Лекция 2 ВВЕДЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ методов, применяемых в анализе 1.

Лекция 2
ВВЕДЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Цель: изучить Основы качественного анализа и характеристика
методов, применяемых в анализе
Задачи:
1. Изучить основные понятия и определения качественного анализа
2.
Рассмотреть
классификацию
аналитических
групп
Желаемый результат:
Студенты должны знать:
- понятия и определение качественного анализа;
- классификацию аналитических групп;
уметь:
- применять методы анализа для исследования конкретных объектов.
иметь представление:
Учебные вопросы:
1). Основы качественного анализа и характеристика методов, применяемых в
анализе 2). Понятие об аналитических реакциях. Условия выполнения
качественных реакций. 3). Требования, которым должны отвечать
качественные реакции. Специфичность и чувствительность реакции. Способы
повышения чувствительности.
4). Качественный анализ катионов и анионов. Реактивы, применяемые в
качественном анализе (специфические, избирательные и групповые.
5). Систематический и дробный анализ
Учебная информация
Качественный анализ позволяет установить, из каких катионов и
анионов состоит вещество. Методы качественного анализа базируются на
ионных реакциях, которые позволяют определять элементы в форме ионов.
Любой ион можно определить с помощью качественной реакции. Вещество,
которое используют для проведения качественной аналитической реакции,
называют реагентом. Реагент, реактив – вещество, вызывающее характерные
превращения исследуемого вещества.
В качестве реагентов используются многие органические и неорганические
соединения. Летучие соединения металлов окрашивают пламя в тот или иной
цвет (например, натрий – ярко-желтый, калий – фиолетовый).
Методы качественного анализа классифицируются:
1. анализ катионов
2. анализ анионов
3. анализ сложных смесей.
При выполнении качественного анализа нужна определенная масса
пробы. В зависимости от величины взятой для анализа пробы методы
разделяют на: макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды качественного
анализа.
В макроанализе используют 0,5-1,0 г вещества или 20-50 см раствора.
Анализ выполняют в обычных пробирках, химических стаканах, колбах.
Осадки отделяют фильтрованием через бумажные фильтры.
В микроанализе используют, как правило, от 0,010 до 0,001 г вещества и
от 0,05 до 0,50 см раствора, реакции выполняют капельным методом, или
микрокристаллоскопическим методом, при использовании которого о наличии
исследуемых ионов судят по цвету и форме образовавшихся кристаллов,
наблюдая их под микроскопом.
Полумикроанализ занимает промежуточное место между макро- и
микрометодами. Для анализа, как правило, используют от 0,01 до 0,10 г сухого
вещества или 0,5-5,0 см раствора. Аналитические реакции выполняют с
помощью капельниц с растворами реагентов. Отделение твердой и жидкой фаз
проводят с помощью центрифуги. В аналитической практике чаще используют
полумикрометод.
Методы качественного анализа:
- анализ мокрым путём: используют реакции в растворах. Анализируемое
вещество растворяют, а затем на раствор действуют соответствующими
реактивами. Условия проведения анализа: а) чистота растворителя; б) чистота
пробирок;
- анализ сухим путём - проводят без перевода анализируемого вещества в
раствор;
- капельный анализ - проводят на фильтровальной бумаге, фарфоровой или
стеклянной пластинках (капля вещества + капля реактива → окрашивание);
- микрокристаллоскопический анализ - применят в капельном анализе (стекло
+ вещество + реагент →кристаллы→микроскоп);
- метод окрашивания пламени
В химических методах качественного анализа используют характерные
качественные аналитические реакции. Требования, которым должна отвечать
качественная реакция:
- протекала быстро, мгновенно;
- сопровождалась выделением осадка, газа или появлением окрашивания;
- была практически необратимой, т.е. протекала в одном (прямом)
направлении;
- была, по возможности, специфичной и отличалась высокой
чувствительностью.
Выполняя аналитическую реакцию, нужно строго соблюдать определенные
условия, которые зависят от свойств получающегося продукта. При
несоблюдении этих условий результат не может считаться достоверным.
Одним из условий выполнения реакций является среда анализируемого
раствора.
Например,
нельзя
обнаруживать
ион
Са2+
действием
оксалатааммония (NH4)2C2O4 в присутствии сильной кислоты, так как оксалат
кальция СаС2О4 растворим в сильных кислотах. Осадок хлорида серебра AgCl,
растворимого в аммиаке NH4OH, не может быть получен в аммиачной среде.
Если осадок какого-либо вещества выпадает только в нейтральной среде, то
анализируемый раствор предварительно нейтрализуют кислотой или щелочью.
Например, осадок гидротартрата калия KHC4H406 может быть получен только в
нейтральной среде.
Другим условием выполнения реакций является поддержание необходимой
температуры раствора. Большинство аналитических реакций выполняют „на
холоду”, т. е.при комнатной температуре или при охлаждении пробирки водой
под краном. Это необходимо, например, при осаждении гексагидроксостибиата
(V) натрия Na[Sb(ОН)6] или гидротартрата калия. Некоторые реакции требуют
нагревания до определенной температуры. Так, обнаружение иона NH4+
действием щелочи на исследуемый раствор выполняют при нагревании.
Очень важна достаточно высокая концентрация обнаруживаемого иона в
растворе. Если образующееся соединение малорастворимо и выпадает в осадок
при очень небольшой концентрации открываемого иона, то говорят, что
реакция высокочувствительна. Если же образующееся соединение, заметно
растворимо в воде, то реакцию считают малочувствительной. Такие реакции
удаются лишь при сравнительно высокой концентрации обнаруживаемого иона
в анализируемом растворе(или при образовании в растворе окрашенного
соединения).
Предел обнаружения – минимальное количество вещества, которое может
быть обнаружено данным методом.
Специфичность и чувствительность аналитических реакций
Специфические или селективные или избирательные реакции – это
реакции, которые дают возможность определить одни ионы в присутствии
других в определённых условиях, например, синее окрашивание: турнбулевая
синь,
+↓берлинская лазурь;
Чувствительность реакции – определяется наименьшим количеством иона
вещества, которое может быть обнаружено данным реактивом в 1 капле
раствора
Чувствительность реакции характеризуется:
- m -открываемым минимумом (самое маленькое количество вещества иона в
исследуемом растворе, которое может быть открыто данным реактивом при
определённых условиях проведения реакции (мкг, 10-6 г);
- минимальной концентрацией (предельной концентрацией);
- предельным разбавлением;
Способы повышения чувствительности:
- использование для анализа более концентрированных растворов;
-применение химически чистых реактивов;
- маскировка мешающих ионов;
- предварительное осаждение определяемого иона ↓, затем его перевод в
растворимое соединение.
При анализе органических соединений:
- дистилляция:
- экстракция.
Различают два метода качественного анализа: дробный и систематический.
Специфических реакций в качественном анализе немного, поэтому чаще
используют селективные или неспецифические реакции, которые требуют
использования специальных методов устранения мешающего влияния других
веществ, присутствующих в пробе. Этого достигают разделением системы на
составные части (чаще осадок и раствор), чтобы при этом ионы, которые
мешают обнаружению определяемых ионов, находились в другой фазе.
В дробном анализе состав анализируемой пробы определяют
специфическими в определенных условиях реакциями, которые позволяют
обнаружить исследуемые ионы в присутствии других ионов. Выполнение
дробного анализа проводят в два этапа: в начале, с помощью различных
реакций устраняют влияние мешающих компонентов, а затем обнаруживают
определяемые ионы.
Дробный анализ проводят, если присутствует
несколько катионов. Дробный анализпроводят следующим образом:
исследуемый раствор делят на порции;
в каждой порции исследуемого раствора устраняют ионы, мешающие
определению нужного иона (например, переводят их в осадок); в фильтрате
определяют искомый ион с помощью специфической реакции.
Систематический анализ - основан на разделении катионов на
аналитические группы. Каждая группа имеет свой реагент-осадитель
( групповой реагент), который образует нерастоворимые соединения со всеми
катионами группы. Систематический ход анализа состоит в том, что сложную
смесь ионов вначале разделяют с помощью, так называемых групповых
реагентов на несколько отдельных групп. Затем в пределах каждой из этих
групп обнаруживают в определенной последовательности отдельные ионы
определенными характерными реакциями, используя различия в их свойствах.
Групповой реагент на определенную аналитическую группу специфически
реагирует с ионами данной группы и служит для разделения ионов.
Групповые реагенты должны удовлетворять определенным требованиям:
- количественно разделять ионы по их аналитическим группам (остаточная
концентрация в растворе не должна превышать 10-6 моль/дм3);
- избыток группового реагента не должен мешать обнаружению ионов, которые
остаются в исследуемой пробе;
- полученный осадок должен легко растворяться в определенных реагентах для
проведения дальнейшего анализа.
Качественный анализ неорганических соединений позволяет установить
состав, как индивидуальных неорганических веществ, так и их смесей.
Большинство неорганических соединений являются электролитами и в водных
растворах находятся в виде ионов. В связи с этим качественный анализ
неорганических соединений делят на анализ катионов и анионов. В
большинстве случаев при анализе катионов присутствие одних ионов мешает
обнаружению других, так как специфических реакций на отдельные ионы нет.
В связи с этим обнаружение ионов зачастую проводят с помощью
систематического хода анализа. Если в анализируемой пробе находится
небольшое число катионов и устранить их мешающее взаимное влияние
сравнительно несложно, применяют дробный анализ. Анализ анионов (за
исключением особых случаев) чаще выполняют дробным методом.
Существует несколько методов систематического хода анализа катионов:
сероводородный (в основе - лежит различная растворимость сульфидов
катионов в зависимости от рН среды, табл 1.), аммиачно-фосфатный (различная
растворимости
фосфатов
катионов),
кислотно-основной
(различной
растворимости гидроксидов и некоторых солей, образованных этими
катионами и сильными кислотами табл.2) и т.д.
Таблица 1
Аналитическая классификация катионов сероводородным методом
№ группы
Катионы
Групповой реагент
I
K+, Na+, NH4+, Mg2+
II
Ba2+, Ca2+
III
Al3+, Cr3+,
Mn2+,Zn2+
IV
Ag+, Hg2+,Pb2+, Cu2+
H2S
VI
Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn4+
H2S в присутствии HCl
с
последующим
растворением (NH4)2S2
(NH4)2CO3
в присутствии NH4OH и
NH4Cl
Fe2+,
Fe3+, (NH4)2S и H2S
в присутствии NH4OH
в присутствии HCl
Недостатком метода является применение высокотоксичного сероводорода.
Таблица 2
Аналитическая классификация катионов по кислотно-основному методу
Группа
Катионы
Групповой
реагент
Растворимость
соединений
I
Na+, K+, NH4+
Нет
Хлориды, сульфаты и
гидроксиды, растворяются
в воде
II
Ag+,
Hg22+
III
Ba2+, Sr2+, Ca2+
IV
Al3+, Zn2+, Cr3+, Избыток
Гидроксиды,
не
Sn (II), Sn конц. NaOH + растворяются в воде, но
(IV), As (III), 3% H2O2
растворяются в избытке
As (V)
щелочи
VI
Co2+,
Cd2+,
Hg2+
Pb2+, HCl
H2SO4 +
C2H5OH
Хлориды,
растворяются в воде
не
+ Сульфаты,
растворяются в воде
не
Ni2+, Избыток
Гидроксиды,
не
2+
Cu , конц. NH3H2O растворяются в воде,
избытке раствора едкого
натра, но растворяются в
избытке аммиака
Таблица 3
Аналитическая классификация анионов
№ группы
Аионы
Групповой реагент
1
Сl-, Br-, I-, S2-
2
CO32-, SO42-, SO32-, PO43-,
BaCl2
осадок
22
3SiO3 , S2O3 -, BO3
растворим в HNO3
3
NO3-, NO2-
AgNO3 - осадок не
растворим в HNO3
-
Резюме по теме:
Качественный анализ позволяет установить, из каких катионов и
анионов состоит вещество. Методы качественного анализа базируются на
ионных реакциях, которые позволяют определять элементы в форме ионов.
Любой ион можно определить с помощью качественной
реакции.
Специфические или селективные или избирательные реакции – это реакции,
которые дают возможность определить одни ионы в присутствии других в
определённых условиях.
Чувствительность реакции – определяется
наименьшим количеством иона вещества, которое может быть обнаружено
данным реактивом в 1 капле раствора. Различают два метода качественного
анализа: дробный и систематический. В дробном анализе состав
анализируемой пробы определяют специфическими в определенных условиях
реакциями, которые позволяют обнаружить исследуемые ионы в присутствии
других ионов.
Систематический анализ - основан на разделении катионов на
аналитические группы. Каждая группа имеет свой реагент-осадитель
( групповой реагент), который образует нерастоворимые соединения со всеми
катионами группы. Систематический ход анализа состоит в том, что сложную
смесь ионов вначале разделяют с помощью, так называемых групповых
реагентов на несколько отдельных групп.
Существует несколько методов систематического хода анализа катионов:
сероводородный, аммиачно-фосфатный, кислотно-основной.
Вопросы для самопроверки
1.Что называется качественным анализом?
2.Методы качественного анализа.
3.Что называется специфичность, чувствительностью реакции?
4.Как классифицируются катиона пометоды анализа?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Вершинин В.И. Основы аналитической химии. Уч. пособие для вузов.
Изд. ОмГУ, 2007.
2. Тикунова И.В. Практикум по аналитической химии и физикохимическим методам анализа. М.: Пресбург, 2006.
3. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2-х кн. Кн.1.Общие
теоретические основы. Качественный анализ. Учеб. для вузов.-2-е изд.,
испр.-М.: Высшая школа, 2003.- 615 с.
4. Основы аналитической химии. В 2-х кн. Кн. 1. Методы химического
анализа. Учеб. для вузов/Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И.Фадеева и др.
Под ред. Ю.А.Золотова.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа,
2002.- 494 с.
5. Основы аналитической химии. В 2-х кн. Кн. 2. Методы химического
анализа. Учеб. для вузов/Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И.Фадеева и
др. Под ред. Ю.А.Золотова.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа,
2002.
6. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2-х кн., ч.1. Титриметрические и
гравиметрический методы анализа: учеб. для студ. вузов, обучающихся
по химико-технолог. спец.- 3-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2003.
7. Васильев В.П. Аналитическая химия в 2-х кн., ч.2. Физико-химические
методы анализа: учеб. для химико-технолог. спец. вузов.-М.: Высш.шк.1989.