Лекции по химии 2

Лекция 1.

Аналитическая химия
– не просто дисциплина, накапливающая и систематизирующая знания; эта наука имеет огромное практическое значение в жизни общества, она создает средства для химического анализа и обеспечивает его осуществление – в этом ее главное предназначение. Без эффективного химического анализа невозможно функционирование ведущих отраслей народного хозяйства, систем охраны природы и здоровья населения, оборонного комплекса, невозможно развитие многих смежных областей знания.

Ошибки при количественном анализе
.

По своему характеру ошибки анализа подразделяются на систематические, случайные и промахи.

1) Систематические
– погрешности, одинаковые по знаку и влияющие на результат в сторону его увеличения, либо в сторону уменьшения.

а) Методические – это ошибки, которые зависят от особенности применяемого метода (неполное протекание реакции, частичное растворение осадка, свойство индикатора).

б) Оперативные – недостаточное промывание осадка на фильтре, ошибки

приборные или реактивов, неравноплечность весов.

в) Индивидуальные – ошибки лаборантов (способность точно определять

окраску при титровании, психологические ошибки).

г)Приборные или реактивные (эти ошибки связаны с недостаточной точностью используемых приборов, ошибки лаборанта).

2) Случайные
- они неизбежны при любом определении. Они могут быть значительно уменьшены при увеличении числа параллельных определений.

3) Промахи
- грубые ошибки, которые обусловлены от неправильного подсчета разновесок, поливания части раствора, просыпания осадка.

Чувствительность, правильность и точность анализа.

Чувствительность
– минимальная определяемая концентрация вещества.

Правильность
– близость полученного результата к истинному.

Точность
- характеристика воспроизводимости определения от опыта к опыту. Анализ считается выполненным более точным, чем меньше различаются результаты параллельных определений между собой.

Абсолютная ошибка
– разность между полученным результатом и истинным или наиболее достоверным значением.

Относительная ошибка
– отношение абсолютной ошибки к истинному значению.

Группы методов анализа.

Принято делить методы анализа на три большие группы:

1) химические методы анализа
- когда данные получаются в результате выделения осадка, выделения газа, изменения цвета окраски;

2) физико-химические методы анализа
- может быть зафиксировано какое-нибудь физическое или химическое изменение величин;

3) физические методы анализа

К химическим методам относят:

- гравиметрический (весовой) анализ

- титриметрический (объемный) анализ

- газоволюмометрический анализ

К физико–химическим методам относят все способы инструментального анализа:

- фотоколориметрический

- спектрофотометрический

- нефелометрический

- потенциометрический

- кондуктометрический

- полярографический

К физическим относятся:

- спектральный эмиссионный

- радиометрический (метод меченых атомов)

- рентгеноспектральный

- люминесцентный

- нейтронно-активизационный

- эмиссионный (пламенная фотометрия)

- атомно-абсорбционный

- ядерно-магнитный резонанс

Лекция 2.
Гравиметрический метод анализа.

Гравиметрический анализ основан на точном измерении массы определяемого вещества в виде соединения или простого вещества определенного состава. Основным инструментом являются весы.

Гравиметрические методы подразделяются на две подгруппы:

I. методы осаждения

II. методы отгонки.

В методах осаждения
навеску анализируемого вещества переводят в раствор, после этого определяемый элемент осаждают в виде малорастворимого соединения. Выпавший осадок отделяют фильтрованием, тщательно промывают или высушивают, и точно взвешивают. По массе осадка и его формуле рассчитывают содержание определенного элемента в % по массе.

В методах отгонки
определяемый компонент удаляют в виде летучих продуктов, и по убыли в весе судят о содержании элемента.

Требования к осадкам:

Осаждаемой формой – называют то соединение, которое образуется при взаимодействии с реагентом – осадителем
, а весовой формой – соединение, которое взвешивают для получения окончательного результата анализа.

Например, при определении кремния в чугунах формой осаждения является кремниевая кислота H2
SiO3
·nH2
O, а весовой формой является безводная двуокись кремния, получающаяся в результате прокаливания при температуре около 1000о
С. иногда осаждаемая и весовая форма могут представлять собой одно и тоже соединение. Например, при определении серы весовым методом ее осаждают из раствора, и взвешивают в виде сульфата бария, который при прокаливании химически не изменяется.

Требования к осаждаемой форме:

1) Малая растворимость осаждаемой формы соединения, содержащего определенное вещество и как более низкое содержание в ней определяющего вещества.

осаждаемая форма весовая форма

Требование к осаждению – малая растворимость.

Произведение растворимости

К ним относятся: AgCl, BaSO4
, Fe(OH)3
, Sb2
S3

2) Структура осадка должна отвечать условиям фильтрования и позволять отмывку осадков с достаточной скоростью.

Мелкокристаллические осадки, могут пройти через поры фильтра. Наиболее удобны крупнокристаллические осадки, т.к. они не забивают поры фильтра, имеют слабо развитую поверхность, мало адсорбируют посторонние ионы и легко отмываются от них. Фильтруются через фильтр средней плотности, маркируемый Белой лентой. Аморфные осадки, например, многие гидроксиды имеют сильно развитую поверхность, адсорбируют посторонние вещества из раствора и трудно от них отмываются. Фильтрование таких осадков проводят через неплотный фильтр, маркируемый Красной лентой. Самые мелкокристаллические осадки (например, BaSO4
), фильтруются через фильтр с Синей лентой.

Окклюзия

– внедрение посторонних ионов в структуру кристаллической решетки.

BaSO4

°	xBa+2	°	x
x	°	K+	°

K+
- 1, 37 A

Na+
- 0, 95 A

Ba+2
-1,35 A

3) Важно, чтобы осаждаемая форма легко переходила в весовую.

Осаждаемая и весовая формы должны быть химически инертными, чтобы не приводить к количественным ошибкам.

Пример:

1)

2)

CaO - высокореакционное вещество, это означает, что оно может «захватить» пары воды или углекислый газ

белая лента

красная лента фильтры

синяя лента

Требования к весовой форме:

1) Точное соответствие ее состава химической формуле. Если такого соответствия нет, вычисление результатов невозможно.

2) Химическая устойчивость весовой формы.

3) Содержание определяемого в весовой форме должно быть как можно меньшим, тогда погрешности определения меньше скажутся на окончательном результате анализа.

Искомое процентное содержание ( Р ) рассчитывают по формуле:

,

где b – количество весовой формы

a – навеска исследуемого вещества

F – фактор пересчета

Фактор пересчета показывает, скольким граммам определяемого элемента соответствует 1 г весовой формы.

Из двух возможных гравиметрических методов определения элемента при прочих равных условиях будет более точным тот, для которого фактор пересчета будет меньше.

; ;

Анализ может быть:

а) частным – определяется один или несколько веществ, а другие не интересуют

б) полным – на содержание всех входящих составных частей (Σ = 100%).

Полный анализ проводится для того, чтобы узнать все составные части данного вещества.

Цемент – CaO, MgO, Fe2
O3
, Al2
O3
, SiO2
, CaSO4
, SO3
.

FeCl3
+ NH4
OH → Fe2
(OH)3
.

Лекция
3.
Титриметрический метод анализа.

Титриметрический анализ – метод определения количества вещества путем точного измерения объема растворов веществ, вступающих между собой в реакцию.

Титр
– количество г. вещества содержащегося в 1 мл. раствора или эквивалентное определяемому веществу. Например, если титр H2
SO4
равен 0,0049 г/мл, это значит, что каждый мл раствора содержит 0,0049 г. серной кислоты.

Раствор, титр которого известен, называется титрованным. Титрование
– процесс добавления к исследуемому раствору или его аликвотной части эквивалентного количества титрованного раствора. При этом используются стандартные растворы – фиксаналы
– растворы с точной концентрацией вещества (Na2
CO3
, HCl).

Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям:

1) высокая скорость реакции;

2) реакция должна протекать до конца;

3) реакция должна быть высоко стехиометричной;

4) иметь удобный метод фиксирования конца реакции.

HCl + NaOH → NaCl + H2
O

Главная задача титриметрического анализа – не только использовать раствор точно известной концентрации (фиксанал), но и правильно определить точку эквивалентности.

Существует несколько способов зафиксировать точку эквивалентности:

I.
По собственной окраске ионов определяемого элемента, например марганца в виде аниона
MnO
4

-

II.
По веществу-свидетелю

Пример: Ag+
+ Cl-
" AgCl $

Ag+
+ CrO4
" Ag2
CrO4
$ (ярко оранжевая окраска)

В колбу, где требуется определить ион хлора, добавляют небольшое количество соли K2
CrO4
(свидетель). Затем из бюретки постепенно добавляют исследуемое вещество, при этом первыми в реакцию вступают ионы хлора и образуется белый осадок (AgCl), т. е. ПР AgCl
<< ПР Ag2Cr O4.

Таким образом, лишняя капля нитрата серебра даст ярко оранжевую окраску, т. к. весь хлор уже прореагировал.

III
. С помощью индикаторов
: например, при реакции нейтрализации используют кислотно-щелочные индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метил оранж – органические соединения изменяющие окраску при переходе от кислой к щелочной среде.

Индикаторы
– органические красители, которые меняют свою окраску при изменении кислотности среды.

Схематически (опуская промежуточные формы) равновесие индикатора можно представить как кислотно-основную реакцию

HIn +H2
O In-
+ H3
O+

H2
O H+
+ OH-

H+
+ H2
OH3
O+

На область перехода окраски индикатора (положение и интервал) влияют все факторы, от которых зависит константа равновесия (ионная сила, температура, посторонние вещества, растворитель), а также индикатора.

Классификация методов титриметрического анализа.

1) кислотно-основное титрование (нейтрализация): этим методом определяют количество кислоты или щёлочи в анализируемом растворе;

2) осаждение и комплексообразование (аргентометрия)

AgNO3
+ HCl

Ag+
+ Cl-
" AgCl $

3) окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия):

а) перманганатометрия (KMnO4
);

б) йодометрия (Y2
);

в) броматометрия (KBrO3
);

г) дихроматометрия (K2
Cr2
O7
);

д) цериметрия (Ce(SO4
)2
);

е) ванадометрия (NH4
VO3
);

ж) титанометрия (TiCl3
) и т.д.

Способы титрования.

1. прямое титрование.