|
|
АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ Електронний посібник |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
РОЗДІЛ 2. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ НЕОРГАНІЧНИХ СПОЛУК |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.1
Загальні положення якісного аналізу 2.1.1. Методи якісного
аналізу 2.1.2.
Аналітичні реакції, їх чутливість та селективність 2.1.3. Дробний
та систематичний аналіз 2.1.4.
Лабораторний посуд та реактиви в якісному аналізі 2.2.1.
Аналітична класифікація катіонів 2.2.1.1. Сірководневий метод класифікації катіонів 2.2.1.2. Амонійно-фосфатний метод класифікації катіонів 2.2.1.3.
Кислотно-основна класифікація катіонів 2.2.2.
Аналіз катіонів першої групи 2.2.2.1. Загальна характеристика катіонів першої групи 2.2.2.4. Реакції катіонів NH4+ 2.2.2.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів першої групи 2.2.3.
Аналіз катіонів другої групи 2.2.3.1. Загальна характеристика катіонів другої групи 2.2.3.2. Дія групового реагенту на катіони другої групи 2.2.3.4. Реакція катіонів Pb2+ 2.2.3.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів другої групи 2.2.4.
Аналіз катіонів третьої групи 2.2.4.1. Загальна характеристика катіонів третьої групи 2.2.4.2. Дія групового реагенту на катіони третьої групи 2.2.4.3. Реакція катіонів Ba2+ 2.2.4.4. Реакція катіонів Сa2+ 2.2.4.5. Систематичний хід аналізу суміші катіонів третьої групи 2.2.5.
Аналіз катіонів четвертої групи 2.2.5.1. Загальна характеристика катіонів
четвертої групи 2.2.5.2. Дія групового реактиву на
катіони четвертої групи 2.2.5.3. Реакція катіонів Zn2+ 2.2.5.4. Реакція катіона Al 3+ 2.2.5.6. Систематичний хід аналізу суміші
катіонів четвертої групи 2.2.6.
Аналіз катіонів п’ятої групи 2.2.6.1. Загальна характеристика катіонів п’ятої групи 2.2.6.2. Дія групового реактиву на
катіони п’ятої групи 2.2.6.7. Систематичний хід аналізу суміші
катіонів п’ятої групи 2.2.7. Аналіз катіонів
шостої групи 2.2.7.1. Загальна характеристика катіонів
шостої групи 2.2.7.2. Дія групового реактиву на
катіони шостої групи 2.2.7.6. Систематичний хід аналізу суміші
катіонів шостої групи 2.3.1.
Аналітична класифікація аніонів 2.3.2.
Аналіз аніонів першої групи 2.3.2.1. Загальна характеристика аніонів
першої групи 2.3.2.2. Якісні реакції на аніони першої
групи 2.3.2.3. Аналіз суміші аніонів першої
групи 2.3.3.
Аналіз аніонів другої групи 2.3.3.1. Загальна характеристика аніонів
другої групи 2.3.3.2. Якісні реакції на аніони другої
групи 2.3.3.3. Аналіз суміші аніонів другої
групи 2.3.4. Аналіз аніонів
третьої групи 2.3.4.1. Загальна характеристика аніонів
третьої групи 2.3.4.2. Якісні реакції на аніони третьої
групи 2.3.4.3. Аналіз суміші аніонів третьої
групи 2.4. Аналіз
невідомої речовини 2.4.1. Підготовка речовини
до аналізу. Попередній аналіз 2.4.1.1. Підготовка
речовини до аналізу 2.4.1.2. Попередні дослідження невідомої речовини 2.4.2. Систематичний
хід аналізу катіонів та суміші аніонів 2.4.2.1. Виявлення катіонів у розчині 2.4.2.2. Виявлення аніонів у розчині 2.1 Загальні положення якісного аналізу 2.1.1. Методи якісного аналізу
► утворенням осаду; ► виділенням газу; ► зміною забарвлення розчину; ► появою характерного запаху; ► зміною агрегатного стану речовини.
Розв’язання аналітичної задачі здійснюється шляхом виконання аналізу
речовини. За термінологією
IUPAC під аналізом
розуміють добування дослідним шляхом даних про хімічний склад речовини. Аналіз
складається з декількох стадій (рис. 2.2). Рис. 2.2. Схематичне відображення понять «метод аналізу» та «методика аналізу» Результат аналізу
може бути правильним тільки в тому випадку, якщо проба була представницькою,
тобто точно відображала склад об’єкта, з якого вона була відібрана. Для
виконання аналізу вибирають зазвичай невелику порцію речовини, яка залежить
від обраної методики аналізу.
Залежно від
кількості досліджуваної речовини, об’єму розчину методи аналізу класифікують
так (табл. 2.1). Таблиця 2.1 Класифікація методів аналізу за розміром проби
За способом
проведення аналітичні реакції виконують «сухим» та «мокрим» методами.
У разі виконання
аналізу сухим методом зразок речовини вносять в аналітичну частину полум’я пальника й за зміною кольору полум’я роблять висновок про наявність певного йона.
Наприклад: Натрій – жовтий колір; Калій – фіолетовий колір; Кальцій –
рожево-червоний колір; Барій – блідо-зелений колір; Купрум – зелений колір.
До сухих методів
відносять утворення забарвлених перлів бури з катіонами різних металів та
розтирання сухих сумішей досліджуваної речовини та реагенту.
Проводити реакції
мокрим методом запропонував у 1920 році М. О. Тананаєв, використовуючи
крапельні реакції, що відбуваються з утворенням осадів та забарвлених сполук.
Такі реакції
проводять на пластинках, фільтрувальному папері та у мікропробірках.
2.1.2. Аналітичні
реакції, їх чутливість та селективність
У хімічних методах
якісного аналізу елемент, що його визначають, чи йон переводять у будь-яку
сполуку, яка має характерні властивості, за якими можна встановити, що
утворилась саме ця сполука. У якісному аналізі використовують характерні
аналітичні реакції, що супроводжуються певним зовнішнім аналітичним
ефектом – появою або зникненням забарвлення, осаду, характерного запаху, зміною
агрегатного стану речовини. Не всі хімічні реакції
можуть задовольняти вимоги, які дають їм право вважатися аналітичними. Вимоги до аналітичних реакції: ► мають
відбуватися з високою швидкістю, майже миттєво; ►
відбуватися до кінця (бути необоротними); ► супроводжуватися
зовнішнім ефектом (зміною забарвлення, виділенням осаду, утворенням газу); ►
відрізнятися високою чутливістю та специфічністю.
Що меншу кількість
йонів можна визначити за допомогою хімічної реакції, то вона більш чутлива.
Кількісно
чутливість реакції характеризується відкриваним мінімумом (межею визначення).
Реакції поділяють
на специфічні та селективні. Наприклад, якісною реакцією на йони амонію є
взаємодія з лугом:
Ця реакція
відбувається в присутності інших йонів, тобто вони їй не заважають. Але є дуже
багато хімічних реакцій, перебігу яких інші йони заважають. Наприклад, йони Наприклад, амоній оксалат утворює білі осади з катіонами Ca2+, Ba2+, Sr2+:
Що менша кількість
таких йонів, то більш виражена селективність реакції. Умови перебігу аналітичних реакцій ►1. Температура розчину Деякі якісні реакції вимагають нагрівання реакційної
суміші, а деякі виконують за охолодження, наприклад під струмом холодної
води. Вважається, що такі
реакції ведуть «на холоді».
►2. Концентрація реагуючих речовин Якщо концентрація речовин дуже мала, йон може не давати
аналітичного ефекту, тому при цьому слід враховувати відкриваний мінімум.
►3. Реакція середовища Реакція середовища
(рН) є важливим
чинником, який слід враховувати під час проведення якісних реакцій.
Наприклад, йон Ca2+ не можна відкрити
амоній оксалатом в присутності сильної кислоти. А білий осад AgCl добре розчиняється
в амоніачному розчині. 2.1.3. Дробний та систематичний аналіз У якісному аналізі є небагато специфічних реакцій тому
для виявлення йонів застосовують вибіркові, або селективні, реакції, які
вимагають усунення впливу інших речовин, що заважають визначенню. Цього
досягають розділенням суміші йонів на певні групи, і це розділення виконують
так, щоб йони, що заважають виявленню інших, потрапили в різні групи. Залежно
від способу виконання реакцій виявлення йонів розрізняють дробний та систематичний методи аналізу.
Дробний
аналіз набув застосування в промислових та агрохімічних лабораторіях,
особливо в тих випадках, коли склад об’єкта дослідження відомий і вимагає
лише підтвердження. Якщо вплив сторонніх йонів значний або склад речовини зовсім невідомий – виконують
систематичний аналіз.
Наприклад, у
розчині містяться йони Ca2+ і Ba2+. Катіон Ca2+ визначають за реакцією утворення білого осаду кальцій
оксалату:
Ця реакція
достатньо чутлива, але не специфічна. Йони Ba2+ дають аналогічний осад. Тому перш ніж визначати
катіони Ca2+, необхідно визначити в розчині катіони Ba2+, наприклад за реакцією:
Після цього йони Ba2+ відокремлюють надлишком
реактиву-осаджувача (K2CrO4) і тільки потім визначають у розчині катіони Ca2+. 2.1.4. Лабораторний посуд та реактиви в якісному
аналізі У лабораторії
якісного аналізу для проведення аналітичних операцій користуються різними
видами хімічного посуду та обладнання. Штатив з набором реактивів у реактивних склянках має всі необхідні розчини реактивів та сухі
речовини для проведення аналізу напівмікрометодом. Зручно користуватись
склянками об’ємом 20-50 мл. Вони містять піпетки, що дозволяє проводити
реакції крапельним методом. Такі склянки розміщують у визначеному порядку в
штативі для реактивів. Кожен такий штатив є стаціонарним на робочому місці й
служить для індивідуальної роботи. Реактиви, що швидко
розкладаються під час зберігання, отруйні, ті, що мають неприємний запах,
концентровані кислоти та розчин амоніаку зберігають у спеціальних склянках
з ковпачком під витяжною шафою.
Для реактивів
спеціального призначення, індикаторів, розчину крохмалю, органічних реагентів використовують
крапельниці
Страшейна та Шустера.
Для проведення
аналітичних реакцій користуються пробірками. Пробірки бувають
звичайні та центрифужні.
Для промивання осадів користуються пластиковими або
скляними промивалками.
Нагрівальні прилади Для нагрівання
речовин та для виконання реакцій забарвлення полум’я використовують
спиртівки, газові пальники Бунзена та Теклю.
Хімічні реактиви для проведення аналізу розрізняють за ступенем чистоти (табл. 2.2). Таблиця 2.2 Класифікація реактивів за ступенем чистоти
Вимоги до чистоти хімічних
реактивів регламентує державний стандарт. Майже всі реактиви,
що їх застосовують для аналізу, повинні мати марку ч.д.а. або х.ч.
Контрольні питання 1. Які хімічні реакції можуть використовуватися для
виконання якісного аналізу? 2. Яким шляхом розв’язують аналітичну задачу? 3. Визначити та пояснити вимоги до аналітичних
реакцій. 4. Які якісні реакції є специфічними? 5. Які умови впливають на перебіг аналітичних
реакцій та слід враховувати під час якісного аналізу? 6. Що покладено в основу виявлення йонів дробним
аналізом та які межі його застосування? 7. Яким способом виконують виявлення йонів
невідомої речовини? 8. Як зберігають у лабораторії отруйні реактиви та
ті, що мають неприємний запах? 10. Яку марку повинні мати реактиви, що їх застосовують
для аналізу? 2.2.1. Аналітична класифікація катіонів 2.2.1.1.
Сірководневий метод класифікації катіонів Для систематичного аналізу застосовують декілька методів класифікації
катіонів: сірководневий, амоніачно-фосфатний, кислотно-основний. Історично першим був сірководневий
метод аналізу, запропонований в 1871 році М. О. Меншуткіним.
Таблиця
2.3 Класифікація
катіонів за сірководневим методом
Як групові реагенти в сірководневому методі
використовують амоній карбонат, амоній сульфід, хлоридну кислоту, сірководень
та амоній полісульфід. У процесі аналізу для осадження застосовують й інші
речовини – сульфатну кислоту, луг, амоніак, хромат-, фосфат-йони, натрій
тіосульфат та ін. Головним недоліком цього методу є застосування
високотоксичного сірководню.
2.2.1.2. Амонійно-фосфатний метод класифікації катіонів Через отруйність сірководню останнім часом частіше застосовують амонійно-фосфатний метод, який ґрунтується на різній
розчинності фосфатів катіонів (табл. 2.4). Корисно
під час аналізу об’єктів, що містять фосфат-іон (ґрунту, добрива) без його
попереднього відділення. Таблиця 2.4 Класифікація катіонів за амонійно-фосфатним методом
2.2.1.3. Кислотно-основна класифікація
катіонів Кислотно-основний метод базується на різній
розчинності гідроксидів і деяких
солей, утворених цими катіонами й сильними кислотами (табл. 2.5). Таблиця 2.5 Поділ катіонів на аналітичні
групи за кислотно-основною класифікацією
|