Качественный анализ

Качественный анализ.
Вводная.
План:
1. Предмет и задачи аналитической химии.
2. Качественный анализ и его методы.
3. Специфичность и чувствительность реакций.
4. Кислотно-основная система кат анализа катионов.
А.х. – называют науку о методах определения состава и структуры
химических систем. Хим система может представлять собой инд
соединение, смесь в-в, какой-либо материал. Состав в-в и материалов
имеет качественную и количественную характеристики.
В задачи а.х. как науки входит:
1) Изыскание и исследование аналитических свойств и аналитических
реакций в-в.
2) Изучение взаимосвязи между строением в-в и их аналитическими
свойствами.
3) Изучение и разработка методов разделения веществ.
4) Создание на основе аналитических св-в и аналитических реакций в-в
методов хим анализа.
Хим анализ в зависимости от решаемых задач разделяют на качественный,
количественный, структурный и системный.
Качественный анализ предназначен для качественного обнаружения
веществ, элементов, ионов, функциональных групп, а также включает
задачи идентификации в-в – установление их аналогии с определенным
стандартом. Для идентификации используют комплекс методов, выясняя
сходство состава, строения, физ св-в в-ва и эталона.
Качественным анализом устанавливают количество элементов(ионов),
функциональных групп в в-ве или в-в в материалах. Кроме того, с его
помощью опред примеси, ведут постадийный контроль технологических
процессов. Количественный анализ проводят для оценки качества в-в и
материалов, т.к. оно зависит от их состава.
Структурный анализ предназначен для исследования структур в-в. Так,
одним из последн достижений структурного анализа в биохимии является
открытие спиральной структуры белка.
Системный анализ – используется при изучении сложных химических
систем и включает исследование взаимод молекул и атомов различных вв.
2. Методы качественного анализа делятся на физические, физикохимические и химические. Анализ в-ва могут быть в твердом, жидком и
газообразном состоянии.
К физическим методам анализа относятся:
- спектральный анализ
- люминисцентный
- ренгреноструктрный
- масс – спектральный
- микрокристаллоскопический
- хроматографический
- метод меченых атомов
В соответствие с этим и меняется методика проведения качественных
реакций.
В качественном анализе применяются сухой и мокрый методы.
С сухими веществами проводят мирохимические реакции – это пробы
окрашивания пламени, получение окрашенных перлов, металлических
корольков, а также применяется метод растирания в-в с твердым
реактивом.
Но наиб применение получили реакции происход в р-ре. В-ва сначала
переводят в р-р, затем проводят качественные реакции. В связи с этим
различают
осадочные,
микрокристаллоскопические,
цветные,
газообразующие
экстракционные,
реакции.
Примером
цветной реакции является обнаружение йода р-ром крахмала, который
приобр синий цвет в крис йода.
При исследовании в-в и различн мат применяют дробный или
систематический анализ. дробный анализ проводят с отдельными
порциями р-ра или порошка в присутствии всех компонентов пробы. С
использованием
качеств
предусматривает
разделение
реакций
систематический
смесей
групповыми
анализ
реагентами,
позволяющими отделить группу в-в проводить их обнаружение после
разделения или выделения.
В зависимости от величины навески методы качественного анализа делят
на макро-, полумикро-, микро- и ультра- микрометоды.
Макроанализ
грамм-метод
г. 1-10
мл 10-100
полумикроанализ
сантиграмм-метод 0,05-0,5
микроанализ
миллиграмм-метод 0,001-10-6 0,1 – 10-4
1-10
ультрамикроанализ микрограмм-метод 10-6-10-9
10-4-10-6
субмикроанализ
10-7-10-10
нанограмм-метод
10-9-10-12
3. В качественном анализе не все реакции имеют практическое значение.
Особое значение имеют специфические реакции, кот предназначены для
обнаружения в-ва или
иона в присутствии других ионов, в-в. Более широко используются
избирательные
или
селективные,
реакции,
которые
проходят
с
несколькими ионами или в-вами. Например:
Cl – образ осадки с Ag+, Hg22+, и эта реакция является селективной для указ
ионов.
Повышение специфичности – одна и задач а.х. Для этой цели
применяются методы маскирования, или удаления, мешающих ионов, для
чего используют окисление или восстановление, комплексообразование.
Чувствительность анал реакций определяет возможность обнаружения вва или иона в р-ре. Ее хар-ют открываемым минимумом или линией
концентрации.
Открываемый минимум – наименьшее кол-во в-ва в микрограммах, кот
можно обнаружить данной реакцией. Напр: откр минимум для Cu 2+ реакц
с р-ром аммиака составляет 0,2 мкг.
Минимальное разбавление – минимум конц р-ра, при котором реакция
дает результат. Миним разб выражают в виде отношения массы в-ва к
обьему р-ра. Напр: для реакции Cu2+ с аммиаком линией разб 1:250000,
что означает содержание 1 г Cu2+ в 250000 см3 р-ра, при котором еще
можно этой реакцией открыть ион меди:
Mоткр = Спред * V * 106 ;
C = m / V * 106
Величина обратная минимуму разб – предельное разбавление Д = 1 / С –
означает, в каком объеме раств должен содерж 1 г в-ва, чтобы р-я была
еще заметна.
Р-я будет тем чувствительнее, чем меньше предельная конц или чем
больше пред разбавление исслед р-ра.
Минимальным объемом предельно разб р-ра наз объем р-ра, содерж
открыв мин определяемого иона.
Если в ф-ле вместо Спред дано Vпред, то
M = Vмин * 106 / Vпред
Например: вычислить открыв минимум р-и открытия ионов меди, если
предельн концентрация ионов Cu2+ в р-ре равна 1:250000 г/мл, миним
объем исслед р-ра необходимо для открытия иона Cu2+ действием
гидроксида аммония, равен 0,05 мл.
Решение:
M = Cпред * Vмин *106 = (1 / 250000) * 0,05 *106 = 0,2
Значение чувств анал реакц и умение рассчит ее позволяет сознательно
выбирать необход реактивы, брать опред объемы реагир р-ров и тем
самым экономить реактивы и время на выполнение анализа.
Считается, что наиб рас 25 катионов и примерно столько же анионов. Они
образ 600 только средних солей, однако для рас. необходимо только знать
р-и 50 важн ионов. Для удобства изуч с-ва ионов, их делят по хим или по
физ св-вам на аналит группы. У нас принято 6 сист нач анализа. Мы будем
польз кислотно-основной, предлож для пединститутов Бесковым С.Д.
Смуковской О.А.
Аналит классифик катионов долгое время считалась условной. Однако
если внимательно рассмотреть растворимость сульфидов, гидроксидов и
разн солей, то она как и все св-ва элементов функционально связаны с
электронной конфигурацией атомов или ионов. Из курса н.х. хим в-ва
атомов элементов и их ионов зависят кроме того от заряда и радиуса иона,
от ионного потенциала, от основности, амфотерности и кислотности
анализируемых в-тв, от способности образ комплексы, от поляризуемости
ионов и их способности вызывать поляризацию других ионов, от pH р-ра.
Рассмотрим на осн. Этих хар-к основные особенности катионов аналит
групп.
1 группа. Так соли катионов 1 группы представляют собой бесцветные
ионные кристаллич в-ва. в окрашенных солях окраска зависит от аниона.
Больш солей хорошо растворяются в воде. Известно лишь несколько
солей,
обладающих
незначительной
растворимостью.
Они-то
и
используются в аналит практике для осаждения и открытия катионов 1
группы. Установлено, что крупные тяжелые катионыс крупными же
атомами
образуют
более
устойчив
соли.
Например:
NaClO4
и
Na3[Co(NO2)6] хорошо раств в воде. При взаимод с солями калия дают
нераств осадки типа MeClO4 и MeH[Co(NO2)6]. К 1 группе катионов
относятся катионы щелочн металлов и NH4+, котор по ионному радиусу
заним промежуточное положение между K+ и Rb+ и вступ в реакц с
реагентами на ион K+. Атомы их облад единств 1s e- располож на внешнем
уровне. Эти элементы хfр-ся min значением потенциалов ионизации и
образованием катионов сферической симметрии, кот обуславливает их
устойчивость. Хим св-ва этих катионов опред-ся главн обр электростат
взвимод хим связи их имеют обычный ионный хар-р.
2 аналитическая группа. Сюда относ катионы щелочноземельн металлов.
Атомы этих элементов имеют на внешн уровне 2s электр. После отдачи
внешн электронов, образуются двухзарядные катионы, кот имеют
электронную конфигурацию инертн газов с 8-электрон внешним уровнем.
Это обуславливает их устойчивость, т.е. слабую поляризуемость, а след и
ионный х-р их связей.
Хти и физ св-ва кат 3 группы послед применяются по мере увеличения
атомной массы и размеров ионного радиуса. Гидроксиды катионов 3
группы довольно сильные щелочи. Растворимость и сила гидр новым от
Ca и Ba. Групповой реагент H2SO4, осажд в виде MeSO4. ПР уменьш от Ca
к Ba.
ПР CaSO4 = 9,1 * 10-6 , поэтому осаждение ионов Ca2+ разб H2SO4
неполное.
Литература.
1) Аналитическая химия. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солоднин
И.С., М. «Просв» 1975 г.
2) Пономарев В.Д., Аналит химия в 2 ч.
и.х. Количественный анализ М. «Высш школа» - 288 с. 1982 г.
3) Васильев В.П., Анал химия в 2 ч. М. Высш школа. 1989 г.
4) Сборник задач и упражнений по анал химии Здешнева Г.Ф., Сидорска
Э.А., М. «Просв» 1981 г
5)
Сборник вопросов и задач по аналитической химии Под ред.
Васильева М. Высш школа -1976 г.- 216 с.