Теоретичні основи якісного аналізу (частина І)



Скачати 94.52 Kb.
Дата конвертації31.03.2017
Розмір94.52 Kb.

Лекція 2


Теоретичні основи якісного аналізу (частина І)
Теоретичні основи якісного аналізу (частина І)
План

  1. Методи якісного аналізу.

  2. Класифікація методів якісного аналізу за кількістю взятої на аналіз речовини.

  3. Розчинність речовин і застосування цієї властивості в аналізі.

  4. Теорія електролітичної дисоціації в аналітичній хімії.

  5. Іонні рівняння реакцій. Аналітичні реакції, як такі, що відбуваються між іонами.

  1. Методи якісного аналізу.

Реакції, які застосовуються в якісному хімічному аналізі, частіш за все проводять в розчинах. Для розчинення аналізуємої речовини застосовують дистильовану воду, оцтову і мінеральні кислоти, водний розчин аміаку, органічні розчинники і т. д. Зрозуміло, що чистота розчинників є важливою умовою для одержання точних результатів. Хімічний аналіз речовин в розчинах називають аналізом мокрим шляхом. Аналіз мокрим шляхом проводять головним чином в циліндричних або конічних ретельно вимитих пробірках.

В деяких випадках речовини аналізують сухим шляхом, без попереднього переведення їх в розчини. До цих методів відноситься пірохімічний аналіз, який базується на нагріванні аналізуємої твердої речовини або її зтопленні з відповідними реагентами. При нагріванні речовини у так званій калильній трубці (з міркувань техніки безпеки на аналіз брати не більше 0,1 г речовини!) речовина може сублімувати. Так, наприклад, препарати ртуті при нагріванні з содою утворюють сіре дзеркало згідно реакції:

2Hg(NO3)2 + 2Na2CO3 = 2Hg + 4NaNO2 + 2CO2 + 3O2,

в інших випадках утворюється водяна пара та різноманітні гази. Як можна в першому наближенні ідентифікувати речовину цим способом, видно з табл. 1.



Таблиця 1.

Гази

H2O

O2

CO, CO2

N2O, NO, NO2

Cl2, Br2, I2

NH3

С

п

о



л

у

к



и

Кристало-гідрати, органічні сполуки, гідроксиди, основні або кислі солі

Пероксиди, нітрати, хлорати, перманга-нати

Оксалати, органічні сполуки, карбонати

Нітрати, нітрити

Хлориди, броміди, йодиди, їх кисневміс-ні солі

Солі амонію, цианіди, роданіди

Калильна трубка виготовляється з термостійкого, краще кварцового скла і, має розміри: ℓ = 5-6 см, d = 0,5 см.

Метод забарвлення полум’я базується на властивості атомів деяких елементів вже за відносно невисоких температур збуджуватись. Відповідні електронні переходи відбиваються на кольорі полум’я газового пальника (табл. 2).

Таблиця 2.

Елемент

Na

K

Ca

Sr

Cu

Ba

Колір полум’я

Жовтий

Фіалковий

Цегляно-червоний

Карміново-червоний

Зелений

Жовто-зелений

Для проведення такого визначення використовують платинову або ніхромову дротинку, впаяну в скляну трубку або паличку у вигляді петельки.

Деякі солі і оксиди при сплавленні з тетраборатом натрію Na2B4O7·10H2O (бура) або фосфатами, наприклад, NaNH4­HPO4·4H2O (“фосфорна сіль”) і наступному охолодженні утворюють забарвлені тверді краплі — “перли”. Метод забарвлених перлів дуже часто використовується для попередніх якісних випробувань речовини. Деякі приклади застосування методу наведені в табл. 3.


Таблиця 3.

Елемент

Забарвлення перла

В окиснювальному полум’ї

У відновлювальному полум’ї

Нікель

Кобальт


Залізо

Марганець

Хром

Мідь


Червоно-буре

Синє


Буро-жовте

Фіалкове


Смарагдово-зелене

Синє


Фіалково-сіре

Темно-синє

Зелене

Безбарвне



Жовто-зелене

Червоно-буре



Метод розтирання порошків ґрунтується на властивості деяких речовин в ході твердофазних реакцій утворювати характерні сполуки, які відрізняються від вихідних речовин кольором або запахом. Так, наприклад, при розтиранні в фарфоровій ступці суміші роданіду калію з порошком, який містить сполуки заліза (ІІІ), з’являється червоно-буре забарвлення. У присутності ж в кристалах кобальту порошок у ступці набуває синього кольору. Ці явища пояснюються утворенням відповідних роданідних сполук, згідно реакції:

3KSCN + FeCl3 = Fe(SCN)3 + 3KCl

4KSCN + CoSO4 = K2 [Co(SCN)4]+ K2SO4

Метод розтирання порошків дає можливість проводити досліди з мікрокількостями речовини, а також здійснювати ті якісні визначення, для виконання яких іншим методом потрібні високі концентрації речовин.




  1. Класифікація методів якісного аналізу за кількістю речовини, взятої на аналіз.

За кількістю речовини або суміші речовин (величиною проби), яку використовують для аналізу, розрізняють макро-, полумікро-, мікро-, субмікро- і ультромікроаналіз. В табл 4 наведенні діапазони маси і об’єму розчинів проби, які рекомендовані відділенням аналітичної хімії Міжнародного союзу чистої та прикладної хімії (ІЮПАК) для класифікації методів хімічного аналізу.

Таблиця 4.

Вид аналізу

Маса проби, г

Об’єм розчину, мл

Макроаналіз

Полумікроаналіз

Мікроаналіз

Субмікроаналіз

Ультромікроаналіз


>10-1

10-2-10-1



<10-2

10-3-10-4



<10-4

10-103

10-1-10

10-2-1

<10-2

<10-3


Ми будемо користуватись в своїй роботі полумікроаналізом, використовуючи 2-3 краплі реактивів (крапля – 0,04 мл) або не більше 0,1 г сухої речовини.

При крапельному аналізі, який за наведеною класифікацією лежить ближче до мікроаналізу, аналітичні реакції проводять на скляних чи порцелянових пластинках, або на фільтрувальному папері.

При цьому використовують всього лише краплю розчину, що аналізується, та краплю реактиву, який викликає характерне забарвлення або утворення кристалів, чи інший так званий аналітичний сигнал.

При виконанні реакції на фільтрувальному папері використовують капілярно-адсорбційні властивості паперу. Рідина всмоктується папером, а забарвлена сполука адсорбується на невеликій її ділянці, що підвищує чутливість реакції.

Так, наприклад, для відкриття нікелю на смужку фільтрувального паперу наносять краплю реактиву Чугаєва. Після того, як увесь розчин реактиву всмоктався в папір, в центр вологої плями за допомогою скляного капіляра додають краплю розчину, що містить Ni2+. В результаті утворюється яскраво-червоне кільце диметилгліоксимату нікелю.

Мікрокристалоскопічний метод аналізу ґрунтується на реакціях, в результаті яких утворюються кристали характерної форми. Для розгляду цих кристалів використовується мікроскоп. Так, наприклад, присутність в пробі сполук калію визначають по утворенню кристалів гексахлороплатинату (IV) калію. Вони уявляють собою лимонно-жовті октаедри і комбінації цих октаедрів з кубиками, що сильно заломлюють світло.

Завдяки застосуванню мікроскопа можна здійснювати аналіз дуже малих кількостей речовини. При цьому зменшуються і витрати часу. Однак застосування мікрокристалоскопічних реакцій часто обмежується необхідністю ретельного видалення сторонніх речовин, які заважають утворенню типових для аналізуємого іону кристалів.

Розглянуті методи якісного аналізу зведені в табл. 5.

Таблиця 5.

Аналіз “мокрим шляхом”

Аналіз “сухим шляхом”


Пробірочні реакції

Крапельний метод

Реакції на фільтру-вальному папері

Мікрокриста-лоскопічний метод

Піро-хімічний метод

Метод розтирання порошків

Прожарюван-ня у калильній трубці

Забарвлен-ня полум’я пальника



Метод забарвлених“перлів”





  1. Розчинність речовин і застосування цієї властивості в аналізі.

В якісному аналізі широко використовується така важлива характеристика речовин як їх розчинність. Так, (а це буде видно з наступного матеріалу), сам принцип аналітичної класифікації катіонів і аніонів базується на ступені розчинності тих чи інших їх сполук. Основою багатьох характерних аналітичних реакцій є факт утворення осадів сполук катіонів або аніонів. Часто в аналізі використовується властивість речовин змінювати свою розчинність зі зміною температури, явище дестабілізації пересичених розчинів шляхом створення центрів кристалізації. Так, при визначенні калію у вигляді гідротартрату рекомендується для пониження розчинності сполуки потримати розчин під струменем холодної водопровідної води, а для руйнування утвореного перенасиченого розчину солі потерти внутрішні стінки пробірки скляною паличкою для створення центрів кристалізації.

Тому рекомендується повторити розділ загальної хімії “Розчини”.




  1. Теорія електролітичної дисоціації в аналітичній хімії.

Більшість речовин, принаймні неорганічних, які визначаються мокрим шляхом, тобто з розчинів, а також відповідних реагентів, є електролітами. Тому неможливо науково-обгрунтовано вивчати, а тим більше розвивати аналітичну хімію, не залучаючи для цього теорію електролітичної дисоціації. Згадаймо основні положення цієї теорії і деякі найважливіші наслідки з неї:

      1. усі речовини поділяються на електроліти і неелектроліти;

      2. електроліти в розчинах та розплавах розпадаються (дисоціюють) на позитивно заряджені (катіони) і негативно заряджені (аніони) іони;

      3. іони рухаються хаотично, проте при накладанні на розчин (розплав) електричного поля їх рух стає упорядкованим, виникає електричний струм (провідність другого роду);

      4. при достатній напрузі на електродах іони розряджаються, відбувається електроліз електроліту з виділенням вільних речовин;

      5. електроліти розкладаються на іони не повністю, в розчинні встановлюється рівновага між іонами і недисиційованими молекулами.

Важливими характеристиками електролітів є їх ступінь і константа дисоціації:

; KxAy xKy+ + yAx-;

За цими показниками електроліти поділяють на три групи, як це видно з табл. 6



Таблиця 6.

Показник

Сильні

Середні

Слабкі

Kдис

>10-1

10-2-10-3

<10-3

0.1H розчину

>40%

30-40%

<30%

Закон розведення В. Оствальда встановлює зв’язок між константою і ступеню дисоціації

, при <<1 Кдис=2·СМ

Ізотонічний коефіцієнт і (поправка Вант-Гоффа) пов’язані зі ступенем дисоціації  електроліту згідно формулі , де п – кількість іонів, з яких складається електроліт.




  1. Іонні рівняння реакцій. Аналітичні реакції, як такі, що відбуваються між іонами.

Багато аналітичних реакцій відбувається в розчинах між іонами, іонами і молекулами або кристалами. Тому правильніше зображати їх за допомогою не молекулярних, а іонних (точніше іонно-молекулярних) рівнянь реакцій. Рівновага таких реакцій зміщена в бік утворення погано розчинних сполук, слабких електролітів, у тому числі комплексів, і газів. Звідси випливає і правило написання рівнянь таких реакцій: в іонному вигляді подаються лише сильні, добре розчинні електроліти, решта сполук записується у вигляді молекул. Наведемо два приклади складання таких рівнянь, які стосуються аналітичних реакцій відкриття катіону амонію (лаб. робота №2). Молекулярні рівняння реакцій:

(NH4)2SO4 + 2KOH = 2NH3 + K2SO4 + 2H2O

NH3 + H2O NH3•H2O

NH4Cl + 2K2[HgI4] + 2KOH = [NH2•Hg2I2]I + 5KI + KCl + 2H2O

Відповідні іонно-молекулярні реакції виглядатимуть так:

NH4+ + OH- = NH3 + H2O

NH3 + H2O NH4+ + OH-

NH4+ + 2[HgI4]2- + 2OH- = [NH2•Hg2I2]I + 2H2O + 5I-



Очевидно, що іонні рівняння рельєфніше і в водночас більш універсально відтворюють сутність реакції, що відбуваються в розчині. Наведені реакції слід трактувати так: будь-яка сіль амонію під дією будь-якого лугу утворює аміак, а під дією реактиву Неслера — характерний осад червоного кольору.




База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка