WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
Л. В. М а з у р ПРАКТИКУМ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ ЧАСТЬ 1: КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ Улан – Удэ 2008 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ БУРЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Л.В. Мазур ПРАКТИКУМ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ ЧАСТЬ 1: КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ Рекомендовано Учебно-методическим советом БГУ в качестве учебного пособия для специальности 020201.65 - Биология Улан-Удэ Издательство Бурятского госуниверситета 2008 УДК 543(075) М 139 Утверждено к печати редакционно-издательским советом Бурятского государственного университета Р е ц е н з е н т ы Б.Б. Танганов доктор химических наук, профессор ВСГТУ Т.П. Анцупова доктор биологических наук, профессор ВСГТУ Мазур Л.В.

М 139 Практикум по аналитической химии. Качественный анализ. Часть 1: Учебное пособие. – Улан-Удэ:

Издательство Бурятского госуниверситета, 2008. – 92 с.

В учебном пособии рассматриваются вопросы качественного химического анализа катионов и анионов.

Приведены примеры использования хроматографических методов анализа для разделения и идентификации веществ.

Пособие предназначено для студентов 2 курса Биологогеографического факультета высших учебных заведений.

© Мазур Л.В. 2008.

© Бурятский государственный университет, 2008 I. Основы качественного анализа Аналитическая химия – наука, развивающая теоретические основы анализа химического состава веществ и материалов, разрабатывающая методы идентификации и обнаружения, определения и разделения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического строения веществ.

Аналитическая химия относится к прикладным наукам. Методы химического анализа применяются в геологии (состав минералов и горных пород), в контроле качества исходного сырья и готовой продукции, в экологическом мониторинге, в сельском хозяйстве, археологии, биологии, медицине, криминологии и т.д.

В аналитической химии различают качественный и количественный анализ. При помощи методов качественного анализа устанавливают, какие химические элементы или соединения входят в состав изучаемого объекта. Количественный анализ проводится для определения количественного состава изучаемого объекта, т.е. доли или концентрации интересующих химических элементов или соединений.

Качественный анализ, обычно, предшествует количественному анализу, в тех случаях, когда состав анализируемого вещества приблизительно известен, сразу приступают к количественным измерениям.

Качественный и количественный анализ проводят химическими, физическими и физико-химическими методами.

В данном пособии рассматривается качественный анализ неорганических веществ, являющихся электролитами. В водных растворах молекулы электролитов диссоциируют на ионы.

Поэтому задачей качественного анализа является открытие ионов.

Из всей совокупности встречающихся ионов выбраны наиболее важные в биологическом отношении – ионы биогенных элементов (К+, Na+, Mg2+, Mn2+, Cu2+, Co2+, Zn2+, Ca2+, Fe2+, Fe3+, CI-, PO43-, CO32- и другие) и ионы – токсиканты окружающей среды (Pb2+, Hg2+, NO2-, NO3-).

Качественный анализ проводят с помощью аналитических реакций, сопровождающихся заметными внешними изменениями, а именно:

1. Изменением окраски раствора:

FeCl3 + 3NH4SCN Fe(SCN)3 + 3NH4Cl окраска окраска желтая темно-красная Fe3+ + 3SCN - Fe(SCN)В зависимости от соотношения концентраций реагентов могут образовываться комплексы переменного состава [Fe(SCN)n] 3-n, где n = 1, 2, 3, …, 6.

2. Образованием или растворением осадка:

а) BaCl2 + H2SO4 BaSO4 + 2HCl Ba2+ + SO42- BaSO4 (белый осадок) б) CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2H + Ca2+ + CO2 + H2O 3. Выделением газа:

t0C NH4Cl + NaOH NH3 + NaCl + H2O резкий запах аммиака Выделение аммиака можно определить по посинению влажной лакмусовой бумаги, за счет образования гидроксида аммония:

NH3 + H2O NH4OH Эта реакция является специфической на катион NH4+.

4. Образованием кристаллов характерной формы:

В разбавленных растворах ион Са2+ образует с серной кислотой характерные игольчатые кристаллы CaSO4 · 2H2O:

Са2+ + SO42- + 2H2O CaSO4 · 2H2O Вещества, вызывающие характерные реакции, называются реагентами или реактивами.

Большинство аналитических реакций выполняют «мокрым» способом - реакции проводят в растворах. В качестве растворителей используют дистиллированную воду, уксусную и минеральные кислоты, растворы аммиака и щелочей. При анализе неорганических веществ реакции в растворах протекают между ионами анализируемых веществ и реактивов, а механизм протекающих реакций выражается ионным уравнением. Такие реакции называются характерными для данного иона.

Характерные реакции можно проводить пробирочным (в пробирке), капельным (на фарфоровой пластинке или фильтровальной бумаге) или микрокристаллоскопическим (форму выпавших кристаллов наблюдают с помощью микроскопа) способами.

Анализ «сухим» способом проводят без переведения исследуемого твердого вещества в раствор. Этот способ анализа играет вспомогательную роль и применяется для предварительных испытаний. Его осуществляют с помощью таких приемов, как проба на окрашивание пламени и получение окрашенных перлов.

Проба на окрашивание пламени основана на том, что летучие соединения некоторых элементов окрашивают бесцветное пламя в определенный цвет: натрий – в желтый, калий – фиолетовый, барий – зеленый, кальций– кирпично-красный и т. д.



Для получения окрашенных перлов в ушке платиновой или нихромовой проволоки сплавляют исследуемое вещество с тетраборатом натрия (или фосфатом натрия) и отмечают цвет образовавшегося перла. Например, зеленый цвет придают соли хрома, синий – соли кобальта.

При анализе «сухим» способом часто применяется метод растирания испытуемого твердого вещества с твердым реагентом.

По характерной окраске продуктов реакции судят о присутствии в пробе соответствующих элементов или ионов. Например, при растирании кристаллов сульфата кобальта (II) с тиоцианатом аммония появляется синее окрашивание вследствие образования комплексной соли (NH4)2[Co(SCN)4].

В зависимости от того, с каким количеством вещества проводят аналитические реакции, различают следующие методы качественного анализа:

1) макрометод – обычно для анализа берется проба от 0,1 до 1 г, которая растворяется в 30-50 мл растворителя. Реакции проводят в пробирках с 2-3 мл полученного раствора;

2) микрометод – масса анализируемого вещества колеблется от 0,001 до 0,01 г. Реакции проводят капельным методом или микрокристаллоскопическим методом, о присутствии определяемого иона судят по форме кристаллов, которые рассматриваются в микроскоп;

3) полумикрометод – анализ проводят с количеством вещества от 0,01 до 0,1 г. Объем раствора пробы составляет 0,1–2 мл.

Принципиально ход анализа макро- и полумикрометодом не различается, но при выполнении анализа полумикрометодом для быстрого отделения малых количеств осадка необходимы центрифуга и посуда меньших размеров.

Применяемые в качественном анализе реакции должны быть достаточно чувствительными. Чувствительность аналитических реакций определяет возможность обнаружения вещества (ионов, молекул) в растворе. Она характеризуется предельным разбавлением, предельной концентрацией, минимальным объемом предельно разбавленного раствора и открываемым минимумом (пределом обнаружения).

Предельное разбавление (Vlim, мл/г) – максимальный объем раствора, в котором может быть обнаружен 1 г данного вещества при помощи данной аналитической реакции.

Предельная концентрация (Clim (Cmin), г/мл) – наименьшая концентрация, при которой определяемое вещество может быть обнаружено в растворе данной аналитической реакцией.

Предельная концентрация является обратной величиной предельного разбавления:

Сlim = 1/Vlim.

Минимальный объем предельно разбавленного раствора (Vmin, мл) – наименьший объем анализируемого раствора, необходимый для обнаружения открываемого вещества данной аналитической реакцией.

Открываемый минимум (m, мкг) – наименьшая масса определяемого вещества, которую при определенных условиях можно открыть действием данного реагента в минимальном объеме предельно разбавленного раствора.

Взаимосвязь между показателями чувствительности реакции выражается формулой:

m = Clim · Vmin ·1·106, или m = Vmin ·1·106 / Vlim.

Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем меньше ее открываемый минимум, минимальный объем предельно разбавленного раствора и чем больше предельное разбавление.

Чувствительность аналитических реакций не является постоянной величиной и во многих случаях зависит от условий их выполнения, а также свойств образовавшихся продуктов реакции:

1. Например, осадки, растворимые в кислотах, не могут выпадать из растворов в присутствии кислот, а осадки, растворимые в щелочах, не выпадают из растворов в щелочной среде. Если осадок растворим в кислотах и щелочах, его можно получить только в нейтральной среде. Таким образом, среда раствора оказывает существенное влияние на ход реакции.

2. Другим условием протекания реакции является температура раствора. Осадки, растворимые при нагревании, могут образоваться только при комнатной температуре. Некоторые аналитические реакции протекают лишь при нагревании.

3. Очень большое значение при проведении аналитических реакций имеет концентрация реагирующих веществ.

От концентрации определяемого иона непосредственно зависит чувствительность реакции, и с возрастанием ее чувствительность реакции обычно повышается.

4.Присутствие в растворе посторонних ионов, даже если они и не взаимодействуют с прибавляемым реагентом, обычно снижает чувствительность аналитической реакции. Для устранения мешающего влияния посторонних ионов используют маскирование. В качестве маскирующих неорганических веществ наиболее часто применяют фториды и фосфаты щелочных металлов и аммония. Из органических соединений маскирующим действием обладают винная, лимонная, щавелевая и некоторые другие кислоты. Эти вещества образуют с мешающими ионами прочные комплексные соединения, в результате чего их мешающее действие устраняется.

Наряду с чувствительностью реакций, большое значение для анализа имеет их специфичность. Специфическими называют реакции, аналитический эффект которых характерен только для одного иона в присутствии других ионов. Примером специфической реакции является образование темно-синего осадка «берлинской лазури» при действии гексацианоферрата(II) калия K4[Fe(CN)6] на катион Fe3+:

4Fe3+ +3[Fe(CN)6 ]4- Fe4 [Fe(CN)6]3 или KFe[Fe(CN)6] Специфические реакции представляют большой интерес для аналитической химии, так как они позволяют открывать нужный ион в присутствии других ионов из отдельных порций раствора в произвольной последовательности. Такой метод анализа называется дробным. Однако, специфических реакций известно немного. Поэтому в качественном анализе применяют систематический ход анализа, при котором открытие ионов ведется в строгой последовательности, путем выделения групп катионов и анионов с помощью групповых реагентов. После чего внутри каждой группы с помощью тех или иных реакций разделяют и открывают индивидуальные катионы и анионы.





Например, ионы Ag+, Pb2+, Hg22+ образуют с ионами Cl- труднорастворимые хлориды AgCl, PbCl2, Hg2Cl2. Эти ионы составляют группу, а HCl называют групповым реагентом.

Существует несколько разновидностей систематического хода анализа: сероводородный, кислотно-основной, аммиачнофосфатный.

Систематический анализ используют в основном для обнаружения ионов в сложных многокомпонентных смесях. Он очень трудоемок и в настоящее время часто применяют дробносистематический метод. При таком подходе используется минимальное число групповых реактивов, что позволяет наметить ход анализа в общих чертах, который затем осуществляется дробным методом.

I. 1. Аналитические классификации катионов Аналитическая классификация катионов связана с их разделением на аналитические группы при последовательном действии групповыми реагентами. Наиболее часто применяют сероводородную и кислотно-основную классификации катионов.

Сероводородная (сульфидная) классификация катионов Данная аналитическая классификация катионов основана на использовании в качестве групповых реагентов растворов хлороводородной кислоты, сероводорода, сульфида аммония и карбоната аммония.

Катионы по этой классификации подразделяют на пять аналитических групп, в зависимости от растворимости их хлоридов, сульфидов и карбонатов (табл.1).

Таблица 1. Сероводородная (сульфидная) классификация катионов Группа Катионы Групповой реагент I Li+, Na+, K+, NH4+, Mg2+ Отсутствует Раствор(NH4)2COII Сa2+, Ba2+, Sr2+ в аммиачном буфере (рН 9,2) III AI3+, Cr3+, Zn2+, Mn2+, Fe2+, Раствор (NH4)2S Fe3+, Co2+, Ni2+ (рН = 7 – 9) IV Cu2+, Cd2+, Hg2+, Bi3+, Sn2+, Раствор H2S при Sn4+, Sb3+, Sb5+, As3+, As5+ рН = 0,5 (HCI) V Ag+, Pb2+, Hg22+ Раствор HCI К первой аналитической группе относят катионы щелочных металлов: Li+, Na+, K+, а также NH4+, Mg2+. Общим аналитическим признаком этой группы является отсутствие группового реагента.

Каждый катион открывается в растворе с использованием характерных аналитических реакций. Реакции проводят в определенной последовательности.

Ко второй аналитической группе относят катионы щелочноземельных металлов: Ca2+, Ba2+, Sr2+. Групповым реагентом является водный раствор карбоната аммония (NH4)2CO3 в аммиачном буфере (рН 9,2). Групповой реагент осаждает указанные катионы из водного раствора в виде малорастворимых карбонатов: CaCO3, SrCO3, BaCO3. Катионы второй группы не осаждаются из водных растворов при действии сульфида аммония или сероводорода, так как их сульфиды растворимы в воде.

К третьей аналитической группе относят катионы AI3+, Cr3+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Zn2+. Групповым реагентом является водный нейтральный или слабощелочной (рН=7–9) раствор сульфида аммония (NH4)2S. Групповой реагент осаждает из водных растворов катионы алюминия и хрома в виде гидроксидов AI(OH)и Cr(OH)3, а остальные катионы – в виде сульфидов MnS, FeS, Fe2S3, CoS, NiS, ZnS. В соответствии с этим катионы третьей аналитической группы разделяют на две подгруппы. К первой подгруппе относят катионы AI3+ и Cr3+, ко второй подгруппе – катионы Mn2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Zn2+. Из кислых водных растворов катионы третьей аналитической группы сероводородом не осаждаются.

К четвертой аналитической группе относят катионы Сu2+, Cd2+, Hg2+, Bi3+, As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn4+. Групповым реагентом является кислый (0,3 моль/л по HCI) водный раствор сероводорода H2S, который осаждает из водных растворов катионы четвертой аналитической группы в виде малорастворимых в воде сульфидов. Катионы четвертой группы разделяют на две подгруппы.

К первой подгруппе относят катионы Сu2+, Cd2+, Hg2+, Bi3+. При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов CuS, CdS, HgS, Bi2S3, нерастворимых в растворах сульфида натрия или полисульфида аммония.

Ко второй подгруппе относят катионы As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn4+. При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов As2S3, As2S5, Sb2S3, Sb2S5, SnS, SnS2, которые растворяются в водных растворах сульфида натрия (за исключением SnS) или полисульфида аммония с образованием тиосолей:

As2S3 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3AsSAs2S5 + 3 Na2S = 2 Na3AsSSb2S3 + 3 Na2S = 2 Na3SbSSb2S5 + 3 Na2S = 2 Na3SbSSnS2 + Na2S = Na2SnSК пятой аналитической группе относят катионы Ag+, Hg22+, Pb2+. Групповым реагентом является водный раствор хлороводородной кислоты HCI. При действии группового реагента катионы пятой группы осаждаются в виде осадков хлоридов AgCI, Hg2CI2, PbCI2.

Кислотно-основная классификация катионов Кислотно-основная классификация катионов по группам основана на использовании в качестве групповых реагентов водных растворов хлороводородной (HCl), серной (H2SO4) кислот, гидроксидов натрия (NaOH) или калия (КОН) и аммиака. Эта классификация менее совершенна, чем сероводородная, и разработана менее детально, однако при ее использовании не требуется получение и применение токсичного сероводорода.

Согласно кислотно-основной классификации катионы подразделяются на шесть аналитических групп (табл. 2).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.