Аналитическая химия и химический анализ. Предмет и задачи аналитической химии. Классификация методов химического анализа.

ЛЕКЦИЯ № 1

План лекции:

1. Аналитическая химия и химический анализ. Предмет и задачи аналитической химии. Классификация методов химического анализа.

2. Аналитический сигнал как источник информации о качественном и количественном составе вещества. Классификация методов химического анализа по характеру аналитического сигнала.

3. Основные этапы химического анализа.

4. Принципы и методы качественного химического анализа.

Аналитическая химия и химический анализ. Предмет и задачи аналитической химии. Классификация методов химического анализа.

Аналитическая химия - это наука о методах определения химического состава и структуры химических систем.

Химическая система (вещество) может представлять собой индивидуальное химическое соединение, смесь соединений, какой-либо материал (пластмасса, древесина и т.д.). Состав веществ и материалов имеет качественную и количественную характеристики.

Качественный состав указывает на наличие в веществе определенных химических элементов (элементный состав), функциональных групп (функциональный состав), а также индивидуальных химических соединений в смеси (молекулярный состав).

Количественный состав описывает количественное содержание отдельных составляющих в веществе.

Структурой химической системы называют пространственный порядок расположения атомов и их химических связей в молекуле вещества (внутримолекулярная структура), а также расположение и взаимосвязь молекул в химической системе (межмолекулярная структура).

Суммируя вышесказанное можно схематично изобразить основные характеристики химической системы, выбрав в качестве примера обычную воду

Определение качественного и количественного состава веществ и их структуры проводят с помощью химического анализа.

Таким образом, аналитическая химия является наукой, разрабатывающей и создающей методы химического анализа, то есть предметом аналитической химии, как науки, является теория химического анализа. Аналитическая химия разрабатывает теоретические основы методов анализа, определяет границы их применимости и метрологические характеристики, предлагает способы анализа различных объектов. Химический анализ является практическим применением аналитической химии.

В зависимости от того, какой аспект химической системы интересует химика-аналитика, различают качественный, количественный и структурный анализ:

- качественный анализ служит для определения качественного химического состава и идентификации (установление идентичности с эталоном) веществ;

- количественный анализ служит для определения количественных соотношений между компонентами химической системы;

- структурный анализ служит для исследования внутри- и межмолекулярной структуры веществ (например, молекула ДНК представляет собой две спирали, состоящие из пуриновых и пиримидиновых оснований, расположенных в определенной последовательности, и связанные между собой водородными связями).

Качественный анализ обычно предшествует количественному, а определение структуры проводят, как правило, имея информацию о качественном и количественном составе вещества.

По сложности проведения различают элементный, функциональный, молекулярный и фазовый анализ:

- элементный анализ – это установление наличия и количественного содержания химических элементов в веществе, то есть нахождение его элементного состава;

- функциональный анализ – это установление наличия и количественного содержания функциональных групп в молекулах органических соединений;

- молекулярный анализ – это установление наличия и количественного содержания молекул индивидуальных химических соединений в веществе, смесях и материалах;

- фазовый анализ – это анализ вещества на наличие в нем отдельных фаз, различающихся по своим химическим и физическим свойствам и отделенных друг от друга поверхностями раздела.

В зависимости от того, с каким количеством вещества оперируют при выполнении анализа различают макро-, полумикро-, микро- и ультрамикроанализ:

Вид анализа	Масса вещества, г	Объем раствора, мл
Макроанализ Полумикроанализ Микроанализ Ультрамикроанализ	0, 1- 1, 0 0, 01 - 0, 10 0, 001 - 0, 010 < 0, 001 (до 10-6)	10 -50 1 - 10 0, 1 - 0, 5 < 0, 01

При макро- и полумикрометоде используют обычную химическую посуду, система работы в обоих методах идентична, однако преимуществом полумикроанализа является значительно меньший расход реактивов. Микро- и ультрамикроанализ требует использования высокочувствительных реакций, специальных методов и аппаратуры. На практике в обычных химических лабораториях чаще всего применяется полумикроанализ.

Таблица 1

Кислотно-основная классификация катионов

№группы	Катионы	Название группы	Групповой реагент	Характеристика группы
I	Ag⁺, Pb²⁺, [Hg₂²⁺]	Хлоридная	2M HCl	Образование малорастворимых хлоридов
II	Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺	Сульфатная	2M H₂SO₄	Образование малорастворимых в воде и кислотах сульфатов
III	Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, As³⁺, As⁵⁺	Амфолитная	2M NaOH	Образование растворимых солей типа NaAlO₂, Na₂ZnO₂, NaCrO₂, Na₂SnO₂
IV	Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺	Гидроксидная	2M NaOH	Образование малорастворимых гидроокисей
V	Cu²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺	Аммиакатная	2M NH₄OH (избыток)	Образование растворимых комплексов – аммиакатов
VI	K⁺, Na⁺, NH₄⁺	Растворимая	Нет группового реагента	Хлориды, сульфаты, гидроксиды растворимы в воде

Аналитические реакции можно выполнять « сухим» и «мокрым» путем. При выполнении реакций «сухим» путем используемое вещество подвергается обработке (нагреванию, растиранию) в твердом виде (окрашивание пламени, получение цветных стекол). Анализ сухим путем используют главным образом для качественного или полуколичественного исследования минералов и руд. В лабораторных условиях наибольшее применение получили реакции, происходящие в растворах. При этом исследуемое вещество необходимо предварительно растворить в воде, кислоте или щелочи. Если вещество нерастворимо, следует сплавить его, например, со щелочью, а затем уже полученный плав растворить в воде или кислоте.

ЛЕКЦИЯ № 2

План лекции:

1. Скорость химической реакции и химическое равновесие.

2. Основные положения теории растворов электролитов. Общая (аналитическая) концентрация и активность ионов в растворе, их взаимосвязь.

3. Кислотно-основные равновесия в водных растворах. Водородный показатель рН и кислотность среды. Контроль за кислотностью среды.

4. Действие одноименных ионов.

5. Протолитические равновесия в растворах солей (гидролиз солей).

6. Произведение растворимости.

При установившемся равновесии отношение произведения концентраций продуктов реакции к произведению концентраций исходных веществ представляет собой для данной реакции при данной температуре величину постоянную, называемую константой равновесия. При этом концентрации каждого вещества должны быть возведены в степень, соответствующую их стехиометрическому коэффициенту.

ЗДМ строго применим к неэлектролитам и слабым электролитам в разбавленных водных растворах. Концентрированные водные растворы слабых электролитов и все сильные электролиты (кислоты, щелочи, соли) дают существенные отклонения от ЗДМ.

Значение константы равновесия позволяет оценить направление и глубину протекания химической реакции. При К = 1 скорости прямой и обратной реакции равны. Если К > 1, это благоприятствует протеканию реакции в прямом направлении, если К < 1 – в обратном.

Следовательно, изменение концентраций реагирующих веществ или их продуктов вызывает смещение равновесия химической реакции. При увеличении концентраций А и В и уменьшении С и D равновесие сдвигается вправо, при увеличении концентраций С и D равновесие сдвигается влево.

Действие одноименных ионов

Степень электролитической диссоциации вещества зависит не только от его концентрации в растворе, но и от присутствия в растворе других электролитов. Степень диссоциации слабого электролита понижается при введении в раствор сильного электролита, содержащего одноименный (т.е. общий) ион с исходным электролитом. Влияние одноименного иона легко объясняется с позиций закона ЗДМ.

Рассмотрим равновесие в растворе аммиака:

Константу равновесия этой реакции можно представить уравнением

Если к раствору аммиака прилить сильный электролит, содержащий одноименные ионы, например, хлорид или нитрат аммония, то концентрация катионов NH₄⁺ повысится во много раз. Благодаря этому числитель уравнения возрастает и величина дроби станет больше константы диссоциации. Нарушенное таким образом равновесие будет восстанавливаться в результате соединения ионов NH₄⁺ и OH^- в недиссоциированные молекулы NH₄OH.

Следовательно, степень диссоциации слабого электролита понижается при введении в раствор какого-либо сильного электролита, содержащего одноименный с ним ион.

В рассмотренном случае концентрация ионов OH^- понизится и раствор аммиака в присутствии NH₄Cl или NH₄NO₃ будет вести себя как еще более слабое основание. Для понижения концентрации ионов H⁺ в растворе уксусной кислоты достаточно прибавить к нему немного соли этой кислоты, например, ацетата натрия, содержащей одноименный ион CH₃COO^-.

В аналитической химии иногда необходимо поддерживать в исследуемом растворе определенную, приблизительно постоянную концентрацию ионов , которая не должна изменяться при хранении, разбавлении раствора, добавлении к нему небольших количеств сильной кислоты или щелочи.

Свойства некоторых растворов сохранять практически постоянную концентрацию ионов водорода при добавлении небольших количеств кислоты, щелочи, а также при разбавлении, называют буферным действием, а растворы, которые обладают таким свойством – буферными растворами. Они представляют собой смеси электролитов, содержащие одноименные ионы. Например, ацетатный буферный раствор – смесь уксусной кислоты и ацетата натрия , аммонийный буферный раствор – смесь и .

В качестве примера рассмотрим ацетатную буферную смесь, состоящую из слабой кислоты ( ) и сопряженного с ней основания ( ). В растворе, содержащем сопряженную пару, устанавливаются следующие равновесия

Добавление к буферному раствору щелочи приводит к связыванию и ионизации новых молекул уксусной кислоты, что восстановит состояние исходной буферной системы. Добавление кислоты приведет к связыванию ацетат-ионов, полученных в результате ионизации соли, в молекулу слабого электролита – уксусную кислоту

Таким образом, сильная кислота заменяется слабой, уксусной и, как следствие, концентрация ионов водорода изменяется мало. Не происходит заметного изменения pH и при разбавлении ацетатного буферного раствора водой, т.к. концентрации слабой кислоты и сопряженного с ней основания изменяются пропорционально.

При добавлении щелочи к аммонийному буферному раствору, состоящего из раствора аммиака и хлорида аммония, концентрация ионов должна сильно увеличиться. Но так как аммонийный буферный раствор содержит большое число катионов , образуемых при диссоциации хлорида аммония:

эти катионы связывают ионы c образованием малодиссоциированных молекул . Таким образом, концентрация ионов в растворе не увеличивается и величина pH остается практически постоянной.

При взаимодействии компонентов аммонийного буферного раствора с сильной кислотой ионы соединяются с ионами гидроксида аммония ( ) и образуют малодиссоциирующие молекулы воды. Расход ионов возмещается диссоциацией , и pH раствора почти не изменяется. Следовательно, при добавлении к аммонийному буферному раствору небольших количеств щелочи или сильной кислоты pH раствора практически не изменяется.

Количественной характеристикой способности буферного раствора поддерживать заданную величину pH является буферная емкость, под которой понимают количество молей сильной кислоты или сильного основания, прибавление которого к 1 л буферного раствора изменяет его pH на единицу.

Варьируя концентрацию слабой кислоты и ее соли, удается получить буферные растворы с заданными величинами pH.

В животных и растительных организмах также действуют сложные буферные системы, поддерживающие постоянными значения pH крови, лимфы и других жидкостей. Буферными свойствами обладает и почва, которая способна противостоять внешним факторам, изменяющим pH почвенного раствора, например, при введении в почву кислот или оснований.

Произведение растворимости

Закон действующих масс применим как к гомогенным равновесиям, например, к равновесиям в растворах, так и к равновесиям в гетерогенных системах.

Гетерогенная (неоднородная) система – это система, состоящая из нескольких гомогенных фаз, разделенных между собой поверхностью раздела. Свойства фаз отличаются друг от друга и примерами таких гетерогенных систем могут являться две несмешивающиеся жидкости, осадок и насыщенный раствор над ним, газ и твердое вещество и др. Равновесие, устанавливающееся в гетерогенной системе на границе раздела фаз, называется гетерогенным равновесием. Гетерогенная система «осадок – раствор» представляет собой осадок малорастворимого соединения, например, сульфата бария BaSO₄, находящийся в равновесии с его насыщенным раствором:

BaSO₄ (т) ↔ Ba²⁺ + SO₄^2- (р)

Напомним, что насыщенным называется раствор, содержащий максимальное количество вещества, которое может раствориться в данном объеме раствора при данной температуре и давлении. Насыщенный раствор устойчив во времени.

Пересыщенный раствор – это раствор, в котором содержится бó льшее количество вещества, чем в насыщенном. Такой раствор неустойчив и избыток вещества выделяется из него в твердую фазу, то есть образуется осадок. Процесс протекает до образования над осадком насыщенного раствора.

Ненасыщенный раствор характеризуется меньшим количеством растворенного вещества, чем насыщенный, и в нем может быть растворено дополнительное количество вещества до получения насыщенного раствора.

Концентрация вещества в насыщенном растворе называется растворимостью. Растворимость является количественной характеристикой способности вещества растворяться. Различают молярную и массовую растворимость вещества.

Молярная растворимость вещества (S, моль/л) – это количество растворенного вещества, содержащееся в одном литре его насыщенного раствора:

,

где: n – количество растворенного вещества, моль

m – масса растворенного вещества, г

M – молярная масса растворенного вещества, г/моль

V – объем насыщенного раствора, л.

Массовая растворимость вещества (Т, г/л) – это масса растворенного вещества, содержащаяся в одном литре его насыщенного раствора:

где: m – масса растворенного вещества, г

V – объем насыщенного раствора, л

Молярная и массовая растворимости связаны между собой соотношением:

Т = S∙ M

Вещества, молярная растворимость которых не превышает 10^-2 моль/л, обычно считают малорастворимыми. Примерами малорастворимых солей могут служить сульфат бария BaSO₄, карбонат кальция СаСО₃, хлорид серебра AgCl, сульфид цинка ZnS, растворимость которых в воде очень мала.

В гетерогенной системе «осадок-раствор» на поверхности раздела твердой и жидкой фаз протекают два противоположно направленных процесса – переход молекул малорастворимого вещества в раствор (растворение) и обратный процесс перехода молекул вещества в осадок (осаждение). Если оба процесса протекают с одинаковой скоростью, в гетерогенной системе «осадок – раствор» на поверхности раздела твердой фазы и раствора устанавливается динамическое химическое равновесие между молекулами вещества в осадке и растворе.

Молекулы малорастворимого сильного электролита, перешедшие в раствор, полностью распадаются на ионы и его непродиссоциированных молекул в растворе нет. Поэтому в гетерогенной системе «осадок – раствор» устанавливается равновесие между молекулами малорастворимого вещества в осадке и его ионами в насыщенном растворе:

M_nX_m (т) ↔ nM^m⁺ + mXⁿ^- (р)

Для этого химического равновесия можно написать выражение истинной термодинамической константы химического равновесия:

Активность твердого вещества а(M_nX_m(т)) принимается постоянной и равной единице, тогда:

где: и - концентрационное и термодинамическое произведение растворимости (ПР)

и – коэффициенты активности катиона и аниона.

Из выше приведенных выражений следует правило произведения растворимости: произведение активностей ионов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, в насыщенном растворе малорастворимого электролита есть величина постоянная для данного растворителя, температуры, давления.

Это правило справедливо как для сильных, так и для слабых электролитов, как для идеальных, так и для реальных систем. В реальных системах, однако, вместо активностей удобнее использовать концентрации. Соответственно, вместо термодинамического произведения растворимости используют концентрационное произведение растворимости – реальное ( ). Термодинамические произведения растворимости ( ) приведены в справочниках. Для гетерогенного равновесия «осадок-раствор» в воде, когда концентрации катиона и аниона в насыщенном растворе над осадком очень малы и ионная сила раствора практически равна нулю, их коэффициенты активности стремятся к единице, то .

Для расчета растворимости малорастворимого соединения используют выражение для концентрационного произведения растворимости ( ). Если S – молярная растворимость малорастворимой соли , тогда в соответствии с равновесием

M_nX_m ↔ nM^m⁺ + mXⁿ^-

равновесные концентрации катиона и аниона в насыщенном растворе будут равны:

и

Подставив эти значения в выражение для концентрационного произведения растворимости, получим:

Если ионная сила раствора мала и коэффициенты активности катиона и аниона стремятся к единице, то можно вместо концентрационного произведения растворимости ( ) использовать непосредственно табличное значение . По данной формуле можно рассчитать молярную растворимость любого малорастворимого вещества в воде.

Растворимость малорастворимого соединения зависит от его природы и природы растворителя, температуры, давления, присутствия в растворе других электролитов (как имеющих, так и не имеющих одноименные ионы с данным малорастворимым соединением), а также различных веществ, вступающих с ионами осадка в реакции нейтрализации, комплексообразования и другие химические реакции.

Произведение растворимости является одной из основных характеристик малорастворимых электролитов и по значению ПР:

1. можно рассчитать условия осаждения;

2. определить растворимость данного осадка в данных условиях;

3. выяснить какой осадок будет выпадать первым.

Из всего сказанного вытекают два следствия:

I. а) Если произведение концентрации ионов (ИП) меньше величины произведения растворимости (ПР), то раствор ненасыщен относительно данного труднорастворимого соединения и осадок не образуется;

б) если произведение концентрации ионов (ИП) равно произведению растворимости (ПР), то раствор насыщен относительно данного труднорастворимого соединения; в растворе наступает подвижное равновесие и осадок не выпадает;

в) Если произведение концентрации ионов (ИП) больше произведения растворимости (ПР), то раствор пересыщен относительно данного труднорастворимого соединения и осадок образуется. Осадок выделяется до тех пор, пока не будет достигнута величина ПР.

II. Из двух труднорастворимых соединений в первую очередь выпадет в осадок тот, чье произведение растворимости (ПР) будет наименьшим.

ЛЕКЦИЯ № 3

План лекции:

1. Поведение сильных и слабых одноосновных кислот в водных растворах.

2. Поведение сильных и слабых однокислотных оснований в водных растворах.

3. Поведение сильных и слабых многоосновных кислот в водных растворах.

ЛЕКЦИЯ № 4

План лекции:

1. Структура количественного анализа.

2. Гравиметрический анализ.

3. Титриметрический анализ: кислотно-основное, компексонометрическое, окислительно-восстановительное, осадительное титрование.

4. Физико-химические методы анализа

Количественный анализ

Количественный анализ — раздел аналитической химии, в задачу которого входит определение количества (содержания) элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. Количественный анализ позволяет установить элементный и молекулярный состав исследуемого объекта или содержание отдельных его компонентов. В зависимости от объекта исследования различают неорганический анализ и органический анализ. В свою очередь их разделяют на элементный анализ, задача которого — установить, в каком количестве содержатся элементы (ионы) в анализируемом объекте, и на молекулярный и функциональный анализы, дающие ответ о количественном содержании радикалов, соединений, а также функциональных групп атомов в анализируемом объекте. Методы количественного анализа можно разделить на три большие группы: химические, физические, физико-химические. Химические методы анализа, хотя и являются в настоящее время основными в химических лабораториях, во многих случаях не отвечают возросшим требованиям к анализу, таким как высокая чувствительность, экспрессность, селективность, автоматизация и др. Этих недостатков лишены инструментальные методы анализа, которые можно разделить на три большие группы: оптические, электрохимические, хроматографические. Классическими методами количественного анализа являются гравиметрический (весовой) анализ и титриметрический (объемный) анализ.

Гравиметрический анализ

Гравиметрией называют метод количественного анализа, заключающийся в точном измерении массы определяемого компонента пробы, выделенного в виде соединения известного состава. (Классическое название - весовой анализ.) Гравиметрический анализ основан на законе сохранения массы веществ при химических превращениях. Это наиболее точный из химических методов анализа, его характеристики: предел обнаружения - 0, 10%; правильность - 0, 2 отн. %. В гравиметрии используют реакции обмена, замещения, разложения и комплексообразования, а также электрохимические процессы.

Наиболее распространен метод осаждения (схема), при котором навеску анализируемого вещества растворяют и прибавляют 1, 5-кратный избыток реагента-осадителя, соблюдая необходимые условия осаждения. Полученный осадок называют осаждаемой формой. Соединение, в виде которого определяемый компонент осаждается из раствора, называется формой осаждения. Осадок отделяют от раствора (чаще всего фильтрованием), промывают, затем высушивают или прокаливают, получая гравиметрическую (весовую) форму. Соединение, в виде которого производят взвешивание, называют гравиметрической формой. Например, при осаждении сульфата формой осаждения является BaSO₄, при осаждении железа (III) - соответствующий гидроксид Fе(ОН)₃. При высушивании и прокаливании осадков могут происходить химические процессы, например

2Fе(ОН)₃=Fе₂О₃+ЗН₂О

Гравиметрическая форма по составу может отличаться от формы осаждения. В случае BaSО₄ форма осаждения и гравиметрическая форма совпадают.

Массу определяемого компонента m_a рассчитывают по формуле

где m_в - масса высушенного или прокаленного осадка, г; F - гравиметрический фактор, определяемый по химической формуле гравиметрической формы; a - навеска анализируемого вещества, г. Гравиметрические факторы, называемые также аналитическими множителями или факторами пересчета, вычисляют как отношение молекулярной массы определяемого компонента к молекулярной массе гравиметрической формы с учетом стехиометрических коэффициентов. Их значения обычно приводят в справочниках.

В ходе гравиметрического анализа определяемое вещество может отгоняется в виде какого-либо летучего соединения (метод отгонки). Методом отгонки определяют, например, содержание кристаллизационной воды в кристаллогидратах. Для определения содержания SiO₂ часто используют реакцию с фтороводородной кислотой, в результате которой образуется летучий SiF₄. Метод отгонки применяют также при анализе карбонатов, некоторых нитратов и других соединений, образующих летучие продукты реакции. Содержание анализируемого компонента определяют по изменению массы вещества в результате термической обработки или по увеличению массы поглотителя газообразных продуктов реакции.

Реагент-осадитель, осаждаемая и гравиметрическая формы должны отвечать определенным требованиям. Определяемый компонент должен осаждаться по возможности более полно, при этом остальные компоненты должны оставаться в растворе. Необходимо, чтобы осаждаемая форма легко и полностью превращалась в гравиметрическую, а последняя имела бы строго постоянный, точно известный химический состав и была бы устойчива на воздухе. Для уменьшения погрешностей анализа желательно, чтобы гравиметрическая форма имела возможно большую молярную массу, а содержание определяемого элемента в молекуле было меньшим. Эти требования могут быть выполнены путем правильного выбора реагента-осадителя, условий осаждения, фильтрования, промывания и прокаливания осадка.

Гравиметрический анализ - один из наиболее универсальных методов. Он применяется для определения почти любого элемента. В большей части гравиметрических методик используется прямое определение, когда из анализируемой смеси выделяется интересующий компонент, который взвешивается в виде индивидуального соединения.

Наиболее существенным достоинством гравиметрического метода является высокая точность анализа. Обычная погрешность гравиметрического определения составляет 0, 1...0, 2%. При анализе пробы сложного состава погрешность возрастает до нескольких процентов за счет несовершенства методов разделения и выделения анализируемого компонента. К числу достоинств гравиметрического метода относится также отсутствие каких-либо стандартизации или градуировок по стандартным образцам, необходимых почти в любом другом аналитическом методе. Для расчета результатов гравиметрического анализа требуется знание лишь молярных масс и стехиометрических соотношений.

Селективность гравиметрического анализа невысока в связи с отсутствием соответствующих реагентов на большинство ионов и, как правило, требуют предварительного химического разделения с целью выделения анализируемого компонента.

Существенным недостатком гравиметрического метода является длительность определений.

Чаще всего гравиметрический метод применяют для определения основных компонентов пробы, когда на выполнение анализа отводится несколько часов или десятков часов, для анализа эталонов, используемых в других методах, в арбитражном анализе.

Титриметрический анализ

Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Еще недавно этот вид анализа обычно называли объемным в связи с тем, что наиболее распространенным в практике способом измерения количества реактива являлось измерение объема раствора, израсходованного на реакцию. Сейчас под объемным анализом понимают совокупность методов, основанных на измерении объема жидкой, газовой или твердой фаз.

Название титриметрический связаго со словом титр, обозначающим концентрацию раствора. Титр показывает число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора.

Титрованный, или стандартный, раствор - раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование - прибавление титрованного раствора к анализируемому для определения точно эквивалентного количества. Титрующий раствор часто называют рабочим раствором или титрантом. Например, если кислота титруется щелочью, раствор щелочи называется титрантом. Момент титрования, когда количество добавленного титранта химически эквивалентно количеству титруемого вещества, называется точкой эквивалентности.

Реакции, применяемые в титриметрии, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) реакция должна протекать количественно, т.е. константа равновесия реакции должна быть достаточно велика;

2) реакция должна протекать с большой скоростью;

3) реакция не должна осложняться протеканием побочных реакций;

4) должен существовать способ определения окончания реакции.

Если реакция не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, она не может быть использована в титриметрическом анализе.

В титриметрии различают прямое, обратное и косвенное титрование.

В методах прямого титрования определяемое вещество непосредственно реагирует с титрантом. Для проведения анализа этим методом достаточно одного рабочего раствора.

В методах обратного титрования (или, как их еще называют, методах титрования по остатку) используются два титрованных рабочих раствора: основной и вспомогательный. Широко известно, например, обратное титрование хлорид-иона в кислых растворах. К анализируемому раствору хлорида сначала добавляют заведомый избыток титрованного раствора нитрата серебра (основного рабочего раствора). При этом происходит реакция образования малорастворимого хлорида серебра.

Не вступившее в реакцию избыточное количество вещества AgNO₃ оттитровывают раствором тиоцианата аммония (вспомогательного рабочего раствора).

Содержание хлорида легко рассчитать, так как известно общее количество вещества (моль) серебра, введенное в раствор, и количество вещества AgNO₃, не вступившее в реакцию с хлоридом.

Третьим основным видом титриметрических определений является титрование заместителя, или титрование по замещению (косвенное титрование). В этом методе к определяемому веществу добавляют специальный реагент, вступающий с ним в реакцию. Один из продуктов взаимодействия затем оттитровывают рабочим раствором. Например, при иодометрическом определении меди к анализируемому раствору добавляют заведомый избыток KI. Происходит реакция 2Cu²⁺+4I^-=2CuI+ I₂. Выделившийся иод оттитровывают тиосульфатом натрия.

Существует еще так называемое реверсивное титрование, при котором стандартный раствор реагента титруют анализируемым раствором.

Расчет результатов титриметрического анализа основан на принципе эквивалентности, в соответствии с которым вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах.

Во избежание каких-либо противоречий рекомендуется все реакции кислотно-основного взаимодействия привести к единой общей основе, которой может быть ион водорода. В окислительно-восстановительных реакциях количество реагирующего вещества удобно связать с числом электронов, принимаемых или отдаваемых веществом в данной полуреакции. Это позволяет дать следующее определение.

Эквивалентом называется некая реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образцом эквивалента одному иону водорода в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

При использовании термина «эквивалент» всегда необходимо указывать, к какой конкретной реакции он относится. Эквивалент данного вещества являются не постоянными величинами, а зависят от стехиометрии реакции, в которой они принимают участие.

В титриметрическом анализе используют реакции различного типа: - кислотно-основного взаимодействия, комплексообразования и т.д., удовлетворяющие тем требованиям, которые предъявляются к титриметрическим реакциям. Тип реакции, протекающей при титровании положен в основу классификации титриметрических методов анализа. Обычно выделяют следующие методы титриметрического анализа.

1. Методы кислотно-основного взаимодействия связаны с процессом передачи протона:

2. Методы комплексообразования используют реакции образования координационных соединений:

12 3 4 5 Следующая ⇒
Поделиться:

Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 950; Нарушение авторского права страницы