Цели количественного анализа

Количественный анализ позволяет установить элементный и молекулярный состав исследуемого объекта или содержание отдельных его компонентов.

В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический анализ. В свою очередь их разделяют на элементный анализ, задача которого — установить, в каком количестве содержатся элементы (ионы) в анализируемом объекте, на молекулярный и функциональный анализы, дающие ответ о количественном содержании радикалов, соединений, а также функциональных групп атомов в анализируемом объекте.

Методы количественного анализа

Классическими методами количественного анализа являются гравиметрический (весовой) анализ и титриметрический (объемный) анализ.

Физико-химический анализ — комплекс методов анализа физико-химических систем путем построения и геометрического анализа диаграмм состояния и диаграмм состав-свойство. Этот метод позволяет обнаружить существование соединений (например, медистого золота CuAu), существование которых невозможно подтвердить другими методами анализа. Первоначально исследования в области физико-химического анализа были сосредоточены на изучении зависимостей температур фазовых переходов от состава. Однако на рубеже XIX—XX веков Н. С. Курнаков показал, что любое физическое свойство системы является функцией состава, а для изучения фазового состояния можно использовать электропроводность, вязкость, поверхностное натяжение, теплоёмкость, коэффициент рефракции, упругость и другие физические свойства^[1].

В основе теории физико-химического анализа лежат сформулированные Н. С. Курнаковым принципы соответствия и непрерывности. Принцип непрерывности утверждает, что если в системе не образуются новые фазы или не исчезают существующие, то при непрерывном изменении параметров системы свойства отдельных фаз и свойствасистемы в целом изменяются непрерывно. Принцип соответствия утверждает, что каждому комплексу фаз соответствует определённый геометрический образ надиаграмме состав-свойство.

Анализ химический

имеет задачей исследовать состав тел. Он разделяется на качественный и количественный А. При помощи первого убеждаются в присутствии тех элементов или соединений, которые входят в состав исследуемого вещества; с помощью второго определяется количество этих составных частей в весовой единице анализируемого тела. Прежде чем приступить к количественному А., необходимо знать природу составных частей исследуемого тела, что достигается посредством качественного А. Таким образом, этот последний должен всегда предшествовать количественному А.

Качественный анализ основан на том, что при известного рода обработке в каждом химическом соединении или элементе можно вызвать своеобразные явления, реакции, свойственные только одному какому-либо телу и указывающие, таким образом, на присутствие этого тела. Известные реакции протекают одинаково для целых групп тел, тогда как для других вовсе не наступают. Таким образом, возможно выработать систематический ход А. и разбить отдельные тела на группы, а затем уже доискиваться в известной группе отдельных членов. Только придерживаясь систематического порядка при употреблении вызывающих известные реакции реактивов, возможно легко и верно достигнуть цели и притом тем легче, если не пренебрегать предварительными пробами, дающими указание на присутствие или отсутствие целых групп элементов. Поясним на примере ход качественного А. Для исследования пусть будет дано белое кристаллическое вещество. Предварительные А. пробы следующие: нагревают слегка небольшую порцию вещества в стеклянной трубочке; оно при этом плавится, не образуя налета от влажности; нет также возгона и нет выделения угля; отсюда надо вывести заключение, что мы имеем дело с безводным неорганическим соединением, не содержащим аммиачных и ртутных солей. Другую пробу нагревают на куске угля в пламени паяльной трубки: она плавится, всасывается углем и, попадая на раскаленные места его, производит вспышку, что указывает на присутствие азотнокислых, хлорновато— и бромноватокислых солей. Третью пробу вещества смешивают с безводной содой и нагревают в небольшом углублении на угле в пламени паяльной трубки: вещество при плавлении пенится и оставляет небольшой металлический королек, не образуя на угле налета, откуда, во-первых, можно заключить, что мы имеем дело с металлом, отсутствие же налета указывает на отсутствие свинца, кадмия, цинка, висмута, сурьмы и олова, кроме того, вещество легко растворимо в воде. Теперь приступают собственно к исследованию: водный раствор вещества смешивают с сернистоводородной водой; появляется обильный черный осадок. Возможно присутствие: свинца, серебра, меди, висмута, кадмия, ртути, мышьяка, сурьмы, олова, золота, платины, молибдена, вольфрама; предварительными пробами уже показано отсутствие ртути и других названных с нею металлов. В жидкость пропускают сероводород до тех пор, пока она не будет явственно им пахнуть; черный осадок собирают на фильтр и промывают водой; часть жидкости выпаривают досуха в фарфоровой чашке; при этом не остается никакого остатка, что указывает на то, что, кроме осаждающихся сероводородом металлов, в анализируемом веществе нет никаких нелетучих тел. Полученный при действии сероводорода черный осадок обрабатывают сернистым аммонием, в котором растворимы сернистые соединения мышьяка, сурьмы, олова, золота, платины, вольфрама и молибдена; так как осадок не изменяет своего наружного вида, а отфильтрованная от него жидкость не дает никакого осадка при нейтрализовании соляной кислотой, то это указывает на отсутствие всех только что упомянутых элементов. Могут быть, следовательно, даны: свинец, серебро, медь, висмут, кадмий и ртуть, но все они, за исключением серебра и меди, могли бы быть открыты при предварительных пробах, а потому мы имеем дело с серебром или с медью или же со смесью этих обоих металлов. Черный осадок промывают водой и нагревают с крепкой азотной кислотой, при чем он растворяется с выделением серы. Последнюю удаляют фильтрованием, а избыток азотной кислоты — выпариванием досуха и получают таким образом совершенно белый сухой остаток, цвет которого уже указывает на отсутствие меди, потому что малейшие количества ее окрасили бы остаток в голубовато-зеленый цвет. Так как таким образом доказано отсутствие всех прочих металлов, то в данном веществе может находиться только серебро. Чтобы доказать присутствие его, растворяют белый остаток в нескольких каплях воды и прибавляют в раствор каплю соляной кислоты, при чем образуется обильный белый, творожистый осадок хлористого серебра, легко растворимый в аммиаке. Для анализа, таким образом, была дана серебряная соль, и остается еще определить содержащуюся в ней кислоту, при чем поступают подобным же образом, как только что было описано.

48.

ВАЛЕНТНОСТЬ (от лат. valentia - сила), способность атома присоединять или замещать определенное число др. атомов или атомных групп с образованием хим. связи. Количеств. мерой валентности атома элемента Э служит число атомов водорода или кислорода (эти элементы принято считать соотв. одно- и двухвалентными), к-рые Э присоединяет, образуя гидрид ЭН_x или оксид Э_nО_m. Валентность элемента м.б. определена и по др. атомам с известной валентностью. В разл. соединениях атомы одного и того же элемента могут проявлять разл. валентности. Так, сера двухвалентна в H₂S и CuS, четырехвалентна в SO₂ и SF₄, шестивалентна в SO₃ и SF₆. До развития электронных представлений о строении в-ва валентность трактовалась формально. В рамках электронной теории химической связи валентность атома определяется числом его неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии, участвующих в образовании общих электронных пар с электронами др. атомов. Поскольку электроны внутр. оболочек атома не участвуют в образовании хим. связей, макс. валентность элемента считают равной числу электронов во внеш. электронной оболочке атома. Макс. валентность элементов одной и той же группы периодич. системы обычно соответствует ее порядковому номеру. Напр., макс. валентность атома С должна быть равной 4, С1 - 7. Электростатич. теория хим. связи привела к формулировке близкого к валентности и дополняющего ее понятия степени окисления (окислит. числа), соответствующей заряду, к-рый приобрел бы атом, если бы все электронные пары его хим. связей сместились в сторону более электроотрицат. атомов. При этом электронные пары, обобщенные одинаковыми атомами, делятся пополам. По знаку степень окисления, как правило, совпадает с экспериментально определяемымэффективным зарядом атома, но численно намного превышает его. Напр., степень окисления серы в SO₃ равна +6, а ее эффективный заряд - ок. + 2.

Развитие представлений о донорно-акцепторных связях (см. Координационная связь), водородной связи, обнаружение новых классов хим. соед. (мостиковых электронодефицитных, металлоорг., сэндвичевых, металлич. кластеров, комплексов), а также исследования кристаллич. структур показали ограниченность правил определения формальной валентности. Было найдено, что координац. числаатомов могут превышать их формальную валентность. Так, атом С в карбонильном кластере [CFe₅(CO)₁₅] связан с 5 атомами Fe, ванионе [ССо₈(СО)₁₈]^2- - с 8 атомами Со. Хим. связь в подобных соед. не м. б. описана с помощью представлений о двух-электронных двухцентровых связях и обусловлена образованием много центровой связи.

Термин "валентность" введен в 60-х гг. 19 в. На представлениях о валентности была основана классич. теория хим. строения A.M. Бутлерова. В совр. теории хим. строения представления о валентности часто отождествляют с общим учением о хим. связи.

Степенью окисления атома называется фактическая либо кажущаяся величина электростатического заряда атома в простом веществе, в молекуле химического соединения, в ионе.

Примеры степеней окисления атома кислорода (O) в молекулах H₂O, H₂O₂, KO₂, KO₃, O₂, O₃F₂, O₂F₂ и OF₂

Q (O in H₂O) = −2, то есть кажущаяся величина электростатического заряда атома кислорода в молекуле воды равна −2.

Q (O in H₂O₂) = −1, то есть кажущаяся величина электростатического заряда каждого атома кислорода в молекуле пероксида водорода равна −1.

Q (O in KO₂) = −1/2, то есть кажущаяся величина электростатического заряда каждого атома кислорода в молекуле надпероксида калия равна −1/2.

Q (O in KO₃) = −1/3, то есть кажущаяся величина электростатического заряда каждого атома кислорода в молекуле озонида калия равна −1/3.

Q (O in O₂) = 0, то есть фактическая величина электростатического заряда каждого атома кислорода в молекуле кислорода равна 0.

Q (O in O₃F₂) = 2/3, то есть кажущаяся величина электростатического заряда каждого атома кислорода в молекуле триоксидифторида равна 2/3.

Q (O in O₂F₂) = 1, то есть кажущаяся величина электростатического заряда каждого атома кислорода в молекуле диоксида фтора равна 1.

Q (O in OF₂) = 2, то есть кажущаяся величина электростатического заряда атома кислорода в молекуле оксида фтора равна 2.