Коллоидные растворы в природе и технике.

В природной воде содержится часть примесей в коллоидном состоянии. Поэтому воду, используемую для коммунальных нужд, электростанций, строительства подвергают обработке, вызывающей коагуляцию коллоидных частиц. Дымовые газы электростанций, металлургических заводов и других предприятий представляют собой аэрозоли. Для их коагуляции применяется электрогазоочистка методом электрофореза при очень высоких напряжениях поля. Можно разделить коллоидные частицы и ионы через мембрану, проницаемую для молекул и ионов и непроницаемую для коллоидных частиц. Такой метод разделения называется диализом. Он, например, лежит в основе аппарата «искусственная почка».

Коллоидные растворы находят очень широкое применение в технике, медицине и сельском хозяйстве. Многие лекарственные вещества, пищевые продукты, парфюмерные товары, средства борьбы с сельскохозяйственными вредителями и сорняками применяются в коллоидном состоянии. В коллоидном состоянии находятся многие составные части живых организмов: кровь, лимфа, внутриклеточная жидкость. Поэтому для лечения некоторых болез­ней широко используется введение в организм лекарств методом электрофореза.

Раздел 4. Аналитическая химия

Лекция 14. Аналитическая химия. Качественный анализ вещества

Предмет и цели аналитической химии. Пределы обнаружения вещества. Идентификация катионов неорганических веществ. Идентификация анионов.

Аналитическая химия — раздел химии, изучающий химический состав и структуру веществ. Предметом ее является совершенствование существующих и разработка новых методов анализа, их практическое применение, исследование теоретических основ аналитических методов. Аналитическая химия подразделяется на качественный анализ, нацеленный на определение того, какие вещества, в какой форме находятся в образце, и количественный анализ, нацеленный на определение сколько данного вещества (элементов, ионов, молекулярных форм и др.) находится в образце. Определение элементного состава материальных объектов называют элементным анализом. Установление строения химических соединений и их смесей на молекулярном уровне называют молекулярным анализом. Одним из видов молекулярного анализа химических соединений является структурный анализ, направленный на исследование пространственного атомного строения веществ, установление эмпирических формул, молекулярных масс и др. В задачи аналитической химии входит определение характеристик органических, неорганических и биохимических объектов. Анализ органических соединений по функциональным группам называют функциональным анализом.

Качественный анализ вещества

Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезнование окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть, возможно, более селективны и высокочувствительны. Качественный анализ в водных растворах основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы.

Качественный анализ характеризуется пределом обнаружения (обнаруженным минимумом) сухого вещества, т.е. минимальным количеством надежно идентифицируемого вещества, и предельной концентрацией раствора c_{X, min}. Эти две величины связаны друг с другом соотношением

Cх,, min =

Предел обнаружения (мкг)

Объем раствора (мл) • 10⁶

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 других ионов. Такие реакции называются специфическими. Примером таких реакций могут быть реакция иода с крахмалом с темно-синим окрашиванием, обнаруже­ние NO^-₂ с помощью реакции со смесью сульфаниловой кислоты и α -нафтиламина _, в результате которой появляется красное окрашивание, обнаружение ионов NH₄ действием щелочи или нагреванием

NH₄C1 + NaOH = NH₃ + Н₂0 + NaCl

Однако в большинстве случаев реакции обнаружения вещества не являются специфическими, поэтому мешающие идентификации вещества переводят в осадок, слабодиссоциирующее или комплексное соединение. Анализ неизвестного вещества проводят в определенной последовательности, при которой то или иное вещество идентифицируют после обнаружения и удаления, мешающих анализу других веществ, т.е. применяют не только реакции обнаружения веществ, но и реакции отделения их друг от друга.

Идентификация катионов неорганических веществ. 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, происходит окисление или восстановление с изменением цвета раствора.

Для идентификации с помощью образования труднорастворимых соединений используют как групповые, так и индивидуальные осадители. Групповыми осадителями для ионов Ag⁺, Pb²⁺, Hg²⁺ служит NaCl; для ионов Са²⁺, Sr²⁺, Ва²⁺ - (NH₄)₂C0₃, для ионов A1³⁺, Cr³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и др. - (NH₄)₂S.

Если присутствует несколько катионов, то проводят дробный анализ, при котором осаждаются все труднорастворимые соединения, а затем обнаруживаются оставшиеся катионы тем или иным методом, либо проводят ступенчатое добавление реагента, при котором сначала осаждаются соединения с наименьшим значением произведения растворимости (ПР), а затем соединения с более высоким значением ПР.

Летучие соединения металлов окрашивают пламя горелки в тот или иной цвет. Поэтому, если внести изучаемое вещество на платиновой или нихромовой проволоке в бесцветное пламя горелки, то происходит окрашивание пламени в присутствии в веществе тех или иных элементов.

Таблица 6

Примеры качественных реакций на катионы

Катион	Воздействие и реактив	Наблюдаемая реакция
Li +	Пламя	Карминово-красное окрашивание
Na +	Пламя	Желтое окрашивание
K +	Пламя	Фиолетовое окрашивание
Ca2 +	Пламя	Кирпично-красное окрашивание
Sr2 +	Пламя	Карминово-красное окрашивание
Ba2 +	1. Пламя 2.	1. Желто-зеленое окрашивание 2. Выпадение белого осадка, нерастворимого в кислотах.
Cu2 +	1. Вода 2. Сероводород H2S 3. Аммиак NH4ОН 4. Роданид аммония или калия (NH4CNS либо КCNS)	1.Гидратированные ионы Cu2 + имеют голубую окраску 2. Черный осадок СuSО4 + H2S = СuS↓ + H2SО4 3. Образуется комплексный ион [Сu(NН3)4], который обладает характерным лазурно-синим цветом.   4. Черный осадок двухвалентной меди Сu(CNS)2, который с течением времени постепенно белеет вследствие разложения его на родан CNS2 и роданид одновалентной меди СuCNS. Осадок Сu(CNS)2 и СuCNS в избытке КCNS нерастворим.
Pb2 +	S2 −	Выпадение черного осадка
Ag +	Cl −	Выпадение белого осадка
Fe2 +	1. Гексациано-феррат (III) калия K3[Fe(CN)6] 2. Гексациано-феррат (II) калия K4[Fe(CN)6] 3. Роданид аммония NH4CNS	1. Выпадение синего осадка     2. Выпадение темно-синего осадка   3. Красное окрашивание
Bi3+	Йодид калия KJ	Черный осадок, при избытке внесенного иодида калия раствор окрашивается в красновато-желтый цвет.
Zn2+	Гексациано-феррат (III) калия K3[Fe(CN)6]	Желтый осадок. Zn2++ЗК+ + [Fe(CN)6]-3 → КZn [Fe(CN)6]↓ + 2К+

Идентификация анионов. Анионы обычно классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам. Так многие анионы (SO²₄^-, SO²₃^-, CO²₃^-, S1O²₃^-, F^-1, PO^3-₄, CrO^2-₄и др.) имеют групповой реагент ВаС1₂ в нейтральной или слабо кислой среде, так как соли бария и этих анионов мало растворимы в воде.

Анионы можно обнаружить дробным анализом. Для этого групповой реагент ступенчато приливают к анализируемому раствору, первыми выпадают в осадок соединения с наименьшими значениями ПР. Отдельные ионы могут быть обнаружены с помощью тех или иных специфических реакций или реагентов. Например, при воздействии на анионы С0₂^- кислотой протекает реакция с выделением пузырьков диоксида углерода:

Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы.

Таблица 7.

Примеры качественных реакций на анионы

Катион	Воздействие и реактив	Наблюдаемая реакция
SO42-	1. Ba2 + 2. Родоизонат бария	1. Выпадение белого осадка, нерастворимого в кислотах. 2. Обесцвечивание раствора
SO32-	1. Раствор йода   2. KMnO4	1. Обесцвечивание элементарного йода в растворе SO32- +J2+H2O → SO42- + 2J- + 2H+ 2. Обесцвечивание раствора перманганата калия 5 SO32- + 2MnO4- + 6H+ = 2Mn2+ + 5 SO42- + 3H2O
Cl-	Нитрат серебра Ag	Белый осадок Ag+ + Cl- = AgCl ↓
NO3-	1. медь     2. Дифениламин в Н2SO4	1. Образуется газ NO2 2 NO3- + 3Сu + 8H+ = 3Cu2+ +4H2O + 2NO↑ 2NO + O2 (воздуха) = 2NO2 ↑ 2. Темно-синее окрашивание
NO2-	Йодид калия KJ	Выделившийся йод окрашивает крахмал в синий цвет. 2J- + 2NO2- + 4H+ = J2 + 2NO↑ +2H2O
РО43-	Паромолибдат аммония в НNO3	Желтый осадок

 

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: