Логотип Н.И. Лосева
ОБЩАЯ ХИМИЯ
Часть 4.

Содержание страницы:
Химическая идентификация и анализ
Вопросы для самоконтроля

Химическая идентификация и анализ

Химическая идентификация (качественный анализ) и химические измерения (количественный анализ) являются предметом специальной химической науки - аналитической химии.

Химическая идентификация (обнаружение) - это установление вида и состояния фаз, молекул, атомов, ионов вещества на основе сопоставления экспериментальных и справочных данных для известных веществ. При идентификации определяется комплекс свойств вещества: цвет, фазовое состояние, плотность, вязкость, температура кипения, плавления, растворимость и др.

В зависимости от вида идентифицируемых частиц различают элементный, молекулярный, изотопный и фазовый анализы.

Качественный анализ характеризуется пределом обнаружения сухого вещества, т.е. минимальным количеством надежно идентифицируемого вещества, и предельной концентрацией раствора Сх.

В качественном анализе применяются только такие реакции, пределы обнаружения которых не превышают 50 мкг.

Имеются некоторые реакции, которые позволяют обнаружить то или иное вещество или ион в присутствии других веществ или ионов. Такие реакции называются специфическими. Например, ион NН4+ обнаруживается реакцией NH4Cl + NaOH = NH3↑ + H2O + NaCl, а йод с крахмалом дает синее окрашивание.

Методы качественного анализа базируются на ионных реакциях, которые позволяют идентифицировать элементы в форме тех или иных ионов. В ходе реакций образуются труднорастворимые соединения, окрашенные комплексные соединения или изменение цвета раствора.

Имеется много органических и неорганических реагентов, образующих осадки или окрашенные комплексные соединения с катионами и анионами.
Например, ализарин + Al3+ → ярко-красный осадок,
                   дихромат калия К2Cr2O7 + Ca2+ → оранжевый осадок,
                   дифениламин (С6Н5)2NH + NO3- → раствор темно-синего цвета.

Таким образом, химическая идентификация заключается в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение белого или окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.

Определение содержания (концентрации, массы и т.п.) компонентов в анализируемом веществе называется количественным анализом.

Все методы количественного анализа можно условно разделить на две большие группы: химические и инструментальные.

Основные методы количественного анализа

Измеряемая величина (свойство) Название метода
масса гравиметрический
объем титриметрический
плотность денсиметрический
поглощение или испускание видимых, УФ и рентгеновских лучей спектральный и рентгеноспектральный
электрическая проводимость кондуктометрический
скорость реакции кинетический
вязкость вискозиметрический
Δtз криоскопический
Δtk эбуллиоскопический

Особенно широко употребляются в количественном анализе первые два метода.

Гравиметрический метод. Сущность метода заключается в получении трудно растворимого соединения, в которое входит определяемый компонент. По массе вещества находят массу определяемого компонента и проводят расчет его массовой доли в анализируемой навеске.

Титриметрический метод. Сущность метода заключается в измерении объема раствора того или иного реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым компонентом. Для этих целей используют так называемые титрованные растворы, концентрация которых известна (титры). Титр - масса вещества, содержащегося в 1 мл титрованного раствора. Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного приливания титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объем которого точно измерен. Существует несколько разновидностей титриметрического анализа: кислотно-основное, осадительное, окислительно-восстановительное и др.

Инструментальные методы анализа делятся на несколько групп.

1 группа. Электрохимические методы: потенциометрический, полярографический и кондуктометрический.

Потенциометрический метод базируется на измерении электродных потенциалов, которые зависят от концентрации ионов, т.е. по значению электродного потенциала φ можно судить о концентрации ионов.

Полярографический метод позволяет определять концентрации нескольких ионов в растворе по кривым напряжения.

Методом кондуктометрии определяют общее содержание примесей, например, в воде.

2 группа. Хроматография основана на разделении двух- и многокомпонентных смесей газов, жидкостей с помощью специального прибора - хроматографа. По получаемым хроматограммам делают вывод о составе смеси при сравнении их с литературными справочными данными.

3 группа. Оптические методы основаны на измерении оптических свойств веществ и излучений, взаимодействия электромагнитного излучения с атомами или молекулами анализируемого вещества.

На базе учения о химическом равновесии был разработан новый метод исследования химических систем - метод физико-химического анализа. Этот метод основан на изучении зависимости физических свойств химической системы от факторов, определяющих ее равновесие. В качестве изучаемых свойств могут быть выбраны тепловые, объемные, электрические, магнитные, оптические и др. Особенно широкое применение находит метод исследования, основанный на изучении зависимости физических свойств системы от ее состава. Большой вклад в создание метода физико-химическоо анализа как самостоятельного метода исследования внесли Н.С. Курнаков и его ученики. По определению Курнакова метод физико-химического анализа есть "геометрический метод исследования химических превращений". В этом методе применяют геометрический анализ диаграмм, построенных в координатах изучаемое свойство - фактор равновесия (р, Т, состав): Т - состав. Анализ таких диаграмм позволяет установить протекающие в системе качественные изменения, характер взаимодействия между компонентами, области существования и составы равновесных фаз.

Вопросы для самоконтроля

  1. Какой раздел химии имеет задачу идентификации веществ? Какие свойства веществ определяются при идентификации?
  2. Дайте определение понятию "предел обнаружения". Как его рассчитать?
  3. Вычислите предел обнаружения вещества, если предельная концентрация составляет 10-7 моль/л, а объем раствора - 20 мл.
  4. Что такое титр? Какие требования предъявляют к реакциям, применяемым в титриметрии?
  5. На чем основаны хроматографические методы анализа?
  6. Какие задачи выполняют качественный и количественный анализ вещества?
  7. Приведите примеры качественных реакций.
  8. Какие методы анализа относятся к группе электрохимических? В чем их сущность?
  9. Почему метод физико-химического анализа Курнаков называл геометрическим?
  10. На чем основан гравиметрический метод анализа?
Вернуться на начало страницы На главную страницу