Шпаргалки по "Аналитической химии"

1.Аналитическая  химия как наука. Ее задачи  и методы.

Харитонов, 2001: Аналитическая химия, или аналитика, - это раздел химической науки, разрабатывающий на основе фундаментальных законов химии и физики принципиальные методы и приемы качественного и количественного анализа атомного, молекулярного и фазового состава вещества.

Академик Ю. А. Золотов, 2001: Аналитическая химия - наука о принципах, методах и средствах определения состава веществ и в известной мере - их химической структуры.

VIII Европейская конференция по аналитической химии, Эдинбург, 1993: «Аналитическая химия - это научная дисциплина, которая развивает и применяет методы, средства и общую методологию получения информации о составе и природе вещества (в пространстве и времени)».

И.П. Алимарин:   Аналитическая химия – наука, развивающая теоретические основы анализа химического состава веществ, разрабатывающая методы идентификации и обнаружения, определения и разделения химических элементов, их соединений, а также методы установления химического строения соединений.

Для решения своих задач  аналитическая химия располагает  различными методами – химическими, физическими, физико-химическими и ( особенно в последнее время) биологическими.К химическим методам относятся методы, основанные на использовании химических свойств исследуемых веществ. В химических методах обнаружения аналитический сигнал, возникающий в результате химической реакции, наблюдают чаще всего визуально. Например, при внесении солей стронция в бесцветное пламя оно окрашивается в карминово-красный цвет (в данном случае аналитическим сигналом является окрашивание пламени).Физические методы основаны на изучении физических свойств анализируемого вещества. К этим методам относятся спектральный, рентгеноструктурный, масс-спектрометрический анализ и др. В физико-химических методах фиксируется изменение определенного физического свойства исследуемого раствора, связанное с протеканием химической реакции. К этим методам относятся полярография, хроматография и др. В физических и физико-химических методах аналитический сигнал, как правило, получают и регистрируют с помощью специальной аппаратуры, поэтому их часто называют еще инструментальными.Биологические методы основаны на специфических взаимодействиях, характерных для некоторых биологических и биохимических процессов (антитело и антиген, фермент и его субстрат или ингибитор, гормон и соответствующий рецептор и т.д.; пример – определение пенициллина при помощи ферментативной реакции пенициллин + Н₂О = пенициллиновая кислота, фермент – пенициллиназа).

3. Качественный химический анализ. Классификация методов качественного анализа.

Задачей качественного анализа является выяснение качественного состава вещества, т.е. обнаружение компонентов веществ (элементов молекул, ионов, функциональных групп).Качественному анализу могут подвергаться и неорганические, и органические соединения. При анализе неорганических соединений определяют, какие ионы, молекулы составляют анализируемое вещество.  При анализе органических соединений находят непосредственно отдельные химические элементы или функциональные группы. При качественном анализе вещества часто предпочитают говорить не «качественное определение», а «открытие» того или иного иона, функциональной группы и др., тогда как при количественном анализе часто говорят не «количественное определение», а просто «определение».  Классификацию методов качественного анализа можно проводить по разным признакам. Классификация по природе обнаруживаемых или определяемых частиц - в этом случае говорят об анализе элементном, молекулярном, функциональном, фазовом и др. (для этих видов анализа необходим  не только качественный, но и количественный анализ). Элементный анализ – это качественный и (чаще всего) количественный анализ, в результате которого определяют, какие химические элементы и в каких количественных соотношениях входят в состав анализируемого вещества (например, S, C, N, P).

Функциональный  анализ – это открытие и определение различных функциональных групп (например, аминогруппы NH₂, нитрогруппы NO₂, гидроксильной группы OH и др.).

Молекулярный  анализ – открытие молекул и определение молекулярного состава анализируемого вещества, т.е. выяснение того, из каких молекул состоит анализируемый объект, и в каких количественных соотношениях эти молекулы находятся в данном объекте.

Фазовый анализ -  открытие и определение различных фаз (твердых, жидких, газообразных), входящих в данную анализируемую систему. Классификация по величине навески анализируемой пробы – методы подразделяют на макро-, полумикро-, микро- и субмикроанализ.

Классификация по природе  аналитического сигнала. Результат  качественного анализа – ответ  «да-нет»: содержится рассматриваемое вещество или элемент в пробе или не содержится. Основанием для принятия решения о наличии компонента и его количественном содержании в образце служит величина аналитического сигнала – физической величины, функционально связанной с содержанием компонента в анализируемом образце. При обнаружении (идентификации) какого-либо компонента обычно фиксируют образование осадка, изменение окраски, появление линии в спектре и т.д. Для получения аналитического сигнала используются химические реакции различных типов, а также разнообразные химические, физические и даже биологические свойства самих веществ и продуктов их реакций.

44. Количественный  анализ. Классификация методов количественного анализа. Количественный анализ - область деятельности, которая связана с определением концентраций или количества химических веществ, входящих в состав анализируемых объектов.Задача количественного анализа в общих чертах состоит в получении необходимых количественных данных об отдельных составных частях системы, т. е. в количественном определении в анализируемом образце содержания основного компонента, составных частей или примесей.Рекомендуемая формулировка (предложена в Журнале аналитической химии еще в 1975 г.): количественный анализ вещества — экспериментальное определение (измерение) концентрации (количества) химических элементов (соединений) или их форм в анализируемом веществе, выраженное в виде границ доверительного интервала или числа с указанием стандартного отклонения.Количественный анализ широко применяется в фармацевтическом анализе и является составной частью фармакопейного анализа всякого лекарственного препарата.Первые этапы химического анализа - это отбор и подготовка пробы к анализу. После этих двух операций наступает стадия, на которой определяют концентрацию или количество компонента. Для этого измеряют аналитический сигнал - физическую величину, функционально связанную с содержанием компонента в анализируемом образце. Для получения аналитического сигнала используются химические реакции различных типов, а также разнообразные химические, физические и даже биологические свойства самих веществ и продуктов их реакций. Поэтому для решения своих задач аналитическая химия располагает различными методами – химическими, физическими, физико-химическими и ( особенно в последнее время) биологическими.

В химических методах  анализа измеряются либо масса осадка – это гравиметрические методы, либо точный объем (иногда масса) раствора известной концентрации - это титриметрические методы.

Физико-химические (инструментальные) методы анализа включают оптические, электрохимические и хроматографические и некоторые другие методы, которые применяются реже (например, термические, масс-спектрометрические и др.).

Достоинства инструментальных методов анализа: низкие предел обнаружения (1-10^-9 мкг) и предельная концентрация (до 10^-15 г/мл).

Недостатки инструментальных методов анализа: сравнительно большая погрешность определения (порядка 5%; в ряде случаев до 20%, тогда как в химических методах анализа погрешность определения обычно составляет 0,1 – 0,5%), а также сложность применяемой аппаратуры и ее высокую стоимость. Выбор метода измерения количества определяемого компонента зависит от множества факторов. Не последнюю роль играет содержание определяемого компонента в пробе и требуемая точность результатов. Множество существующих методов анализа различаются уровнем селективности, чувствительности, точности (правильности и воспроизводимости), стоимости и скорости выполнения анализа.Методы гравиметрии и титриметрии обладают очень высокой точностью — относительная погрешность может составлять десятые доли процента и даже менее. Но они позволяют определять только относительно большие количества определяемого компонента (порядка миллимолей или миллиграммов) и пригодны лишь для определения основных компонентов. Титриметрический анализ выполняется быстрее гравиметрического и потому, при наличии выбора, он предпочтительнее. Инструментальные методы более чувствительны и селективны, чем классические (гравиметрия и титриметрия), но они менее точны: относительная погрешность составляет 1-5% или более. Кроме того, инструментальные методы обычно более дорогостоящие, капиталоемкие. Однако с точки зрения стоимости одного определения они могут быть дешевле, если учитывать и затраты рабочей силы. Инструментальные анализы, как правило, выполняются быстрее, их можно автоматизировать, с их помощью можно определять содержание нескольких компонентов одновременно.

22. Гетерогенные равновесия. Произведение растворимости и растворимость мало растворимых электролитов. Гетерогенная система – это система, состоящая из нескольких фаз (например, из двух несмешивающихся жидких фаз, из твердой и жидкой фаз и т.д.). Гетерогенное равновесие – это равновесие, устанавливающееся на границе раздела фаз. В аналитической химии часто встречаются гетерогенные системы и равновесия двух типов: осадок (твердая фаза) какого-либо вещества, находящийся в равновесии с насыщенным раствором того же вещества (жидкая фаза).

BaSO₄ « Ва²⁺ + SO₄^2-

осадок           раствор.

Сильные электролиты, растворимость  которых не превышает 10^-2 моль/л, обычно считают малорастворимыми электролами (примеры:  сульфат бария BaSO₄, карбонат кальция СaСO₃ и др.). Под растворимостью обычно подразумевают концентрацию насыщенного раствора данного вещества при определенной температуре. Используют различные способы вырастворимости, например, массовую растворимость вещества С_m, молярную растворимость вещества S и др.

 Массовая растворимость вещества С_m – это масса растворенного вещества в граммах, содержащаяся в одном литре его насыщенного раствора:

С_m = ,

где m - масса растворенного вещества, г; V – объем насыщенного раствора, л; массовая растворимость вещества выражается в г/л.

 Молярная растворимость вещества  S - это количество растворенного вещества (т.е. число молей этого вещества), содержащееся в 1 л его насыщенного раствора S = ,

где n - количество растворенного вещества, моль; М – молярная масса растворенного вещества, г/моль; V – объем насыщенного раствора, л. Молярная растворимость вещества выражается в моль/л.   .       Полученная таким образом константа равновесия называется произведением растворимости и обозначается как K_s^o (а также ПР^о). Например, для равновесия

 BaSO₄ « Ва²⁺ + SO₄^2-                                

произведение растворимости  запишется как                                .        

23. Условия образования  кристаллических осадков.   Свойство насыщенного раствора сохранять постоянным произведение активностей (концентраций) ионов в соответствующих степенях называют правилом произведения растворимости.По правилу произведения растворимости невозможно существование таких растворов, в которых произведение активностей (концентраций) ионов в соответствующих степенях превышало бы табличное значение   при данной температуре. Если произведение активностей (концентраций) ионов в соответствующих степенях превышает , то должно произойти образование осадка и концентрация ионов в растворе должна уменьшиться до таких значений, которые удовлетворяли бы правилу . Таким образом, условием выпадения осадка является превышение ионного произведения в данном растворе табличного значения (пересыщенные растворы не рассматриваются). Пользуясь правилом произведения растворимости, можно теоретически обосновать условия осаждения осадков, их растворения и условия протекания других реакций в растворе. Можно, в частности, предвидеть, произойдет ли выпадение осадка при смешивании растворов заданной концентрации. В соответствии с правилом , если концентрация (активность) одного из ионов, входящих в выражение , увеличивается, то концентрация (активность) другого уменьшается. Это действие одноименного иона лежит в основе многих методов количественного осаждения и разделения и широко используется в аналитической химии.

         Условия образования кристаллических осадков:

1) Осаждение следует вести  из разбавленного анализируемого  раствора разбавленным раствором осадителя.

2) Раствор осадителя прибавляют медленно, по каплям (особенно в начале осаждения), при непрерывном осторожном перемешивании раствора.

3) Осаждение следует вести  из горячего анализируемого раствора  горячим раствором осадителя.

4) В некоторых случаях  осаждение полезно вести в  присутствии веществ (например, небольших количеств кислоты), слегка повышающих растворимость осадка, но не образующих с ним растворимые комплексные соединения.

5) Выпавший осадок оставляют  на некоторое время вместе  с маточником для созревания осадка.

24.Условия образования  аморфных осадков.

Условия образования аморфных осадков

1) К горячему концентрированному  анализируемому раствору прибавляют горячий концентрированный раствор осадителя. В этих условиях происходит коагуляция коллоидных частиц и осадки получаются более плотными.

2) Горячий раствор осадителя прибавляют быстро, что уменьшает вероятность образования коллоидных растворов.

3) При необходимости в  раствор вводят электролит-коагулятор.

4) Избегают длительного  выдерживания осадка с маточным  раствором.

25.Влияние различных  факторов на полноту осаждения  осадков. Обычно осадительные аналитические реакции проводят в таких условиях, которые обеспечивают наибольшую полноту выпадения осадка стехиометрического состава, содержащего минимум примесей посторонних веществ и исключающих протекание побочных процессов.   Критерий полноты осаждения: остаточное содержание осаждаемого вещества в растворе не должно превышать 10^-6 моль/л. Факторы, влияющие на полноту полноту выпадения осадков и на их чистоту: природа осаждаемого вещества, осадителя, растворителя; концентрация реагентов; температура, рН среды; присутствие посторонних веществ; условия осаждения; характер образующихся осадков и др.

Для растворения малорастворимых  соединений используют сильные кислоты, комплексообразующие вещества, окислители и пр.

Растворение под  действием сильных кислот.   Увеличение растворимости при подкислении может быть обусловлено образованием слабых кислот, как в случае

СаСО₃¯ + 2Н⁺ → Са²⁺ + Н₂СО₃ ,

или вследствие образования  кислых солей:

ВаSO₄¯ +  Н₂SO₄ → Ва²⁺ + 2НSO₄^-.

Растворение под  действием оснований может быть связано с образованием амфотерных соединений

AI(OH)₃ + NaOH → Na⁺ + AIO₂^- + 2H₂O

или слабых оснований:

Mg(OH) + 2NH₄⁺ → Mg²⁺ + 2NH₄OH  .