Efectuarea determinărilor cantitative prin greutate și metode volumetrice (titrimetrice) de analiză chimică este uneori asociată cu mari dificultăți, dintre care principalele sunt:
Necesitatea separării preliminare a piesei fiind determinată de impurități;
Sensibilitate relativ scăzută, limitând utilizarea metodelor clasice de analiză a unor cantități mici de elemente determinate;
Cantități mari de timp (în special în metoda greutății) pentru a efectua o analiză completă.
Metode fizico-chimice Ele se disting prin sensibilitate și selectivitate crescute în comparație cu metodele clasice, prin urmare, analiza prin aceste metode necesită, de regulă, o cantitate mică de analit, iar conținutul unui anumit element din probă poate fi extrem de mic.
Astfel, metodele fizico-chimice de analiză diferă expresivitate, selectivitate, sensibilitate ridicată.
În ceea ce privește sensibilitatea, primul loc este ocupat de metodele de analiză spectrală de masă și de radioactivare. Ele sunt urmate de bine-utilizate spectrale, spectrofotometrice și polarografice metode.
De exemplu, sensibilitatea determinării unor elemente prin metode diferite este următoarea: Volumetric poate fi determinat aproximativ 10-1 % ; cântărind aproximativ 10 -2 % ; spectroscopic și fotocolorimetric 10 -3 -10 -5 % ; fluorometric 10-6-10-7%; cinetic 10 -6 -10 -8%; radio hee mic 10 -8 -10 -9%; metodă analiza activării neutronilor detectează multe impurități în cantități mai mici decât 10 -8 -10 -9 % .
În ceea ce privește acuratețea, multe metode fizico-chimice de analiză sunt inferioare clasic, si mai ales metoda greutatii. Adesea, atunci când precizia determinată de sutimi și zecimi de procent se realizează prin metode de greutate și volumetrice, atunci când se efectuează analize prin metode fizico-chimice, erorile de determinare se ridică la 5-10 % , și uneori mult mai mult.
În funcție de metoda de analiză, acuratețea determinărilor este influențată de diverși factori.
De exemplu, acuratețea analizei emisiilor este influențată de:
metoda de prelevare a unei probe medii din substanța analizată;
instabilitatea sursei de excitație (arc electric, scânteie, flacără arzător);
magnitudinea erorii de măsurare fotometrică;
neomogenitatea emulsiei fotografice (în cazul spectrografiei) etc.
Pe lângă precizia relativ scăzută, multe metode fizico-chimice au și alte dezavantaje. De exemplu, spectroscopia de emisie este convenabilă numai atunci când se efectuează analize de masă, deoarece determinarea unui anumit element dintr-o probă necesită calibrarea instrumentului față de o probă standard, ceea ce necesită mult timp. Niciuna dintre metodele fizico-chimice de analiză nu este universală.
De remarcat că, în ciuda progresului metodelor instrumentale de analiză care fac posibilă rezolvarea problemelor chimice analitice, metodele clasice de analiză nu și-au pierdut din importanță și stau la baza chimiei analitice moderne.
Toate metodele de analiză cantitativă, fizice și fizice
Metodele zicochimice de analiză sunt împărțite în următoarele grupe: electrochimice; spectrale (optice); cromatografic; radiometric; spectrometrie de masă.
Metode electrochimice de analiză. Grupul metodelor de analiză electrochimică include următoarele tipuri de analiză.
Analiza gravimetrică electrică se bazează pe izolarea de soluții de electroliți a substanțelor depuse pe electrozi la trecerea prin soluții de curent electric continuu.
ka. Metalul sau (oxidul) eliberat în timpul electrolizei se cântărește pe o balanță analitică și se apreciază conținutul substanței care se determină în soluție din masa sedimentului.
Polarografie se bazează pe o modificare a puterii curentului, variind în funcție de tensiunea în timpul procesului de electroliză, în condițiile în care unul dintre electrozi (catodul) are o suprafață foarte mică (electrodul polarizant), iar celălalt (anodul) are o suprafață mare ( electrod nepolarizant). Catodul de polarizare este picături de mercur care curg dintr-un orificiu subțire dintr-un tub capilar, precum și electrozi de platină (rotativ), grafit, argint și alți electrozi. Anodului nepolarizant i se „dau” mercur sau electrozi de referință standard cu o suprafață mare. Puterea curentului la care se realizează o descărcare completă a tuturor ionilor analiți care intră în spațiul apropiat de electrod ca urmare a difuziei se numește curent de difuzie limitator. Mărimea acestui curent este proporțională cu concentrația inițială a analitului (ionilor) din soluție.
Titrare amperometrică, care este un tip de analiză polarografică, se bazează pe o modificare a procesului de titrare a unei soluții a substanței fiind determinată în valoarea curentului maxim de difuzie care trece prin soluție la o tensiune constantă între electrodul de polarizare indicator și -electrod de referinta polarizant.
Coulometrie se bazează pe o modificare a cantității de energie electrică cheltuită pentru electroliza unei anumite cantități de substanță la un potențial constant, care corespunde potențialului de eliberare a unui element dat. Această metodă se bazează pe legea lui Faraday.
O metodă de titrare în care punctul de echivalență corespunde momentului în care curentul de electroliză atinge curentul „de fond” se numește titrare coulometrică. De obicei, curentul de fundal este egal cu 0 , deoarece soluția în acest moment nu conține particule încărcate.
Conductometrie se bazează pe măsurarea conductivității electrice a soluțiilor analizate, care se modifică în urma reacțiilor chimice și depinde de natura electrolitului, de temperatura acestuia și de concentrația soluției.
Metoda de titrare, în care punctul de echivalență este fixat prin intersecția a două linii drepte, reflectând modificarea conductivității electrice echivalente a soluției de testat pe măsură ce titrantul este adăugat în timpul procesului de titrare, se numește titrare conductometrică.
Metode de analiză spectrală (optică). Grupul metodelor de analiză spectrală include următoarele metode.
Analiza spectrală a emisiilor– o metodă fizică bazată pe studiul spectrelor de emisie a vaporilor substanței analizate (spectre de emisie sau de studiu) care apar sub influența unor surse puternice de excitație (arc electric, scânteie de înaltă tensiune); această metodă face posibilă determinarea compoziției elementare a unei substanțe; acestea. judeca ce elemente chimice fac parte din această substanță.
Fotometria flacara, care este un tip de analiză spectrală de emisie, se bazează pe studiul spectrelor de emisie ale elementelor substanței analizate,
apărute sub influența surselor moi de excitație. În această metodă, soluția de analizat este pulverizată într-o flacără. Această metodă face posibilă evaluarea conținutului în principal de metale alcaline și alcalino-pământoase din proba analizată, precum și a altor elemente, de exemplu, galiu, indiu, taliu, plumb, mangan, cupru, fosfor.
Spectroscopie de absorbție se bazează pe studiul spectrelor de absorbție ale unei substanțe, care este caracteristica sa individuală. Distinge spectrofotometric
metodă, bazat pe determinarea spectrului de absorbție sau măsurarea absorbției luminii (atât în zonele ultraviolete, cât și în cele vizibile și infraroșii ale spectrului) la o lungime de undă strict definită (radiație monocromatică), care corespunde maximului curbei de absorbție a unei substanțe date. aflat în studiu, precum și metoda fotocolorimetrică, bazat pe determinarea spectrului de absorbție sau măsurarea absorbției luminii în partea vizibilă a spectrului.
Turbodimetrie se bazează pe măsurarea intensității luminii absorbite de o suspensie necolorată a unui solid. În turbodimetrie, intensitatea luminii absorbită de sau transmisă printr-o soluție este măsurată în același mod ca și în fotocolometria soluțiilor colorate.
Nefelometrie se bazează pe măsurarea intensității luminii reflectate sau împrăștiate de o suspensie colorată sau necolorată a unui solid (sediment suspendat într-un mediu dat).
Luminescent, sau fluorescentă, metoda de analiză se bazează pe măsurarea intensității luminii vizibile emise de substanțe (fluorescență) la iradierea cu raze ultraviolete.
Metodele de analiză optică includ, de asemenea metoda refractometrică, bazat pe măsurarea indicelui de refracție și polarimetric, bazat pe cercetare
în funcţie de rotaţia planului de polarizare.
Metode cromatografice de analiză. Pe baza mecanismului de separare, există mai multe tipuri de metode de analiză cromatografică.
Cromatografia lichidă de adsorbție se bazează pe adsorbția (absorbția) selectivă a componentelor individuale ale amestecului analizat într-un mediu lichid. Se datorează absorbabilității diferite a componentelor dizolvate.
Cromatografia gazoasă de adsorbție se bazează pe utilizarea diferențelor de absorbabilitate a gazelor și vaporilor. În
În funcție de factorul principal care determină separarea, se disting următoarele tipuri de cromatografie gazoasă: gaz-lichid și gaz-adsorbție.
Cromatografia de partiție se bazează pe utilizarea diferențelor de distribuție (sorbabilitate) componentelor individuale ale amestecului analizat între două faze lichide nemiscibile - solvenți mobili și staționari.
Cromatografia pe hartie - un tip de cromatografie de partiție în care purtătorul pentru un solvent staționar sunt benzi sau foi de hârtie de filtru care nu conțin impurități minerale.
Cromatografia cu schimb de ioni se bazează pe utilizarea proceselor de schimb ionic care au loc între câmpurile în mișcare ale adsorbantului și câmpurile electrolitice conținute în soluția analizată.
Metode de analiză spectrometrică de masă. Metodele de analiză spectrometrică de masă se bazează pe determinarea atomilor, moleculelor și radicalilor ionizați individuali prin separarea surselor de ioni care conțin particule cu diferite rapoarte masă-sarcină ca rezultat al acțiunii combinate a câmpurilor electrice și magnetice.
Analiza fizico-chimica conform N.S. Kurnakov. Metoda propusă de N.S. Kurzhakov, vă permite să studiați fizica
proprietăţile ice ale sistemelor în funcţie de acestea compoziție chimică. De exemplu, curbele ale temperaturii de topire în funcție de compoziția unui aliaj plumb-staniu pot fi utilizate în scopuri analitice.
Această metodă se numește analiză fizico-chimică. Conceptele de „metodă fizico-chimică de analiză” nu trebuie confundate.
pentru” cu conceptul de „analiza fizico-chimică”.
Dacă, în timpul procesului de încălzire sau răcire a substanței de testat, în obiectul analizat nu se observă transformări de fază asociate cu eliberarea sau absorbția
căldură, atunci curbele de încălzire sau răcire se caracterizează printr-o progresie lină. Dacă în sistem apar transformări de fază, atunci pe curba schimbării temperaturii, în funcție de natura acestor transformări, se observă secțiuni orizontale la o temperatură constantă sau curbe ascuțite ale curbei pe o anumită perioadă de timp. O astfel de curbă de răcire face posibilă judecarea tuturor fază transformări care apar în proba studiată în timpul procesului de răcire.
Alte metode de analiză.Metoda rezonanței paramagnetice electronice (EPR).- se bazează pe utilizarea fenomenului de absorbție rezonantă a undelor electromagnetice de către particule paramagnetice într-un câmp magnetic constant și este utilizat cu succes pentru măsurarea concentrației de substanțe paramagnetice, studierea reacțiilor redox, studierea cineticii chimice și a mecanismului reacțiilor chimice etc. .
Metoda rezonanței magnetice nucleare (RMN). se bazează pe utilizarea absorbției rezonante a undelor electromagnetice de către substanța studiată într-un câmp magnetic constant, cauzat de magnetismul nuclear. Metodă RMN folosit pentru a studia compuși complecși, starea ionilor în soluție, pentru a studia cinetica chimică etc.
Concluzie
Chimia modernă acoperă o arie largă de cunoștințe umane, deoarece este o știință care studiază substanțele și legile transformării lor. Chimia este în continuă dezvoltare și dezvăluie profund legile de bază care fac posibilă determinarea comportamentului electronilor în atomi și molecule, dezvoltarea metodelor de calcul al structurilor moleculelor și solidelor, teoria cineticii chimice și echilibrului chimic. Ghidată de legile de bază ale termodinamicii chimice, chimia ne permite să evaluăm direcția proceselor chimice și profunzimea apariției lor. Informații importante sunt furnizate prin studierea stării cristaline a substanțelor.
Aceste întrebări vor permite elevilor să stăpânească domenii de chimie care nu au fost studiate în liceu sau au fost parțial studiate.
Cunoștințele dobândite în această parte a cursului de chimie sunt necesare pentru studierea secțiunilor speciale (proprietăți ale soluțiilor, reacții redox, procese electrochimice, Proprietăți chimice substante)
Subiectele de bază ale manualului pot fi utile în activitățile specialiștilor din orice domeniu al tehnologiei. Înțelegerea legilor de bază ale chimiei și capacitatea de a lucra cu literatură educațională și de specialitate va permite specialiștilor să găsească soluții optime la problemele cu care se confruntă.
Secţiuni de chimie care au importantîn activităţile practice ale specialiştilor în radio şi electrotehnică. Sunt luate în considerare procesele electrochimice (funcționarea celulelor galvanice, electroliză), sunt date exemple de surse chimice de curent și aplicații tehnice ale electrolizei.
Fiabilitatea și durabilitatea produselor electronice depind de rezistența la coroziune a părților individuale ale dispozitivelor, prin urmare, manualul examinează legile de bază ale proceselor de coroziune, oferă clasificarea acestora, prezintă două mecanisme ale apariției lor: chimice și electrochimice și, de asemenea, oferă metode și metode de protecție împotriva coroziunii chimice și electrochimice.
Pe baza informațiilor prezentate în acest manual, sunt prezentate unele proprietăți fizice și chimice ale metalelor și semiconductorilor (conductivitate electrică, proprietăți magnetice). Este dat conceptul de identificare chimică a substanțelor pe baza metodelor calitative și cantitative de analiză.
Cunoștințele sunt necesare atunci când studiați cursurile ulterioare, cum ar fi știința materialelor, rezistența materialelor, fundamentele teoretice ale diverselor procese tehnologiceîn electronică, inginerie electrică, microelectronică, inginerie radio, energie și alte domenii de pregătire de specialitate.
Progresul științific și tehnologic nu este posibil fără dezvoltarea chimiei, care creează noi substanțe cu proprietăți noi care pot fi utilizate în diverse industrii.
1. Clasificarea metodelor instrumentale de analiză în funcție de parametrul de măsurare și metoda de măsurare. Exemple de metode analitice instrumentale pentru analiza calitativă a substanțelor
Într-una dintre metodele de clasificare a metodelor instrumentale (fizicochimice), analiza se bazează pe natura parametrului fizic măsurat al sistemului analizat și pe metoda de măsurare a acestuia; valoarea acestui parametru este o funcție de cantitatea de substanță. În conformitate cu aceasta, toate metodele instrumentale sunt împărțite în cinci grupuri mari:
electrochimic;
Optic;
Cromatografic;
radiometric;
Spectrometric de masă.
Metode electrochimice analizele se bazează pe utilizarea proprietăților electrochimice ale substanțelor analizate. Acestea includ următoarele metode.
Metoda electrogravimetrică - bazată pe măsurarea precisă a masei substanței care se determină sau a acesteia componente, care sunt eliberate pe electrozi atunci când un curent electric continuu trece prin soluția analizată.
Metoda conductometrică se bazează pe măsurarea conductivității electrice a soluțiilor, care se modifică ca urmare a reacțiilor chimice în curs și depinde de proprietățile electrolitului, de temperatura acestuia și de concentrația substanței dizolvate.
Metoda potențiometrică – bazată pe măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție a substanței studiate. Potențialul electrodului depinde de concentrația ionilor corespunzători din soluție în condiții constante de măsurare, care sunt efectuate cu potențiometre.
Metoda polarografică se bazează pe utilizarea fenomenului de polarizare a concentrației care are loc pe un electrod cu o suprafață mică la trecerea unui curent electric prin soluția de electrolit analizată.
Metoda coulometrică se bazează pe măsurarea cantității de energie electrică cheltuită pentru electroliza unei anumite cantități de substanță. Metoda se bazează pe legea lui Faraday.
Metode optice analizele se bazează pe utilizarea proprietăților optice ale compușilor studiați. Acestea includ următoarele metode.
Analiza spectrală a emisiilor se bazează pe observarea spectrelor de linii emise de vapori de substanțe atunci când acestea sunt încălzite în flacăra unui arzător cu gaz, scânteie sau arc electric. Metoda face posibilă determinarea compoziției elementare a substanțelor.
Analiza spectrală de absorbție în regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșu ale spectrului. Există metode spectrofotometrice și fotocolorimetrice. Metoda spectrofotometrică de analiză se bazează pe măsurarea absorbției luminii (radiația monocromatică) a unei anumite lungimi de undă, care corespunde maximului curbei de absorbție a substanței. Metoda fotocolorimetrică de analiză se bazează pe măsurarea absorbției luminii sau determinarea spectrului de absorbție în aparate - fotocolorimetre în partea vizibilă a spectrului.
Refractometria se bazează pe măsurarea indicelui de refracție.
Polarimetrie – bazată pe măsurarea rotației planului de polarizare.
Nefelometria se bazează pe utilizarea fenomenelor de reflexie sau împrăștiere a luminii de către particule necolorate suspendate în soluție. Metoda face posibilă determinarea unor cantități foarte mici de substanță prezentă în soluție sub formă de suspensie.
Turbidimetria - bazată pe utilizarea fenomenelor de reflexie sau împrăștiere a luminii de către particule colorate care sunt suspendate în soluție. Lumina absorbită de sau transmisă printr-o soluție este măsurată în același mod ca în fotocolorimetria soluțiilor colorate.
Analiza luminescentă sau fluorescentă - bazată pe fluorescența substanțelor care sunt iradiate cu lumină ultravioletă. Aceasta măsoară intensitatea luminii emise sau vizibile.
Fotometria cu flacără (fotometria cu flacără) se bazează pe pulverizarea unei soluții a substanțelor studiate într-o flacără, izolarea radiațiilor caracteristice elementului analizat și măsurarea intensității acesteia. Metoda este utilizată pentru analiza alcaline, alcalino-pământoase și a altor elemente.
Metode cromatografice analizele se bazează pe utilizarea fenomenelor de adsorbție selectivă. Metoda este utilizată în analiza substanțelor anorganice și organice pentru separarea, concentrarea, izolarea componentelor individuale dintr-un amestec și purificarea de impurități.
Metode radiometrice analizele se bazează pe măsurarea radiației radioactive a unui element dat.
Spectrometric de masă metodele de analiză se bazează pe determinarea maselor individuale ale atomilor, moleculelor și radicalilor ionizați ca urmare a acțiunii combinate a câmpurilor electrice și magnetice. Înregistrarea particulelor separate se realizează prin metode electrice (spectrometrie de masă) sau fotografice (spectrografie de masă). Determinarea se realizează folosind instrumente - spectrometre de masă sau spectrografe de masă.
Exemple de metode instrumentale de analiză pentru analiza calitativă a substanțelor: fluorescență cu raze X, cromatografie, coulometrie, fotometrie de emisie, fotometrie cu flacără etc.
2.
2. 1 Esența titrarii potențiometrice. Cerințe de reacție. Exemple de reacții de oxidare-reducere, precipitare, complexare și sisteme de electrozi corespunzătoare. Metode grafice de determinare punctul final de titrare
Titrare potențiometrică se bazează pe determinarea punctului echivalent prin modificarea potenţialului la electrozii scufundaţi într-o soluţie titrată. În titrarea potențiometrică se folosesc atât electrozi nepolarizanți (fără curent care circulă prin ei), cât și polarizanți (cu curent care circulă prin ei).
În primul caz, în timpul procesului de titrare, se determină concentrația în soluția unuia dintre ioni, pentru care există un electrod potrivit pentru înregistrare.
Potențialul Ex la acest electrod indicator este setat conform ecuației Nernst. De exemplu, pentru reacțiile de oxidare-reducere, ecuația Nernst este următoarea:
unde Ex este potențialul electrodului în aceste condiții specifice; Aok este concentrația formei oxidate a metalului; Aresc este concentrația formei reduse a metalului; E0 - potenţial normal; R - constanta universală a gazului (8,314 J/(deg*mol)); T - temperatura absolută; n este diferența dintre valențele formelor oxidate și reduse ale ionilor metalici.
Pentru a forma un circuit electric, un al doilea așa-numit electrod de referință, de exemplu un electrod de calomel, este plasat în soluția titrată, al cărei potențial rămâne constant în timpul reacției. Pe lângă reacțiile de oxido-reducere menționate, titrarea potențiometrică pe electrozi nepolarizați este utilizată și pentru reacțiile de neutralizare. Metalele (Pt, Wo, Mo) sunt folosite ca electrozi indicatori pentru reacțiile de oxidare-reducere. În reacțiile de neutralizare, cel mai des este folosit un electrod de sticlă, care are o caracteristică pe o gamă largă similară cu un electrod de hidrogen. Pentru un electrod de hidrogen, dependența potențialului de concentrația ionilor de hidrogen este exprimată prin următoarea dependență:
Sau la 25°C:
În titrarea potențiometrică, titrarea este adesea folosită nu la un anumit potențial, ci la o anumită valoare a pH-ului, de exemplu, la un pH neutru=7. Oarecum în afară de metodele general acceptate de titrare potențiometrică (fără curent care curge prin electrozi), discutate mai sus, sunt metodele de titrare potențiometrică la curent constant cu electrozi polarizabili. Cel mai adesea, se folosesc doi electrozi de polarizare, dar uneori se folosește un electrod de polarizare.
Spre deosebire de titrarea potențiometrică cu electrozi nepolarizați, în care practic nu trece curent prin electrozi, în acest caz trece un curent continuu mic (aproximativ câțiva microamperi) prin electrozi (de obicei platină), obținut dintr-o sursă de curent stabilizată. Sursa de curent poate fi o sursă de alimentare de înaltă tensiune (aproximativ 45 V) cu o rezistență relativ mare conectată în serie. Diferența de potențial măsurată la electrozi crește brusc pe măsură ce reacția se apropie de punctul echivalent datorită polarizării electrozilor. Mărimea saltului de potențial poate fi mult mai mare decât în timpul titrării la curent zero cu electrozi nepolarizați.
Cerințele pentru reacțiile în timpul titrării potențiometrice sunt caracterul complet al reacției; o viteză de reacție suficient de mare (astfel încât să nu trebuiască să așteptați rezultate și să existe posibilitatea de automatizare); obținându-se în reacție un produs limpede, și nu un amestec de produse care pot fi obținute la diferite concentrații.
Exemple de reacții și sisteme de electrozi corespunzătoare:
Oxidare-recuperaree:
Sistem de electrozi:
În ambele cazuri, se folosește un sistem care constă dintr-un electrod de platină și un electrod de clorură de argint.
DESPREstrânsee:
Ag+ + Cl- =AgClv.
Sistem de electrozi:
LAcomplexaree:
Sistem de electrozi:
Metode grafice pentru determinarea punctului final de titrare. Principiul este de a examina vizual curba completă de titrare. Dacă graficăm dependența potențialului electrodului indicator de volumul titrantului, atunci curba rezultată are o pantă maximă - adică. valoare maximă DE/DV- care poate fi luat ca punct de echivalență. Orez. 2.1, care arată tocmai o astfel de dependență, a fost construită conform datelor din tabel. 2.1.
Tabelul 2.1 Rezultatele titrarii potențiometrice a 3,737 mmol clorură cu 0,2314 F soluție de azotat de argint
Orez. 2.1 Curbe de titrare pentru 3,737 mmol clorură cu soluție de azotat de argint 0,2314 F: A- o curbă convențională de titrare care arată regiunea din apropierea punctului de echivalență; b- curba de titrare diferenţială (toate datele din tabelul 2.1)
metoda bunicii. Puteți construi un grafic DE/DV- modificarea volumului potențialului pe porțiune de titrant în funcție de volumul de titrant. Un astfel de grafic obtinut din rezultatele titrarii prezentate in tabel. 2.1, prezentat în Fig. 2.2.
Orez. 2.2 Curba Gran, construită din datele de titrare potențiometrice prezentate în tabel. 2.1
2.2 Sarcină: V se calculează potențialul unui electrod de platină într-o soluție de sulfat de fier (II) titrată cu o soluție de permanganat de potasiu cu 50% și 100,1%; dacă concentraţia ionilor FeI ? , H? și MnO?? egal cu 1 mol/dm3
Potențialul unui electrod de platină - un electrod de al treilea fel - este determinat de natura cuplului redox conjugat și de concentrația formelor sale oxidate și reduse. Această soluție conține o pereche:
pentru care:
Deoarece soluția inițială este titrată cu 50%, atunci / = 50/50 și 1.
Prin urmare, E = 0,77 + 0,058 log1 = 0,77 V.
3. Titrare amperometrică
3.1 Titrarea amperometrică, esența sa, condițiile. Tipuri de curbe de titrare în funcție de natura substanței titrate și a titrantului folosind exemple de reacții specifice th
Titrare amperometrică. Pentru indicarea amperometrică în titrare, puteți utiliza o celulă cu același design de bază ca și pentru amperometria directă. În acest caz, metoda se numește titrare amperometrică cu un singur electrod polarizat. În timpul titrarii, curentul cauzat de analit, titrant sau produs de reacție este controlat la o valoare constantă a potențialului electrodului de lucru, situat în regiunea potențială a curentului de difuzie limitator.
Ca exemplu, să luăm în considerare titrarea prin precipitare a ionilor de Pb2+ cu o soluție de cromat de potasiu la potențiale diferite ale electrodului de lucru.
Zonele de limitare a curenților de difuzie ale perechilor redox Pb2+/Pb și CrO42-/Cr(OH)3 sunt situate în așa fel încât la un potențial de 0 V ionul cromat este deja redus, dar ionul Pb2+ nu este încă (acest procesul are loc numai la potenţiale mai negative) .
În funcție de potențialul electrodului de lucru, se pot obține curbe de titrare de diferite forme.
a) Potențialul este - 1V (Fig. 3.1):
Până la punctul de echivalență, curentul care circulă prin celulă este curentul catodic pentru reducerea ionilor Pb2+. Când se adaugă titrant, concentrația lor scade și curentul scade. După punctul de echivalență, curentul se datorează reducerii Cr(VI) la Cr(III), drept urmare curentul catodic începe să crească pe măsură ce se adaugă titrantul. La punctul de echivalență (φ = 1) se observă o rupere bruscă în curba de titrare (în practică este mai puțin pronunțată decât în fig. 3.1).
b) Potențialul este 0 V:
La acest potențial, ionii Pb2+ nu sunt reduceți. Prin urmare, până la punctul de echivalență se observă doar un mic curent rezidual constant. După punctul de echivalență, în sistem apar ioni de cromat liber, capabili de reducere. În acest caz, pe măsură ce se adaugă titrantul, curentul catodic crește, ca și în timpul titrarii la - 1V (Fig. 3.1).
Orez. 3.1 Curbe de titrare amperometrică a Pb2+ cu ioni de cromat la potențialele electrodului de lucru - 1 V și 0 V
În comparație cu amperometria directă, titrarea amperometrică, ca orice metodă titrimetrică, se caracterizează printr-o precizie mai mare. Cu toate acestea, metoda de titrare amperometrică necesită mai multă muncă. Cele mai utilizate în practică sunt tehnicile de titrare amperometrică cu doi electrozi polarizați.
Titrare biamperometrică. Acest tip de titrare amperometrică se bazează pe utilizarea a doi electrozi polarizabili, de obicei de platină, cărora li se aplică o mică diferență de potențial de 10-500 mV. În acest caz, trecerea curentului este posibilă numai atunci când la ambii electrozi apar reacții electrochimice reversibile. Dacă cel puțin una dintre reacții este împiedicată cinetic, are loc polarizarea electrodului și curentul devine nesemnificativ.
Dependența curent-tensiune pentru o celulă cu doi electrozi polarizabili sunt prezentate în Fig. 3.2. În acest caz, doar diferența de potențial dintre cei doi electrozi joacă un rol. Valoarea potențială a fiecărui electrod individual rămâne incertă din cauza absenței unui electrod de referință.
Figura 3.2 Dependențe curent-tensiune pentru o celulă cu doi electrozi polarizabili identici în cazul unei reacții reversibile fără supratensiune ( A) și reacție ireversibilă cu supratensiune ( b).
În funcție de gradul de reversibilitate al reacțiilor electrodului, se pot obține curbe de titrare de diferite forme.
a) Titrarea unei componente a unui cuplu redox reversibil cu o componentă a unei perechi ireversibile, de exemplu, tiosulfat de iod (Fig. 3.3, A):
I2 + 2S2O32- 2I- + S4O62-.
Până la punctul de echivalență, un curent trece prin celulă datorită procesului:
Curentul crește până la un grad de titrare de 0,5, la care ambele componente ale perechii I2/I- sunt în concentrații egale. Apoi curentul începe să scadă până la punctul de echivalență. După punctul de echivalență, datorită faptului că perechea S4O62-/S2O32- este ireversibilă, are loc polarizarea electrozilor și curentul se oprește.
b) Titrarea unei componente a unei perechi ireversibile cu o componentă a unei perechi reversibile, de exemplu, ionii As(III) cu brom (Fig. 3.3, b):
Până la punctul de echivalență, electrozii sunt polarizați, deoarece sistemul redox As(V)/As(III) este ireversibil. Niciun curent nu trece prin celulă. După punctul de echivalență, curentul crește deoarece în soluție apare un sistem redox reversibil Br2/Br-.
c) Substanța care se determină și titrantul formează perechi redox reversibile: titrarea ionilor Fe(II) cu ionii Ce(IV) (Fig. 3.3, V):
Aici, polarizarea electrozilor nu este observată în nicio etapă a titrarii. Până la punctul de echivalență, cursul curbei este același ca în Fig. 3.3, A, după punctul de echivalență - ca în Fig. 3.3, b.
Orez. 3.3 Curbele de titrare biamperometrică a iodului cu tiosulfat ( A), As(III) brom ( b) și ioni Fe(II) cu ioni Ce(IV) ( V)
3.2 Sarcină: V o celulă electrochimică cu un microelectrod de platină și un electrod de referință a fost plasată cu o soluție de NaCl de 10,00 cm3 și titrată cu o soluție de AgNO 0,0500 mol/dm3 3 volum 2,30 cm. Calculați conținutul de NaClîn soluție (%)
Reacția are loc în soluție:
Ag+ + Cl- =AgClv.
V(AgN03) = 0,0023 (dm3);
n(AgNO3) = n(NaCI);
n(AgNO3)=c(AgNO3)*V(AgNO3)=0,0500*0,0023=0,000115,
sau 1,15*104(mol).
n(NaCI) = 1,15*10-4 (mol);
m(NaCI) = M(NaCI)* n(NaCI) = 58,5*1,15*10-4 = 6,73*10-3 g.
Să luăm densitatea soluției de NaCl ca 1 g/cm3, apoi masa soluției va fi de 10 g, deci:
n(NaCI) = 6,73*10-3/10*100% = 0,0673%.
Răspuns: 0,0673 %.
4. Metode cromatografice de analiză
4.1 Fazele metodelor cromatografice de analiză, caracteristicile acestora. Bazele cromatografiei lichide
Metoda cromatografiei de partiție lichidă a fost propusă de Martin și Synge, care au arătat că înălțimea echivalentă cu o placă teoretică a unei coloane împachetate corespunzător poate ajunge la 0,002 cm.Astfel, o coloană de 10 cm lungime poate conține aproximativ 5000 de plăci; Se poate aștepta o eficiență ridicată de separare chiar și de la coloanele relativ scurte.
Faza stationara. Cel mai comun purtător solid în cromatografia de partiție este acidul silicic sau gelul de silice. Acest material absoarbe apa puternic; astfel faza staționară este apa. Pentru unele separări, este util să se includă un fel de tampon sau acid (sau bază) puternic în pelicula de apă. Solvenții polari, cum ar fi alcoolii alifatici, glicolii sau nitrometanul, au fost, de asemenea, utilizați ca faze staționare pe silicagel. Alți purtători includ pământ de diatomee, amidon, celuloză și sticlă zdrobită; Pentru umezirea acestor purtători solizi se utilizează apă și diverse lichide organice.
Faza mobila. Faza mobilă poate fi un solvent pur sau un amestec de solvenți care nu sunt miscibili în mod apreciabil cu faza staționară. Eficiența separării poate fi uneori crescută prin schimbarea continuă a compoziției solventului amestecat pe măsură ce eluentul progresează (gradient de eluție).În unele cazuri, separarea este îmbunătățită dacă eluția este efectuată cu un număr de solvenți diferiți. Faza mobilă este selectată în principal empiric.
Instrumentele moderne sunt adesea echipate cu o pompă pentru a accelera fluxul de lichid prin coloană.
Principalii parametri LC care caracterizează comportamentul unei substanțe într-o coloană sunt timpul de retenție al componentei amestecului și volumul de retenție. Se numește timpul de la momentul introducerii probei analizate până la înregistrarea maximului de vârf timp de retenție (eluție) tR. Timpul de retenție este format din două componente - timpul de rezidență al substanței în mobil t0 și nemișcată ts faze:
tR.= t0 + ts. (4.1)
Sens t0 este de fapt egal cu timpul de trecere a componentei adsorbite prin coloană. Sens tR nu depinde de cantitatea de probă, ci depinde de natura substanței și a sorbantului, precum și de ambalajul sorbantului și poate varia de la coloană la coloană. Prin urmare, pentru a caracteriza adevărata capacitate de deținere, ar trebui să se introducă timp de retenție corectat t?R:
t?R= tR -t0 . (4.2)
Pentru a caracteriza retenția, conceptul este adesea folosit volumul V reținutR - volumul fazei mobile care trebuie trecut prin coloană cu o anumită viteză pentru a elua substanța:
VR= tRF, (4.3)
Unde F- debitul volumetric al fazei mobile, cm3s-1.
Volumul pentru spălarea componentului nesorbabil (volum mort) este exprimat prin t0 : V0 = t0 F, și include volumul coloanei care nu este ocupat de sorbant, volumul de comunicații de la dispozitivul de injectare a probei la coloană și de la coloană la detector.
Volumul de retenție corectat V?R respectiv egal cu:
V?R= VR -V0 . . (4.4)
În condiții de cromatografie constantă (debit, presiune, temperatură, compoziție de fază), valorile tR Și VR sunt strict reproductibile și pot fi utilizate pentru identificarea substanțelor.
Orice proces de distribuție a unei substanțe între două faze se caracterizează prin coeficientul de distribuție D. Magnitudinea D atitudine cs/c0 , Unde CuT Și Cu0 - concentraţiile substanţei în faza mobilă, respectiv staţionară. Coeficientul de distribuție este legat de parametrii cromatografici.
Caracteristica de retenție este și coeficientul de capacitate k", definit ca raportul dintre masa unei substanțe în faza staționară și masa unei substanțe în faza mobilă: k" = mn/mP. Coeficientul de capacitate arată de câte ori mai rămâne o substanță în faza staționară decât în faza mobilă. mărimea k" calculat din datele experimentale folosind formula:
Cel mai important parametru al separării cromatografice este eficiența coloanei cromatografice, a cărei măsură cantitativă este înălțimea N, echivalent cu o placă teoretică și numărul de plăci teoretice N.
O placă teoretică este o zonă ipotetică a cărei înălțime corespunde atingerii echilibrului între două faze. Cu cât mai multe plăci teoretice într-o coloană, de ex. Cum număr mai mare Odată ce echilibrul este stabilit, cu atât coloana este mai eficientă. Numărul de plăci teoretice poate fi calculat cu ușurință direct din cromatogramă prin compararea lățimii vârfului w si stai timp tR componentă în coloană:
După ce a hotărât Nși știind lungimea coloanei L, ușor de calculat N:
Eficiența unei coloane de cromatografie este caracterizată și de simetria vârfului corespunzător: cu cât vârful este mai simetric, cu atât coloana este mai eficientă. Numeric, simetria este exprimată prin coeficientul de simetrie KS, care poate fi determinată prin formula:
Unde b0.05 - lățimea vârfului la o douăzecime din înălțimea vârfului; A- distanța dintre perpendiculara coborâtă de la maximul vârfului și marginea din față a vârfului la o douăzecime din înălțimea vârfului.
Pentru a evalua reproductibilitatea analiza cromatografică utilizați abaterea standard relativă ( RSD), caracterizarea dispersiei rezultatelor în populația eșantion:
Unde n- numărul de cromatograme paralele; X- continutul componentului din proba, determinat prin calcularea ariei sau inaltimii varfului corespunzator din cromatograma; - valoarea medie a conținutului de componentă, calculată pe baza datelor din cromatogramele paralele; s2 - dispersia rezultatelor obtinute.
Rezultatele unei analize cromatografice sunt considerate probabile dacă sunt îndeplinite condițiile de adecvare a sistemului cromatografic:
Numărul de plăci teoretice calculat din vârful corespunzător nu trebuie să fie mai mic decât valoarea cerută;
Factorul de separare al vârfurilor corespunzătoare nu trebuie să fie mai mic decât valoarea cerută;
Abaterea standard relativă calculată pentru înălțimea sau zona vârfului corespunzător nu trebuie să depășească valoarea necesară;
Coeficientul de simetrie al vârfului corespunzător trebuie să fie în limitele cerute.
4.2 Pentrucasa la tara: R Se calculează conținutul de analit din probă folosind metoda standard intern (în g și %) dacă se obțin următoarele date în timpul cromatografiei: în timpul calibrării: qB=0,00735,S² = 6,38 cm²,qST=0,00869 g,SST=8,47 cm², -cand se analizeaza:S²=9,38 cm²,VВ=47 mmі,qST=0,00465 g,SST=4,51 cm²
SCT/SV = k*(qCT/qB);
k = (SCT/SV)/(qCT/qB) = (8,47/6,38)/(0,00869/0,00735) = 1,123;
qB = k*qST*(SV/SST) = 1,123*0,00465*(9,38/4,51) = 0,01086 g.
x, % = k*r*(SV/SCT)*100;
r = qCT/ qB = 0,00465/0,01086 = 0,4282;
x, % = 1,123*0,4282*(9,38/4,51) = 100%.
5. Titrare fotometrică
5.1 Titrare fotometrică. Esența și condițiile titrarii. Curbele de titrare. Avantajele titrarii fotometrice in comparație cu fotometria directă
Măsurătorile fotometrice și spectrofotometrice pot fi utilizate pentru a înregistra punctul final de titrare. Punctul final al unei titrari fotometrice directe apare ca urmare a modificărilor concentrației reactantului și a produsului de reacție, sau ambele simultan; Evident, cel puțin una dintre aceste substanțe trebuie să absoarbă lumina la lungimea de undă selectată. Metoda indirectă se bazează pe dependența densității optice a indicatorului de volumul titrantului.
Orez. 5.1 Curbe tipice de titrare fotometrică. Coeficienții de absorbție molară ai analitului, produsului de reacție și titrantului sunt indicați prin simbolurile es, ep, et, respectiv
Curbele de titrare. O curbă de titrare fotometrică este un grafic al absorbanței corectate în funcție de volumul titrantului. Dacă condițiile sunt alese corect, curba este formată din două secțiuni drepte cu pante diferite: una dintre ele corespunde începutului titrarii, cealaltă continuării dincolo de punctul de echivalență. Există adesea un punct de inflexiune vizibil lângă punctul de echivalență; Punctul final este considerat a fi punctul de intersecție al segmentelor de linie dreaptă după extrapolare.
În fig. Figura 5.1 prezintă câteva curbe tipice de titrare. La titrarea substantelor neabsorbante cu un titrant colorat pentru a forma produse incolore, la inceputul titrarii se obtine o linie orizontala; dincolo de punctul de echivalență, densitatea optică crește rapid (Fig. 5.1, curbă A). Când se formează produse colorate din reactivi incolori, dimpotrivă, se observă mai întâi o creștere liniară a densității optice, apoi apare o regiune în care absorbția nu depinde de volumul titrantului (Fig. 5.1, curbă). b). În funcție de caracteristicile spectrale ale reactivilor și produșilor de reacție, sunt posibile și curbe de alte forme (Fig. 5.1).
Pentru ca punctul final al unei titrari fotometrice să fie suficient de distinct, sistemul sau sistemele absorbante trebuie să respecte legea lui Beer; în caz contrar, liniaritatea segmentelor curbei de titrare necesare extrapolării este perturbată. În plus, este necesar să se introducă o corecție pentru modificările de volum prin înmulțirea densității optice cu factorul (V+v)/V, Unde V- volumul inițial de soluție, a v- volumul de titrant adăugat.
Titrarea fotometrică oferă adesea rezultate mai precise decât analiza fotometrică directă, deoarece datele din mai multe măsurători sunt combinate pentru a determina punctul final. În plus, în titrarea fotometrică prezența altor substanțe absorbante poate fi neglijată deoarece se măsoară doar modificarea absorbanței.
5.2 Sarcină:n o porțiune cântărită de dicromat de potasiu cu o greutate de 0,0284 g a fost dizolvată într-un balon cotat cu o capacitate de 100,00 cm3. Densitatea optică a soluției rezultate la l max=430 nm este egal cu 0,728 cu o grosime a stratului absorbit de 1 cm Calculati concentratia molara si procentuala, coeficientii molari si specifici de absorbtie ai acestei solutii
unde este densitatea optică a soluției; e - coeficientul molar de absorbție al substanței, dm3*mol-1*cm-1; Cu - concentratia substantei absorbante, mol/dm3; l este grosimea stratului absorbant, cm.
Unde k- coeficientul de absorbtie specific al substantei, dm3*g-1*cm-1.
n(K2Cr2O7) = m(K2Cr2O7)/ M(K2Cr2O7) = 0,0284/294 = 9,67*10-5 (mol);
c(K2Cr2O7) = 9,67*10-5/0,1 = 9,67*10-4(mol/l);
Să luăm densitatea soluției de K2Cr2O7 ca 1 g/cm3, apoi masa soluției va fi de 100 g, deci:
n(NaCI) = 0,0284/100*100% = 0,0284%.
e = D/cl = 0,728/9,67*10-4*1 = 753 (dm3*mol-1*cm-1).
k = D/cl = 0,728/0,284 *1 = 2,56(dm3*g-1*cm-1).
6. Descrieți și explicați posibilitatea utilizării metodelor instrumentale de analiză (optică, electrochimică, cromatografică) pentru determinarea calitativă și cantitativă a clorurii de zinc
Clorura ZnCl2; M=136,29; bts. trig., estompare; c=2,9125; tmel=318; tboil=732; С°р=71,33; S°=111,5; DN°=-415,05; „G°=-369,4; DNpl=10,25; DNsp=119,2; y=53,8320; 53,6400; 52,2700; p=1428; 10506; s=2080; 27210; 36720; 40825; 43830; 45340; 47150; 49560; 54980; 614100; h.r.eff.; r.et. 10012,5, ac. 43,518; sărbătoare. 2.620; n.r.z. NH3.
Clorura de zinc ZnCl2, cea mai studiată dintre halogenuri, se obține prin dizolvarea amestecului de zinc, oxidului de zinc sau metalului de zinc în acid clorhidric. Clorura de zinc anhidru este o pulbere granulară albă, formată din cristale hexagonal-romboedrice, se topește ușor și, la răcire rapidă, se solidifică într-o masă transparentă asemănătoare porțelanului. Clorura de zinc topită conduce electricitatea destul de bine. Când este încălzită, clorura de zinc se evaporă și vaporii ei se condensează sub formă de ace albe. Este foarte higroscopic, dar în același timp este ușor de obținut anhidru. Clorura de zinc cristalizeaza fara apa la temperaturi peste 28°C, iar din solutii concentrate poate fi izolata anhidra chiar si la 10°C. Clorura de zinc se dizolvă în apă, eliberând cantitate mare căldură (15,6 kcal/mol). În soluții diluate, clorura de zinc se disociază bine în ioni. Natura covalentă a legăturii în clorura de zinc se manifestă prin solubilitatea sa bună în alcooli metilici și etilici, acetonă, dietil eter, glicerină, acetat de etil și alți solvenți care conțin oxigen, precum și dimetilformamidă, piridină, anilină și alți azotați. compuși de natură bazică.
Clorura de zinc tinde să formeze săruri complexe corespunzătoare formulelor generale Me la Me4, dar cele mai comune și mai stabile sunt sărurile în care patru anioni de clor sunt coordonați în jurul atomului de zinc, iar compoziția majorității sărurilor corespunde formulei Me2. După cum a arătat studiul spectrelor Raman, în soluțiile de clorură de zinc în sine, în funcție de concentrația sa, ionii 2+, ZnCl+(ad), 2- pot fi prezenți, iar ionii - sau 2- nu sunt detectați. Sunt cunoscute și complexele amestecate cu anioni ai mai multor acizi. Astfel, metodele potențiometrice au dovedit formarea complexelor sulfat-clorura de zinc în soluții. S-au descoperit complexe mixte: 3-, 4, 5-.
ZnCl2 poate fi determinat cantitativ și calitativ de Zn2+. Poate fi determinat cantitativ și calitativ folosind metoda fotometrică din spectrul de absorbție. De exemplu, cu reactivi precum ditizona, murexida, arsazenul etc.
Determinarea spectrală a zincului. Metodele de analiză spectrală sunt foarte convenabile pentru detectarea zincului. Analiza se realizează pe un grup de trei linii: 3345, 02 I; 3345,57 I 3345,93 I A, dintre care prima este cea mai intensă, sau o pereche de linii: 3302,59 I și 3302,94 I A.
V. Ostwald era interesat metode instrumentale de analiză. În special, el a studiat spectrele de absorbție ale diferitelor soluții din regiunea vizibilă și, folosind 300 de sisteme diferite, a arătat că culoarea unei soluții de electrolit în condiții de disociere completă este determinată de absorbția aditivă a luminii de către ionii săi; ideea de V. Ostwald, exprimat de el într-o scrisoare către S., a avut o importanță practică mai mare.Arrhenius încă din 1892. Discuția a fost despre posibilitatea determinării potențiometrice directe a concentrațiilor foarte mici de ioni metalici din forța electromotoare a unui celulă galvanică adecvată. Cu toate acestea, metodele de analiză potențiometrică directă a obiectelor reale au apărut mult mai târziu - deja în secolul al XX-lea.
Din păcate, în manualele interne de chimie analitică, numele lui W. Ostwald este de obicei menționat doar în legătură cu (legea diluției și teoria indicatorilor; celelalte realizări teoretice ale sale sunt prezentate fără referire la autor. Dar ideea nu este Trebuie să recunoaștem că a fost W. Ostwald și școala sa a ridicat metodele chimice de analiză de la un nivel empiric la un nivel superior, bazat teoretic. Acest lucru a făcut posibilă selectarea condițiilor optime de analiză și reactivii potriviți în prealabil, precum și prezicerea erori sistematice.Renumitul chimist rus P. I. Walden a scris că cărțile lui V. Ostwald sunt un adevărat ghid al descoperirilor în chimia analitică.
Subestimarea semnificației lucrărilor chimico-analitice (și altele) ale lui W. Ostwald în țara noastră poate fi explicată prin două împrejurări relativ întâmplătoare. În primul rând, ideile filozofice ale lui W. Ostwald au provocat dezbateri aprinse, în care a fost aspru criticat de mulți oameni de știință celebri și personalități publice. În special, V.I. Lenin îl considera pe Ostwald „un foarte mare chimist și un filozof foarte confuz”. Atitudinea negativă față de lucrările filozofice ale lui V. Ostwald, cu bună știință sau fără să vrea, a fost transferată operei sale în ansamblu. În al doilea rând, ca unul dintre creatorii teoriei „fizice” a soluțiilor, V. Ostwald a polemizat puternic cu chimiștii ruși, care erau preponderent susținători ai teoriei „chimice” a soluțiilor (D. I. Mendeleev, D. P. Konovalov, N. N. Beketov etc. . ). Ambele părți au făcut declarații inutil de dure. Mai târziu a devenit clar că, în esență, niciuna dintre părțile din această dispută nu a avut dreptate, teoriile „chimice” și „fizice” ale soluțiilor s-au apropiat în studiile de hidratare ionică (I.A. Kablukov), apoi s-au fuzionat, dar ecourile vechii controverse au rămas încă. simțită pe tot parcursul secolului al XX-lea.
După ce W. Ostwald s-a pensionat (1906) și a încetat cercetările active în domeniul chimiei, studenții și adepții săi au dezvoltat teoria analizei titrimetrice și s-au consultat adesea cu profesorul lor. În special, au fost determinate constantele de disociere ale multor indicatori (E. Zalm, 1907). O realizare majoră a școlii Ostwald a fost modelarea procesului de titrare sub formă de curbe de neutralizare (J. Hildebrandt, 1913). Pe această bază, a fost posibil să se evalueze posibilitatea de titrare a electroliților puternici și slabi, să se calculeze limitele de diluție și erorile asociate cu selecția incorectă a indicatorilor. Monografia lui Dane Niels Bjerrum „Theory of Alkalimetric and Acidimetric Titration” (1914) a fost de mare importanță. În această carte, pentru prima dată, a apărut o recomandare clară cu privire la ce acizi și ce baze pot fi titrate cu o precizie suficient de mare, iar Bjerrum a demonstrat teoretic că dacă constanta de disociere este mai mică de 10 -10, titrarea este imposibilă chiar și în condiții relativ concentrate. solutii.
Invenția soluțiilor tampon a avut cea mai mare semnificație practică pentru dezvoltarea chimiei analitice în acei ani. Din punct de vedere teoretic, introducerea conceptului de „indice de hidrogen” (pH) a fost foarte importantă. Ambele inovații au apărut ca urmare a utilizării ideilor lui Ostwald despre echilibrele ionice, dar primii care le-au folosit nu au fost analiștii, ci biochimiștii. În 1900, O. Fernbach și L. Euben au studiat activitatea unor enzime la aciditate diferită a soluției și au ajuns la concluzia că constanta relativă a activității enzimatice la adăugarea acizilor sau alcalinelor se explică prin prezența în aceeași soluție a unui amestec de mono- și dihidrogen fosfați („un amestec ca un disc tampon al mașinii, slăbește efectele acizilor și bazelor”). Puțin mai târziu, biochimistul maghiar P. Seely a început să introducă în mod specific soluții tampon cu o concentrație cunoscută și aproximativ constantă de ioni de hidrogen în probele de ser sanguin studiate. Aparent, B. Fels (un student al lui Nernst) a fost primul care a folosit soluții tampon de acetat și amoniac în practica analizei chimice în 1904.
Studiind activitatea enzimelor la aciditate diferită a soluțiilor, biochimistul danez Søren Sørensen în 1909 a stabilit că modificarea activității enzimatice este determinată nu de natura acidului adăugat sau chiar de concentrația acestuia, ci de concentrația ionilor de hidrogen creați atunci când se adaugă acid. Calculele activității enzimatice au fost simplificate semnificativ dacă logaritmul zecimal al concentrației acestor ioni, luat cu semnul opus, a fost folosit ca argument, adică. indicator de pH. Adevărat, S. Sørensen a folosit valori de pH rotunjite (întregi). Ceva mai târziu, au fost dezvoltate metode destul de precise pentru măsurarea acestui indicator. Acestea s-au bazat pe utilizarea unui set de indicatori acido-bazici colorați sau pe măsurători potențiometrice. O contribuție semnificativă la dezvoltarea ambelor metode de măsurare a pH-ului a avut-o tânărul chimist analitic olandez Isaac Moritz Kolthoff (1894-1997) de atunci (1921). Mai târziu (1927) s-a mutat în SUA, unde timp de multe decenii a fost un lider recunoscut în general al chimiștilor analitici americani.
În 1926, I.M. Kolthoff a publicat o monografie excelentă, „Analiza volumului”, care a rezumat fundamentele teoretice ale analizei titrimetrice în ansamblu. A fost la fel de importantă pentru soarta acestei metode precum a fost monografia lui Mohr la vremea ei. Ulterior, pe baza acestei cărți, I. M. Kolthof a alcătuit un manual în două volume despre analiza titrimetrică, iar apoi un manual de chimie analitică pentru studenții universităților americane.
În prefața monografiei, I. M. Kolthoff scria: „Faptul că îndrăznesc să adun în cartea propusă fundamentele științifice ale analizei volumetrice este justificat de posibilitatea, cu ajutorul cunoștințelor teoretice, nu numai de a îmbunătăți metodele cunoscute, nu numai că îndrăznesc să adun în cartea propusă bazele științifice ale analizei volumetrice. dar și pentru a găsi altele noi. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați în considerare reacția adecvată, precum și acțiunea indicatorului, în detaliu din punctul de vedere al legii acțiunii în masă. Când sistemul este în echilibru, analiza matematică determină relativ pur și simplu posibilitatea de titrare, găsirea condițiilor optime, precum și erorile de titrare... Astfel, metodele noi nu trebuie căutate pur empiric, ci în majoritatea cazurilor ele pot fi deja derivate teoretic.” Pe lângă generalizarea și verificarea experimentală a rezultatelor obținute anterior de J. Hillebrandt, E. Salm, N. Bjerrum și alți chimiști fizici ai școlii lui W. Ostwald, căreia îi aparținea însuși I. M. Kolthoff ideologic, autorul a prezentat multe prevederi noi, confirmându-le cu calcule și experimente. A fost efectuată o analiză matematică detaliată a curbelor de titrare (înălțimea de salt, calculul potențialului la punctul de echivalență, criteriile de titrare a amestecurilor etc.). Sunt comparate erorile de titrare cauzate de diferiți factori. În același timp, I.M. Kolthof credea că previziunile teoretice fiabile pot fi făcute numai pentru reacțiile de neutralizare, precipitare și formare complexă. Rata scăzută la care este atins echilibrul și natura treptată a multor procese de oxidare-reducere ar trebui să reducă semnificativ valoarea predicțiilor teoretice legate de redoxmetrie.
R. Petere a început să creeze bazele teoretice ale titrarii redox în 1898. El a testat, de asemenea, în numeroase experimente, aplicabilitatea și corectitudinea celebrei formule Nernst (1889), folosită la construirea curbelor de titrare redoxmetrică. F. Crotogino (potenţiale reale, influenţa pH-ului) şi alţi autori au lucrat cu succes în acelaşi domeniu. Lucrările proprii ale lui Kolthoff în domeniul redoxmetriei au fost legate și de ecuația Nernst, dar autorul a examinat în detaliu aspectele cinetice ale proceselor redox, inclusiv efectele catalitice și reacțiile induse, și a studiat factorii care influențează potențialul la punctul de echivalență. În celelalte lucrări ale sale, I.M. Kolthoff a creat de fapt teoria titrării potențiometrice și amperometrice, iar termenii „titrare potențiometrică și „titrare amperometrică” au fost introduși în știință de el. Comparând cartea lui I. M. Kolthoff despre teoria analizei titrimetrice cu secțiunile corespunzătoare ale manualelor de astăzi despre chimie analitică, nu putem decât să fii surprins de cât de modern par conținutul și stilul unei cărți scrise cu 80 de ani în urmă.
Metodele instrumentale de analiză sunt denumite datorită utilizării instrumentelor adecvate. Conform definiției IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), un instrument este un dispozitiv care este folosit pentru a observa un anumit obiect, a măsura sau a raporta date despre starea unei substanțe. Dispozitivul înlocuiește acțiunile umane, îi completează sau îi crește capacitățile.
În metodele instrumentale de analiză, diferite tipuri de instrumente sunt utilizate ca instrumente, concepute pentru a efectua proceduri de analiză de bază, pentru a măsura proprietățile fizice și fizico-chimice ale substanțelor și, de asemenea, pentru a înregistra rezultatele măsurătorilor. Datorită instrumentelor computerizate moderne, sensibilitatea analizei poate fi crescută semnificativ. Multe proprietăți fizico-chimice sunt specifice.
Toate metodele instrumentale (fizice și fizico-chimice) se bazează pe măsurarea mărimilor fizice corespunzătoare care caracterizează substanța care se determină în obiectul analizat.
Pentru fiecare metodă instrumentală se utilizează semnalul analitic corespunzător. Tabelul 1 prezintă exemple de semnale analitice și metodele corespunzătoare acestora, care aparțin a două grupe importante - metode electrochimice de analiză și metode optice de analiză. Aceste grupuri includ și alte metode care nu sunt prezentate în tabel. De exemplu, metodele optice includ luminiscența, absorbția atomică și alte metode spectroscopice, nefelometria, turbidimetria și polarimetria.
Pe lângă metodele electrochimice și optice, sunt cunoscute și alte grupuri de metode. De exemplu, metodele care măsoară radioactivitatea sunt clasificate drept metode de fizică nucleară. Se mai folosesc metode spectrometrice de masă, metode termice etc.. Această clasificare este condiționată și nu este singura posibilă.
Dependența semnalului analitic de conținutul analitului X numita functie de calibrare. Se scrie ca o ecuație a formei I=f(C). În această ecuație simbolul C indicați conținutul analitului X, care pot fi exprimate în diferite unități, de exemplu, unități de cantitate a unei substanțe (mol), unități de masă (g, kg), unități de concentrație molară (mol/dm 3). Aceste unități sunt direct proporționale între ele. Mărimea semnalului analitic este în general indicată prin simbol eu, deși unele metode folosesc denumiri specifice (vezi Tabelul 1). În fiecare metodă, funcțiile de calibrare sunt de același tip, dar tipul exact de funcție de calibrare pentru o anumită metodă depinde de natura substanței care se determină Xși condițiile de măsurare a semnalului. Astfel, în toate versiunile de analiză refractometrică, semnalul analitic este indicele de refracție al fasciculului luminos (n), care depinde liniar de conținutul de substanță. Xîn soluția de testare ( eu= n = a + k C). Aceasta înseamnă că în determinarea refractometrică a oricărei substanțe, graficul de calibrare este liniar, dar nu trece prin originea coordonatelor (Fig. 1). Valorile numerice ale constantelor a și k depind de ce componentă este determinată și în ce condiții (solvent, temperatură, lungime de undă) se măsoară indicele de refracție.
Tabelul 1. Exemple de metode de analiză instrumentală
|
Metode electrochimice |
Semnal analitic |
Tipul funcției de calibrare |
|
|
Primar, I |
Secundar, I* |
||
|
Conductometrie |
Rezistență electrică, R |
Conductivitate electrică, L |
L= a + k |
|
Potențiometrie |
E.D.S. dulap electrochimic, E |
Potențialul electrodului E |
E= a + log b |
|
Voltametrie |
Puterea curentului i |
Limitarea curentului difuz, i d |
i d= k |
|
Coulometrie |
Cantitatea de energie electrică Q |
||
|
Electrogravimetrie |
Masa produsului de electroliză, m |
||
|
Metode optice |
Semnal analitic |
Tipul funcției de calibrare |
|
|
Primar, I |
Secundar, I* |
||
|
Analiza spectrală a emisiilor atomice |
Fotocurent, i; înnegrire relativă, S |
i= a C b S= a + k lgC |
|
|
Spectrofotometrie |
Densitate optica, D |
D = l C |
|
|
Refractometrie |
indicele de refracție, n |
n = n - n o |
n = n 0 + kC |
În multe metode, dependența semnalului de concentrație este descrisă de funcții neliniare, de exemplu, în analiza luminiscentă este o funcție exponențială ( eu= kC n), în potențiometrie - o funcție logaritmică (E = E 0 + k logC) etc. În ciuda acestor diferențe, toate funcțiile de calibrare sunt similare prin aceea că, pe măsură ce valoarea lui C crește (conținutul analitului X) valoarea semnalului se modifică continuu, iar fiecare valoare a lui C corespunde unei singure valori eu.
Funcțiile de calibrare sunt stabilite experimental folosind probe standard de referință (standarde), care conțin diferite cantități precis cunoscute de analit. X. Datele obţinute în urma măsurării semnalului pentru fiecare etalon permit ca funcţia de calibrare să fie prezentată sub forma unui tabel, grafic sau formulă algebrică. Dacă acum măsurăm semnalul analitic al probei de testare cu același dispozitiv în aceleași condiții ca semnalul standard, atunci din magnitudinea unui astfel de semnal va fi posibil să se determine conținutul Xîn proba de testare folosind funcția de calibrare.
Este ușor de calculat rezultatul analizei dacă semnalul eu direct proporțională cu conținutul de analit X. Dacă o astfel de dependență proporțională nu există, atunci semnalul analitic măsurat direct (primar). eu transformat într-un semnal analitic secundar eu*. Alegeți o metodă de conversie astfel încât semnalul analitic secundar eu* a fost direct proporțional cu cantitatea de substanță determinată X. De exemplu, rezistența electrică a unei soluții ( R) depinde într-un anumit fel de concentrația de electrolit dizolvat (C). Rezistența soluției analizate este ușor de măsurat, dar R ca semnal analitic este incomod deoarece pe măsură ce C crește, valoarea R scade și neliniar. Prin urmare, în analiza conductometrică, semnalul secundar este conductivitatea electrică a soluției L, care este legat de rezistență R cu următoarea formulă:
Conductibilitatea electrică a soluției L crește proporțional pe măsură ce crește concentrația de electrolit puternic dizolvat. Mai mult, din toate valorile L, obţinut pentru acelaşi tip de soluţii cu concentraţii diferite X, puteți scădea aceeași cantitate L 0 - conductivitatea electrică a unei soluții care nu conține X. Valoarea conductibilității „corectată”. L* = L - L 0 nu este pur și simplu dependent liniar de concentrație Xși este direct proporțională cu concentrația electrolitului din soluție, adică L* = k C.
Orez. 1.1. Grafice de calibrare tipice pentru unele metode instrumentale: 1 - refractometrie; 2 - analiza luminiscente; 3 - potențiometrie
Această tehnică se numește scădere de fundal. Este folosit foarte des în metode instrumentale. Înainte de a începe o măsurătoare, multe instrumente sunt reglate astfel încât să arate imediat un semnal corectat direct proporțional cu C. Scara unui astfel de instrument poate fi calibrată direct în unități de concentrație. Uneori, pentru a asigura liniaritatea graficelor de calibrare, acestea transformă nu ordonata, ci abscisa. De exemplu, în analiza potențiometrică, nu conținutul este reprezentat de-a lungul axei orizontale. X, și logaritmul său. Și în unele variante de analiză spectrală, se efectuează o dublă transformare - ele logaritmizează atât semnalul, cât și concentrația și apoi construiesc o dependență grafică liniară. lgI din lgС.
În ultimii ani s-au folosit din ce în ce mai mult metode instrumentale de analiză, care prezintă numeroase avantaje: viteza de analiză, sensibilitate ridicată, capacitatea de a determina simultan mai multe componente, combinarea mai multor metode, automatizarea și utilizarea calculatoarelor pentru prelucrarea rezultatelor analizei. De regulă, metodele instrumentale de analiză folosesc senzori și, în primul rând, senzori chimici, care oferă informații despre compoziția mediului în care se află. Senzorii sunt conectați la un sistem pentru stocarea și procesarea automată a informațiilor. Cele mai importante metode de analiză instrumentală au fost enumerate în Tabelul 16.1. O discuție detaliată a metodelor instrumentale de analiză depășește scopul acestui curs. Acesta este subiectul chimiei analitice. Să ne oprim asupra unor metode bazate pe legile și principiile discutate mai devreme în acest curs de chimie.
Metoda electrochimică. Cele mai aplicabile metode electrochimice de analiză includ potențiometrice, polarografice și conductometrice.
Metoda potențiometrică se bazează pe măsurarea potențialelor electrodului, care depind de activitatea ionilor, iar în soluții diluate - de concentrația ionilor. Potențialele electrozilor metalici sunt determinate de ecuația Nernst ( ecuația 18.3)
În consecință, concentrația ionilor poate fi judecată din valoarea potențială. Celula de măsurare este alcătuită dintr-un electrod de referință de măsurare (indicator), care nu este sensibil la substanța determinată.
Sunt din ce în ce mai folosite ion-selectiv electrozi la interfețele unde au loc reacții de schimb ionic. Potențialul unui electrod ion-selectiv depinde de activitate, iar în soluții diluate, de concentrația ionilor în conformitate cu ecuația Nernst (Ecuația 18.3).Cei mai cunoscuți sunt electrozii ion-selectivi pentru măsurarea pH-ului. Pe suprafața electrodului de sticlă are loc o reacție de schimb ionic
Cationi de sticlă ( , , ),
indicele p înseamnă soluție.
La interfața dintre sticlă și soluție are loc un potențial salt, a cărui magnitudine depinde de activitatea ionilor de hidrogen.
Celula de măsurare cu sticlă și electrozi auxiliari este conectată la un dispozitiv de pH - un contor conceput pentru măsurarea pH-ului soluțiilor.
Industria produce, de asemenea, electrozi ion-selectivi pentru determinarea concentrației de ioni Na, K, NH, Cl (limită de determinare mol/l) și Ca, Mg, NO (limită de determinare mol/l).
Polarografic metoda a fost propusă de omul de știință ceh J. Geijerowski în 1922. În această metodă, curbele tensiune-curent sunt trasate pentru o celulă care are doi electrozi, de obicei de mercur.Unul este un electrod de picurare, al doilea este un electrod staționar cu o suprafață mare. Soluția analizată este turnată în celulă. La trecerea unui curent, ionul analizat se depune pe o picătură de mercur și se dizolvă în această picătură:
Tensiunea celulei este determinată în primul rând de potențialul electrodului de picurare, la care are loc o concentrație semnificativă de polarizare, deoarece are o suprafață mică și o densitate de curent corespunzător mare. Reducerea ionilor săi are loc în modul de limitare a curentului, care pentru un electrod în cădere are expresia:
unde K1 și K2 sunt constante;
D – coeficientul de difuzie;
m este masa unei picături de mercur;
t este timpul formării picăturii;
c este concentrația metalului analizat în soluție.
Potențialul electrodului de mercur este determinat de natura ionilor descărcați și de curent, care depinde de concentrația ionilor:
unde este potențialul semiundă determinat de natura ionilor;
Limita curentă.
Dacă există un ion de descărcare în soluție, atunci curba polarografică (polarograma) are o singură undă; dacă sunt prezenți mai mulți ioni, are mai multe unde. Tipul ionilor este determinat de valoarea potențialului de semiundă, iar concentrația lor este determinată de valoarea curentului de limitare. Astfel, metoda polarografică permite determinarea concentrației mai multor ioni într-o soluție.
Conductometrie. Conductivitatea electrică a soluțiilor diluate este proporțională cu concentrația de electroliți. Prin urmare, determinând conductibilitatea electrică și comparând valoarea obținută cu valoarea de pe graficul de calibrare, puteți afla concentrația electrolitului în soluție. Metoda conductometriei, de exemplu, determină conținutul total de impurități din apa de înaltă puritate.
Analiza cromatografică. Analiza bazata pe cromatografie , permitand separarea amestecurilor bicomponente si multicomponente de gaze, lichide si substante dizolvate prin metode de sorbtie in conditii dinamice. Analiza se efectuează cu instrumente speciale - cromatografe. Au fost dezvoltate mai multe metode de analiză, care sunt clasificate în funcție de mecanismul procesului și de natura particulelor (molecular, schimb ionic, precipitare, cromatografie de partiție). Cromatografia moleculară se bazează pe absorbabilitatea diferită a moleculelor pe adsorbanți, cromatografia cu schimb de ioni se bazează pe capacitatea diferită de a schimba ioni a unei soluții. Cromatografia de precipitare folosește solubilitatea diferită a precipitatelor formate de componentele amestecului care sunt analizate atunci când interacționează cu reactivii aplicați pe purtător. Cromatografia de partiție se bazează pe distribuția diferențială a substanțelor între două lichide nemiscibile. Cromatografia moleculară (adsorbție de lichid), schimbul de ioni și cromatografia de precipitare sunt de obicei efectuate în coloane de cromatografie, respectiv, cu un adsorbant, material schimbător de ioni sau un purtător de reactiv inert. Cromatografia de partiție se realizează de obicei pe hârtie sau pe un strat subțire de absorbant.
Avantajele metodei cromatografice de analiză includ viteza și fiabilitatea, capacitatea de a determina mai multe componente ale unui amestec sau soluție.
Metode optice de analiză. Aceste metode se bazează pe măsurarea proprietăților optice ale unei substanțe și studierea interacțiunii radiațiilor electromagnetice cu atomii sau moleculele substanței analizate, provocând radiații, absorbție sau reflectare a razelor. Acestea includ metode spectrale de emisie, luminiscență și absorbție.
Se numesc metode bazate pe studiul spectrelor de emisie metode spectrale de emisie analiză. În metoda spectroscopiei de emisie, o probă dintr-o substanță este încălzită la temperaturi foarte ridicate (2000-15000 ) . Când o substanță se evaporă, aceasta se disociază în atomi sau ioni, care emit radiații. Trecând prin spectrograf, radiația este descompusă în componente sub forma unui spectru de linii colorate. Compararea acestui spectru cu datele de referință privind spectrele elementelor face posibilă determinarea tipului de element, iar din intensitatea liniilor spectrale, cantitatea de substanță. Metoda face posibilă determinarea micro și ultramicrocantităților unei substanțe, analiza mai multor elemente și într-un timp scurt.
Un tip de analiză a emisiilor este fotometrie cu flacără de emisie,în care soluţia de testat este introdusă într-o flacără incoloră a arzătorului. Tipul de substanță este judecat după schimbarea culorii flăcării, iar concentrația substanței este judecată după intensitatea colorării flăcării. Analiza se realizează folosind un dispozitiv - un fotometru cu flacără. Metoda este utilizată în principal pentru analiza metalelor alcaline, alcalino-pământoase și a magneziului.
Metodele bazate pe strălucirea substanței analizate sub influența razelor ultraviolete (fotoluminiscență), razelor X (luminescență cu raze X) și radioactive (radioluminiscență) sunt numite luminescent. Unele substanțe au proprietăți luminiscente, în timp ce alte substanțe pot luminesce după tratarea cu reactivi speciali. Metoda de analiză luminiscentă se caracterizează printr-o sensibilitate foarte mare (până la G impurități luminiscente)
Sunt numite metode bazate pe radiații absorbtie-spectral. Pe măsură ce lumina trece printr-o soluție, lumina sau componentele sale sunt absorbite sau reflectate. Natura și concentrația unei substanțe este judecată după cantitatea de absorbție sau reflectare a razelor.
În conformitate cu legea Bouguer–Lambert–Beer, dependența modificării intensității fluxului luminos care trece prin soluție de concentrația substanței colorate în soluție Cu, este exprimată prin ecuație
unde I0 și I sunt intensitatea fluxului luminos incident pe soluție și transmis prin soluție;
– coeficientul de absorbție a luminii, în funcție de natura substanței dizolvate (coeficientul molar);
– grosimea stratului de soluție de absorbție a luminii.
Măsurând modificarea intensității luminii, se poate determina concentrația analitului. Determinarea se realizează cu ajutorul spectrofotometrelor și fotocolorimetrelor.
În spectrofotometre utilizați radiații monocromatice, în fotocolorimetre - lumina vizibila. Datele obținute în timpul măsurării sunt comparate cu grafice gradate construite pe soluții standard.
Dacă absorbția razelor este măsurată de atomii componentei analitului, care sunt obținuți prin pulverizarea unei soluții de analit în flacăra unui arzător, atunci metoda se numește absorbtie atomica(spectroscopie de absorbție atomică). Metoda vă permite să analizați substanțe în cantități foarte mici.
Se numește o metodă optică bazată pe reflectarea luminii de către particule solide suspendate în soluție nefelometric. Analiza se realizează cu ajutorul dispozitivelor nefelometrice.
Astfel, utilizarea legilor electrochimiei, sorbției, emisiei, absorbției sau reflectării radiațiilor și interacțiunea particulelor cu câmpurile magnetice a făcut posibilă crearea număr mare metode instrumentale de analiză, caracterizate prin sensibilitate ridicată, rapiditate și fiabilitate a determinării, precum și capacitatea de a analiza sisteme multicomponente.
Întrebări pentru autocontrol
1. Ce principii stau la baza metodelor potențiometice și polarografice de analiză?
2. Care este diferența dintre principiile metodelor de analiză spectrale de emisie și spectrale de absorbție?
3. Care este diferența dintre spectrofotometrie și fotocolorimetrie?
4. Calculați scăderea concentrației ionilor de cianură în apele uzate după anionizarea OH dacă concentrația ionilor OH – a crescut cu 34 mg/l.
5. Calculați scăderea concentrației ionilor de cadmiu în apele uzate după cationizarea Na dacă concentrația ionilor de sodiu a crescut cu 46 mg/l.
6. Calculați scăderea concentrației ionilor de mercur în apele uzate după cationizarea Na dacă concentrația ionilor de sodiu a crescut cu 69 mg/l.
7. Calculați consumul orar teoretic de hipoclorit de sodiu pentru oxidarea ionului de cianură în apele uzate care conțin 26 mg/l CN – dacă este evacuat pe zi apa reziduala cântărind 1000 tone (pl. 1,02 g/cm3).
8. Calculați limita de detecție a substanței dacă concentrația limită este de 10 –7 mol/l și volumul soluției este de 20 ml.
Concluzie generală
Chimia, care studiază substanțele și legile transformării lor, acoperă o zonă uriașă a cunoașterii umane. Acest manual conturează cele mai generale legi ale chimiei și proceselor chimice care fie nu au fost studiate, fie au fost parțial studiate la școală: modelul mecanic cuantic al atomilor și legea periodică a elementelor de D.I. Mendeleev, modele ale legăturilor chimice în molecule și solide, elemente. a termodinamicii chimice, legile cineticii chimice, procesele chimice în soluții, precum și procesele și sistemele redox, electrochimice, chimice nucleare. Sunt luate în considerare proprietățile metalelor și nemetalelor, ale unor compuși organici și polimeri și sunt prezentate conceptele de bază ale identificării chimice. S-a demonstrat că multe probleme de mediu sunt cauzate de procese chimice cauzate de activitățile umane în diverse domenii. Sunt indicate posibilitățile chimiei pentru protecția mediului.
Chimia este în continuă dezvoltare. Caracteristicile chimiei moderne includ dezvoltarea mai profundă a legilor de bază și dezvoltarea fundamentelor sale teoretice (legile comportamentului electronilor în atomi și molecule, teoria legăturilor chimice, dezvoltarea metodelor de calcul al structurilor moleculelor și solidelor, teorii ale cineticii chimice, soluţiilor şi proceselor electrochimice etc.) . În același timp, chimia se confruntă cu multe probleme nerezolvate, cum ar fi dezvoltarea unei teorii generale a soluțiilor, cataliză, dezvoltarea chimiei în stare solidă etc.
Legile teoretice și experimentele permit chimiștilor să sintetizeze noi compuși chimici care sunt utilizați în practică, de exemplu, compuși ai gazelor nobile, compuși cu supraconductivitate la temperatură ridicată, conductivitate ionică ridicată (superionici), fulerene, polimeri cu proprietăți speciale, de exemplu, polimer conductoare de primul și al doilea fel, compuși de incluziune (clatrați) și compuși stratificati, ceramică structurală, compozite etc.
În mare parte datorită succeselor chimiei, se creează noi domenii de industrie, de exemplu, producția de combustibil pentru energie nucleară, tehnologia semiconductoarelor, producția de circuite integrate și informatice, telecomunicații, noi surse de curent, kiro-, plasmă-chimice. și tehnologii cu membrane etc.
Chimia joacă un rol important în rezolvarea problemelor fundamentale cu care se confruntă omenirea, cum ar fi prelucrarea integrată mai completă a materiilor prime naturale, inclusiv a combustibililor fosili, valorificarea energiei solare, utilizarea resurselor de materii prime ale Oceanului Mondial, combaterea bolilor, creșterea fertilității solului și a productivității animalelor. . Chimia se confruntă cu sarcini deosebit de importante în rezolvare probleme de mediu, conservarea mediului natural. Manualul oferă câteva exemple de rezolvare a acestor probleme. Cu toate acestea, un curs scurt de chimie ar putea include doar un număr relativ mic de astfel de exemple. În plus, dezvoltarea chimiei va duce la descoperirea de noi fenomene, efecte și procese și noi materiale.
Cunoștințele dobândite la cursul de chimie sunt necesare la studierea următoarelor cursuri, cum ar fi rezistența metalelor, știința materialelor, fundamentele transferului de căldură, fundamentele teoretice ale diferitelor procese tehnologice din inginerie electrică, electronică, microelectronică, inginerie radio, energie. , aviație și tehnologie spațială, inginerie mecanică și fabricare de instrumente, construcții și alte domenii de pregătire de specialitate.
Cunoștințele de chimie sunt utile în activitățile specialiștilor din orice ramură a tehnologiei. Este imposibil să se prevadă în avans toate sarcinile în care specialiștii vor avea nevoie de cunoștințe chimice. Cu toate acestea, înțelegerea legilor de bază ale chimiei, capacitatea de a folosi literatura monografică și de referință și formarea continuă permit specialiștilor să găsească soluții optime la problemele cu care se confruntă, inclusiv folosind legile chimiei, proceselor chimice și substanțelor.
Cunoștințele de chimie sunt utile oricărei persoane, deoarece întâlnește în mod constant diverse substanțe și diverse procese, deoarece procesul științific și tehnic aduce la viață din ce în ce mai multe materiale noi, noi mașini, aparate și dispozitive în care realizările chimiei sunt utilizate pe scară largă.
Literatură
1. Korovin N.V. Chimie generală. – M.: Şcoala superioară, 2002, 558 p.
2. Glinka N.L. Chimie generală. – L.; Chimie, 1985, 704 p.
3. Nekrasov B.V. Manual de chimie generală. – M.; Chimie, 1981, 560 p.
4. Akhmetov N.S. Chimie generală și anorganică: manual pentru universități. M.: Şcoala superioară, 1998.743 p.
5. Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Chimie generală și anorganică. M.: Chimie, 2000, 592 p.
6. Ugai Y.A. Chimie generală și anorganică. M.: Şcoala superioară, 2000, 527 p.
7. Glinka N.L. Probleme și exerciții de chimie generală. / Ed. Rabinovici V.A. și Rubina Kh.M. L.: Chimie, 1987, 272 p.
8. Golbreich Z.E. Culegere de probleme și exerciții de chimie. M.: Şcoala superioară, 1997, 387 p.
9. Egorov A. S., Ermakova V. K., Shevchenko R. V., Shlyuker K. D. Chimie. Manual tutore pentru cei care intră în universități/a 2-a, revizuit. si suplimentare – Rostov n/d: editura „Phoenix”, 2001, 768 p.
10. Vasilyeva Z.G. , Granovskaya A.A., Makarycheva E.P., Taperova A.A., Fridenberg E.E. Atelier de laborator de chimie generală. - M.; Chimie, 1969, 304 p.
11. Romantseva L.M., Leshchinskaya Z.L., Sukhanova V.A. Culegere de probleme și exerciții de chimie generală. – M.; Școala superioară, 1980, 228 p.
12. Korovin N.V., Mingulina E.I., Ryzhova N.G. Lucrări de laborator în chimie. / Ed. Korovina N.V. M.: Şcoala superioară, 1998, 256 p.
13. Efimov A.I., Belorukova L.I., Vasilyeva I.V., Cecev V.P. Proprietățile compușilor anorganici. Director. / Ed. Rabinovici V.A. L.: Chimie, 1983, 389 p.
14. Egorov A.S., Shatskaya K.P. Chimie. Manual tutore pentru solicitanții la universități - Rostov-on-Don: Phoenix, 2001, 768 p.
15. Lidin R.A. Chimie anorganică în întrebări. M.: Chimie, 1991, 256 p.
| Prefaţă | |
| Modulul 1. Structura materiei | |
| Introducere | |
| 1.1 Știință și cunoștințe științifice | |
| 1.2 Chimie. Locul chimiei în sistemul științelor naturale | |
| 1.3 Scopurile și obiectivele disciplinei | |
| 1.4 Structura și metodologia studierii cursului de chimie | |
| 1.5 Apariția și dezvoltarea chimiei | |
| 1.6 Importanța chimiei în studiul naturii și dezvoltarea tehnologiei | |
| 1.7 Întrebări pentru autocontrol | |
| 2 Concepte de bază și legi ale chimiei | |
| 2.1 Concepte de bază ale chimiei | |
| 2.2 Legile stoichiometrice de bază ale chimiei | |
| 2.3 Reacții chimice | |
| 2.4 Întrebări pentru autocontrol | |
| 3 Structura atomică | |
| 3.1 Descoperirea particulelor subatomice. Primele modele de structură atomică | |
| 3.2 Teoria structurii atomice după N. Bohr | |
| 3.3 Idei despre dualitatea undă-particulă a electronului | |
| 3.4 Ecuația E. Schrödinger. Numerele cuantice | |
| 3.5 Principii de umplere a orbitalilor atomici | |
| 3.6 Idei moderne despre structura atomului. Modelul Quark al structurii atomice | |
| 3.7 Întrebări pentru autocontrol | |
| 4. Tabelul periodic D.I. Mendeleev. Structura electronică a atomilor | |
| 4.1 Dreptul periodic D.I. Mendeleev | |
| 4.2 Structura sistemului periodic și legătura acestuia cu structura electronică a atomilor | |
| 4.3 Concepte de bază necesare studierii reactivității și legăturilor chimice | |
| 4.4 Modele de bază ale modificărilor proprietăților elementelor și compușilor acestora din tabelul periodic D.I. Mendeleev | |
| 4.5 Întrebări pentru autocontrol | |
| 5 Legătură chimică | |
| 5.1 Conceptul de legătură chimică. Principalele tipuri de legături chimice | |
| 5.2 Metoda legăturii de valență | |
| 5.3 Metoda orbitală moleculară | |
| 5.4 Întrebări pentru autocontrol | |
| 6 Interacțiunea dintre molecule. Conexiuni complexe | |
| 6.1 Forțele Vander Waals | |
| 6.2 Legături de hidrogen | |
| 6.3 Conexiuni complexe | |
| 6.4 Întrebări pentru autocontrol | |
| 7 Stări agregate ale materiei | |
| 7.1 Sisteme chimice | |
| 7.2 Starea gazoasă a materiei | |
| 7.3 Plasmă | |
| 7.4 Starea lichidă a materiei | |
| 7.5 Solide | |
| 7.6 Teoria benzilor a cristalelor | |
| 7.7 Întrebări pentru autocontrol | |
| Concluzie asupra modulului 1. Structura materiei | |
| Modulul 2 Termodinamică chimică. Soluții | |
| 8 Termodinamică chimică | |
| 8.1 Definiții de bază | |
| 8.2 Energia proceselor chimice. Prima lege a termodinamicii | |
| 8.3 Calcule termochimice | |
| 8.4 Entropie. A doua lege a termodinamicii | |
| 8.5 A treia lege a termodinamicii | |
| 8.6 Criterii pentru apariția spontană a unui proces chimic. Energia Gibbs | |
| 8.7 Întrebări pentru autocontrol | |
| 9 Echilibru chimic | |
| 9.1 Echilibru chimic | |
| 9.2 Metode de deplasare a echilibrului | |
| 9.3 Echilibrul chimic în sisteme eterogene | |
| 9.4 Echilibru de fază | |
| 9.5 Echilibrul de adsorbție | |
| 9.6 Întrebări pentru autocontrol | |
| 10 soluții | |
| 10.1 Clasificarea soluțiilor | |
| 10.2 Proprietăți generale ale soluțiilor | |
| 10.3 Echilibrul chimic în soluții | |
| 10.4 Termodinamica proceselor de dizolvare | |
| 10.5 Teoria acizilor și bazelor | |
| 10.6 Electroliți slabi | |
| 10.7 Soluții puternice de electroliți | |
| 10.8 Neelectroliți | |
| 10.9 Întrebări pentru autocontrol | |
| 11 Caracteristicile reacțiilor în soluțiile de electroliți | |
| 11.1 Produs de solubilitate | |
| 11.2 Hidroliza sărurilor | |
| 11.3 Schimb de ioni | |
| 11.4 Soluții tampon | |
| 11.5 Întrebări pentru autocontrol | |
| 12 Sisteme dispersate | |
| 12.1 Concepte generale despre sisteme dispersate | |
| 12.2 Soluții coloidale | |
| 12.3 Metode de preparare a soluţiilor coloidale | |
| 12.4 Proprietățile optice ale soluțiilor coloidale | |
| 12.5 Proprietățile cinetice ale soluțiilor coloidale | |
| 12.6 Proprietăţile electrice ale soluţiilor coloidale | |
| 12.7 Stabilitatea cinetică și agregativă a sistemelor coloidale | |
| 12.8 Soluții coloidale în natură și tehnologie | |
| 12.9 Întrebări pentru autocontrol | |
| Concluzie asupra modulului 2. Termodinamică chimică. Soluții | |
| Modulul 3. Cinetică chimică. Procese redox | |
| 13 Cinetica chimică | |
| 13.1 Viteza de reacție chimică | |
| 13.2 Influența naturii reactanților asupra vitezei reacțiilor chimice | |
| 13.3 Dependența vitezei unei reacții chimice de concentrație | |
| 13.4 Dependența vitezei de reacție de temperatură | |
| 13.5 Dependența vitezei reacțiilor chimice eterogene de suprafața de contact a substanțelor care reacţionează | |
| 13.6 Efectul unui catalizator asupra vitezei reacțiilor chimice | |
| 13.7 Mecanisme ale reacțiilor chimice | |
| 13.8 Întrebări pentru autocontrol | |
| 14 procese redox | |
| 14.1 Clasificarea reacțiilor chimice | |
| 14.2 Determinarea stării de oxidare a elementelor din compuși | |
| 14.3 Proprietățile redox ale elementelor | |
| și legăturile lor | |
| 14.4 Selectarea coeficienților în reacțiile redox | |
| 14.5 Dependenţa reacţiilor de oxidare-reducere de mediu | |
| 14.6 Direcția proceselor redox | |
| 14.7 Celulă galvanică Daniel-Jacobi | |
| 14.8 Electrod standard de hidrogen. Potențialele electrozilor standard ale metalelor și potențialele redox standard | |
| 14.9 Ecuația lui Nernst | |
| 14.10 Electroliza | |
| 14.11 Întrebări pentru autocontrol | |
| 15 Coroziunea și protecția metalelor | |
| 15.1 Definirea și clasificarea proceselor de coroziune | |
| 15.2 Coroziunea chimică | |
| 15.3 Coroziunea electrochimică | |
| 15.4 Protecția metalelor împotriva coroziunii | |
| 15.5 Întrebări pentru autocontrol | |
| Concluzie asupra modulului 3. Cinetică chimică. Procese redox | |
| Modulul 4 Subiecte selectate în chimie | |
| 16 Metale | |
| 16.1 Substanțe și compuși simpli | |
| 16.2 Proprietăţile fizice şi chimice ale metalelor | |
| 16.3 Obținerea metalelor | |
| 16.4 Aliaje metalice și compozite | |
| 16.5 Chimia s-metalelor | |
| 16.6 Chimia unor p-metale | |
| 16.7 Principii de bază ale chimiei elementelor d | |
| 16.8 Întrebări pentru autocontrol | |
| 17 elemente Chimie organica. Polimeri | |
| 17.1 Caracteristici, teorie structura chimicași clasificarea compușilor organici | |
| 17.2 Materiale polimerice organice | |
| 17.3 Întrebări pentru autocontrol | |
| 18 Identificarea chimică și analiza unei substanțe | |
| 18.1 Identificarea chimică a substanței | |
| 18.2 Analiza cantitativă. Metode chimice de analiză | |
| 18.3 Metode instrumentale de analiză | |
| 18.4 Întrebări pentru autocontrol | |
| Concluzie generală | |
| Literatură | |
| Conţinut |