Лекция 23. Химическая идентификация, анализ вещества
Ключевые слова: химическая идентификация, качественный и количественный
анализ, аналитический сигнал, аналитическая реакция, групповой реагент,
специфические реакции, дробный и систематический анализ, гравиметрический
метод, титриметрический метод, метод нейтрализации, метод комплексонометрии,
окислительно-восстановительное титрование, осадительное титрование. Химические,
физико-химические, физические, биологические методы анализа.
Химическая идентификация –это установление вида и состояния фаз, молекул, атомов, ионов и других составных частей вещества на основе сопоставления экспериментальных и соответствующих справочных данных для известных веществ. Идентификация – цель качественного анализа вещества, при котором определяют, из каких атомов, ионов, молекул состоит вещество. Количественный анализ– определение содержания (концентрации, массы и т.п.) компонентов в анализируемом веществе.
Все методы анализа можно разделить на химические, физико-химические, физические и биологические, в которых измеряют соответственно химические, физико-химические, физические и биологические параметры анализируемого вещества, которые зависят от его состава. При химических методах открываемый элемент переводят в какое-либо новое соединение, обладающее характерным свойством (аналитический сигнал). Происходящее при этом химическое превращение называется аналитической реакцией.
Любой катион можно идентифицировать с помощью какой-либо реакции, если удалить другие катионы, мешающие этой реакции. Существуют некоторые реакции, которые позволяют обнаружить то или иное вещество (ион) в присутствии других веществ, такие реакции называют специфическими. Так, катион NH4+ можно обнаружить в присутствии любых других действием щелочи на анализируемое вещество по характерному запаху аммиака.
NH4Cl + NaOH → NH3↑ + H2O + NaCl
Анион CO32- - при воздействии кислотой, при этом протекает реакция с образованием пузырьков диоксида углерода.
CO32- + 2H+ → H2CO3 H2O + CO2↑
Применяя специфические реакции, открывают соответствующие ионы дробным методом, т.е. непосредственно в отдельных порциях исследуемого раствора. Если открытие ионов дробным методом невозможно, используют систематический анализ, при котором ионы выделяют из сложной смеси группами. Для этого используют групповые реагенты. Групповым реагентом для ионов Ag+, Pb2+, Hg2+ является HCl, для ионов Ba2+, Sr2+, Ca2+ - (NH4)2CO3 и т.д. Если присутствует несколько катионов, используют дробный анализ, в ходе которого осаждают все труднорастворимые соединения, а затем обнаруживают оставшиеся катионы с помощью специфических реакций.
Химические методы количественного анализа делят на гравиметрический и объемный (титриметрический). Так, определить содержание Ca2+ в анализируемом веществе можно воздействием на него щавелевой кислоты.
Ca2+ + H2C2O4 → CaC2O4 + 2H+
По массе образующегося осадка определяют содержание Ca2+ в анализируемом веществе (гравиметрический метод).
Сущность титриметрического метода заключается в измерении объема рабочего раствора с точно известной концентрацией того или иного реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым компонентом. Методы объемного химического анализа подразделяются по типу реакции, лежащей в основе анализа: метод кислотно-основного титрования (нейтрализации), методы осаждения и комплексообразования, метод окисления – восстановления.
Метод нейтрализацииоснован на реакции H+ + OH- → H2O. При комплексонометрическом титрованиипроисходит связывание исследуемого иона в комплекс. В основе окислительно-восстановительного титрованиялежит реакция Ox + ne Redn-. При осадительном титровании используются реакции, связанные с осаждением определяемого иона.
Физико-химические методы анализа основаны на изучении физических свойств веществ, меняющихся в ходе химической реакции. При потенциометрическом методе измеряется потенциал электрода в исследуемом растворе, при кондуктометрическом – электрическая проводимость и т. д. Физические методы анализа основаны на использовании зависимости между физическим свойством и составом вещества. К ним относят спектральные, люминесцентный метод и т. д. Биологические методыоснованы на изучении зависимости отклика микроорганизмов на то или иное вещество.
Контрольные вопросы:
1. Основные понятия: химическая идентификация, качественный и количественный анализ, групповой реагент, специфические реакции.
2. Идентификация катионов.
3. Идентификация анионов.
4. Классификация методов количественного анализа.
5. Классификация методов титриметрического анализа.
Список рекомендуемой литературы:
1. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 499 - 515.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - 366 с.
3. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов. В 2 кн. Кн.1. Общие теоретические основы. Качественный анализ. – М.: Высшая школа, 2001. – 615 с.
4. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов. В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико- химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. - 559 с.