Лекции по "Аналитической химии"

        Титриметрический  анализ – метод определения количества вещества путем точного измерения  объема растворов веществ, вступающих между собой в реакцию.

        Титр  – количество г. вещества содержащегося в 1 мл. раствора или эквивалентное определяемому веществу. Например, если титр H₂SO₄ равен 0,0049 г/мл, это значит, что каждый мл раствора содержит 0,0049 г. серной кислоты.

        Раствор, титр которого известен, называется титрованным.  Титрование – процесс добавления к исследуемому раствору или его аликвотной части эквивалентного количества титрованного раствора. При этом используются стандартные растворы – фиксаналы – растворы с точной концентрацией вещества (Na₂CO₃, HCl).

         Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям:

1. высокая скорость реакции;
2. реакция должна протекать до конца;
3. реакция должна быть высоко стехиометричной;
4. иметь удобный метод фиксирования конца реакции.

                       HCl + NaOH → NaCl + H₂O     

        Главная задача титриметрического  анализа – не только использовать раствор точно известной концентрации (фиксанал), но и правильно определить точку эквивалентности.

        Существует несколько  способов зафиксировать точку эквивалентности:

1. По собственной окраске ионов определяемого элемента, например марганца в виде аниона MnO₄^-
2. По веществу-свидетелю

   Пример:   Ag⁺ + Cl^-  " AgCl $

                     Ag⁺ + CrO₄" Ag₂CrO₄$ (ярко оранжевая окраска)

          В колбу, где требуется определить ион хлора, добавляют небольшое количество соли K₂CrO₄ (свидетель). Затем из бюретки постепенно добавляют исследуемое вещество, при этом первыми в реакцию вступают ионы хлора и образуется белый осадок (AgCl), т. е. ПР _AgCl << ПР _{Ag2Cr O4.}

        Таким образом, лишняя капля нитрата серебра даст ярко оранжевую окраску, т. к. весь хлор уже  прореагировал.

   III. С помощью индикаторов: например, при реакции нейтрализации используют кислотно-щелочные индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метил оранж – органические соединения изменяющие окраску при переходе от кислой к щелочной среде.

         Индикаторы – органические красители, которые меняют свою окраску при изменении кислотности среды.

         Схематически (опуская  промежуточные формы) равновесие индикатора можно представить как кислотно-основную реакцию

 HIn +H₂O

In^- + H₃O⁺

 H₂O

H⁺ + OH^-

 H⁺ + H₂O

H₃O⁺

         На область перехода окраски индикатора (положение и  интервал) влияют все факторы, от которых  зависит константа равновесия (ионная сила, температура, посторонние вещества, растворитель), а также индикатора. 

   Классификация методов титриметрического  анализа.

1. кислотно-основное титрование (нейтрализация): этим методом определяют количество кислоты или щёлочи в анализируемом растворе;
2. осаждение и комплексообразование (аргентометрия)

        AgNO₃ + HCl

        Ag⁺ + Cl^-  " AgCl $

3. окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия):

а) перманганатометрия (KMnO₄);

б) йодометрия (Y₂);

в) броматометрия (KBrO₃);

г) дихроматометрия (K₂Cr₂O₇);

д) цериметрия (Ce(SO₄)₂);

е) ванадометрия (NH₄VO₃);

ж) титанометрия (TiCl₃) и т.д.

                                                Способы титрования.

1. прямое титрование. При прямом титровании титрант непосредственно добавляют к титруемому веществу. Такой способ применим только при выполнении всех требований, перечисленных выше.

2. обратное титрование (с избытком), используется при медленно протекающей реакции. Если скорость реакции мала, или не удается подобрать индикатор, или наблюдаются побочные эффекты, например потери определяемого вещества вследствие летучести, можно использовать прием обратного титрования: добавить к определяемому веществу заведомый избыток титранта Т₁, довести реакцию до конца, а затем найти количество непрореагировавшего титранта титрованием его другим реагентом Т₂ с концентрацией с₂. очевидно, что на определяемое вещество затрачивается количество титранта Т₁, равное разности с_Т1V_T1 – c_T2V_T2. 

         Очень важным вопросом является способы выражения концентрации раствора.

• Молярные растворы –  моль/ л

1М_р-р – в 1 литре находится 1 г/моль вещества

• Нормальные растворы (раствор должен содержать в 1 л заданное число эквивалентных масс).

Химическим  эквивалентом называется количество вещества эквивалентное одному г атома водорода.

• Титр Т

     Титр по рабочему веществу 

                

                 [г/мл]

Титр  по рабочему веществу надо перевести  в титр по определяемому веществу, воспользовавшись фактором пересчёта.

                T_onp = T_раб· F 

   Пример:    

Основные  уравнения для  титриметрического  анализа 

                                  N₁V₁ = N _xV _x,

где  N₁ – нормальность титранта

       V₁ – количество раствора, которое вылили из бюретки для химической      реакции

      N _xV _x – характеристика искомого вещества

                                              

                                   

а –  навеска анализируемого вещества 
 

Лекция 4.  Оптические методы анализа.

         Суть метода основывается на взаимодействии вещества со средой, а в качестве среды имеют электромагнитные волны оптического диапазона. В  результате взаимодействия происходит изменение свойств веществ, вступивших в реакцию.

         Применяется два общих способа измерения:

1) На  глаз

2) Инструментальный  метод

           При взаимодействии вещества  с электромагнитными волнами  можно зафиксировать следующие  изменения:

- угол  преломления, который обусловлен  поляризацией молекул вещества

- поглощение  света веществом

- электрическая  проводимость, которая может меняться  и т. д.

      Диапазон  э\м волн l=100 – 100`000 м

        J = с / l [Гц] V = 1/ l   [см ^-1]

         Для оптических методов  анализа присущи такие характеристики, как коэффициент преломления, оптическая плотность и т.д.

                                                     L = kּc

                              

 

         Весь спектр обладает различными свойствами.

         Есть методы, основывающиеся на поглощении света веществом. Поглощать  свет могут молекулы и ионы.

1. колориметрия
2. фотоколориметрия
3. спектрофотометрия (использует весь диапазон) получают спектр вещества

         Также может поглощаться  атомами вещества – атомноабсоркционный метод.

         Вещества, находящиеся  в состоянии плазмы (высокая t), могут сами излучать свет.

      Эмиссионный метод.

- флюорометрия;

- люминесцентный  метод;

           Излучать свет могут и отдельные  атомы, когда вещество переходит  в состояние плазмы (800 – 5000 ⁰С).

- эмиссионный  спектральный анализ;

- пламенная фотометрия.

        Есть  методы, которые основаны на интенсивности  проницаемости света.

- эмульсия  – два несовместимых по фазе  вещества (пример: ода и жир) 

- нефелометрия («мутнометрия») – оценивается степень мутности;

- турбодиметрия.

Все оптические методы используют специальные  приборы

1. источник излучения;
2. фокусирующее устройство;
3. селектор (преобразователь)
4. кювета с изучаемым веществом;
5. детектор излучения (глаз, фотоэлемент, фотоэлектронный умножитель);
6. блок усиления сигнала;
7. регистрирующий или показывающий прибор (самописец).

 

         Источники излучения:

• пламя горелки;
• вольтова дуга;
• лампа накаливания(320-10000);
• натриевые лампы (λ=585 нм);
• водородные и дейтеривые лампы (180-320);
• для тепловых волн используются глобары – спрессованный карбид кремния  SiС (от 1 мкм и выше);
• для диапазона ультрафиолетового используются ртутно-кварцевые лампы (200-500 нм).

Фокусирующее  устройство

         Селекторы (преобразователь света)

• преломляющая призма
• обычные светофильтры
• призмодифракционные решетки

Кюветы  (например, держатели для вещества)

Детекторы излучения

• глаз
• фотоколориметр
• болометры
• фотоэлементы
• фотоэлектронные умножители
• термоэлементы

Усилитель сигнала

Регистратор и анализатор

• микроамперметр
• вольтметр
• самописцы
• компьютеры с анализаторами