Основні засади якісного аналізу
Завданням якісного аналізу є виявлення («відкриття») окремих елементів або іонів, що входять до складу досліджуваної речовини. Якісний аналіз зазвичай передує кількісному, оскільки тільки знаючи, які інші елементи або іони присутні в аналізованій речовині, можна вибрати найбільш підходящий метод кількісного аналізу цієї складової частини. У той же час, якісний аналіз може дати уявлення і про кількісний зміст того чи іншого компонента в об'єкті, що аналізується: багато цього компонента, мало або тільки «сліди».
Залежно від агрегатного стану досліджуваної речовини якісні аналітичні реакції виконують «сухим» і «мокрим» способами. Важливу роль відіграють умови виконання реакцій, одним з яких є досить велика концентрація іона в розчині. У якісному аналізі застосовують тільки ті реакції,виявлений мінімум, яких не перевищує 50 мкг (10 -6 г).
Виявленню того чи іншого іону може заважати присутність сторонніх іонів у розчині. Для усунення їх впливу застосовують так звані маскуючі засоби. Велике значення для аналізу має специфічність реакцій. Проте таких реакцій не так багато. Тому частіше доводиться мати справу з селективними (виборчими) реакціями.
У якісному аналізі застосовують два методи:дрібнийісистематичний, які взаємно доповнюють один одного і мають кожну свою область застосування. При систематичному ході аналізу іони виділяють зі складної суміші цілими групами, користуючись їх однаковим ставленням до дії прогрупових реагентів. Існує аналітична класифікація іонів, в основу якої покладено відмінності в розчинності сполук, що утворюються ними,що дозволяють відокремити одні групи іонів від інших. Так, виділяютьп'ять аналітичних груп катіонів, що різняться між собою за розчинністю утворених ними карбонатів, сульфідів, хлоридів і гідроксидів, що функціонально пов'язано з електронними структурами іонів та положенням відповідних елементів у періодичній системі Д.І. Менделєєва.Аніонинайчастіше поділяють натри аналітичні групи, в основі такої класифікації лежить різна розчинність солей барію та срібла відповідних кислот.
Залежно від кількості аналізованої речовини, обсягу розчину та техніки виконання операцій розрізняють макро-, мікро-, напівмікро- та ультрамікрометоди. Найбільш зручнийнапівмікроаналіз, так як дозволяє зменшити витрату реактивів, прискорити виконання дослідження, уникнути забруднення повітря лабораторії шкідливими речовинами і при ретельній роботі дає цілком надійні результати.
Лабораторне обладнання, що застосовується у напівмікроаналізі
Крапельниці з реактивамислужать для зберігання реактивів. Необхідно ретельно стежити, щоб реактиви не забруднювалися під час роботи. Щоб уникнути цьогоне можна торкатися кінчиком піпетки до стінки пробірки,в яку приливають даний реактив, абопредметному склу, на яке його наносять. Якщо це сталося, необхідно ретельно обмити піпетку водою дистильованою, перш ніж помістити її назад в крапельницю. Не можна також класти піпетку на стіл, вона може бути тільки у відповідній крапельниці або в руках працюючого.
Крапельниці з реактивами розташовуються на полицяхспеціального штативау строго визначеному порядку.
Пробіркимісткістю 3-4 мл застосовуються для виконання аналітичних реакцій.
Для мікрокристаллоскопічних і краплинних реакцій застосовуютьпредметні стекла.
Для перемішування розчинів використовуютьскляні палички.
Для нагрівання розчинів застосовуютьводяну баню.
Особливу увагу приділяють чистоті посуду, оскільки часто присутність навіть незначних кількостей забруднень спотворює результат реакції. Пробірки, предметне скло, скляні палички перед роботоюретельно миються водопровідною водою, потім ополіскуються дистильованою водою. Те саме слід повторити і після виконання аналізу.
? Контрольні питання
1. Аналітичні реакції. Вимоги до них. Мінімум, що виявляється.
2. Специфічні та селективні реакції (дати визначення, навести приклади).
3. Дробний та систематичний аналіз.
4. Що таке маскування іонів?
5. Відкриття катіонів NH4+, Ca 2+, K+. Вказати зовнішній ефект реакцій. Які з перерахованих якісних реакцій виконуються крапельним та мікрокристаллоскопічними способами? Для іонів NH4+ та Ca2+ написати рівняння якісних реакцій в іонному та молекулярному вигляді (див. ЛР №1 – частина А).
6. Відкриття аніонів SO4 2-, PO4 3-, NO3-. Вказати зовнішній ефект реакцій. Для аніону SO4 2- написати рівняння якісної реакції в іонному та молекулярному вигляді (див. ЛР №1 – частина А).
7. Що таке груповий реагент?
8. На чому ґрунтується аналітична класифікація катіонів? Скільки груп катіонів виділяють? Наведіть приклади катіонів І, ІІ та ІІІ аналітичних груп.
9. На чому ґрунтується аналітична класифікація аніонів? Наведіть приклади аніонів різних аналітичних груп.
10. У чому різниця між макро-, мікро- та напівмікроаналізом? Який із перерахованих методіввикористовувався Вами у лабораторній практиці? У чому його перевага?
11. Перерахуйте операції, що застосовуються у напівмікроаналізі?
12. Сутність «сухого» та «мокрого» способів виконання аналітичних реакцій.
13. Основні засади якісного аналізу. Області застосування.
КІЛЬКІСНИЙ АНАЛІЗ
Серед хімічних методів кількісного аналізу вирізняють гравіметричний, титриметричний, газоволюметричний аналізи.
Гравіметричний аналіз
Сутність гравіметричного аналізу. Операції, що застосовуються в гравіметричному аналізі. Гравіметрія являє собою старий «класичний», але досить точний метод, в основі якого лежить вимірювання маси речовини. Сутність гравіметричного аналізу полягає в тому, що навішення досліджуваного матеріалу переводять в розчин, що визначається осаджують у вигляді малорозчинної сполуки, отриманий осад відфільтровують, промивають від домішок, висушують, прожарюють і зважують. Знаючи масу осаду, розраховують масову частку (%) визначуваного компонента досліджуваної речовини. Перераховані операції відносяться дометоду осадження, що найчастіше використовується в гравіметрії. Поряд з ним використовують такожметод виділенняіметод відгону.
Одним з важливих етапів гравіметричного аналізу є відбір середньої проби, оскільки навіть найретельніший аналіз неправильно взятої проби не дасть вірних результатів. В результаті відбору середньої проби отримують однорідний матеріал, з якого потім беруть навіски для аналізу.Вибір величини навішування аналізованої речовини визначається масою осаду, найбільш зручною у роботі. При визначеннях, не пов'язаних з одержанням осаду, наприклад, при вивченні вологості зерна та інших об'єктівдопустимі навішування в 1,0 - 2,0 грама і більше.
Так як техніка зважування на аналітичних вагах тривала, спочатку беруть приблизну навішення досліджуваного речовини на технохімічних вагах, а потім точно зважують на аналітичних вагах. При роботі з вагами слід пам'ятати, що результати зважування будуть вірними тільки тоді, коли предмет, що зважується, має температуру ваги . Щоб зважуваний предмет (тигель, бюкс) прийняв температуру ваги, його поміщають не менше ніж на 15-20 хвилин у спеціальний приладексикатор, призначений для охолодження бюксів і тиглів, а також для зберігання гігроскопічних речовин.
Робота на аналітичних вагах вимагає акуратності та уважності, тому що ваги швидко псуються і не дають достатньо точних результатів.
Правила роботи з аналітичними вагами ВЛР-200:
1. Робота на аналітичних терезах не допускає різких рухів, що призводять до їх швидкого зношування.
2. Під час зважування не обкладайтеся на стіл, на якому встановлені ваги.
3. Перед зважуванням перевірте на вагах нульові позначки.
4. Плавно увімкніть ваги та перевірте на екрані нульову точку, при необхідності коригуйте «0» ручкою зверху зліва (№1).
5. Помістіть предмет, що зважується, наприклад, бюкс на ліву чашку ваг, на праву чашку помістіть гирки, що відповідають цілій кількості грамів маси бюкса. Верхньою ручкою праворуч (№2) встановлюють перший знак після коми у значенні маси бюкса. (Наприклад, маса бюкса на технохімічних терезах 8,53г, отже, на чашку терезів поміщають гирки, відповідні 8г, ручкою №2 виставляють у віконці цифру 5). Після цього плавно включають ваги. На екрані з'явиться зображення шкали. Якщо його немає, слід орретувати ваги (вимкнути) тазалежно від «+» або «–», що з'явилися на екрані, додати або зменшити відповідно одну десяту грама верхньою ручкою праворуч (№2). З появою на екрані зображення шкали встановлюють за допомогою ручки №3 (вгорі праворуч) точну вагу бюкса.
6. Записують результати зважування.
7. Терези вимикають, знімають бюкс і гирки і виводять механізми ваги на нульові позначки.
Важливою операцією гравіметричного аналізу вважається осадження . При її виконанні слід правильно вибрати осад, розрахувати його об'єм, дотриматися умов осадження і переконатися в повноті осадження іона з розчину.
Якосаджуваної форми (форми осадження)у гравіметричному аналізі можна використовувати далеко не кожен осад.
Форма осадженняповинна задовольняти такі вимоги:
1) осад має бути малорозчинним, тобто осадження має бути досить повним;
2) отриманий осад повинен бути чистим і легко відфільтровуватись, а також відмиватися від домішок;
3) обложена форма при прожарюванні повинна легко перетворюватися на гравіметричну форму.
Жоден із опадів повною мірою цим вимогам не задовольняє. Тому, ґрунтуючись на теоретичних уявленнях про властивості розчинів і опадів і спираючись на практичний досвід аналітичної хімії, слід створити такі умови осадження, при яких вимоги, що пред'являються до форми, що осаджується, будуть задоволені в максимально можливому ступені. Важливий вплив на повноту осадження та властивості осаду мають такі умови:
1) кількість осадника;
3) концентрація сторонніх солей.
Для відокремлення отриманого осаду від розчину застосовуютьфільтрування.
Одним з основних джерел похибок у гравіметричномуаналізі єспівосадження– захоплення осадом сторонніх речовин із розчину. Розрізняють чотири основні види суосадження:
- Співосадження з утворенням хімічних сполук;
- Співосадження в результаті адсорбції домішок осадом.
Забруднення осаду сторонніми домішками призводить до того, що склад осаду (гравіметричної форми) неможливо у вигляді будь-якої певної хімічної формули, а отже, точне обчислення вмісту того чи іншого елемента в осаді стає неможливим.
Зменшити співосадження можна в результаті:
- раціонального вибору перебігу аналізу;
- раціонального вибору осадника;
- Створення відповідних умов осадження (проводити осадження в умовах, за яких утворюються великокристалічні опади);
- застосування наполягання (витримування кристалічного осаду під маточним розчином протягом певного часу);
- Заміни одних іонів іншими або зв'язування соосаждаемых іонів в який-небудь досить міцний і менш соосаждающийся комплекс.
Найбільш радикальним засобом боротьби із забрудненням осаду є переосадження (повторне осадження). Для цього осад фільтрують, промивають на фільтрі, розчиняють у кислоті і знову осаджують. Вміст домішок в отриманому осаді різко знижується.
Промиванняосаду здійснюють з метою видалення домішок, адсорбованих ним із розчину. Щоб виключити втрати осаджуваної речовини,вибір промивної рідини здійснюють, виходячи з властивостей осаду, що промивається. Тільки в окремих випадках як промивної рідини використовують дистильовану воду. Зазвичай використовують розведений розчин осаду або розчин електроліту-коагулятора.
На завершальній стадіїгравіметричного аналізу осад (осаджувану форму) висушують або прожарюють, в результаті одержують гравіметричну форму - з'єднання, придатне для зважування .
Залежно від фізико-хімічних властивостей осаду при прожарюванні він залишається незмінним, як, наприклад, сульфат барію, або зазнає хімічних перетворень. Останнє характерне для опадів гідроксиду алюмінію, гідроксиду заліза (III), оксалату кальцію та ін.
Ще складніші перетворення можуть відбуватися з осадом оксалату кальцію: