Методы аналитической химии химические, физические и физико-химические

Методы аналитической химии химические, физические и физико-химические

В аналитической химии используются различные методы: химические, физические и физико-химические. Коротко дадим характеристику каждому типу методов.

Химические методы основаны на превращениях, протекающих в растворах с образованием осадков, окрашенных соединений или газообразных веществ. Химические процессы, используемые в целях анализа, называют аналитическими реакциями. Аналитическими являются реакции, которые сопровождаются каким-нибудь внешним эффектом, позволяющим установить, что химический процесс связан с выпадение или растворением осадка, изменением окраски анализируемого раствора, выделением газообразных веществ. Требования к аналитическим реакциям и их особенности можно свести к следующим положениям:

выполнение анализа «сухим» или «мокрым» способом (сухой способ - это пирохимические методы, от греч. «пир» - огонь), сюда следует отнести пробы на окрашивание пламени при сгорании исследуемого вещества на петле платиновой (или нихромовой) проволочки с получением в результате окрашенного в характерный цвет пламени; получение цветных стекол или перлов за счет сплавления исследуемого вещества в петле платиновой проволки с бурой Nа ₂ В ₄ О ₇ 10Н ₂ О, хром дает зеленый, кобальт - синий, марганец - фиолетовый перлы, рассмотрение металлических «корольков», получающихся при прокаливании анализируемых минералов на древесном угле с помощью паяльной трубки; метод растирания твердого анализируемого вещества с твердым реактивом, например, при растирании смеси соли аммония с Са(ОН) ₂ выделяется аммиак.

Анализ сухим способом применяется для экспресс-анализов или в полевых условиях для качественного и полуколичественного исследования минаралов и руд. Для проведения мокрого анализа исследуемое вещество должно быть переведено в раствор и в дальнейшем реакции идут как реакции обнаружения ионов;

Условия: температура, реакция среды и концентрация обнаруживаемого иона

аналитическая реакция должна протекать быстро и полно при соблюдении определенных условий: температуры, реакции среды и концентрации обнаруживаемого иона. При выборе реакции обнаружения ионов руководствуются законм действующих масс и представлениями о химическом равновесии в растворах. При этом выделяются следующие характеристики аналитических реакций: селективность или избирательность; специфичность; чувствительность. Последняя характеристика связана с концентрацией обнаоуживаемого иона в растворе и если реакция удается при низкой концентрации иона, то говорят о высокочувствительной реакции.

Если вещество малорастворимо в воде и осадок выпадает при его низкой концентрации, то это высокочувствительная реакция, если вещество хорошо растворимо и выпадает в осадок при высокой концентрации иона, то реакция считается малочувствительной. Понятие чувствительности относится ко всем аналитическим реакциям, каким бы внешним эффектом они не сопровождались. Порог чувствительности реакций характеризуют количественно при помощи обнаруживаемого минимума, т. е. наименьшего количества иона, которое удается обнаружить с помощью данной реакции.

Выражают этот показатель в миллионных долях грамма - микрограммах 10 ^-6 г.

Например, при обнаружении иона К ⁺ в виде гексахлорплатината (1V) К ₂ [PtCl ₆ ] обнаруживаемый минимум составляет 0,1мкг. В качественном анализе применяют только те реакции, обнаруживаемый минимум которых не превышает 50 мкг. Селективные или избирательные реакции дают сходный внешний эффект с некольким ионами.

Оксалат аммония образует осадки с катионами

Оксалат аммония образует осадки с катионами Са ²⁺ , Ва ²⁺ ,Sr ²⁺ , и др. Но чем меньше таких ионов, тем более выражена избирательность (селективность) реакции. Селективность реакции может быть повышена с помощью маскирующих средств, которые переводят мешающие ионы в малодиссоциирующие или комплексные соединения. Концентрация посторонних ионов в растворе сильно понижается и помехи устраняются. Специфической называют такую реакцию, которая позволяет обнаружить ион в присутствии других ионов. Однако таких реакций мало (иод и синее окрашивание при наличии крахмала, обнаружение ионов NН ₄ реактивом Несслера, обнаружение железа тиоцианатом с получением кроваво-красного осадка роданида железа

[Fе(SСN)] ²⁺ ;

дробный и систематический анализ. Обнаружение ионов с помощью селективных и специфических реакций в отдельных порциях раствора, производимое в любой последовательности называют дробным анализом.

Такой тип анализа широко применяется в агрохимических и заводских лабораториях. Когда состав анализируемого вещества хорошо известен и требуется проверить отсутствие или присутствие тех или иных примесей. Если же используемые реакции не селективны, а мешающее действие посторонних ионов устранить не удается, то в этом случае применяют т. н. систематический ход анализа т. е. определенную последовательность выполнения аналитических реакций, при которой каждый ион обнаруживают после того, как будут обнаружены и удалены мешающие ионы. В таком анализе применяются не только реакции обнаружения отдельных ионов, но и реакции отделения их друг от друга, используя различия в их растворимости или летучести. Полноту удаления мешающего иона проверяют в каждом случае специальной пробой.

Например, необходимо определить присутствие в растворе иона Са ²⁺ , который хорошо осаждается ионами щавелевой кислоты, т. е. при взаимодействии с оксалатом аммония

СаС1 ₂ + (NН ₄ )С ₂ О ₄ = СаС ₂ О _4↓ + NН ₄ С1.

Но, если в растворе присутствуют ионы Ва ²⁺ , то они также способны выпадать в осадок в виде оксалата бария, поэтому необходимо проверить в отдельной порции раствора их наличие реакцией с дихроматом калия, при этом выпадает желтый осадок хромата бария. Кальций же способен выпадать в осадок в виде хромата только при очень высокой его концентрации из растворов солей кальция, в обычных условиях хромавт кальция хорошо растворим в воде. Следовательно, при наличии ионов бария в растворе, чтобы удалить мешающие осаждению кальция ионы бария необходимо на весь раствор подействовать раствором дихроматом калия, последний раствор берется с избытком, полученный желтый осадок хромата бария отфильтровывают, еще добавляют раствор хромата или дихромата, для проверки полноты осаждения бария и затем открывают ионы кальция раствором оксалата.

Такие манипуляции в виде последовательных реакций называются систематическим ходом анализа.

Систематический и дробный анализ не противопоставляются друг другу, а дополняют друг друга и применяются для аналитической классификации ионов. В ходе систематического анализа ионы выделяют из сложной смеси не по одному, а небольшими группами, пользуясь их одинаковым отношением к некоторым реактивам. Реактивы, позволяющие выделить из сложной смеси группу ионов, называют групповыми.

Удобство применения групповых реагентов заключается в том, что они позволяют сложную аналитическую задачу разделить на несколько более простых.