Горохов А.А. Общая химия: Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

171

или сорбции. Затем вещества разделяют по классам согласно их растворимости,

преимущественно в воде и эфире. Наконец, применяют групповые реакции, с

помощью которых устанавливают присутствие классов химических соединений

(спирты, фенолы, кислоты, амины и проч.); некоторые химические реакции

позволяют перевести малоразличимую смесь веществ в вещества с достаточно

различимыми физическими свойствами, что дает возможность отделять их

далее посредством дистилляции или растворения. При идентификации

выделенного чистого вещества большое значение имеют элементный и

функциональный качественный анализ, проводимые обычными методами для

открытия углерода, водорода, азота, серы, галогенов, фосфора, мышьяка и

металлов, а также испытание основных физических свойств (температур

плавления и кипения, растворимости и определения молекулярной массы).

Количественный анализ – раздел аналитической химии, в задачу которого

входит определение количества (содержания) элементов (ионов), радикалов,

функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. В

отличие от качественного анализа, позволяющего установить, из каких

химических элементов или соединений состоит анализируемый материал,

количественный анализ имеет цель установить элементный или молекулярный

состав исследуемого объекта или содержание отдельных его компонентов.

Количественный анализ можно свести к следующим четырем

принципиальным стадиям:

а) отбор и подготовка образца к анализу;

б) переведение определяемой составной части в состояние, удобное для

измерения;

в) измерение количества компонента;

г) расчет и интерпретация количественных данных.

Обычно наиболее трудная часть аналитического процесса – изолирование

определяемой составной части объекта, количество которой затем должно быть

измерено. Сам процесс измерения относительно прост. Количественные

методы анализа развиваются в сторону создания специфических методов

172

определения с тем, чтобы избежать или свести к минимуму сложные операции

по отделению. Одно из важнейших требований при отборе для количественного

анализа состоит в том, чтобы проба, взятая от большого количества

исследуемого материала, точно отражала его средний состав.

В зависимости от объекта исследования различают неорганический и

органический анализ. В свою очередь, неорганический и органический анализ

разделяют на элементный анализ, ставящий своей целью установить, в каком

количестве содержатся элементы в анализируемом объекте, и на молекулярный

и функциональный анализ, дающие ответы о количественном содержании

радикалов, соединений функциональных групп в анализируемом веществе.

Классическими методами количественного анализа являются весовой и

объемный.

Сущность гравиметрического метода заключается в получении

труднорастворимого соединения, в которое входит определяемый компонент.

Для этого навеску вещества растворяют и с помощью реагента осаждают

анализируемое соединение. Осадок отфильтровывают, высушивают,

прокаливают и взвешивают. По массе вещества находят массу определяемого

компонента.

Имеются разновидности гравиметрического метода. Анализируемый

компонент выделяют в виде газа, который взаимодействует с реактивом. По

изменению массы реактива судят о содержании определяемого компонента в

навеске. Например, содержание карбонатов в породе можно определить путем

воздействия на анализируемый образец кислотой, в результате которого

выделяется СО

2232

COOHCOHН2СО

⇔

+−

Количество выделившегося СО

определяют по изменению массы

реагента (например, СаО), с которым реагирует СО

Трудоемкость и относительно большая продолжительность – основной

недостаток гравиметрического метода.

173

Сущность титриметрического метода заключается в измерении объема

раствора реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым

компонентом. Определение проводят способом титрования, т. е. постепенного

приливания титрованного раствора (титранта) к раствору анализируемого

вещества, объем которого точно измерен. Титрование прекращают при

достижении точки эквивалентности.

Существует несколько разновидностей титриметрического анализа:

кислотно-основное титрование, осадительное титрование,

комплексонометрическое титрование и окислительно-восстановительное

титрование. Известны и многие другие методы определения, основанные на

измерении физических величин, зависящих от количества вещества. К этим

методам относятся физико-химические и чисто физические методы.

Физико-химические методы анализа – методы, в которых анализируемые

вещества подвергают химическим превращениям, а аналитический сигнал

представляет собой физическую величину, функционально связанную с

концентрацией или массой определяемого компонента. Аналитическими

сигналами служат интенсивность излучения (в люминесцентном анализе),

поглощательная способность (в фотометрии пламени, нефелометрия), сила

тока, количество электричества, электропроводность, разность потенциалов (в

различных вариантах электрохимических методов анализа, например,

вольтамперометрии, кулонометрии, кондуктометрии, потенциометрии и др.).

Инструментальные методы анализа обладают многими достоинствами:

экспрессность, высокая чувствительность, возможность избирательного

определения веществ в многокомпонентных системах.

К наиболее применимым электрохимическим методам анализа относятся

потенциометрический, полярографический и кондуктометрический.

Потенциометрический метод базируется на измерении электродных

потенциалов. Измерительная ячейка состоит из измерительного

(индикаторного) электрода и электрода сравнения, который не чувствителен к

определяемому веществу. По значению потенциала измерительного электрода

174

судят о концентрации ионов. Для измерения рН широко применяют

ионоселективные стеклянные электроды.

Электрическая проводимость разбавленных растворов пропорциональна

концентрации электролитов.

По электрической проводимости определяют концентрацию электролита

в растворе. Например, методом кондуктометрии определяют общее содержание

примесей в воде высокой чистоты.

Оптические методы анализа основаны на измерении оптических свойств

веществ и излучений. Они включают в себя эмиссионные, люминесцентные и

абсорбционные спектральные методы.

В методе эмиссионной спектроскопии проба вещества нагревается до

очень высоких температур (2000-15000

С). Вещество испаряясь, диссоциирует

на атомы или ионы, которые дают излучение. В спектрографе излучение

разлагается на компоненты в виде спектра цветных линий. Сравнение этого

спектра со справочными данными о спектрах элементов позволяет определить

вид элемента, а по интенсивности спектральных линий – количество вещества.

Разновидность эмиссионного анализа является эмиссионная пламенная

фотометрия, в которой исследуемый раствор вводят в бесцветное пламя

горелки. По изменению цвета пламени судят о виде вещества, а по

интенсивности окрашивания – о концентрации его.

При прохождении света через раствор свет или его компоненты

поглощаются или отражаются. Зависимость изменения интенсивности потока

света, прошедшего через раствор, от концентрации вещества выражается

уравнением:

lc)I/Ilg(

, (54)

где I

и I – интенсивность потока света, падающего на раствор и

прошедшего через раствор;

ε - коэффициент поглощения света, зависящий от природы вещества

(молярный коэффициент поглощения);

l – толщина светопоглощающегося слоя.

175

Физические методы анализа основаны на измерении физических

(главным образом, ядерных, атомных, молекулярных) характеристик,

обусловливающих химическую индивидуальность определяемых компонентов.

Такими характеристиками могут быть спектры излучения и поглощения

электромагнитного излучения (радиочастотные, инфракрасные (ИК), видимые,

ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма спектры), естественная и

искусственная радиоактивность, магнитные свойства и др. Наиболее широкое

распространение получили методы спектрального анализа.

К физическим методам анализа относится масс – спектрометрия, которая

позволяет определить в твердых и жидких веществах почти все химические

элементы (пределы обнаружения до 10

-6

-10

-8

% по массе), а также является

важным методом изотонного анализа и анализа органических соединений.

Ядерно-физические методы, например, активационный анализ, широко

применяется при исследовании особо чистых веществ и геологических

объектов. Активационные методы обеспечивают рекордно низкие пределы

обнаружения элементов – до 10

-14

г. Все шире используются методы ядерно-

магнитного резонанса, электронно-парамагнитного резонанса, оптико-

акустической спектроскопии и другие.

Развитие физических методов анализа – одна из важнейших задач

аналитической химии. Эти методы отличаются чрезвычайно низкими

пределами обнаружения, экспрессностью и используется при автоматизации

технологических процессов. Они применяются также для проведения

неразрушающего, дистанционного и локального анализа. Реализация

возможностей физических методов анализа требует создания специальных

приборов и установок, в которых используются последние достижения

приборостроения, электроники и вычислительной техники. В связи с

возрастающей ролью физических методов анализа возникли тесные связи

аналитической химии с физикой. Намечается тенденция превращения

аналитической химии в дисциплину на стыке наук.

176

Список использованных источников

1 Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа,

1998. – 743 с.

2 Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия в центре наук. – М.: Мир, 1983. – 412 с.

3 Зайцев О.С. Общая химия. – М.: Химия, 1990. – 352 с.

4 Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1998. – 559 с.

5 Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. – М.:

Химия, 1981. – 632 с.

6 Некрасов Б.В. Основы общей химии. – Т. 2. – М.: Химия, 1973. – 688 с.

7 Некрасов Б.В. Основы общей химии. – Т. 1. – М.: Химия, 1974. – 656 с.

8 Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1985. – 704 с.

9 Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-Пресс, 2003.

10 Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии. – М.: Мир,

1979. – 396 с.

11 Кузнецов В.И. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1989. – 520 с.

12 Угай Я.А. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1984. – 462 с.

13 Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1997. –

498 с.

14 Хаускрофт К., Костебл Э. Совершенный курс общей химии. – М.: Мир,

2002. – Т. 1-2. – с. 642 с.

15 Хомченко И.Г. Общая химия. – М.: Новая волна, 1998. – 480 с.