Analitik kimyada kalitatif analiz yöntemleri kısaca. Nicel analiz. Kimyasal analiz yöntemleri. Analitik Kimya

analiz metodu Maddenin analizinin altında yatan ilkeleri, yani maddenin kimyasal parçacıklarının bozulmasına neden olan enerjinin türünü ve doğasını adlandırın.

Analiz, kaydedilen analitik sinyalin analitin varlığına veya konsantrasyonuna bağımlılığına dayanmaktadır.

Analitik sinyal Bir nesnenin sabit ve ölçülebilir bir özelliğidir.

Analitik kimyada analiz yöntemleri, belirlenen özelliğin niteliğine ve analitik sinyalin kaydedilme yöntemine göre sınıflandırılır:

1. kimyasal

2.fiziksel

3.Fiziksel ve kimyasal

Fiziko-kimyasal yöntemler, aletlerin, ölçü aletlerinin kullanılmasını gerektirdiğinden, enstrümantal veya ölçüm olarak adlandırılır.

Kimyasal analiz yöntemlerinin tam bir sınıflandırmasını düşünün.

Kimyasal analiz yöntemleri- kimyasal reaksiyonun enerjisinin ölçümüne dayanır.

Reaksiyon sırasında başlangıç ​​malzemelerinin tüketimi veya reaksiyon ürünlerinin oluşumu ile ilgili parametreler değişir. Bu değişiklikler doğrudan gözlemlenebilir (çökelti, gaz, renk) veya reaktif tüketimi, ürün kütlesi, reaksiyon süresi vb. gibi ölçülebilir.

İle hedefler Kimyasal analiz yöntemleri iki gruba ayrılır:

I. Niteliksel analiz- analiz edilen maddeyi oluşturan bireysel elementlerin (veya iyonların) tespitinden oluşur.

Kalitatif analiz yöntemleri sınıflandırılır:

1. katyon analizi

2. anyon analizi

3. Kompleks karışımların analizi.

II.Kantitatif analiz- karmaşık bir maddenin bireysel bileşenlerinin niceliksel içeriğinin belirlenmesinden oluşur.

Kantitatif kimyasal yöntemler şunları sınıflandırır:

1. Gravimetrik(ağırlık) analiz yöntemi, analitin saf halde izole edilmesi ve tartılmasına dayanmaktadır.

Reaksiyon ürününü elde etme yöntemine göre gravimetrik yöntemler aşağıdakilere ayrılır:

a) kemogravimetrik yöntemler, bir kimyasal reaksiyonun ürününün kütlesinin ölçülmesine dayanır;

b) elektrogravimetrik yöntemler, bir elektrokimyasal reaksiyonun ürününün kütlesinin ölçülmesine dayanır;

c) termogravimetrik yöntemler, termal maruz kalma sırasında oluşan bir maddenin kütlesinin ölçülmesine dayanır.

2. Volumetrik Analiz yöntemleri, bir maddeyle etkileşim için tüketilen bir reaktifin hacminin ölçülmesine dayanır.

Reaktifin toplanma durumuna bağlı olarak hacimsel yöntemler aşağıdakilere ayrılır:

a) gaz karışımının belirlenen bileşeninin seçici absorpsiyonuna ve karışımın hacminin absorpsiyondan önce ve sonra ölçülmesine dayanan gaz hacimsel yöntemler;

b) sıvı hacimsel (titrimetrik veya hacimsel) yöntemler, analitle etkileşim için tüketilen sıvı reaktifin hacminin ölçülmesine dayanır.

Kimyasal reaksiyonun türüne bağlı olarak hacimsel analiz yöntemleri ayırt edilir:

Protolitometri, nötrleştirme reaksiyonunun seyrine dayanan bir yöntemdir;

redoksometri - redoks reaksiyonlarının oluşumuna dayanan bir yöntem;

kompleksometri - kompleksleşme reaksiyonunun seyrine dayanan bir yöntem;

· çökeltme yöntemleri - çökelme oluşumunun reaksiyonlarına dayanan yöntemler.

3. Kinetik analiz yöntemleri, bir kimyasal reaksiyon hızının reaktanların konsantrasyonuna bağımlılığının belirlenmesine dayanmaktadır.

Ders No. 2. Analitik sürecin aşamaları

Analitik problemin çözümü maddenin analizi yapılarak gerçekleştirilir. IUPAC terminolojisine göre analiz [‡] Bir maddenin kimyasal bileşimi hakkında deneysel olarak veri elde etme prosedürü denir.

Seçilen yönteme bakılmaksızın her analiz aşağıdaki aşamalardan oluşur:

1) numune alma (numune alma);

2) numune hazırlama (numune hazırlama);

3) ölçüm (tanım);

4) ölçüm sonuçlarının işlenmesi ve değerlendirilmesi.

Şekil 1. Analitik sürecin şematik gösterimi.

Örnek seçimi

Kimyasal analizin yapılması, analiz için numunelerin seçilmesi ve hazırlanmasıyla başlar. Analizin tüm aşamalarının birbiriyle bağlantılı olduğu unutulmamalıdır. Dolayısıyla dikkatli bir şekilde ölçülen analitik sinyal, numune alma veya numunenin analiz için hazırlanması doğru şekilde gerçekleştirilmezse, belirlenecek bileşenin içeriği hakkında doğru bilgi sağlamaz. Örnekleme hatası çoğu zaman bileşen belirlemenin genel doğruluğunu belirler ve yüksek hassasiyetli yöntemlerin kullanılmasını anlamsız hale getirir. Örnekleme ve numune hazırlama ise yalnızca analiz edilen nesnenin doğasına değil aynı zamanda analitik sinyalin ölçüm yöntemine de bağlıdır. Numune alma ve hazırlama yöntemleri ve prosedürü kimyasal analizde o kadar önemlidir ki bunlar genellikle Devlet Standardı (GOST) tarafından belirlenir.

Örnekleme için temel kuralları göz önünde bulundurun:

Sonuç ancak numunenin yeterli olması durumunda doğru olabilir. temsilci yani seçildiği malzemenin bileşimini doğru bir şekilde yansıtır. Numune için ne kadar çok malzeme seçilirse o kadar temsili olur. Ancak çok büyük bir numunenin işlenmesi zordur ve analiz süresini ve maliyetini artırır. Bu nedenle temsili olacak ve çok büyük olmayacak bir örnek almak gerekir.

· Numunenin optimal kütlesi, analiz edilen nesnenin heterojenliğine, heterojenliğin başladığı parçacıkların boyutuna ve analizin doğruluğuna yönelik gereksinimlere bağlıdır.

· Numunenin temsil edilebilirliğini sağlamak için parti homojenliği sağlanmalıdır. Homojen bir parti oluşturmak mümkün değilse, partinin homojen parçalara ayrılması kullanılmalıdır.

· Örnekleme yapılırken nesnenin toplanma durumu dikkate alınır.

· Örnekleme yöntemlerinin tekdüzelik koşulu yerine getirilmelidir: rastgele örnekleme, periyodik, kademeli, çok aşamalı örnekleme, kör örnekleme, sistematik örnekleme.

· Örnekleme yöntemi seçerken dikkate alınması gereken faktörlerden biri, nesnenin bileşiminin ve belirlenen bileşenin içeriğinin zaman içinde değişme olasılığıdır. Örneğin, bir nehirdeki suyun değişken bileşimi, gıda ürünlerindeki bileşenlerin konsantrasyonundaki değişiklik vb.

I. Kimya ve tıp

1.Analitik kimyanın konusu, amaçları ve hedefleri. Analitik kimyanın gelişiminin kısa tarihsel özeti. Analitik kimyanın doğa bilimleri arasında ve tıp eğitimi sistemindeki yeri.

Analitik Kimya - Maddelerin bileşimini belirleme yöntemleri bilimi. Öğe onun - kimyasal analiz teorisinin genel problemlerinin çözümü, mevcut olanın iyileştirilmesi ve yeni, daha hızlı ve daha doğru analiz yöntemlerinin geliştirilmesi (yani kimyasal analiz teorisi ve uygulaması). Görev - kimyasal ve fiziko-kimyasal analiz yöntemleri teorisinin geliştirilmesi, bilimsel araştırmalarda süreçler ve işlemler, eski analiz yöntemlerinin iyileştirilmesi, ekspres ve uzaktan MA'nın geliştirilmesi, ultra ve mikro analiz yöntemlerinin geliştirilmesi.

Çalışmanın amacına bağlı olarak analitik kimya inorganik ve organik analizlere ayrılmıştır. Analitik kimya şunları ifade eder: uygulamalı bilimlere. Pratik önemi çok çeşitlidir. Kimyasal analiz yöntemlerinin yardımıyla bazı yasalar keşfedildi - bileşimin sabitliği yasası, çoklu oranlar yasası, elementlerin atomik kütleleri belirlendi,

kimyasal eşdeğerler, birçok bileşiğin kimyasal formülleri vb. oluşturulmuştur.

Analitik kimya, doğa bilimlerinin gelişimine büyük katkı sağlar: jeokimya, jeoloji, mineraloji, fizik, biyoloji, tarım kimyası, metalurji, kimya teknolojisi, tıp vb.

Niteliksel analizin konusu- Maddelerin temel bileşimini belirlemek için teorik temellerin geliştirilmesi, mevcut yöntemlerin iyileştirilmesi ve yeni, daha gelişmiş yöntemlerin geliştirilmesi. Niteliksel analizin görevi- Maddelerin "kalitesinin" belirlenmesi veya test bileşiğinin bileşimini oluşturan bireysel elementlerin veya iyonların saptanması.

Uygulama yöntemine göre nitel analitik reaksiyonlar reaksiyonlara ayrılır. "ıslak" ve "kuru" yol. En önemli reaksiyonlar "ıslak" yoldur. Bunları gerçekleştirmek için test maddesinin önceden çözülmesi gerekir.

Niteliksel analizde, yalnızca gözlemci tarafından açıkça görülebilen bazı dış etkilerin eşlik ettiği reaksiyonlar kullanılır: çözümün renginde bir değişiklik; çökeltinin çökelmesi veya çözünmesi; karakteristik bir kokuya veya renge sahip gazların salınması.

Özellikle sıklıkla kullanılanlar, çökelti oluşumunun ve çözeltinin renginde bir değişikliğin eşlik ettiği reaksiyonlardır. Bu tür reaksiyonlara reaksiyon denir "keşifler”, çünkü çözeltide bulunan iyonları tespit ediyorlar.

Reaksiyonlar da yaygın olarak kullanılmaktadır. Tanılama, bunun yardımıyla bir veya başka bir iyonun "keşfedilmesinin" doğruluğu kontrol edilir. Son olarak, genellikle bir iyon grubunu diğerinden veya bir iyonu diğer iyonlardan ayıran çökelme reaksiyonları kullanılır.

Analit miktarına, çözeltinin hacmine ve bireysel işlemleri gerçekleştirme tekniğine bağlı olarak, kalitatif analizin kimyasal yöntemleri aşağıdakilere ayrılır: makro, mikro, yarı mikro ve ultra mikro analiz için ve benzeri.

II. Kalitatif Analiz

2. Analitik kimyanın temel kavramları. Analitik reaksiyon türleri ve reaktifler. Maddelerin bileşimini belirlemek için analiz, hassasiyet ve seçicilik gereklilikleri.

Analitik reaksiyon - kimya. elementleri, iyonları ve molekülleri ayırmak, tespit etmek ve ölçmek için kullanılan bir reaksiyon. Analitik bir etkinin (çökelme, gaz çıkışı, renk değişikliği, koku) eşlik etmesi gerekir.

Kimyasal reaksiyonun türüne göre:

Yaygındır– analitik sinyaller birçok iyon için aynıdır. Reaktif geneldir. Örnek: hidroksitlerin, karbonatların, sülfitlerin vb. çökeltilmesi.

Grup– analitik sinyaller benzer özelliklere sahip belirli bir iyon grubu için tipiktir. Reaktif - grup. Örnek: Ag +, Pb 2+ iyonlarının bir reaktif - hidroklorik asit ile beyaz AgCl, PbCl 2 çökeltilerinin oluşumu ile çökeltilmesi

Genel ve grup reaksiyonları, karmaşık bir karışımın iyonlarını izole etmek ve ayırmak için kullanılır.

seçici– analitik sinyaller sınırlı sayıda iyon için aynıdır. Reaktif seçicidir. Örnek: NH4 SCN reaktifinin bir katyon karışımı üzerindeki etkisi altında, yalnızca iki katyon renkli kompleks bileşikler oluşturur: kan kırmızısı 3-

ve mavi 2-

Özel– analitik sinyal yalnızca bir iyonun karakteristiğidir. Reaktif spesifiktir. Bu tür tepkiler çok az.

Analitik sinyal türüne göre:

renkli

Yağış

Gaz giderme

mikrokristalin

İşleve göre:

Tespit reaksiyonları (tanımlama)

Müdahale eden iyonları çökeltme, ekstraksiyon veya süblimleştirme yoluyla uzaklaştırmak için ayırma reaksiyonları (ayırma).

Yürütme tekniğine göre:

test tüpleri– test tüplerinde gerçekleştirilir.

damlama gerçekleştirildi:

Filtre kağıdı üzerinde

Bir saatin veya cam slaytın üzerinde.

Bu durumda, plakaya veya kağıda 1-2 damla analiz edilen çözelti ve 1-2 damla reaktif uygulanarak karakteristik bir renk veya kristal oluşumu sağlanır. Filtre kağıdı üzerinde reaksiyonlar yapılırken kağıdın adsorpsiyon özelliklerinden yararlanılır. Kağıt üzerinde biriken bir damla sıvı, kılcal damarlardan hızla emilir ve renkli bileşik, kağıdın küçük bir alanına emilir. Çözeltide birden fazla madde varsa, bunların hareket hızları farklı olabilir, bu da iyonların eşmerkezli bölgeler şeklinde dağılımını sağlar. Çökeltinin çözünürlük ürününe bağlı olarak - veya karmaşık bileşiklerin stabilite sabitine bağlı olarak: değerleri ne kadar büyük olursa, belirli bir bölge merkeze veya merkeze o kadar yakın olur.

Damlama yöntemi Sovyet kimyager N.A. tarafından geliştirildi. Tananaev.

Mikrokristalin reaksiyonlar kristallerin karakteristik şekline, rengine ve kırılma gücüne sahip kimyasal bileşiklerin oluşumuna dayanır. Cam slaytlar üzerinde gerçekleştirilirler. Bunu yapmak için, kılcal pipetle temiz bir bardağa 1-2 damla analiz edilen çözelti ve 1-2 damla reaktif uygulanır, bunları bir cam çubukla karıştırmadan dikkatlice birleştirin. Cam daha sonra mikroskop tablasına yerleştirilir ve yerinde oluşan çökelti incelenir.

damlacık teması.

Reaksiyon analitiğinde doğru kullanım için şunları göz önünde bulundurun: reaksiyon hassasiyeti . Bir damla çözeltide (0,01-0,03 ml) bu reaktif tarafından tespit edilebilecek istenen maddenin en küçük miktarı ile belirlenir. Hassasiyet bir dizi büyüklükle ifade edilir:

Minimum açılış- Test çözeltisinde bulunan ve reaksiyonu gerçekleştirmek için belirli koşullar altında bu reaktif tarafından açılan en küçük madde miktarı.

Minimum (sınırlayıcı) konsantrasyon Bu reaksiyon, çözeltinin küçük bir bölümünde tespit edilecek maddeyi açık bir şekilde keşfetmenize olanak tanıyan çözeltinin en düşük konsantrasyonunun ne olduğunu gösterir.

Seyrelmeyi sınırla- maddenin hala belirlendiği maksimum seyreltici miktarı.

Çözüm: analitik reaksiyon ne kadar hassassa, açılış minimumu o kadar küçükse, minimum konsantrasyon o kadar düşükse ancak sınırlayıcı seyreltme o kadar büyük olur.

MOSKOVA OTOMOTİV VE YOL ENSTİTÜSÜ (DEVLET TEKNİK ÜNİVERSİTESİ)

Kimya Bölümü

Başlığı onaylıyorum. bölüm profesörü

I.M. Papisov "___" ____________ 2007

A.A. LITMANOVICH, O.E. LİTMANOVYCH

ANALİTİK KİMYA Bölüm 1: Kalitatif Kimyasal Analiz

Araç seti

"Mühendislik çevre koruma" uzmanlığının ikinci yılı öğrencileri için

MOSKOVA 2007

Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Analitik Kimya: Bölüm 1: Niteliksel Kimyasal Analiz: Metodolojik Kılavuz / MADI

(GTU) - M., 2007. 32 s.

İnorganik bileşiklerin niteliksel analizinin ana kimyasal yasaları ve bunların çevresel nesnelerin bileşimini belirlemede uygulanabilirliği dikkate alınır. Kılavuz "Çevre Mühendisliği" uzmanlığı öğrencilerine yöneliktir.

© Moskova Otomobil ve Yol Enstitüsü (Devlet Teknik Üniversitesi), 2008

BÖLÜM 1. ANALİTİK KİMYENİN KONUSU VE AMAÇLARI. ANALİTİK REAKSİYONLAR

1.1. Analitik kimyanın konusu ve görevleri

Analitik Kimya- Maddelerin bileşimini incelemeye yönelik yöntemlerin bilimi. Bu yöntemler yardımıyla incelenen nesnede hangi kimyasal elementlerin, hangi formda ve hangi miktarda bulunduğu tespit edilir. Analitik kimyada iki büyük bölüm ayırt edilir: niteliksel ve niceliksel analiz. Analitik kimyanın belirlediği görevler kimyasal ve enstrümantal yöntemlerin (fiziksel, fizikokimyasal) yardımıyla çözülür.

Kimyasal analiz yöntemlerinde belirlenecek element, bu elementin varlığının tespit edilmesinin veya miktarının ölçülmesinin mümkün olduğu bu özelliklere sahip bir bileşiğe dönüştürülür. Oluşan bir bileşiğin miktarını ölçmenin ana yollarından biri, bir maddenin kütlesini, gravimetrik bir analiz yöntemi olan analitik terazide tartarak belirlemektir. Kantitatif kimyasal analiz yöntemleri ve enstrümantal analiz yöntemleri, Analitik Kimya Metodolojik Kılavuzunun 2. Kısmında tartışılacaktır.

Modern analitik kimyanın geliştirilmesinde acil bir yön, çevresel nesnelerin, atık ve atık suların, endüstriyel işletmelerden ve motorlu taşıtlardan kaynaklanan gaz emisyonlarının analiz edilmesine yönelik yöntemlerin geliştirilmesidir. Analitik kontrol, deşarj ve emisyonlardaki özellikle zararlı bileşenlerin fazla içeriğinin tespit edilmesini mümkün kılar ve çevre kirliliği kaynaklarının belirlenmesine yardımcı olur.

Kimyasal analiz, zaten aşina olduğunuz genel ve inorganik kimyanın temel yasalarına dayanmaktadır. Kimyasal analizin teorik temelleri şunları içerir: sulu çözeltilerin özelliklerine ilişkin bilgi; sulu ortamda asit-baz dengesi

çözümler; redoks dengeleri ve maddelerin özellikleri; kompleksleşme reaksiyonlarının kalıpları; katı fazın (çökeltiler) oluşumu ve çözünmesi için koşullar.

1.2. analitik reaksiyonlar. Uygulama koşulları ve yöntemleri

Kalitatif kimyasal analiz kullanılarak gerçekleştirilir. analitik reaksiyonlar gözle görülür dış değişikliklerin eşlik ettiği: örneğin gaz çıkışı, renk değişikliği, bir çökeltinin oluşumu veya çözünmesi, bazı durumlarda belirli bir kokunun ortaya çıkması.

Analitik reaksiyonlar için temel gereksinimler:

1) Yüksek hassasiyet, tespit limitinin (Cmin) değeri ile karakterize edilir - bu analiz tekniğinin bu bileşeni güvenle tespit etmenize olanak sağladığı, çözelti örneğindeki bileşenin en düşük konsantrasyonu. Analitik reaksiyonlarla tespit edilebilecek bir maddenin kütlesinin mutlak minimum değeri 50 ila 0,001 μg arasındadır (1 μg = 10–6 g).

2) Seçicilik- reaktifin mümkün olduğu kadar az bileşen (element) ile reaksiyona girme yeteneği ile karakterize edilir. Uygulamada, seçici reaksiyonun spesifik hale geldiği koşullar altında iyonları tespit etmeye çalışırlar; diğer iyonların varlığında bu iyonu tespit etmenizi sağlar. Gibi spesifik reaksiyon örnekleri(bunlardan çok azı vardır) aşağıdaki gibidir.

a) Amonyum tuzlarının ısıtıldığında aşırı alkali ile etkileşimi:

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O . (1)

Açığa çıkan amonyağın karakteristik kokusundan (“amonyak”) veya test tüpünün boynuna getirilen ıslak gösterge kağıdının rengindeki değişiklikten tanınması kolaydır. Reaksiyon

analiz edilen çözeltide amonyum iyonları NH4 + varlığını tespit etmenizi sağlar.

b) Demir tuzlarının potasyum hekzasiyanoferrat (III) K3 ile mavi bir çökelti oluşumu (Turnbull mavisi veya Prusya mavisi) ile etkileşimi. Reaksiyon (kurstaki "Metallerin korozyonu" konusuna çok aşinasınız)

Bu reaksiyonlar, analiz edilen çözeltideki Fe2+ ve Fe3+ iyonlarının tespit edilmesini mümkün kılar.

Spesifik reaksiyonlar, bilinmeyen iyonların varlığının, diğer iyonları içeren analiz edilen çözeltinin ayrı numunelerinde fraksiyonel yöntemle belirlenebilmesi açısından uygundur.

3) Reaksiyonun hızı ( yüksek hız) ve uygulama kolaylığı.

Yüksek reaksiyon hızı, sistemdeki termodinamik dengenin kısa sürede (pratik olarak çözeltideki reaksiyonlardaki bileşenlerin karışma hızıyla) sağlanmasını sağlar.

Analitik reaksiyonlar gerçekleştirirken, reaksiyonun dengesindeki doğru yönde kaymayı ve büyük bir dönüşüm derinliğine doğru akışını neyin belirlediğini hatırlamak gerekir. Elektrolitlerin sulu çözeltilerinde meydana gelen reaksiyonlar için, termodinamik dengedeki değişim aynı isimli iyonların konsantrasyonundan, ortamın pH'ından ve sıcaklıktan etkilenir. Özellikle sıcaklığa bağlıdır denge sabitlerinin değeri - sabitler

zayıf elektrolitlerin ayrışması ve az çözünen tuzlar, bazlar için çözünürlük ürünleri (PR)

Bu faktörler reaksiyonun derinliğini, ürünün verimini ve analitin belirlenmesinin doğruluğunu (veya analitin küçük bir miktarında ve konsantrasyonunda belirli bir iyonu tespit etme olasılığını) belirler.

Bazı reaksiyonların duyarlılığı sulu bir organik çözeltide artar; örneğin sulu bir çözeltiye aseton veya etanol eklendiğinde. Örneğin, sulu bir etanol çözeltisinde, CaSO4'ün çözünürlüğü sulu bir çözeltiden çok daha düşüktür (SP değeri daha düşüktür), bu da analiz edilen çözeltide Ca2+ iyonlarının varlığının çok daha düşük konsantrasyonlarda kesin olarak tespit edilmesini mümkün kılar. sulu bir çözelti içinde ve ayrıca çözeltinin analizine devam etmek için çözeltiyi bu iyonlardan tamamen arındırmak (H2SO4 ile çökeltme).

Niteliksel kimyasal analizde, iyonların ayrılması ve tespitinde rasyonel bir sıra geliştirilir - sistematik bir analiz süreci (şeması). Bu durumda iyonlar, belirli maddelerin etkisi ile eşit ilişkilerine dayanarak karışımdan gruplar halinde izole edilir. grup reaktifleri.

Analiz edilen çözeltinin, iyon gruplarının çökeltme ve çözeltiler şeklinde sırayla izole edildiği ve daha sonra bireysel iyonların tespit edildiği bir kısmı kullanılır. . Grup reaktiflerinin kullanılması, nitel analizin karmaşık problemini daha basit problemlere ayırmayı mümkün kılar.İyonların belirli maddelerin etkisine oranı

grup reaktifleri temeldir İyonların analitik sınıflandırması.

1.3. Tuz karışımı içeren sulu bir çözeltinin renk, koku ve pH değerine göre ön analizi

Analiz için önerilen berrak bir çözeltide bir rengin varlığı, aynı anda bir veya daha fazla iyonun varlığına işaret edebilir (Tablo 1). Rengin yoğunluğu numunedeki iyon konsantrasyonuna bağlıdır ve rengin kendisi de değişebilir.

metal katyonları, ligand olarak H2O moleküllerine sahip kompleks katyonlardan daha kararlı kompleks iyonlar oluşturur; çözeltinin rengi Tabloda belirtilmiştir. 1.

Önerilen çözeltinin pH ölçümü ( Çözelti su içinde hazırlanmışsa, ve bir alkali veya asit çözeltisinde değil) ayrıca

Bazı tuzların sulu çözeltileri, kararsız (ayrışan) veya uçucu bileşiklerin oluşması nedeniyle çözeltinin pH'ına bağlı olarak özel kokulara sahip olabilir. Numune çözeltisine NaOH çözeltileri ekleyerek veya

kuvvetli asit (HCl, H2 SO4 ), çözeltinin kokusunu hafifçe alabilirsiniz (Tablo 3).

Tablo 3

Kokunun ortaya çıkmasının nedeni (bkz. Tablo 3), elektrolit çözeltilerindeki reaksiyonların iyi bilinen özelliğidir - zayıf asitlerin veya bazların (genellikle gazlı maddelerin sulu çözeltileri) tuzlarından sırasıyla güçlü asitler ve bazlar ile yer değiştirmesi.

BÖLÜM 2. KATYONLARIN KALİTATİF KİMYASAL ANALİZİ

2.1. Katyonların analitik gruplara göre sınıflandırılması için asit-baz yöntemi

Kalitatif analizin en basit ve en az "zararlı" asit-baz (temel) yöntemi, katyonların asit ve bazlara oranına dayanır. Katyonların sınıflandırılması aşağıdaki kriterlere göre gerçekleştirilir:

a) klorürlerin, sülfatların ve hidroksitlerin çözünürlüğü; b) hidroksitlerin bazik veya amfoterik karakteri;

c) amonyak (NH3) - amonyaklarla (yani amino kompleksleri) stabil kompleks bileşikler oluşturma yeteneği.

Tüm katyonlar 4 reaktif kullanılarak altı analitik gruba ayrılır: 2M HCl çözeltisi, 1M H2SO4 çözeltisi, 2M NaOH çözeltisi ve konsantre sulu amonyak çözeltisi

NH4OH (%15-17) (Tablo 4).

Tablo 4 Katyonların analitik gruplara göre sınıflandırılması

Açıkçası, yukarıdaki katyon listesi tam olmaktan uzaktır ve pratikte analiz edilen numunelerde en sık karşılaşılan katyonları içermektedir. Ayrıca analitik gruplara göre sınıflandırmanın başka ilkeleri de vardır.

2.2. Katyonların grup içi analizi ve bunların tespiti için analitik reaksiyonlar

2.2.1. Birinci grup (Ag+ , Pb2+ )

Ag+, Pb2+ katyonlarını içeren test solüsyonu

↓ + 2M HCl çözeltisi + C2H5OH (PbCl2'nin çözünürlüğünü azaltmak için)

PC > PR ise oluşur bir klorür karışımının beyaz çökeltileri,

çözümden ayrılanlar (çözüm analiz edilmez):

Ag+ + Cl– ↔ AgCl↓ ve Pb2+ + 2Cl– ↔ PbCl2 ↓ (3)

Açıkçası, çökelmiş katyonların düşük konsantrasyonlarında, Cl-anyonlarının konsantrasyonu nispeten yüksek olmalıdır.

↓ Tortu kısmına + H2 O (damıtılmış) + kaynatma

↓ Klorür karışımının çökeltisinin 2. kısmına + %30

Fizikokimyasal analiz yöntemleri ve ayırma ve saflaştırma yöntemlerini içeren fiziksel ve koloidal kimya dersi, çevre mühendisliği alanındaki uzmanların eğitiminde önemli bir rol oynar. Fiziksel kimyanın ana bölümleri - kimyasal kinetik ve kimyasal termodinamik - kimyanın diğer bölümlerinin yanı sıra kimyasal teknoloji ve maddelerin ayrılması ve saflaştırılmasına yönelik yöntemler için teorik temel görevi görür. Maddelerin fizikokimyasal özelliklerinin ölçümleri, çevrenin durumunu analiz etmek ve izlemek için birçok modern enstrümantal (fizikokimyasal) yöntemin temelini oluşturur. Doğal nesnelerin çoğu kolloidal sistemler olduğundan, kolloidal kimyanın temellerini incelemek gerekir.

Zararlı maddelerden kaynaklanan çevre kirliliği tehlikeleri, ürünlerin dikkatli bir şekilde temizlenmesiyle önemli ölçüde azaltılabilir. Kimyasal temizleme yöntemleri, zararlı bileşenleri nötralize eden reaktiflerle işlemi içerir. Gerekli saflaştırma derecesini sağlayan reaktiflerin konsantrasyonunu hesaplayabilmek için reaksiyonların hızını ve tamlığını, dış koşullara bağımlılıklarını bilmek gerekir. Rektifikasyon, ekstraksiyon, sorpsiyon, iyon değişimi ve kromatografi dahil olmak üzere fizikokimyasal saflaştırma yöntemleri de yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çevresel uzmanlık öğrencileri (No. No.) tarafından fiziksel ve kolloidal kimya dersinin incelenmesi, teorik (ders) bir dersin geliştirilmesini, fiziksel ve kimyasal analiz yöntemleri, ayırma ve saflaştırma yöntemleri dahil olmak üzere analitik kimya üzerine seminerleri içerir. kromatografi ve kolloidal kimya bölümleri, laboratuvar çalışması ve pratik alıştırmaların yanı sıra üç ev ödevinin tamamlanması da dahil olmak üzere bağımsız çalışma. Laboratuar ve pratik çalışmalar sırasında öğrenciler fiziksel ve kimyasal deneyler yapma, grafik çizme, ölçüm sonuçlarının matematiksel olarak işlenmesi ve hata analizi becerilerini kazanırlar. Laboratuar, pratik ve ev ödevleri yaparken öğrenciler referans literatürle çalışma becerilerini kazanırlar.

Analitik ve koloidal kimya üzerine seminerler

Seminer 1. Analitik kimyanın konusu. Analiz yöntemlerinin sınıflandırılması. Metroloji. Klasik niceliksel analiz yöntemleri.

Mühendislik ekolojisi alanında çalışan uzmanların, hammaddelerin, üretim ürünlerinin, üretim atıklarının ve çevrenin (hava, su ve toprak) kimyasal bileşimi hakkında yeterince eksiksiz bilgiye ihtiyacı vardır; Zararlı maddelerin tanımlanmasına ve miktarlarının belirlenmesine özellikle dikkat edilmelidir. Bu sorun çözüldü analitik Kimya - Maddelerin kimyasal bileşimini belirleme bilimi. Kimyasal analiz çevre kirliliğini kontrol etmenin ana ve gerekli yoludur.

Kimyanın bu bölümüne ilişkin çok kısa bir çalışma, analitik bir kimyageri nitelendiremez; bunun amacı, belirli analiz yöntemlerinin yeteneklerine odaklanarak, kimyacılara özel görevler belirlemek için yeterli olan minimum bilgi miktarını tanımak ve kimyanın anlamını anlamaktır. analiz sonuçları.

Analiz yöntemlerinin sınıflandırılması

Kalitatif ve kantitatif analiz arasındaki farkı ayırt edin. Birincisi belirli bileşenlerin varlığını, ikincisi ise niceliksel içeriğini belirler. Bir maddenin bileşimini incelerken, niceliksel bir analiz yönteminin seçimi, incelenen nesnenin niteliksel bileşimine bağlı olduğundan, niteliksel bir analiz her zaman niceliksel bir analizden önce gelir. Analiz yöntemleri kimyasal ve fiziko-kimyasal olarak ikiye ayrılır. Kimyasal analiz yöntemleri, analitin belirli özelliklere sahip yeni bileşiklere dönüştürülmesine dayanır. Elementlerin karakteristik bileşiklerinin oluşmasıyla maddenin bileşimi belirlenir.

İnorganik bileşiklerin niteliksel analizi iyonik reaksiyonlara dayanır ve katyon ve anyon formundaki elementlerin tespit edilmesini mümkün kılar. Örneğin Cu 2+ iyonları, parlak mavi 2+ kompleks iyonunun oluşmasıyla tanımlanabilir. Organik bileşikler analiz edilirken genellikle C, H, N, S, P, Cl ve diğer elementler belirlenir. Numunenin yanmasından sonra karbon ve hidrojen belirlenir ve açığa çıkan karbondioksit ve su kaydedilir. Diğer unsurları tespit etmek için çeşitli teknikler vardır.

Kalitatif analiz kesirli ve sistematik olarak ikiye ayrılır.

Fraksiyonel analiz, spesifik ve seçici reaksiyonların kullanımına dayanır; bu sayede, istenen iyonların, test çözeltisinin ayrı kısımlarında herhangi bir sırayla tespit edilmesi mümkün olur. Kesirli analiz, bileşimi yaklaşık olarak bilinen bir karışımda bulunan sınırlı sayıda iyonun (birden beşe kadar) hızlı bir şekilde belirlenmesini mümkün kılar.

Sistematik analiz, belirlemeye müdahale eden tüm diğer iyonların bulunmasından ve çözeltiden uzaklaştırılmasından sonra tek tek iyonların saptanmasının spesifik bir dizisidir.

Ayrı iyon grupları, iyonların özelliklerindeki benzerlikler ve farklılıklar kullanılarak, grup reaktifleri adı verilen, bütün bir iyon grubuyla aynı şekilde reaksiyona giren maddeler kullanılarak izole edilir. İyon grupları alt gruplara ayrılır ve bunlar da sözde kullanılarak tespit edilen bireysel iyonlara bölünür. Bu iyonların karakteristik analitik reaksiyonları. Bu tür reaksiyonlara mutlaka analitik bir işaret, yani bir dış etki - çökelme, gaz oluşumu, çözeltinin rengindeki bir değişiklik eşlik eder.

Analitik reaksiyon özgüllük, seçicilik ve duyarlılık özelliğine sahiptir.

Özgüllük, belirli koşullar altında diğer iyonların varlığında belirli bir iyonu bir veya başka bir karakteristik özelliğe (renk, koku vb.) göre tespit etmenize olanak tanır. Bu tür nispeten az sayıda reaksiyon vardır (örneğin, bir alkalinin ısıtıldığında bir madde üzerindeki etkisi ile NH4 + iyonunun tespit edilmesi reaksiyonu). Kantitatif olarak reaksiyonun özgüllüğü, belirlenecek iyon konsantrasyonları ile girişim yapan iyonların oranına eşit olan sınırlayıcı oranın değeriyle tahmin edilir. Örneğin, Co2+ iyonlarının varlığında dimetilglioksimin etkisiyle Ni2+ iyonu üzerindeki bir damla reaksiyonu, Ni2+'nın Co2+'ya 1:5000'e eşit sınırlayıcı oranında başarılı olur.

Reaksiyonun seçiciliği (veya seçiciliği), benzer bir dış etkinin yalnızca reaksiyonun pozitif etki sağladığı sınırlı sayıda iyonla mümkün olması gerçeğiyle belirlenir. Seçicilik derecesi (seçicilik) ne kadar büyükse, reaksiyonun olumlu etki sağladığı iyonların sayısı o kadar küçüktür.

Reaksiyonun hassasiyeti birbiriyle ilişkili bir dizi değerle karakterize edilir: tespit limiti ve seyreltme limiti. Örneğin, sülfürik asidin etkisiyle Ca2+ iyonuna mikrokristalloskopik bir reaksiyonda tespit sınırı, bir damla çözeltide 0,04 μg Ca2+'dir. Sınırlayıcı seyreltme (V öncesi, ml) şu formülle hesaplanır: V öncesi \u003d V 10 2 / C dk, burada V, çözeltinin hacmidir (ml). Sınırlayıcı seyreltme, belirlenecek iyonun 1 g'ının çözeltinin hangi hacminde (ml olarak) bulunduğunu gösterir. Örneğin, K + iyonunun sodyum heksanitrosokobaltat - Na3 ile reaksiyonunda sarı kristalli bir K2Na çökeltisi oluşur. Bu reaksiyonun hassasiyeti, 1:50.000'lik sınırlı seyreltme ile karakterize edilir. Bu, bu reaksiyonu kullanarak 50.000 ml su içinde en az 1 g potasyum içeren bir çözeltide bir potasyum iyonu açabileceğiniz anlamına gelir.

Niteliksel analizin kimyasal yöntemleri yalnızca az sayıda element için pratik öneme sahiptir. Çok elementli, moleküler ve fonksiyonel (fonksiyonel grupların doğasının belirlenmesi) analizi için fizikokimyasal yöntemler kullanılır.

Bileşenler temel (ağırlıkça %1 - 100), minör (ağırlıkça %0,01 - 1) ve safsızlık veya eser (ağırlıkça %0,01'den az) olarak ayrılır.

Analiz edilen numunenin kütlesine ve hacmine bağlı olarak makroanaliz ayırt edilir (0,5 - 1 g veya 20 - 50 ml),

yarı mikroanaliz (0,1 - 0,01 g veya 1,0 - 0,1 ml),

mikroanaliz (10 -3 - 10 -6 g veya 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramikroanaliz (10 -6 - 10 -9 g veya 10 -4 - 10 -6 ml),

alt mikroanaliz (10 -9 - 10 -12 g veya 10 -7 - 10 -10 ml).

Analiz edilen bileşenler atomlar ve iyonlar, elementlerin izotopları, moleküller, fonksiyonel gruplar ve radikaller, fazlar olabilir.

Belirlenen parçacıkların niteliğine göre sınıflandırma:

1.izotopik (fiziksel)

2. elementel veya atomik

3. moleküler

4. yapısal grup (atom ve moleküler arasında ara madde) - organik bileşiklerin moleküllerindeki bireysel fonksiyonel grupların tanımı.

5. aşama - mineraller gibi heterojen nesnelerdeki kalıntıların analizi.

Diğer analiz sınıflandırma türleri:

Brüt ve yerel.

Tahribatlı ve tahribatsız.

İletişim ve uzaktan.

ayrık ve sürekli.

Analitik prosedürün önemli özellikleri, yöntemin hızlılığı (analizin hızı), analizin maliyeti ve otomasyon olasılığıdır.

Herhangi bir analiz yöntemi, belirli koşullar altında, incelenen maddeleri oluşturan belirli temel nesneler (atomlar, moleküller, iyonlar) tarafından verilen belirli bir analitik sinyali kullanır.

Analitik bir sinyal hem niteliksel hem de niceliksel bilgi sağlar. Örneğin, analiz için çökelme reaksiyonları kullanılıyorsa, bir çökeltinin görünümünden veya yokluğundan niteliksel bilgi elde edilir. Kantitatif bilgi çökeltinin ağırlığından elde edilir. Bir madde belirli koşullar altında ışık yaydığında, niteliksel bilgi, karakteristik renge karşılık gelen dalga boyunda bir sinyalin (ışık emisyonu) ortaya çıkmasıyla elde edilir ve niceliksel bilgi, ışık radyasyonunun yoğunluğundan elde edilir.

Analitik sinyalin kaynağına göre analitik kimya yöntemleri kimyasal, fiziksel ve fizikokimyasal yöntemler olarak sınıflandırılabilir.

İÇİNDE kimyasal yöntemler kimyasal bir reaksiyon gerçekleştirir ve elde edilen ürünün kütlesini - gravimetrik (ağırlık) yöntemlerle veya maddeyle etkileşim için kullanılan reaktifin hacmini - titrimetrik, gaz hacimsel (hacimsel) yöntemlerle ölçer.

Gaz hacim ölçümü (gaz hacimsel analizi), bir gaz karışımının kurucu kısımlarının bir veya başka bir emici ile doldurulmuş kaplarda seçici olarak emilmesine ve ardından bir büret kullanılarak gaz hacmindeki azalmanın ölçülmesine dayanır. Böylece, karbondioksit bir potasyum hidroksit çözeltisi, oksijen - bir pirogallol çözeltisi, karbon monoksit - bir amonyak bakır klorür çözeltisi tarafından emilir. Gaz hacim ölçümü, ekspres analiz yöntemlerini ifade eder. Gp ve minerallerdeki karbonatların belirlenmesinde yaygın olarak kullanılır.

Kimyasal analiz yöntemleri, cevherlerin, kayaların, minerallerin ve diğer malzemelerin analizinde, bunların içindeki bileşenlerin yüzde onda biri ila birkaç onluk bir içeriğe sahip olarak belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kimyasal analiz yöntemleri yüksek doğrulukla karakterize edilir (analiz hatası genellikle yüzde onda biridir). Ancak bu yöntemlerin yerini giderek daha hızlı fizikokimyasal ve fiziksel analiz yöntemleri almaktadır.

Fiziksel Yöntemler Analizler, maddelerin bileşiminin bir fonksiyonu olan bazı fiziksel özelliklerinin ölçümüne dayanmaktadır. Örneğin refraktometri, ışığın göreceli kırılma indekslerinin ölçülmesine dayanır. Bir aktivasyon tahlilinde izotopların vb. aktivitesi ölçülür.Çoğunlukla, tahlil sırasında ön hazırlık olarak bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirilir ve elde edilen ürünün konsantrasyonu, örneğin absorpsiyon yoğunluğu gibi fiziksel özelliklerle belirlenir. renkli reaksiyon ürünü tarafından ışık radyasyonunun azaltılması. Bu tür analiz yöntemlerine fizikokimyasal denir.

Fiziksel analiz yöntemleri, yüksek verimlilik, elemanların düşük tespit limitleri, analiz sonuçlarının objektifliği ve yüksek düzeyde otomasyon ile karakterize edilir. Kayaç ve minerallerin analizinde fiziksel analiz yöntemleri kullanılmaktadır. Örneğin, atomik emisyon yöntemi granit ve kayraklarda tungsteni, kayalarda ve fosfatlarda antimon, kalay ve kurşunu belirler; atomik absorpsiyon yöntemi - silikatlarda magnezyum ve silikon; X-ışını floresansı - ilmenit, manyezit, alümina içindeki vanadyum; kütle spektrometrik - ay regolitindeki manganez; nötron aktivasyonu - yağda demir, çinko, antimon, gümüş, kobalt, selenyum ve skandiyum; izotopik seyreltme yöntemi - silikat kayalarında kobalt.

Fiziksel ve fiziko-kimyasal yöntemlere bazen araçsal denir, çünkü bu yöntemler, analizin ana aşamalarını gerçekleştirmek ve sonuçlarını kaydetmek için özel olarak uyarlanmış araçların (ekipman) kullanılmasını gerektirir.

Fiziksel ve kimyasal yöntemler analiz, analitin kimyasal dönüşümlerini, numunenin çözünmesini, analiz edilen bileşenin konsantrasyonunu, müdahale eden maddelerin maskelenmesini ve diğerlerini içerebilir. Bir maddenin kütlesinin veya hacminin analitik bir sinyal görevi gördüğü "klasik" kimyasal analiz yöntemlerinden farklı olarak, fizikokimyasal analiz yöntemleri, analitik bir sinyal olarak radyasyon yoğunluğunu, akım gücünü, elektriksel iletkenliği ve potansiyel farkı kullanır.

Spektrumun çeşitli bölgelerinde elektromanyetik radyasyonun emisyonu ve emiliminin incelenmesine dayanan yöntemler büyük pratik öneme sahiptir. Bunlara spektroskopi (örneğin, ışıldayan analiz, spektral analiz, nefelometri ve türbidimetri ve diğerleri) dahildir. Önemli fizikokimyasal analiz yöntemleri arasında, bir maddenin elektriksel özelliklerinin ölçümünü (kulometri, potansiyometri vb.) kullanan elektrokimyasal yöntemlerin yanı sıra kromatografi (örneğin, gaz kromatografisi, sıvı kromatografisi, iyon değişim kromatografisi, ince tabaka kromatografisi) yer alır. ). Kimyasal reaksiyonların hızlarının (kinetik analiz yöntemleri), reaksiyonların termal etkilerinin (termometrik titrasyon) ve ayrıca manyetik alanda iyonların ayrılmasına (kütle spektrometresi) ölçülmesine dayanan yöntemler başarıyla geliştirilmiştir.