АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Аналитическая химия – раздел химической науки, которая теоретически обосновывает методы качественного и количественного анализа, с помощью которых можно судить о качественном составе вещества и устанавливать количественные соотношения элементов и химических соединений данного вещества; является базой для технохимического контроля на предприятиях. Анализ вещества, т.е. определение химического состава вещества (или смесей веществ) проводят методами качественного и количественного исследования.
Методами аналитической химии определяют качество сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, норм вложения сырья и т.д., что позволяет наиболее рационально использовать сырье, предупреждать возникновение брака и получать продукцию наилучшего качества.
Задача количественного анализа - определение количеств (концентрации или массы) компонентов.
Задачей качественного анализа является выяснение качественного состава вещества, т. е. из каких элементов или ионов состоит данное вещество.
Методы анализа по способу исследования делятся на три группы: химические, физико-химические и физические.
Физические методы основаны на изучении физических свойств анализируемого вещества. К этим методам относятся спектральный, рентгеноструктурный, масс- спектрометрический анализы и др.
В физико-химических методах течение реакции фиксируется измерением определенного физического свойства исследуемого раствора. К этим методам относятся полярография, хроматография и др.
К химическим методам относятся методы, основанные на использовании химических свойств исследуемых веществ.
Реакции химических методов могут проводиться «сухим» и «мокрым» путем. Анализ сухим путем – химические реакции, происходящие при накаливании, сплавлении и окрашивании пламени. Анализ мокрым путем – химические реакции, происходящие в растворах.
Методы качественного и количественного анализа в зависимости от количества анализируемого вещества делят на: макро- (> 0,10 г), полумикро- (0,10…0,01 г), микро- (0,01…10–6 г), ультрамикроанализ (< 10–6 г).
Аналитическая реакция – химический процесс, направленный на определение исследуемых веществ на наличие заданных частиц. Признаками аналитической реакции являются: выпадение или растворение осадка, изменение цвета раствора, окрашивание пламени, выделение газообразного вещества, изменение окраски индикатора. При проведении аналитической реакции необходимо придерживаться определенных условий: концентрации реагирующих веществ, реакции среды, температуры.
Специфическими называют аналитические реакции, аналитический эффект которых характерен только для одного иона в присутствии других ионов. Ионы аммония, к примеру, можно обнаружить в смеси ионов, действуя на анализируемые образцы избытком раствора щелочи: NH4Cl + KOH = NH3 + KCl + H2O. Выделяющийся аммиак легко обнаружить по изменению цвета индикаторной бумаги или органолептически (по запаху).
Реагенты по их избирательности можно разделить на три группы:
1. Специфические реагенты- обнаруживают одно вещество — например: крахмал для обнаружения I2.
2. Избирательные (селективные) реагенты - реагенты, позволяющие обнаружить небольшое число веществ — например: диметилглиоксим в аммиачной среде реагирует с Fe(II), Co(II), Ni(II), Zr(IV) и Th(IV).
3. Групповые реагенты — реактивы, образующие с большим числом неорганических ионов или определенными классами органических соединений характерные продукты реакции (осадок, газ, растворимые окрашенные продукты). Групповой реактив применяют для выделения группы ионов из смеси.— например: HCl осаждает нерастворимые хлориды Ag(I), Hg(I), Tl(I), Pb(II).
Чувствительная реакция – реакция, при помощи которой можно открыть наименьшее количество вещества или иона из наименьшего объема раствора.
Систематический ход анализа - это определенная последовательность выполнения аналитических реакций, при которой каждый ион обнаруживают после того, как будут обнаружены и удалены мешающие ионы.
Итак, аналитическая химия - это наука о методах определения химического состава веществ, из которых состоят объекты природы и деятельности человека. Под химическим составом понимают состав элементный (наиболее важный и самый распространенный вид анализа), молекулярный, фазовый, изотопный. При определении химического состава органических соединений применяют функционально-групповой анализ (выявление наличия определенных функциональных групп в молекуле анализируемого вещества).
Реакции, используемые в аналитической химии
Практически все известные типы химических реакций (реакции осаждения, нейтрализации, окисления-восстановления, комплексообразования и т.д.) используют в химическом анализе для обнаружения ионов.
1. Гидролиз (по катиону, аниону, катиону и аниону). Гидролизом называют обменное взаимодействие веществ с водой, приводящее к их разложению.
Al 3+ + HOH ↔ Al(OH) 2+ + H +
CO32− + HOH ↔ HCO3- + OH −
2. Окисление-восстановление. Окислительно-восстановительными называют реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, образующих вещества, участвующие в реакции.
5H2O2 + 2КMnO4 +3H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 5О2+ 8H2O
3. Комплексообразование:
СuSO4 + 4NH4OH → [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O
4. Осаждение:
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl
5. Нейтрализация. Реакция нейтрализа́ции - реакция взаимодействия кислоты и основания между собой с образованием соли и слабо диссоциирующего вещества (воды).
HCl + NaOH → NaCl + H2О
Вопросы для самопроверки:
1. Дать определение понятию «аналитическая химия».
2. В чем заключаются задачи количественного и качественного анализа?
3. На какие три группы делятся методы анализа по способу исследования?
4. Что такое аналитическая реакция? Признаки аналитической реакции.
5. Перечислить методы анализа в зависимости от количества и состояния анализируемого вещества.
6. Какие условия необходимо соблюдать при проведении аналитической реакции?
7. Какие реакции называют чувствительными, какие - специфическими?
8. На какие группы делятся реагенты по избирательности?
9. Какие типы химических реакций используют в аналитической химии. Приведите примеры.