заттар құрылысы мен құрамы. лекция посл. Лекция 1 Введение. Предмет аналитической химии
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ЮЖНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. АУЕЗОВА Кафедра «химии» К. Б. АДИХОДЖАЕВА КУРС ЛЕКЦИЙ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИг. Шымкент 2009 г. Лекция №1 Введение. Предмет аналитической химии. Задачи химического анализа. Виды анализа: элементный, функциональный, молекулярный, фазовый (структурный). Аналитический сигнал, как основной элемент качественной и количественной информации. Химические, физико-химические и физические методы анализа, их взаимосвязь, соотношение и применение. 1. Аналитическая химия – это наука о методах определения качественного и количественного химического соединения и их химической структуры. Выбирая метод анализа, необходимо четко знать цель анализа, задачи, которые нужно решать, оценить достоинства и недостатки доступных методов анализа. Метод – это совокупность принципов, положенных в основу анализа безотносительно к конкретному объекту и определяемому веществу. Методика– подробное описание всех условий и операций проведения анализа определенного объекта. Аналитическая химия имеет два раздела: качественный и количественный анализы. Цель качественного анализа – обнаружения составных частей неизвестного индивидуального вещества или их смесей. Цель количественного анализа – определение количественного соотношения составных частей вещества. 2. Методы качественного и количественного анализа, позволяющие определить из каких элементов состоит образец, называют элементным анализом, определение функциональных групп называют функциональным анализом, а обнаружение индивидуальных химических соединений – молекулярным анализом. 3. Аналитический сигнал. Для проведения анализа необходимо чтобы вещество или его составные части обладали химическими или физическими свойствами, называемыми аналитическими свойствами, позволяющими обнаружить, измерить количество и установить структуру и системные взаимоотношения веществ. Аналитическими свойствами веществ могут быть цвет, запах или способность образовывать цветные соединения, осадки, газы при взаимодействии с определенными химическими реагентами. Аналитическое свойство должно быть характерным – присущим только данному веществу или группе близких веществ. Так, плотность растворов веществ нехарактерна, потому что можно получить растворы практически любых веществ, имеющих одинаковую плотность. Например, плотность равную 1,140г/см3 имеют 24%-ный раствор HNO3, 20%-ный раствор H2SO4, 15%-ный раствор KOH и т.д. Подобные нехарактерные свойства – плотность, вязкость, поверхностное натяжения – могут быть использованы только для целей идентификации и приближенного анализа. Характерны такие свойства, как цвет, запах, растворимость, радиоактивность. Аналитическое свойство должно иметь определенную интенсивность. Под интенсивностью понимают количественную характеристику свойства, отнесенную к единице концентрации вещества. Большое значение имеет устойчивость аналитического свойства к посторонним воздействиям, т.к.применение устойчивых свойств повышает точность анализа. 4. В качественном и количественном анализе используют химические, физические и физико-химические методы. Существует классификация методов анализа по величине навески анализируемого вещества: макроанализ (0,5-1 г); полумикроанализ (0,05-0,5 г); микроанализ (0,01-0,05 г); ультрамикроанализ(10-6 – 10-3 г). Химические методы основаны на способности веществ вступать в химические взаимодействия. Физические методы основаны на измерении каких-либо параметров веществ. Физико-химические методы основаны на наблюдении изменением физических свойств, которое происходит в результате химической реакции. В качественном анализе, для обнаружения ионов и молекул в основном используют химические и физико-химические методы. При количественных определениях широко применяют как химические (гравиметрические и титриметрические), так и физические и физико-химические методы (атомная и молекулярная абсорбционная спектроскопия, эмиссионный спектральный анализ, поляромерия, рефрактромерия, потенциометрия, хроматография и др.). Задачи качественного и количественного анализа разнообразны. Например, химический анализ применяется при многих научных исследованиях. В биологии, медицине, фармации его используют при анализе специфических объектов – лекарств, крови. Химический анализ широко применяется в металлургии, радиохимии, геохимии, изучении океана и космоса. Проблема охраны окружающей среды связана с анализом воды и воздуха. Большое влияние на развитие аналитической химии оказывают требования производства и науки. Контрольные вопросы Каковы задачи химического анализа? Как классифицируются методы анализа в зависимости от пробы взятой на анализ? Что такое аналитический сигнал? Какие аналитические сигналы являются характерными? На чем основаны химические методы анализа? На чем основаны физические и физико-химические методы анализа? Лекция №2 Метрологические основы аналитической химии. Основные источники погрешности результатов анализа и способы их исключения. Общая характеристика химического анализа как измерительного процесса. Основные метрологические характеристики методов и результатов анализа, способы их оценки: правильность, воспроизводимость, предел обнаружения, коэффициент чувствительности, нижняя и верхняя граница определяемых содержание. Сравнение методов. Общая схема получения результатов анализа при использовании абсолютных и относительных методов. 1. Химический анализ сложных материалов обычно включает много самых разнообразных операций. Часть операций имеет чисто механический характер, другие сопряжены с разнообразными химическими реакциями. Например, отвешивание определенного количества вещества на аналитических весах, растворение навески, нагревание, фильтрование, промывание, высушивание, прокаливание, титрование, приготовление стандартных растворов и т.д. Погрешности, возникающие в процессе анализа, могут быть одного знака и, складываясь, приводить к расхождению между найденным и истинным содержанием определяемого элемента. Анализ характера погрешностей приводит к выводу, что они могут быть систематическими и случайными. Систематические погрешности остаются постоянными или закономерно изменяющимися при повторных измерениях одной и той же величины, их источник может быть обнаружен и устранен. Случайные погрешности такие, которые изменяются случайным образом, что их невозможно обнаружить и устранить. Они приводят к тому, что параллельные определения какого-либо элемента, выполненные при совершенно одинаковых условиях, никогда в точности не совпадают по результату, поэтому берут среднее значение. 2.Метрологией называют науку, изучающую методы измерения величин. Под измерением понимают определение числового значения измеряемой величины, выраженного в определенных единицах. Вопросы метрологии в аналитической химии имеет первостепенное значение. При химическом анализе получают метрологические характеристики веществ и выясняют их соответствие определенным стандартным нормам. Правильность анализа характеризуется расхождением между средним и истинным результатом. Правильность анализа обеспечивается в том случае, если удается избежать систематических погрешностей. При проверке правильности применяют следующие методы: проведение анализа двумя или несколькими независимыми методами, применение стандартных образцов – эталоны, метод добавок. Воспроизводимость характеризует отклонение отдельных измерений от их среднего арифметического значения. 3.Химический анализ сложных материалов состоит в большинстве случаев из следующих этапов: 1. Отбор пробы для анализа; 2. Разложение пробы и переведение ее в раствор; 3. Проведение химической реакции; 4. Измерение какого-либо физического параметра продукта реакции или самого определяющего вещества. Контрольные вопросы Какие основные погрешности существуют в химическом анализе? Способы устранения погрешностей. Какие основные метрологические характеристики методов анализа? Из каких основных этапов состоит анализ вещества? Как получить результат анализа при использовании абсолютных методов? На каких принципах основаны относительные методы получения результатов анализа? Лекция № 3. Классификация катионов При систематическом анализе принято деление катионов и анионов на аналитические группы. Наиболее удобная, применяемая и в настоящее время классификация катионов, разработана Н.А. Меншуткиным в 1871 г. Все существующие ныне классификации предусматривают разделение катионов на 5 или 6 аналитических групп на основании следующих их свойств: 1.На различии растворимости хлоридов, карбонатов, сульфатов или гидроксидов. 2. На амфотерных свойствах некоторых гидроксидов. 3. На способности ряда гидроксидов образовывать комплексные аммиакаты.
Например: Первая аналитическая группа катионов: К+, Na+, NН4+, Mg2+ Почти все соли калия, натрия, аммония и большинство солей магния хорошо растворимы в воде. Поэтому группового реактива, осаждающего все четыре катиона, нет. Калий и натрий относятся к 1 группе периодической системы элементов и образуют сильные щелочи. Гидроксид аммония является слабым основанием, но катион аммония близок по свойствам к катиону калия и образует несколько аналогичных малорастворимых солей. Соли аммония разлагаются при нагревании и могут быть удалены прокаливанием. Гидроксид магния – слабое основание, плохо растворимое в воде. Труднорастворимы также фосфат магния и карбонат. Гидроксокарбонат магния растворяется в избытке солей аммония и при действии карбонатом аммония в присутствии хлорида аммония в осадок не выпадает. Поэтому при систематическом анализе ион магния остается в растворе с катионами 1 группы. По этой причине он и отнесен к этой группе. При систематическом анализе катионы калия, натрия и магния обнаруживают в последнюю очередь, так как катионы других групп мешают их обнаружению и должны быть удалены. В водных растворах катионы 1 группы бесцветны, образуемые ими соли имеют окраску только в тех случаях, когда в их состав входят окрашенные анионы, например: перманганат, хромат или дихромат -ионы. Катионы 1 аналитической группы содержатся в почвах как в подвижном, доступном для усвоения растениями состоянии, так и в связанном. Они вносятся в почву в виде минеральных удобрений. Калий в виде -калийной селитры, сульфата, хлорида и других солей. Натрий – составная часть чилийской селитры (NаNО3). Магний входит в состав доломита СаСОЗ•МgСО3 . Ион аммония содержится в аммонийной селитре, сульфате и хлориде аммония, в аммофосе NH4H2PО4 и диаммофосе (NН4)2HPО4. Контрольные вопросы 1.Аналитические группы катионов и периодическая система Д.И. Менделеева. 2.Классификация катионов. Сульфидная классификация катионов. Недостатки данной классификации. 3.Кислотно-основная классификация катионов. 4.Фосфатная классификаци катионов. Лекция № 4. Аммиачно-фосфатная классификация катионов. В связи с применением различных групповых реагентов сформировались различные классификации катионов по группам или различные методы качественного анализа катионов: - сероводородный (сульфидный); - аммиачно-фосфатный; - кислотно-основной; - карбонатный; - бифталатный; - сульфидно-основной; - тиоацетамидный. Наиболее распространенными являются три аналитические классификации катионов по группам: сероводородная (сульфидная); аммиачно-фосфатная; кислотно-основная. В основу той или иной классификации катионов положены их сходства или различия по отношению к действию определенных аналитических реагентов и свойства образующихся продуктов реакций: растворимость в воде, в кислотах и щелочах, в растворах некоторых веществ, способность к комплексообразованию, окислительно-восстановительные свойства. Аммиачно-фосфатная классификация катионов по аналитическим группам основана на использовании в качестве групповых реагентов двузамещенного ортофосфата аммония (NH4)2HPO4 (а также двузамещенного ортофосфата натрия Na2HPO4) в аммиачной среде; азотной и хлороводородной кислот. В табл. 2.2 представлены катионы согласно данной классификации. К I аналитической группе относят катионы Na+, K+, NH4+. Групповой реагент на данную группу катионов отсутствует. Ко II группе относят 11 катионов; их делят на две подгруппы. Первая подгруппа содержит катионы Li+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mn2+, Fe2+. Во вторую подгруппу входят катионы Al3+, Cr3+, Bi3+, Fe3+. В качестве группового реагента на катионы второй группы применяют раствор двузамещенного ортофосфата аммония (NH4)2HPO4 в 25 %-ном растворе аммиака. При действии группового реагента выпадают осадки ортофосфатов катионов первой подгруппы состава Li3PO4, NH4MgPO4, Ca3PO4, Sr3(PO4)2, NH4MnPO4, Fe3(PO4)2. Эти фосфаты растворимы в уксусной кислоте. При действии группового реагента на растворы катионов второй группы (второй подгруппы) выпадают осадки ортофосфатов трехвалентных катионов этой подгруппы состава AlPO4, BiPO4, CrPO4, FePO4. Данные осадки нерастворимы в уксусной кислоте. Контрольные вопросы 1.Катионы аналитических групп. 2.Групповые реагенты. 3.Дробный и систематический анализ катионов. |