- •Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України Харківський національний університет
- •Зміст програми Вступ
- •Хімічна рівновага
- •Органічні реагенти в аналітичній хімії
- •Основні метрологічні характеристики методів визначення
- •Методи визначення
- •Методи визначення
- •Титриметрія
- •Кислотно-основне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •Окисно-відновлювальне титрування
- •Птичні методи аналізу Молекулярна абсорбційна спектрометрія (спектрофотометрія)
- •Атомно-емісійний аналіз і фотометрія полум’я
- •Атомно-абсорбційна спектрометрія
- •Електрохімічні методи аналізу
- •Хроматографічні методи аналізу
- •Біологічні методи аналізу
- •Біохімічні методи аналізу
- •Закінчення
- •Навчальна література
- •1. Аналітична хімія. Загальні поняття і визначення
- •Класифікація методів аналізу, що грунтується на кількості речовини аналіту
- •2. Якісний аналіз. Загальні відомості
- •3. Тeхнікa роботи у лабораторії
- •4. Органічні реагенти у неорганічНому аналізі
- •Характерні групи атомів у органічних реагентах
- •Використання органічних реагентів у аналізі
- •5. Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій
- •Позначення констант рівноваг
- •2. Константи кислотно-основних рівноваг (продовження)
- •Реакції кислотної дисоціації – зворотні до наведених:
- •6. Концентраційно-логарифмічні діаграм (клд)
- •7. Розрахунки рівноважного складу розчинів
- •Метод матеріального балансу при розрахунках рівноважного складу розчинів
- •Приклади обчислень рівноважних концентрацій розчинів за схемою Комаря м. П.
- •8. Буферні розчини
- •9. Лабораторні роботи з якісного аналізу Аналіз катіонів за кислотно-основною схемою
- •Взаємодія катіонів із деякими реагентами
- •Лабораторна робота № 1. Реакції катіонів 1-ї групи. Оформлення записів у лабораторних журналах
- •Зразок запису результатів дослідження властивостей об’єктів у лабораторному журналі
- •Pеaкцiї катіонів l-ї аналiтичної групи
- •Лабораторна робота № 2.
- •2.3.3. Мікрокристалоскопічна реакція на кальцій
- •Peaкції катіонів 2-ї aнaлiтичної групи
- •Лабораторна робота № 3. Аналіз катіонів 1-2-ї груп.
- •3‑Я групa катіонів
- •Приклад звітної картки для катіонів 1-ї та 2-ї груп
- •Лабораторна робота № 4. Реакції катіонів 3-ї групи.
- •4.1. Алюміній
- •4.2. Цинк (іі)
- •4.3. Хром
- •4.4. Станум (іі) та станум (іv)
- •Реакції катіонів 3-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 5. Аналіз катіонів 3-ї групи.
- •4‑A групa катіонів
- •Лабораторна робота № 6. Реакції катіонів 4-ї групи.
- •6.1. Ферум (іі) та ферум (ііі)
- •6.2. Бісмут (ііі)
- •6.3. Манган
- •Реакції катіонів 4-ї аналітичної групи
- •6.4. Стибій (ііі) та стибій (V)
- •Лабораторна робота № 7. Реакції катіонів 5-ї групи.
- •7.1. Купрум (іі)
- •7.2. Кадмій (іі)
- •7.4. Кобальт (іі)
- •7.5. Магній (іі)
- •Реакції катіонів 5-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 8. Аналіз катіонів 4-5 груп.
- •9.1. Натрій
- •9.3. Амоній
- •Реакції катіонів 6-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 10. Аналіз катіонів 6-ї групи.
- •Окисно-відновні властивості аніонів
- •Класифікація аніонів за реакціями осадження
- •Лабораторна робота № 11. Реакції аніонів.
- •11.1. Попередні випробування
- •11.1.3. Проби на присутність аніонів‑відновників.
- •Лабораторна робота № 12. Аналіз аніонів.
- •Коментарі до звітної картки (табл. 16)
- •Хід аналізу аніонів (р0 – вихідна суха речовина,
- •Питання до колоквіуму за темою «якісний аналіз катіонів та аніонів»
- •Кислотно-основна схема систематичного аналізу катіонів
- •Інші схеми систематичного аналізу катіонів
- •Систематичний якісний аналіз аніонів
- •Теорія похибок і статистична обробка результатів вимірювань
- •Теоретичні значення q – критерію. При різних довірчих імовірностях р
- •Значення критерію грубої похибки β
- •Значення t-критерію Стьюдента
- •Значення критерію фішера,
- •1. Гравіметричний аналіз
- •1.1. Терези і принцип зважування
- •Конструкція аналітичних терезів
- •1.2. Порядок зважування на терезах типу влр-200.
- •Лабораторна робота № 1.1. Гравіметричне визначення води в твердих тілах. (для самостійного ознайомлення)
- •2. Підготовка до роботи
- •3. Обладнання
- •4. Хід роботи
- •5. Обробка результатів
- •Умови висушування деяких кристалогідратів
- •Література
- •2.Титриметрія
- •2.1. Загальні відомості
- •2.2. Мірний посуд та робота з ним
- •Час витікання рідини (за стандартом дсту)
- •2.2.1. Перевірка місткості посуду
- •Поправки для об’ємів (в см3), що виміряні мірним посудом (каліброваним для температури 20 °с), якщо ним користуються при різних температурах
- •Лабораторна робота № 2.1. Перевірка місткості посуду. (для самостійного ознайомлення)
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хід роботи
- •3. Приклад розрахунків
- •2.3. Кислотно-основне титрування
- •Лабораторна робота № 2.2. Стандартизація розчину хлороводневої кислоти.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хід роботи
- •3. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.3. Титрування сумішей NaOh, Na2co3, NaHco3.
- •1. Попередні зауваження
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Залежно від постановки задачі, ці маси перераховуємо, зважаючи на те:
- •Лабораторна робота № 2.4. Титриметричне визначення аміаку в амонійних солях.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •Відкривають кран (4) і через лійку вводять у колбу для дистиляції 25 мл розчину гідроксиду натрію. Кран закривають, не допускаючи втрати через нього газоподібного аміаку.
- •4. Обробка результатів
- •2.4. Комплексонометричне титрування
- •Лабораторна робота № 2.5. Стандартизація розчину едта.
- •1.Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.6. Визначення цинку й алюмінію в алюмінієвому стопі.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви та обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •2.5. Окислювально-відновлювальне титрування
- •Лабораторна робота № 2.8. Стандартизація розчину тіосульфату.
- •1. Загальні відомості
- •А. Стандартизація за наважками кристалічного іоду
- •2А. Реактиви й обладнання:
- •3А. Хід роботи
- •4А. Обробка результатів
- •Б. Стандартизація за наважками дихромату калію
- •2Б. Реактиви й обладнання:
- •3Б. Хід роботи
- •4Б. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.9. Іодометричне визначення міді.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання:
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.10. Визначення аскорбінової кислоти у фруктових соках.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання:
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Кислотно-основне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •3. Електрохімічні методи аналізу
- •3.1. Потенціометричний метод аналізу
- •3.1.1. Теоретичні основи потенціометрії
- •3.1.2. Вимірювання потенціалу
- •Класифікація іоноселективних електродів
- •Лабораторна робота № 3.1. Вимірювання рН водяних розчинів методом іонометрії.
- •3.2. Порядок вимірювань Схему приладу наведено на рис. 3.2. Вимірюють у режимі ерс («mV») і вузькому піддіапазоні («-1-4»).
- •4. Хід роботи
- •Лабораторна робота № 3.2. Визначення фторидів у зубній пасті методом іонометрії.
- •1. Загальні відомості
- •3. Алгоритм вимірювань
- •Лабораторна робота № 3.3. Біхроматометричне визначення заліза в окалині, продуктах корозії та інших матеріалах.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •Шпателі, скляні палички.
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Література
- •Оптичні методи аналізу
- •4.1. Атомна спектроскопія
- •4.2. Атомно-емісійний метод аналізу Лабораторна робота № 4.1. Визначення калію та натрію в мінеральних водах методом полум'яно-емісійної спектрометрії.
- •1. Загальні відомості
- •2. Стандартні розчини
- •3. Підготовка полум’яного фотометра до роботи градуювання
- •4. Аналіз зразка води
- •4.3. Атомно-абсорбційна спектрометрія
- •Лабораторна робота № 4.2. Атомно-абсорбційне визначення міді, цинку та марганцю в соках і водах.
- •1. Загальні відомості
- •2. Апаратура, реактиви, розчини
- •4.4. Спектрофотометрія
- •Лабораторна робота № 4.3. Спектрофотометричне визначення загальної концентрації іонів феруму в мінеральній воді з о-фенантроліном.
- •1. Загальні відомості
- •2. Прилади, матеріали, реактиви
- •3. Визначення градуювальної залежності
- •4. Аналіз зразка води
- •5. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 4.4. Спектрофотометричне визначення летких фенолів. Визначення загальної кількості летких фенолів у стічній воді у перерахунку на c6h5oh.
- •2. Прилади, матеріали, реактиви
- •Фенол, стандартний розчин 0,94 г/л; 9,4 мг/л (розчин фенолу з масовою концентрацією 9,4 мг/л, готують перед застосуванням, розводячи розчин з масовою концентрацією 9,4 г/л).
- •3. Визначення градуювальної залежності
- •4. Попередня підготовка проби
- •5. Вимірювання вмісту фенолів
- •6. Обробка результатів
- •5. Вибрані кінетичні методи аналізу
- •Лабораторна робота № 5.1. Визначення вмісту формальдегіду в розчинах кінетичним методом.
- •1. Сутнiсть методики
- •2. Алгоритм методики
- •2.1. Прилади й реагенти
- •2.2. Побудова градуювального графiка
- •2.3. Вимiрювання невiдомої концентрацiї
- •Лабораторна робота № 5.2. Визначення вмісту хрому (VI) в розчинах кінетичним методом.
- •1. Сутнiсть методики
- •2. Алгоритм методики
- •2.1. Прилади та реагенти
- •2.2. Побудова градуювального графiка
- •2.3. Визначення концентрацiї хрому в дослiджуваному розчинi
- •Література
- •6. Хроматографічні методи аналізу
- •Лабораторна робота № 6.1. Розділення нейтральних хелатів (комплексів металівіз органічним лігандом) методом тшх.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Одержання екстрактів комплексів
- •3. Хроматографування
- •Лабораторна робота № 6.2. Розділення амінокислот методом тшх.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хроматографування
- •7. Біологічні та біохімічні методи аналізу
- •Приклади використання біологічних методів для визначення різних сполук
- •Приклади використання ферментів для визначення їх субстратів (I) і інгібіторів (II)
- •Вибрані логарифми констант рівноваг Неорганічні ліганди
- •I‑, іодид‑іон
- •I‑, іодид‑іон (продовження)
- •Io3‑, іодат‑іон
- •Io3‑, іодат‑іон (продовження)
- •Органічні ліганди: аміни
- •Органічні ліганди: карбонові кислоти
- •Органічні ліганди: амінокислоти
- •Інші органічні ліганди: оксими, тіоли тощо
- •Відновні напівреакції
- •Індикатори
- •61022, Харків, пл. Свободи, 4
3. Тeхнікa роботи у лабораторії
Посуд. В окремих баночках із гнучкої пластмаси зберігаємо розчини реактивів. Їх відбирають по краплях, злегка натискуючи на стінки баночки. Реактиви у нaбоpі пронумеровано у порядку їx вивчення за планом. Останні номери – у найчастіше вживаних розчинів та твердих реагентів. На баночці позначено формулу чи назву реагенту, молярну концентрацію розчину, номер за списком, що є у лабораторії. Увага: не губіть пластмасові ковпачки від баночок i не плутайте їx, щоб не забруднювати розчинів.
Xiмiчнi реакції між досліджуваним об’єктом та реагентом зазвичай здійснюємо у невеликих пробірках. Їх спочатку миють водою з водопроводу, бруд iз їx стінок зручно видаляти пташиним пером. Потім споліскують дистильованою водою, краще невеликими порціями двічі або тричі.
Із пробірки у пробірку розчини переносять піпеткою – скляною трубкою з відтягнутим кінчиком i гумовою трубкою. Нею розчин відбирають, як i медичною піпеткою. Слід використовувати чисті піпетки, промиті водою з водопроводу i сполоскані дистильованою водою.
Щоб побачити результат реакції, часто достатньо змішати по 1-2 краплі відповідних розчинів. Тоді використовують крапельну пластинку з хімічно стійкої пластмаси з заглибленнями для рідини. Якщо реакція має супроводжуватися забарвленням осаду чи розчину, вибираємо пластинку білого кольору, а якщо осад білий, то вибираємо чорну пластинку.
Деякі реакції здійснюємо на фільтрувальному пaпepi, наносячи на нього розчин піпеткою. Поруч із мокрою плямою, що утворилася, наносять краплю розчину реагенту – піпеткою або безпосередньо з баночки. Колір продукту наочно спостерігати на межі мокрих плям від розчинів.
Щоб дослідити реакції газу, що виділяється при хімічних реакціях, використовують спеціальні прилади.
Нагрівання. Щоб нагріти пробірку, її вміщуємо у водяну баню – склянку з киплячою водою, дистильованою, щоб не утруднювати спостереження через можливий накип у склянці. Якщо вода википає, її втрати поновлюємо. Пробірки утримуються у кришці з дірочками. Щоб вони не провалювались у склянку, на них натягують кільця з гумових трубок.
Осадження i відокремлення осаду. Розчин реагенту додають по краплях до досліджуваної рідину, постійно перемішуючи скляною паличкою. Якщо необхідно, вміст нагрівають на водяній бані.
Осад відокремлюють від розчину, використовуючи центрифугу. Зручні пробірки з конічним дном. Уникаючи небажаних навантажень на вісь центрифуги від несиметричної складової відцентрової сили (такий перекіс супроводжується характерним шумом), пробірки розставляють у гніздах кільця симетрично, з приблизив однаковою кількістю розчину або води.
Центрифугуємо протягом 1-2 хв, потім прилад вимикаємо i перевіряємо результат відокремлення. При необхідності процес повторюємо. Колоїди вживаною нами центрифугою відокремити неможливо. Попередження: кришку від центрифуги відкривають після повної зупинки приладу. |
|
Повноту осадження перевіряємо, додаючи додаткову краплю розчину реагенту до прозорого шару рідини над відокремленим осадом. Якщо осад знову утворюється, збільшують дозу реагенту, знову перемішують, центрифугують i перевіряють повноту осадження.
Розчин відокремлюємо від осаду піпеткою й переносимо в іншу пробірку. Осад промиваємо від розчину (що містить домішки й надлишок реагенту) дистильованою водою або спеціально підібраним допоміжним розчином. Наприклад, суміш осадів AgCl(s) та РbСl2(s) промивають розчином НСl, щоб знизити втрати через розчинність хлоридів. Промивну рідину додають у пробірку з осадом, перемішують паличкою i центрифугують. У відповідальних випадках промивають декілька разів, випробовуючи розчин пробою на наявність реагента-осаджувача.
У більшості випадків для подальшої роботи розчиняють свіжі осади, щойно відокремлені центрифугою, бо з часом тверда фаза може змінювати склад i властивості. Щоб перенести осад у іншу пробірку, його змочують у промивній рідині й каламуть переливають, нахиливши пробірку. Потім промивну рідину відокремлюють.
Умови здійснення хімічних реакцій. Щоб відокремити чи виявити той чи інший компонент, недостатньо додати аналітичний реагент до суміші, що аналізують, а слід створити певні умови. До них належать температура, діапазон концентрацій аналіту, наявність допоміжних реагентів, зокрема певного кислотно-основного середовища (рН розчину)
Середовище розчину, необхідне для реакції, залежить від властивостей аналіту та реагенту. Як приклад, розглянемо, як виявити Са2+ реагентом – оксалатом амонію (NН4)2С2О4 (сильним електролітом, повністю іонізованим на іони NН4+ та С2О42‑), за реакцією
Са2+ + С2О42‑ СаС2О4 (s, білий кристалічний).
Тут слід створити рН середовища, що відповідає області переважання іону С2О42‑, що розглянута у розділі «Концентраційно-логарифмічні діаграми», тобто рН > lg KH1 = 4,266. У кислішому середовищі тверда фаза переходить у розчин,
СаС2О4 (s) + 2 Н+ Са2+ + Н2С2О4.
У розчині сильної кислоти тверда фаза не утворюється, потрібне лише слабко кисле або нейтральне середовище.
Іон Fe3+ не можна виявляти реагентом K4Fe(CN)6 у лужному середовищі, бо замість «берлінської лазурі» утворюється менш розчинний червоно-бурий амфотерний осад гідроксиду феруму (ІІІ),
Fe3+ + 3 OH‑ Fe(OH)3 (s).
Температуру вибирають відповідно до бажаного ефекту. Так, осади, розчинність яких значно зростає з температурою, одержують при кімнатній температурі – «на холоді». Так, при кімнатній температурі здійснюють реакцію іону К+ із NaНС4Н4О6, гідротартратом натрію, що дає білий кристалічний осад із помітно високою розчинністю,
К+ + НС4Н4О6‑ КНС4Н4О6 (s).
Специфічна реакція на іон NН4+ – дія лугу на його солі,
NН4+ + ОН‑ NН3 + Н2О.
Нагрівання сприяє видаленню леткого NН3, що розпізнають за запахом та за зміною забарвлення мокрого індикаторного паперу, що вносять у пробірку, не торкаючись розчинів.
Концентрація аналіту та реагенту. Розглянемо як приклад утворення осаду. Концентрація має перевищувати ту, що відповідає насиченому розчинові. Це особливо важливо, якщо значення добутку розчинності Кs є досить високим (дивись розділ «Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій»).
Зменшуючи розчинність осаду, реагент додають у надлишку. Проте, на прикладах із розділу «Концентраційно-логарифмічні діаграми» – осадженню AgCl(s) дією іону Cl‑ та осадженню Al(OH)3(s) – видно, що значний надлишок осаджувача здатен і підвищувати розчинність. У першому випадку уникають дії концентрованої НCl, а у другому осаджують дією не сильної основи NaOH, а слабкої NH3, що зі своїм катіоном NH4+ утворює буферний розчин із рН у межах оптимальних умов осадження.
Прикладом, де шкідливим є надлишок не реагенту, а аналіту, є виявлення NH4+ дією реактиву Несслера HgI42‑, що утворює червоно-бурий осад
/ Hg \
NH4+ + 2 HgI42‑ + 4 OH‑ [O NH2] I‑ (s) + 7 I‑ + 3 H2O.
\ Hg /
Значний надлишок аналіту NH4+ мав би зменшити концентрацію [OH‑] і тим самим збільшити розчинність.