Первоначальная задача при исследовании любого материала – его качественный анализ на содержание наиболее распространенных неорганических ионов, поскольку знание элементного состава исследуемого материала и степеней окисления присутствующих элементов во многом определяет его структуру и свойства.
В химическом анализе для выявления присутствия-отсутствия веществ используют химические реакции. Для качественного химического анализа пригодна далеко не каждая химическая реакция, а лишь те из них, которые сопровождаются заметным, характерным для определенного вещества, изменением реакционной смеси – аналитическим эффектом. Аналитическим эффектом может быть появление (или исчезновение) осадка, окраски, выделение газов, способность экстрагироваться несмешивающимися с водой растворителем, характерной окраской пламени при внесении в него испытуемой пробы и т.п. Все реакции, которые сопровождаются заметным изменением реакционной смеси, могут быть использованы для качественного анализа и в этом случае названы аналитическими. Кроме ярко выраженного аналитического эффекта аналитическая реакция, применяемая в качественном анализе, должна обладать высокой чувствительностью и характеризоваться достаточной селективностью.
|
|
Реактивы, используемые для разделения изучаемых ионов на аналитические группы, называют групповыми реагентами, а реактивы (и соответственно, реакции), применяемые для открытия отдельных ионов, - характерными.
Рассмотрите кислотно-основную классификацию катионов и аналитическую классификацию анионов. Изучите и запишите характерные реакции на приведенные в программе катионы и анионы. Установите, какая из реакций на данный ион является более чувствительной и специфичной.
Из темы 1.4 необходимо усвоить следующее.
Ионное произведение воды: [Н+] [ОН־] = 10-14
При вычислении рН растворов сильных кислот и оснований (Кдис>10-2) исходят из предположения, что они полностью диссоциируют на ионы. Поэтому считают, что в растворе сильной кислоты концентрация ионов Н+ равна исходной молярной концентрации эквивалентных частиц этой кислоты.
[Н+] = Скисл = С(НХ), где НХ – сильная кислота
рН = - lg [Н+] = - lg Скисл = - lg С(НХ)
В растворе сильного одноосновного основания концентрация ионов ОН־ равна исходной молярной концентрации эквивалентных частиц этого основания
[OH־] = Сосн = С(КtОН), где КtОН сильное основание,
рОН = - lg [ОН־] = - lgСосн = - lgС(КtОН); рН = 14-рОН
Слабые кислоты и слабые основания в растворах диссоциируют не полностью. Как следствие этого, концентрация ионов водорода в растворах таких кислот всегда меньше исходной молярной концентрации эквивалентных частиц.
|
|
[Н+] =
Концентрация ионов гидроксида в растворах слабых оснований всегда меньше исходной молярной концентрации его эквивалентных частиц.
[OH־] =
Многоосновные кислоты и основание в водном растворе диссоциируют ступенчато. Диссоциация по каждой последующей ступени происходит в меньшей степени, чем по предыдущей. Как, правило, учитывают только первые две ступени диссоциации. Диссоциацией и образованием Н+ или ОН־ на последующих ступенях пренебрегают.
Буферными являются растворы, поддерживающие практически постоянное значение рН при добавлении и концентрировании в системе.
рН буферных растворов:
- сопряженной пары кислоты основание типа НА/А־ (например, СН3СООН и СН3СООNа):
рН = рКа + lg , где рКа = - lgКа
Ка – константа диссоциации слабой кислоты;
С(Аn־) – концентрация сопряженного основания, т.е. анионов;
С(НАn) – концентрация слабой кислоты.
- сопряженной пары основание кислота типа В/ВН+ (например, NН3Н2О и NН4Cl):
рОН = рКв + lg, где Кв = - lgКв
рН = 14 – рОН = 14 – рКв + lg
Кв – константа диссоциации слабого основания;
С(В) – концентрация сопряженной кислоты;
С(ВН+) – концентрация слабого основания.