Физико-химические методы количественного анализа позволяют определять состав вещества, не прибегая К использованию химикатов, Т. Е. Когда химические реакции не протекают.

Методы анализа, основанные на наблюдении физических явлений, происходящих при протекании определенных химических реакций, называют физико-химическими методами. Наибольшее распространение среди физико-химических методов нашли методы колориметрии, потенциометрического титрования, кулонометрии и хроматорграфии.

Сущность метода потенциометрического титрования заключается в том, что эквивалентную точку определяют не по изменению цвета индикатора, а по изменению потенциала электрода. Электрод, которым пользуются при потенциометрическом титровании для определения точки эквивалентности, носит названия индикаторного. Индикаторный электрод должен быть обратим по отношению к титруемому веществу или к ионам прибавляемого реагента. В зависимости от того, является ли электрод обратим по отношению к ионам реагента или титруемого вещества, потенциал его по мере титрования будет изменяться согласно уравнению:

E = E^о_м + 0,059/z lg[M^+z]

или для водородного электрода E = E^о_н + 0,03 lg[Н⁺]

где Е_о – стандартный потенциал электрода при концентрации иона металла или иона водорода равном 1. В данном уравнении принято, что коэффициент активности металла равен 1.

Потенциометрический метод титрования используется для количественного определения содержания в растворе кислот (метод нейтрализации), галогенов (метод осаждения) и ряда других ионов (метод комплексообразования).

 

Колориметрия или колориметрический анализ основан на определении концентрации вещества по интенсивности окраски раствора или на переводе определяемой части анализируемого объекта в окрашенное соединение. Для окраски исследуемого вещества используются как органические, так и неорганические реагенты

Из оптических методов анализа наиболее широкое распространение нашли колориметрические методы, основанные на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через окрашенный раствор. В колориметрии используется, как правило, длина воды от 400 до 750 нм.

Зависимость между интенсивностью прошедшего света через раствор (J) и концентрацией окрашенного вещества (с), толщиной светопоглощающего раствора (l) и интенсивностью падающего на раствор света (J_o) носит название закона Бугера-Ламберта-Бера и выражается уравнением: D = lgJ_o / J = e c l, (где e - коэффициент поглощения света, постоянная величина, характерная для каждого окрашенного вещества и зависящая от его природы).

Величина lgJ_o/J является важной характеристикой окрашенного раствора, ее называют оптической плотностью раствора (D). Из всего этого следует, что оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации окрашенного вещества и толщине слоя раствора. Данное соотношение справедливо для разбавленных концентраций растворов (меньше 0,01 М). При более высоких концентрациях закон Бугера-Ламберта-Бера не соблюдается, вследствие взаимного влияния частиц на их способность поглощать свет. Закон Бугера-Ламберта-Бера справедлив для монохроматического излучения, тогда как при использовании светофильтра с достаточно широкой областью пропускания наблюдается отклонение от прямолинейности.

Определение концентрации окрашенного вещества методом фотоколориметрии производят методом сравнения оптических плотностей стандартного и исследуемого растворов, методом построения градуировочного графика и методом добавок.

Методы анализа металлов

 

Аналитическая химия – это раздел прикладной химии, в котором, используя средства в-в, устанавливается их химический состав.

Она отвечает на 2 вопроса: какие вещества присутствуют (качественный анализ). Аналитическая химия делится на химию неорганическую и органическую в-в. Анализ любого вещества, как правило, осуществляется так: 1. Отбор пробы; 2. Разложение пробы и перевод его в раствор; 3. Проведение самого химического анализа или измерение какого-либо физико-химического свойства или параметра.

 

Качественный анализ

Делится на анализ катионов и анализ анионов. Все катионы можно разделить на 6 групп. Это деление основано на взаимодействии катионами с кислотами (соляной или серной) или на взаимодействии с основаниями (NaOH, NH₄OH).

Первая группа капиталов (K, Na, NH₄⁺) не образует осадка ни с одной из кислот и оснований.

2гр (серебро, свинец, ртуть) - с анионом хлора дают нерастворимые вещества.

3гр катионов (Ca, Ba, стронций) - дают нерастворимые осадки с SO₄.

4-ая гр катионов (Al+3, G+3, Zn, Sn⁺⁴⁺²) - все эти катионы при взаимодействии с NaOH первоначально образуют осадок, а при избытке щелочи осадок растворяется.

5я гр (, Mg, Mn, висмут, сурьма) - образуют нерастворимые осадки (основания), которые не растворяются не в избытке щелочи, ни аммиака.

6-ая гр (Со, Ni, Cu, Cd) - эти катионы образуют растворимые в аммиаке или растворе гидроксиды.

7-ая гр:

катионы, обладающие переменной степенью окисления (Cr, Mn). Гидроксиды этих мет.в избытке щелочи растворяются.

 

Качественная классификация анионов

В основе классификации анионов положено возможность реакции анионов с катионами Ва и серебра.

1-ая гр - анионы которые образуют нерастворимые соли с катионами Ва.

2-ая гр.: анионы, которые с катионами серебра дают нерастворимые осадки (Cl^-, Br^-, J^-).

3-ая гр.: анионы, которые не дают осадков не с чем.

Качественные анализ всегда предшествует количественному.

 

Количественный химический анализ

(сколько вещества?)

 

- делится на химический и физико-химический анализ. Это деление основано на тех методах, которые используются при анализе.

Химические методы: они делятся: на весовой и титрометрический метод анализа. Весовой метод основан на том, что определяемое вещество переводят в нерастворимом состояние. Затем его отделяют (фильтруют), высушивают (можно сжигать) и взвешивают.

Титраметрич. В данном методе измерение веса заменяется измерением объема.

Для того, чтобы не добавить избыток HCl индикатор резко изменяет окраску раствора.

V ₁, V ₂ - объем анализируемого раствора, объем добавленного раствора.

N ₁, N ₂ - нормальность.

 

Окислительно-восстановительное титрование:

оно основано на ОВР.

тот объем раствора йода, который добавили при полном переводе меди называют точкой эквивалентности.

 

Кислотно-основное титрование:

в качестве индикатора используют кислотно-основные индикаторы. Точку эквивалентности определяем по индикатору.

Комплексонометрия.

Основан на образовании комплексных соединений катионов металла с органическими веществами.

 

Физико-химические методы количественного анализа.

Эти методы основаны на наблюдении за физическими явлениями, протекающими в определенных условиях в результате химических реакций.

 

Спектральные методы анализа: Фотоколометрия.

с - концентрация раствора.

ε - молярная оптическая плотность. ()

 - оптическая плотность раствора.

Закон светопоглащения Бугера-ламберта-Берра.

 

Электрохимический метод анализа.

1. Кондуктометрия. основан на зависимости сопротивления - электро-проводимости от концентрации веществ.

Электропроводимость обусловлена движением ионов.

 

 

Если для слабых электролитов.

 

Для сильных электролитов.

 

Небольшой элетр-тою обладают Н⁺, ОН^-. Это объясняется тем, что катион Н движется по эстафетному механизму.

 

т.о. можно определить концентр. водорода и гидроксида.

 

 

2 Потенциометрический метод основан на зависимости потенциала электрода от концентр-ии иона в р-ре.

 

 - определяют этим методом. (0,1÷10^-5 моль/м) - область концентрации.

 

 

I. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

 

Аналитическая химия, представляя собой один из разделов прикладной химии, определяется как наука, изучающая свойства и процессы превращения веществ с целью установления их химического состава.

Установить химический состав вещества - это ответить на вопрос о том, какие элементы или их соединения и в каком количестве содержатся в анализируемом веществе.

В зависимости от характера анализируемого вещества различают анализ неорганических и органических материалов, что обусловлено особенностью органических соединений по сравнению с неорганическими.

В зависимости от характера поставленной задачи различают два вида анализа - качественный и количественный. Качественный анализ позволяет ответить на вопрос, какие вещества находятся в данной пробе; количественный анализ отвечает на вопрос, в каких количествах обнаруженные вещества присутствуют в данной пробе.

Аналитическая химия тесно связана с различными областями науки и производства, в том числе и с медициной. Химический анализ лежит в основе определения патологий различных органов человека.

Химический анализ состоит в основном из следующих этапов - отбор пробы, разложение пробы с переводом в раствор, проведение химической реакции или измерение какого-либо физического параметра.

В основе деления катионов на группы лежат реакции с кислотами и основаниями. При последовательной обработке смеси: а) соляной кислотой, б) серной кислотой, в) избытком щелочи в присутствии пероксида водорода, г) раствором аммиака – выделяют следующие группы:

7. Ионы, не образующие осадки не с одним из перечисленных реактивов: К⁺, Na⁺ и NH₄⁺.

8. Ионы, образующие нерастворимые хлориды: Ag⁺,Pb⁺²,Hg₂⁺²

9. Ионы, образующие нерастворимые сульфаты: Вa⁺², Ca⁺², Sr⁺²

10. Ионы, образующие гидроксиды, растворимые в избытке щелочи: Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺

11. Ионы, образующие гидроксиды, нерастворимые ни в избытке щелочи, ни в аммиаке: Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺

12. Ионы, образующие гидроксиды, растворимые в аммиаке: Co²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺.

 

В основу классификации анионов положена растворимость солей бария и серебра соответствующих кислот

Классификация анионов

Номер группы	Характеристика группы	Анионы, образующие группу	Групповой реагент
1	Соли бария трудно растворимы в воде	SO4^2–, SO3^2–, S2O3^2–, CO3^2–, PO4^3–, AsO4^3, AsO3^–, SiO3^2–, BO2^–B4O7^2–, CrO4^2–, F^–, C2O4^2- и др.	ВaCl2 в нейтральном или слабощелочном растворе
2	Соли серебра трудно растворимы в воде и разбавленной HNO3	Cl^–, Br^–, J^–, S^2– и др.	AgNO3 в присутствии HNO3
3	Соли бария и серебра растворимы в воде	NO3^–, NO2^–, CH3COO^–, MnO4^-.	Нет