Аналитические реакции

Раздел 2:Химические методы анализа

Основная задача химического анализа - определение качественного и количественного состава веществ и их структуры

Классификация методов химического анализа:

· -по цели анализа

-качественный

 -количественнымй.

Анализ любого вещества всегда начинается с его идентификации, то есть определения качественного состава, что определяет, к какой группе веществ его отнести; только после этого проводится количественный анализ (определяется содержание интересующих компонентов в анализируемом материале).

Количественный анализ определяет общее содержание элементов в пробе, содержание главных элементов и затем содержание примеси.

· в зависимости от массы вещества:

-макроанализ (для анализа берут 0,1-1 г);

-полумикроанализ (0,01-0,1 г);

-микроанализ (0,001-0,01 г);

-ультрамикроанализ (0,0001-0,001 г);

-субмикроанализ (0,00001-0,0001 г).

В химическом анализе используют химические реакции, которые называют аналитическими

Требования к аналитическим реакциям:

-должны протекать с достаточной скоростью (практически мгновенно)

-дожны быть практически необратимы

-не должны иметь побочных реакций

-должны иметь видимый эффект (изменение окраски, выделение газа, выпадение осадка, изменение окраски индикатора)

В ряде случаев, если не удается выбрать достаточно чувствительную реакцию, проводят дополнительно физические испытания, например, спектральный анализ.

Качественный химический анализ выполняется с применением аналитических реакций для конкретных определяемых компонентов. Эти реакции называют качественными (частными)

Количественные определения выполняются двумя классическими химическими методами:

-гравиметрический (весовой) метод анализа

-титриметрический (объемный) метод анализа

 

 

Тема: Качественный химический анализ

Учебник А.А.Ищенко «Аналитическая химия» стр.72-128

Методы качественного анализа

Первоначальная задача при исследовании любого материала – его качественный анализ на содержание наиболее распространенных неорганических ионов, поскольку знание элементного состава исследуемого материала и степенней окисления присутствующих элементов во многом определяет его структуру и свойства.

Задачи качественного химического анализа – обнаружение в исследуемом образце и идентификация строго определенных компонентов: химических элементов или ионов, функциональной группы или какого- либо конкретного химического вещества. Этот анализ осуществляется как с помощью химических реакций, так и в результате наблюдения некоторых физических свойств веществ. В ходе его так же можно приблизительно оценить содержание этого вещества в образце: большое, малое, очень малое, следы.

 

Аналитические реакции

Способность реакции показывать аналитический эффект при очень малых содержаниях определяемого вещества. Чувстви-тельность реакции характеризуют: открываемый минимум, пре-дел обнаружения, произведение растворимости.

Минимальное количество вещества, [мкг], которое может быть открыто (выявлено) в минимальном объеме пробы (в одной кап-ле раствора).

Минимальная концентрация вещества, [мкг/мл, мг/л, моль/л, % и т.д.], при которой аналитическая реакция дает положительный эффект.

Произведение концентраций ионов [M m+ ] и [А а- ], [моль/л], нахо-дящихся в равновесии с осадком М а А m:

ПРМ а А m = [M m+ ] а · [А а- ] m

Способность реакции давать аналитический эффект с ограничен-ным числом веществ (наивысший случай селективности – специ-фичность, когда аналитический эффект возникает только при на-личии одного единственного вещества).

Реактивы, используемые для разделения изучаемых ионов на аналитические группы. Реакции, применяемые для открытия отдельных ионов, называются характерными.

							27
Примеры аналитических реакций							Таблица 1
Реакции,		Примеры				Аналитический	Примеры
процесс	уравнений реакций					эффект	открываемых
							ионов и веществ
Осаждения	Ba +2+	SO 42-		=	BaSO 4¯	Образование белого	Ba +2, SO 42-
						осадка
Кислотно-основ-	CO 2-+2 H		O +		= CO - +3	Выделение пузырьков	CO 2-
ные	3	3			2	газа	3
Окислительно-	Mn +2+	2 H	O = MnO ¯ +			Образование темно-ко-	Mn + 2
восстановительные		2		2	2	ричневого осадка
Комплексообразо-	Fe +3+3 SCN -				= Fe (SCN)	Появление красной	Fe +3
вания						окраски раствора
Этерификации	CH 3 COOH + C 2 H 5 OH =					Появление запаха гру-	CH 3 COOH
	= CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O					ши
Экстракции	I 2(водн.) + C 6 H 6 = I 2(орг.)					Фиолетовый экстракт	I 2

Для качественного анализа пригодны только те реакции, которые сопровождаются заметным, характерным только для этого вещества, изменением реакционной смеси – аналитическим эффектом. Аналитическим эффектом может быть появление (или исчезновение) осадка, окраски, выделениегазов, способность экстрагироваться несмешивающимся с водой растворителем, характерной окраской пламени при внесении в него испытуемой пробы и т.п. В качестве таких реакций могут быть взяты реакции разных типов, примеры – в табл. 2. Кроме того качественная реакция должна обладать высо-кой чувствительностью и селективностью (табл.2).

 

Таблица 2

Основные понятия и определения качественного анализа Основные понятия -                        Определения

 

Чувствительность ана-литической реакции

 

 

Открываемый мини-мум (ОМ)

 

Предел обнаружения (ПрО)

 

Произведение раство-римости осадка (ПРМ а -

А m)

 

Селективность анали-тической реакции

 

 

Групповые реагенты

28

 

Если содержание вещества в пробе меньше, чем ОМ или ПрО, то это вещество может остаться не открытым, и необходимо искать более чувствительную реакцию (с меньшим значением произведения растворимости) или прибегнуть к какому-либо способу концентрирования раствора (например, к упариванию, сорбции, экстракции), чтобы концентрация раствора превысила ПрО.

 

· Методы проведения качественного анализа

 

Для проведения качественногоанализа используют систематический идробный методы.

Систематический метод идентификации основан на переведении пробы в раствор, разделении смеси ионов на группы и подгруппы с помощью групповых реагентов, а затем в пределах этих групп обнаружении отдельных ионов характерными реакциями. Такой способ позволяет значительно увеличить количество получаемой аналитической информации и повысить ее надежность.

Дробный метод основан на непосредственном определении данного элемента или иона в объекте с помощью качественной реакции. Обнаружение иона осуществляется в два приема: сначала из раствора устраняются (маскируются) мешающие ионы, а затем с помощью характерной реакции осуществляется обнаружение определяемого иона.

 

На практике используют оба метода и по отдельности, и в сочетании. Для определения катионов обычно предпочитают проводить систематический качественный анализ, а для определения анионов – дробный.

Группы реагентов (групповые реагенты) - это реагенты (химические вещества), взаимодействующие с определенной группой ионов с одинаковым или близким аналитическим эффектом, и позволяющие отделить одну группу ионов от другой (групповые реагенты разделения).

Основное назначение групповых реагентов – предварительное разделение смеси ионов на меньшие по составу группы путем перевода части ионов в осадок.

Групповые реагенты, применяемые в качественном анализе:

-общие: реагируют преимущественно со всеми ионами (например: ще-лочи, гидроксид аммония, анионы сильных и слабых кислот, цинк);

-групповые: взаимодействуют более чем с тремя ионами;

-специфические или характерные для данного иона: действуют только на определенный ион.

· Способы проведения аналитических реакций: «сухой» и «мокрый». При «сухом» способе реагенты берут в твердом состоянии: реакции рас-

тирания порошков; получение стекловидных шариков при плавлении небольших количеств анализируемого вещества с бурой или дигидрофосфатом аммония; окрашивание пламени.

При «мокром» способе предварительно растворяют реагенты в воде, кислоте или щелочи и аналитические реакции проводят, вводя в исследуемый раствор определенные реактивы, дающие с открываемым ионом характерный продукт взаимодействия.

К мокрым способам анализа относят все виды определений, при которых анализируемое вещество предварительно переводят в раствор. Это такие методы, как: пробирный анализ, капельный, экстракционный и микрокристаллоскопический. В качестве растворителя чаще всего используют воду, реже – органические растворители (CCl₄, бензол, спирты и эфиры) из-за их летучести и токсичности.

Пробирный анализ выполняют в цилиндрических пробирках объемом 5 – 10 мл, в которые отбирают примерно 0,5 – 1 мл анализируемого раствора и добавляют по каплям реагент. Так как большинство реакций очень чувствительны и протекают с высокой скоростью, то в среднем добавляют 3 – 5 капель реагента, которых вполне достаточно для появления четкого аналитического признака. При необходимости анализ может выполняться с нагревом на водяной или песочной бане, или на газовой горелке.

Капельный анализ является методом химического анализа, в котором один или все компоненты реакции (обычно рассматриваемая субстанция) используется в виде капли. Анализ капельный начали использовать достаточно давно использование капельных реакций на бумаге для аналитических целей известно с 1834, а 1920 российский ученый М.А. Тананаев разработал капельный метод анализа в аналитической химии, в частности обосновал его теорию и практику.

Основные особенности капельного анализа заключаются в использовании наиболее характерных и чувствительных реакций при очень малом расходе веществ-реагентов и времени для анализа (при приблизительно в 3-10 раз меньше, в сравнении с пробирочным методом анализа), а также простоте оборудования.

 

Микрокристаллоскопический анализ основан на идентификации ионов по цвету и форме кристаллов. Он предложен академиком Ловиц Т. Е. в 1798 г. Реакцию проводят на предметном стекле, куда наносят каплю исследуемого препарата и реагента. Рост кристаллов и их окраску наблюдают в микроскоп и сравнивают с образцами в определителях. При необходимости ускорения роста кристаллов препарат слегка подсушивают.

 

 

29