналіз, що поділяється, у свою чергу, на елементний, функціональний та молекулярний аналіз. Крім специфічності та чутливості, важливою характеристикою методів кількісного аналізу є точність, тобто значення відносної помилки визначення; точність та чутливість у кількісному аналізі виражають у відсотках. До класичних хімічних методів кількісного аналізу відноситься гравіметричний аналіз, заснований на точному вимірі маси речовини, що визначається, а також об'ємний аналіз. Останній включає титриметричний аналіз - метод вимірювання об'єму розчину реагенту, витраченого на реакцію з аналізованою речовиною, і об'ємний газовий аналіз - метод вимірювання об'єму аналізованих газоподібних продуктів. В рамках курсу аналітичної хімії детально вивчаються гравіметричний та титриметричний методи аналізу.

1 Гравіметричний метод аналізу

Гравіметрія (від лат. gravis-важкий і грецьк. metroo-вимірюю) - сукупність методів кількісного аналізу, заснованих на вимірі маси обумовленого компонента, виділеного з аналізованої проби або у вільному стані, або у вигляді сполуки відомого складу. Аналітичним сигналом гравіметрії є маса. Гравіметрію можна застосовувати для визначення практично будь-яких компонентів об'єкта, що аналізується, якщо їх вміст у зразку перевищує 0,1%. Гравіметрія є безеталонним способом. Основною перевагою гравіметрії є висока надійність результатів. Похибка визначення не перевищує 01-02%. Недоліки пов'язані з великою трудомісткістю і тривалістю аналітичних операцій, труднощами щодо дуже малих кількостей речовин, і навіть невисокою селективністю. Тому в масових лабораторних аналізах його наскільки можна замінюють іншими методами. У гравіметричному аналізі зазвичай виділяють дві групи методів: осадження та відгін. Найбільше практичного значення мають методи осадження. З частини досліджуваного речовини відомої маси (навішування) визначається компонент виділяють тим чи іншим способом у вигляді будь-якої сполуки.

Безпосереднє виділення можливе лише у деяких випадках, наприклад, видалення гігроскопічної або кристалізаційної води нагріванням. Зазвичай же навішування твердої речовини переводять в розчин, з якого за допомогою відповідного реагенту виділяють визначуваний компонент у вигляді практично нерозчинної речовини (форма, що осаджується). Осад відокремлюють фільтруванням, декантацією або іншими способами, відмивають від слідів сорбованих компонентів, часто переосаджують. Потім його висушують або прожарюють до утворення стійкого з'єднання певного складу (вагова, гравіметрична форма), масу якого вимірюють.

Наприклад, при визначенні Са2+ форма, що осаджується - СаС2О4, вагова форма - СаО або СаСО3. Знаючи маси навішування (а) та вагової форми (b), розраховують зміст х (% за масою) визначається компонента:

= (bF/a). 100 (2)

Множник F, званий гравіметричним фактором, дорівнює змісту визначається компонента в 1 г його вагової форми:

MМ1/nМ2 (3),

де m і n - стехіометричні коефіцієнти в рівнянні хімічного перетворення компонента, що виділяється в його вагову форму, М1 - молярна маса визначається компонента, М2 - молярна маса гравіметричної форми. Наприклад, щодо заліза за масою Fe2O3 m= 2, n = 1. У випадках, коли обумовлені компоненти утворюють леткі сполуки, можуть застосовуватися методи отгонки. Розкладання проб із виділенням газоподібних продуктів досягається прожарюванням або дією реагентів (кислот, лугів та ін.) при нагріванні. Летючий компонент пропускають через розчин-поглинач, і по збільшенню маси розчину обчислюють кількість газоподібного продукту, що виділився з проби (прямі методи). Масу залишку речовини можна визначати після видалення з нього летючого продукту. Зміст компонента в таких випадках знаходиться по різниці маси до і після відгону (непрямі методи).

2 Титриметричний метод аналізу

Титриметричними називають методи аналізу, засновані на вимірі кількості реагенту, витраченого для повного перебігу реакції з визначальним речовиною. Кількість реагенту визначають найчастіше шляхом точного вимірювання об'єму його розчину, що пішов на реакцію. Титрування - це операція, при якій до розчину досліджуваної речовини поступово додають невеликі порції стандартного розчину реагенту до того моменту, поки витрачена кількість реагенту не стане еквівалентною кількості речовини, що визначається. Реагенти, які використовуються при титриметричних визначеннях, називають титрантами. Момент титрування, при якому кількість доданого титранта стає еквівалентним кількості речовини, що визначається, називається точкою еквівалентності. Речовини реагують між собою в еквівалентних кількостях. Еквівалент - умовна або реальна частка, яка може приєднувати, вивільняти, заміщати один іон водню в кислотно-основних реакціях або бути еквівалентною одному електрону в окислювально-відновних реакціях.

де n - хімічна кількість, N - молярна концентрація еквівалента, а V - об'єм, в якому розчинена речовина, то для двох стехіометрично реагують речовин справедливе співвідношення:

Отже, можна знайти невідому концентрацію однієї з речовин, якщо відомі обсяг його розчину і об'єм і концентрація речовини, що прореагував з ним. Розрахунок маси визначається речовини (А), що міститься у взятому на титрування об'ємі розчину, що титрується, проводять за наступною формулою:

(А) = Vт·Nт·Е(А) (5)

де: m(A) - маса речовини, що визначається, г; Vт - обсяг титранта, витраченого на титрування, л; Nт - молярна концентрація еквівалента титранту, моль/л; Е(А) - молярна маса еквівалента обумовленої речовини, г/моль-екв.

Реакція титрування повинна відповідати наступним вимогам: - бути строго стехіометричною;

протікати швидко;

протікати кількісно;

має існувати надійний спосіб фіксування точки еквівалентності.

Експериментально закінчення процесу титрування проводять у момент зміни кольору індикатора або будь-якої фізико-хімічної властивості розчину. Ця точка, яка називається кінцевою точкою титрування, у загальному випадку не збігається з теоретично розрахованою точкою еквівалентності. Методи титриметричного аналізу класифікують:

на кшталт хімічної реакції, що лежить в основі аналізу речовин. Відповідно до цього титриметричні визначення поділяють на такі основні методи: кислотно-основне, комплексометричне, окислювально-відновне та осаджувальне титрування.

за способом виконання (пряме, зворотне, замісне, непряме, реверсивне);

за способом виконання паралельних визначень (метод окремих наважок та метод піпетування).

Вимірювання обсягів. Для точного вимірювання обсягів у кількісному хімічному аналізі застосовуються мірні колби, піпетки та бюретки.

Мірні колби. Вони служать для приготування стандартних розчинів і розведення досліджуваних розчинів до певного обсягу. Це плоскодонні колби з довгим вузьким горлом, на яке завдано кругову мітку. Об'єм, вказаний на стінці колби, відповідає обсягу рідини (при температурі калібрування), якщо колба наповнена так, що нижня частина меніска рідини стосується мітки, причому доведення об'єму рідини до мітки повинно здійснюватися так, щоб очі спостерігача та мітка знаходилися на одному рівні (мітка зливається у пряму лінію). На горлі колби над міткою не повинно бути крапель рідини, внутрішні стінки колби повинні бути чистими, і рідина повинна змочувати їх рівним шаром. Закривають колби спеціальними притертими пробками. Нагрівати мірні колби не можна, інакше може статися деформація скла, що спричинить зміну їх місткості.

Стандартні розчини. Для проведення титриметричного аналізу слід знати концентрацію титранта. Титрант із відомою концентрацією називають стандартним розчином. За способом приготування розрізняють первинні та вторинні стандартні розчини. Первинний стандартний розчин готують розчиненням точної кількості чистої хімічної речовини відомого стехіометричного складу у певному обсязі розчинника. Вторинний стандарт отримують наступним чином: готують розчин з приблизною концентрацією, близькою до бажаної, і визначають його концентрацію (стандартизують) за відповідним первинним стандартом.

Первинні стандарти повинні відповідати низці вимог:

) склад сполуки повинен суворо відповідати хімічній формулі. Кількість домішок має перевищувати 0,05%.

) речовина повинна бути стійкою при кімнатній температурі, не повинна бути гігроскопічною, окислюватися атмосферним киснем, поглинати діоксид вуглецю з повітря, змінювати масу при висушуванні.

) речовина повинна мати по можливості велику молекулярну масу, щоб зменшити вплив помилки зважування.

Для виготовлення багатьох стандартних розчинів можна скористатися фіксаналами. Фіксанал є ампулою, в якій запаяно точно відома кількість стандартної речовини або розчину.

2.3 Окисно-відновне титрування. Іодометрія

Йодометричним титруванням називається титриметричний метод аналізу, заснований на визначенні кількості йоду, витраченого для повного протікання реакції з речовиною, що має відновлювальні властивості, або виділився в результаті реакції KI з речовиною, що володіє окислювальними властивостями. В основі йодометричних визначень лежить така рівновага:

2?=3I-; Е0 = + 0,545 В.

Як титрантів у йодометричному титруванні використовують йод та тіосульфат натрію.

приклад. Стандартизація розчину тіосульфату натрію. Для стандартизації розчинів тіосульфату натрію використовують біхромат калію. Реакції Na2S2O3 з K2Cr2O7 та іншими сильними окислювачами протікають нестехіометрично, тому стандартизацію розчину тіосульфату натрію проводять способом замісного титрування: при взаємодії K2Cr2O7 з надлишком KI утворюється еквівалентна першій речовині кількість йоду, який потім титрують

O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ +3I2 + 7H2O+ S2O32- = 2I- + S4O62- (або - + S2O32- = 3I- + S4O62-)

Кінцеву точку титрування в іодометрії виявляють найчастіше за зникненням або появою забарвлення йод-крохмального комплексу.

Кислотно-основне титрування. До методу кислотно-основного титрування відносять титриметричні визначення, в основі яких лежить реакція: + + ОН- = Н2О

За цим методом можливе визначення різних кислот, основ, деяких солей, визначення жорсткості води, азоту в органічних сполуках і т.д. Як титрант зазвичай використовують розчини хлороводневої і сірчаної кислот, розчини лугів.

Окисно-відновне титрування. Окисно-відновним титруванням називають групу титриметричних методів аналізу, заснованих на використанні окисно-відновних реакцій. До найважливіших методів окисно-відновного титрування відносять йодометрію, перманганатометрію, біхроматометрію, цериметрію та ін.

Перманганатометрія. Перманганатометричним титруванням називається

титриметричний метод аналізу, заснований на використанні як титрант розчин KMnO4. Оскільки титрант має інтенсивне забарвлення, перманганатометричне титрування проводять без індикатора. Кінцеву точку титрування виявляють після появи або зникнення забарвлення KMnO4. Перманганатометричне титрування найчастіше проводять у кислому середовищі, рідше - у нейтральному. Для створення кислого середовища застосовують сірчану кислоту, оскільки азотна кислота сама є сильним окислювачем, а хлороводнева, навпаки, може окислюватися титрантом. В основі методу лежить така рівновага:

MnO4-+5? + 8H+ = Mn2+ + 4H2O; Е0 = +1,51 Ст.

Біхроматометрія. Біхроматометрія називається титриметричний метод аналізу, заснований на використанні в якості титранта розчин K2Cr2O7. В основі методу лежить така рівновага:

Сr2O72- + 14H+ + 6 ?? 2Cr3+ + 7H2O; Е0 = +1,33 В

Для виявлення кінцевої точки в біхроматометричному титруванні використовують окислювально-відновні індикатори.

4 Комплексонометричне титрування

Комплексонометричне титрування ґрунтується на реакціях утворення хелатних комплексів при взаємодії катіонів металів з амінополікарбоновими кислотами (комплексонами). З численних амінополікарбонових кислот найчастіше використовують етилендіамінтетраоцтову кислоту (H4Y):

Внаслідок низької розчинності у воді сама кислота не підходить для приготування титрантового розчину. Для цього зазвичай використовують дигідрат її динатрієвої солі Na2H2Y2H2O (ЕДТА, трилон Б). Реакції взаємодії різних катіонів з ЕДТА в розчині можна уявити рівняннями:

Са2+ +H2Y2-=CaY2-+2H++ +H2Y2-=BiY- +2H+++H2Y2- =ThY+2H +

Видно, що незалежно від заряду катіону утворюються комплекси із співвідношенням компонентів 1:1. Отже, молярна маса еквівалента ЕДТА та обумовленого іона металу дорівнюють їх молекулярним масам. Ступінь перебігу реакції залежить від рН та константи стійкості комплексонату. Катіони, що утворюють стійкі комплексонати, наприклад Fe(III), можуть бути відтитровані в кислих розчинах. Іони Са(II), Mg(II) та інші, що утворюють порівняно менш стійкі комплексонати, титрують при рН? 9 та вище. Кінцеву точку титрування визначають за допомогою металоіндикаторів - органічних речовин, що змінюють своє забарвлення (або флуоресценцію), залежно від концентрації катіонів металу в розчині. Найчастіше в аналізі використовуються так звані металохромні індикатори, що утворюють з катіонами металів внутрішньокомплексні сполуки, забарвлення яких відрізняється від фарбування вільного індикатора, причому комплекс визначається металу з комплексоном міцніше комплексу цього металу з індикатором. Найбільш поширений металохромний індикатор - чорний ериохром Т (хромоген). Його використовують у твердому вигляді: індикатор змішують щодо 1:200 з будь-яким індиферентним наповнювачем, наприклад, NaCl або KCl.

3. Поділ запропонованої суміші

Вихідна проба:

AgNO3, CuSO4, NiS04, ZnCl2, MnCl2, NH4OH

AgNO3 + HCl = AgCl? + HNO3 білий осад MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2? + 2NaCl студнеподібний світло-рожевий осад ZnCl2 + 4NaOH = Na2ZnO2 + 2NaCl + 2H2OОсад AgCl + 2NH4OH = Cl + 2H2O Mn(OH)2 + H2SO4 = MnSO4 + 2H2O Na2ZnO2 + 2H2 + KCl жовтий осад Ag(NH3)2+ + I- = AgI + 2NH3 MnSO4 + H2O2 + 2NH4OH = MnO(OH)2? + (NH4)2SO4 + H2O бурий осад Mn2+ + H2O2 + 2OH- = MnO(OH)2 + H2O Zn SO4 + 2(NH4)2 + CoCl2 = Co?Zn? + NH4Cl + (NH4)2SO4 блакитний осад Zn2+ + 2- + Co2+ = Co?ZnСuSO4+4 NH ?OH "SO4 + 4H ?O NiSO4 + 6NH ?OH "SO4 + 6H ?OРозчин + H2SO4 = CuS04 + 4NH4 + H2SO4 = NiSO4 + 6NH4 NH4OH + H2SO4 = (NH4)2SO4 + H ?OCuS04 + H2S = CuS? +H2SO4 темний осад NiSO4 + H2S = NiS? + H2SO4 чорний осад (NH4)2SO4 +2NaOH = Na2SO4 + 2NH3 + 2H2OCuS + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2S NiS + HNO3 = Ni(NO3)2 + H2SCu(NO3)2 + Fe = Fe(NO3)3 + Cu Ni(NO3)2 + Fe = Fe(NO3)3 + Ni

Реакції на аніони

SO42BaCl ?+ Na ?SO4 "2NaCl + BaSO4 $білий осад Ba² ?+ SO42- "BaSO4Cl ?Ag ?+Cl ?"AgCl $AgCl $+ 2NH ?OH "Cl+ 2H ?O C l+ H ?"AgCl? +2NH ?NO ??2NO ??+8H ?+3Cu "3Cu² ?+4H ?O+2NO #; 2NO+O ?(повітря)" 2NO ?

4. Методи та методика визначення катіону Сu2+

1 Загальна характеристика катіонів V аналітичної групи

До п'ятої групи відносять катіони d-елементів - Сu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+, Hg2+, які при взаємодії з водним розчином аміаку в еквівалентних кількостях дають осад гідроксидів, основних солей або амідокомплексів (Hg), розчинних у надлишку реагента. Груповий реагент – концентрований розчин аміаку. Амінокомплекси M(NH3)42+, що утворюються, мають різну стійкість. Найменш стійким є іон гексааммінкобальту (II). Він утворюється лише за досить великому надлишку NH3. Іон Со2+ легко окислюється до іона Со3+, тому під впливом окислювачів іон Co(NH3)62+ (K = 2,45 ?105) перетворюється на міцніший іон Co(NH3)63+ (Kуст = 1,62 1035).

Амінокомплекси ртуті (II) утворюються тільки при дуже великому надлишку аміаку та солей амонію. Аммінокомплекси можуть бути зруйновані при дії кислот, що зв'язують NH3 в іон амонію:

У водних розчинах катіони V групи знаходяться у гідратованому стані у вигляді аквакомплексів типу Cu(H2O)62+. Аквакомплекси Со2+, Ni2+ та Сі2+ забарвлені: Со(Н2О)62+ - рожевого кольору, Ni(H2O)62+ - зеленого кольору, Cu(H2O)62+ - блакитного кольору. Забарвлення аквакомплексів - одна з характерних ознак, що вказують на наявність цих іонів у розчині. Випарювання розчинів або дія дегідратуючих речовин, наприклад спирту, викликає зміну забарвлення цих іонів. Так, рожеве забарвлення комплексу Со(Н2О)62+ замінюється на синю внаслідок дегідратації комплексних іонів та заміни молекул води іншими лігандами.

Крім аміно- та аквакомплексів катіони V групи здатні утворювати й інші комплексні сполуки (наприклад, HgBr42-, CdI42, Co(SCN)3-, Cu(S2O3)22- та ін), більшість мають характерне забарвлення.

Мідь, кобальт і ртуть утворюють сполуки з різним ступенем окислення іонів, тому їх виявлення можуть бути використані реакції окислення-відновлення.

Дія групового реактиву на катіони V групи

Розчин NH4OH, доданий до розчинів солей катіонів V групи в еквівалентних кількостях, осаджує ці катіони у вигляді білих або забарвлених основних солей, гідроксидів та амідокомплексів:

CuSO4 + 2NH4OH? (CuOH)2SO4? + (NH4)2SO4, блакитно-зелений

CoCl2 + NH4OH? CoOHCl? + NH4Cl, синій

NiSO4 + 2NH4OH? (NiOH)2SO4? + (NH4)2SO4, світло-зелений

CdCl2 + 2NH4OH? Cd(OH)2? + 2NH4CI, Білий

HgCl2 + 2NH4OH? Cl? + NH4C1 + 2H2O. білий

У надлишку NH4OH ці опади розчиняються з утворенням амінокомплексів різного забарвлення. Утворення комплексу гексааммінкобальту (II) та тетрааммінртуті (II) відбувається у присутності NH4C1 при нагріванні:

(CuOH)2SO4 + 8NH4OH? 22+ + SO42- + 2ОН- + 8Н2О, яскраво-синій + 5NH4OH + NH4+? 2+ + Сl- + 6Н2О, жовто-бурий

(NiOH)2SO4 + 12NH4OH? 2Ni(NH3)62+ + SO42- + 2OH- + 12H2O, синій(OH)2 + 4NH4OH ? 2+ + 2OH- + 4H2O, безбарвний

Cl+2NH4OH + NH4+? 2+ + Сl- + 2H2O. безбарвний

Гексааммінкобальт(II) окислюється киснем повітря до гексааммінкобальту (III) вишнево-червоного кольору. У присутності окислювачів (Н2О2) утворення гексааммінкобальту (III) відбувається миттєво:

СоС12 + 10NH4OH + 2NH4C1 + Н2О2? 2C13 + 12Н2О.

Виконання реакцій. У п'ять пробірок помістити по 3 краплі розчинів солей Cu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+ та Hg2+ та додати до кожної 1-2 краплі 2 М розчину NH4OH. До отриманих опадів основних солей міді, нікелю та кадмію додати при перемішуванні кілька крапель концентрованого розчину NH4OH до розчинення опадів. Осад основної солі кобальту поділити на дві частини. До однієї додати 3-4 краплі 3% розчину Н2О2, а потім обидві частини осаду розчинити, додавши кілька крапель концентрованого розчину NH4OH та насиченого розчину NH4C1. Осад амідокомплексу ртуті розчинити у кількох краплях концентрованого розчину NH4OH та насиченому розчині NH4C1 при нагріванні.

2 Приватні аналітичні реакції іонів Сu2+

Гексаціаноферрат(II) калію K4 осаджує іон Сu2+ у вигляді гексаціаноферрату(II) міді червоно-бурого кольору:

2Cu2+ + Fe(CN)62-? Cu2?.

Осад не розчиняється у розведених кислотах, але розкладається лугами з утворенням Сu(ОН)2.

Виконання реакції. До 2-3 крапель розчину CuSO4 додати 1-2 краплі реактиву. Осад розділити на дві частини, до однієї додати 2-3 краплі 2 М розчину НС1, до іншої - 2-3 краплі 2 М розчину NaOH.

Тіосульфат натрію Na2S2O3 при нагріванні осаджує сульфід одновалентної міді:

2CuSO4 + 2Na2S2O3 + H2O ? Cu2S? + 2S + 2Na2SO4 + Н2SO4.

Виконання реакції. У пробірку помістити 2-3 краплі розчину CuSO4, додати 4-5 крапель води, 2-3 краплі 1 М розчину H2SO4 (до явно кислої реакції) та півторакратну кількість насиченого розчину тіосульфату натрію Na2S2O3. Перемішати, нагріти. Утворення темно-бурого осаду суміші Cu2S із сіркою свідчить про присутність міді у розчині. Так як Cd2+ при дії тіосульфату натрію в кислому середовищі не утворює осаду сульфіду, ця реакція може бути використана відділення Cu2+ від Cd2+.

Розчин аміаку, взятий без надлишку, утворює з розчином солі міді осад Cu(OH)2SO4 синьо-зеленого кольору. Осад розчинний у розведених кислотах і надлишку аміаку. При розчиненні надлишку аміаку утворюється комплексне з'єднання 2-, пофарбоване в яскраво-синій колір.

SO4 + 10NH4OH? 2(OH)2 + (NH4)2SO4 + 8H2O.

Виконання реакції. До 5-6 крапель розчину, що містить іони міді, додають 2-3 краплі концентрованого аміаку і збовтують. Інтенсивно-синє забарвлення розчину вказує на присутність іонів Cu2+.

4. Реакція фарбування полум'я. Солі міді фарбують безбарвне полум'я пальника у синій чи зелений колір.

Визначення міді методом замісного титрування, що ґрунтується на реакції:

Cu2+ + 4I- = 2CuI? + I2.

Мідь(II) у разі виступає як окислювача. В результаті окислення йодид-іонів утворюється йод, кількість якого визначають, відтитровуючи його розчином натрію тіосульфату. Кількість тіосульфату натрію еквівалентна кількості йоду, що виділився, яке, у свою чергу, еквівалентно і кількості міді(II), що вступила в реакцію. Таким чином, за обсягом розчину Na2S2O3, витраченого на титрування йоду, розраховують кількість міді, що вступила в реакцію (II).

Хід роботи

) Бюретку готують до титрування, як завжди, і заповнюють її розчином тіосульфату натрію.

) Готують мірну колбу з аналізованим розчином солі міді та доводять об'єм розчину до мітки дистильованою водою.

) У колбу для титрування поміщають 15-20 мл 10% розчину KI. Вносять туди піпеткою 10 мл розчину солі міді з мірної колби і 3 мл розчину H2SO4 (1:4). Колбу для титрування накривають годинниковим склом і ставлять у темне місце приблизно на 5 хвилин.

) Побурілий від йоду, що виділився розчин титрують з бюретки розчином тіосульфату натрію до тих пір, поки забарвлення не стане солом'яно-жовтим. Після цього додають кілька крапель розчину крохмалю і продовжують титрувати до знебарвлення синього розчину.

) Титрування проводять 3 рази. За отриманим усередненим значенням об'єму тіосульфату натрію розраховують вміст міді (у грамах) у виданій пробі, не забуваючи при цьому врахувати об'єм аліквоти взятого на титрування розчину.

) Розраховують відносну похибку визначення

Висновок

Значення аналітичної хімії визначається необхідністю суспільства в аналітичних результатах, у встановленні якісного та кількісного складу речовин, рівнем розвитку суспільства, суспільною потребою в результатах аналізу, так само і рівнем розвитку самої аналітичної хімії.

Цитата із підручника з аналітичної хімії Н.А. Меншуткіна 1897 року випуску: "Представивши весь хід занять з аналітичної хімії у вигляді завдань, вирішення яких надано займається, ми повинні вказати на те, що для подібного розв'язання задач аналітична хімія дасть строго певний шлях. Ця визначеність (систематичність розв'язання задач аналітичної хімії) велике педагогічне значення.Займається привчається при цьому застосовувати властивості сполук до вирішення питань, виводити умови реакцій, комбінувати їх.Увесь цей ряд розумових процесів можна виразити так: аналітична хімія привчає хімічно думати. Досягнення останнього є найважливішим для практичних занять

Список використаної літератури

1.Алексєєв В.М. Курс якісного хімічного напівмікроаналізу. - М: Хімія,1979. – 584 с.

.Безсірководневі методи якісного напівмікроаналізу / за заг. ред. Крешкова О.П. - М: Вищ.шк. 1971. – 222 с.

.Васильєв В.П. Аналітична хімія: У чотирьох частинах. - М: Вищ. шк., 2004.

.Васильєв А.М. Збірник завдань із аналітичної хімії. - М: Госхіміздат. – 1985, 275 с.

.Золотов Ю.А. Основи аналітичної хімії. кн. 1. - М: Вищ. шк., 2004. – 360 с.

.Лур'є Ю.Ю. Довідник з аналітичної хімії. - М: Хімія 1971. - 453 с.

.Мурашова В.І., Тананаєва О.М., Ховякова Р.Ф. Якісний хімічний дрібний аналіз. - М: Хімія, 1976. - 279 с.

.Харитонов Ю.Я. Аналітична хімія. Аналітика 1. Загальні теоретичні засади. Якісний аналіз. - М: Вищ. шк., 2001. – 615 с.

Репетиторство

Потрібна допомога з вивчення якоїсь теми?

Наші фахівці проконсультують або нададуть репетиторські послуги з цікавої для вас тематики.
Надішліть заявкуіз зазначенням теми прямо зараз, щоб дізнатися про можливість отримання консультації.

Аналіз речовини може проводитися з метою встановлення якісного чи кількісного її складу. Відповідно до цього розрізняють якісний та кількісний аналіз.

Якісний аналіз дозволяє встановити, з яких хімічних елементів складається аналізована речовина і які іони, групи атомів або молекули входять до його складу. При дослідженні складу невідомої речовини якісний аналіз завжди передує кількісному, оскільки вибір методу кількісного визначення складових частин речовини, що аналізується, залежить від даних, отриманих при його якісному аналізі.

Якісний хімічний аналіз здебільшого ґрунтується на перетворенні аналізованої речовини в яку-небудь нову сполуку», що володіє характерними властивостями: кольором, певним фізичним станом, кристалічною або аморфною структурою, специфічним запахом і т. п. Хімічне перетворення, що відбувається при цьому, називають якісною а речовини, що викликають це перетворення, називають реактивами (реагентами).

Іншим прикладом якісного хімічного аналізу може бути виявлення солей амонію шляхом нагрівання аналізованої речовини з водним розчином їдкого натру. Іони амонію в присутності ВІН-іонів утворюють аміак, який впізнають за запахом або посинення вологого червоного лакмусового паперу.

При аналізі суміші кількох речовин, близьких за хімічними властивостями, їх попередньо поділяють і потім проводять характерні реакцію окремі речовини (або іони), тому якісний аналіз охоплює як окремі реакції виявлення іонів, а й методи їх поділу.

Кількісний аналіз дозволяє встановити кількісні співвідношення складових частин цієї сполуки або суміші речовин. На відміну від якісного аналізу кількісний аналіз дає можливість визначити вміст окремих компонентів речовини, що аналізується, або загальний вміст визначається речовини в досліджуваному продукті.

Методи якісного та кількісного аналізу, що дозволяють визначати в аналізованій речовині вміст окремих елементів, називають елементним аналізом-, функціональних груп - функціональним аналізом; індивідуальних хімічних сполук, що характеризуються певною молекулярною вагою, – молекулярним аналізом.

Сукупність різноманітних хімічних, фізичних та фізико-хімічних методів поділу та визначення окремих структурних (фазових) складових гетерогенних! систем, що відрізняються за властивостями та фізичною будовою та обмежені один від одного поверхнями розділу, називають фазовим аналізом.