Efectuarea determinărilor cantitative în greutate și a metodelor volumetrice (titrimetrice) de analiză chimică este uneori asociată cu mari dificultăți, principalele fiind:
Necesitatea unei separări preliminare a părții determinate de impurități;
Sensibilitate relativ scăzută, ceea ce limitează utilizarea metodelor clasice pentru analiza unor cantități mici de elemente analizate;
Cheltuială mare de timp (în special în metoda greutății) pentru o analiză completă.
Metode fizico-chimice se disting prin sensibilitate și selectivitate crescute în comparație cu metodele clasice, prin urmare, pentru analiza prin aceste metode, de regulă, este necesară o cantitate nesemnificativă de analit, iar conținutul unui anumit element din probă poate fi extrem de scăzut.
Astfel, metodele fizico-chimice de analiză diferă expres, selectivitate și sensibilitate ridicată.
În ceea ce privește sensibilitatea, primul loc este ocupat de metodele de analiză spectrală de masă și radioactive. Ele sunt urmate de spectrale, spectrofotometrice și bine utilizate polarografice metode.
De exemplu, sensibilitatea determinării anumitor elemente prin diferite metode este următoarea: 10-1 % ; în greutate 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 determina 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 sunt 5-10 % și uneori mult mai mult.
Diverși factori influențează acuratețea determinărilor în funcție de metoda de analiză.
De exemplu, acuratețea analizei emisiilor este afectată de:
metoda de prelevare a unei probe medii, a unui analit;
inconstanța 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 pentru analizele de masă, deoarece determinarea unuia sau a altuia 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 permit rezolvarea problemelor chimico-analitice, metodele clasice de analiză nu și-au pierdut semnificația și stau la baza chimiei analitice moderne.
Toate metodele de analiză cantitativă, fizică și fi-
metodele zico-chimice de analiză se împart în următoarele grupe: electrochimice; spectrale (optice); cromatografic; radiometric; spectrometric de masă.
Metode electrochimice de analiză. Grupul metodelor electrochimice de analiză include următoarele tipuri de analiză.
Analiza electrogravitației se bazează pe eliberarea din soluțiile electrolitice a substanțelor depuse pe electrozi la trecerea prin soluții de curent electric constant
ka. Metalul sau (oxidul) eliberat în timpul electrolizei este cântărit pe o balanță analitică și conținutul de analit din soluție este judecat după masa precipitatului.
polarografie se bazează pe o modificare a intensității curentului, care variază în funcție de tensiunea în timpul electrolizei, în condițiile în care unul dintre electrozi (catodul) are o suprafață foarte mică (electrodul polarizabil), iar celălalt (anodul) are o suprafață mare (non -electrod polarizabil). Un catod polarizant este o picătură de mercur care curge dintr-o deschidere subțire a unui tub capilar, precum și electrozi de platină (rotativ), grafit, argint și alți electrozi. Anodului nepolarizabil i se „da” mercur sau electrozi standard de referință cu suprafață mare. Puterea curentului la care se realizează o descărcare completă a tuturor ionilor analitului care intră în spațiul apropiat de electrod ca urmare a difuziei se numește curent de difuzie limitator. Valoarea acestui curent este proporțională cu concentrația inițială a analitului (ionilor) din soluție.
Titrare amperometrică, care este un fel de analiză polarografică, se bazează pe o modificare a procesului de titrare a unei soluții a analitului, valoarea curentului de difuzie limitator care trece prin soluție la o tensiune constantă între electrodul polarizabil indicator și electrod de referință polarizabil.
Coulometrie se bazează pe modificarea cantității de energie electrică consumată 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.
Metoda de titrare în care punctul de echivalență corespunde momentului în care puterea curentului de electroliză atinge valoarea curentului „de fond” se numește titrare coulometrică. Curentul de fundal este de obicei 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 la 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 spectrale (optice) de analiză. Grupul metodelor de analiză spectrală include următoarele metode.
Analiza spectrală a emisiilor– o metodă fizică bazată pe studiul spectrelor de emisie a vaporilor analitului (spectre de emisie sau de studiu) care apar sub influența surselor de excitație puternice (arc electric, scânteie de înaltă tensiune); această metodă face posibilă determinarea compoziției elementare a unei substanțe; acestea. pentru a judeca ce elemente chimice fac parte dintr-o anumită substanță.
Fotometria flacara, care este un fel de analiză spectrală de emisie, se bazează pe studiul spectrelor de emisie ale elementelor analitului,
apărute sub influența surselor moi de excitație. În această metodă, soluția de analizat este pulverizată într-o flacără. Această metodă face posibilă evaluarea conținutului din proba analizată în principal de metale alcaline și alcalino-pământoase, precum și alte 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 aflate în studiu, precum și metoda fotocolorimetrică, bazat pe determinarea spectrului de absorbție sau măsurătorile absorbției luminii în regiunea vizibilă a spectrului.
Turbodimetrie bazat pe măsurarea intensității luminii absorbite de o suspensie necolorată a unui solid. În turbodimetrie, intensitatea luminii absorbită de o soluție sau trecută prin aceasta se măsoară în același mod ca și în fotocolometria soluțiilor colorate.
Nefelometrie pe baza măsurării intensității luminii reflectate sau împrăștiate de o suspensie colorată sau necolorată a unui solid (sediment în suspensie într-un mediu dat).
Luminescent, sau fluorescentă, metoda de analiză se bazează pe măsurarea intensității luminii vizibile emise de substanțe (fluorescență) atunci când acestea sunt iradiate cu raze ultraviolete.
Metodele optice de analiză includ, de asemenea metoda refractometrică, pe baza măsurării indicelui de refracție și polarimetric, bazat pe
rotirea planului de polarizare.
Metode cromatografice de analiză. După mecanismul de separare, se disting mai multe tipuri de metode cromatografice de analiză.
Cromatografia lichidă de adsorbție se bazează pe adsorbția selectivă (absorbția) a componentelor individuale ale amestecului analizat într-un mediu lichid. Se datorează absorbabilității diferite a componentelor dizolvate.
Cromatografia gazoasă de adsorbție pe baza utilizării diferenţelor de adsorbţie a gazelor şi vaporilor. In pentru-
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 imobili.
Cromatografia pe hartie - un tip de cromatografie de partiție în care solventul imobil este susținut de benzi sau foi de hârtie de filtru care nu conține impurități minerale.
Cromatografia cu schimb de ioni se bazează pe utilizarea proceselor de schimb ionic care au loc între câmpurile mobile ale adsorbantului și câmpurile electrolitului conținut 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 fi-
proprietăţile fizice ale sistemelor în funcţie de compoziţia lor chimică. De exemplu, curbele punctului 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 procesul de încălzire sau răcire a substanței de testat din obiectul analizat nu se observă transformări de fază asociate cu eliberarea sau absorbția
căldură, atunci curbele de încălzire sau răcire sunt caracterizate printr-o parcurgere lină. Dacă, totuși, în sistem apar transformări de fază, atunci pe curba schimbărilor de temperatură, în funcție de natura acestor transformări, se observă secțiuni orizontale la o temperatură constantă sau inflexiuni 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 de testat în timpul răcirii.
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, datorită magnetismului nuclear. Metodă RMN folosit pentru a studia compuși complecși, starea ionilor în soluție, pentru a studia cinetica chimică etc.
Concluzie
Chimia modernă acoperă o mare arie 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 face posibilă evaluarea direcției proceselor chimice și a profunzimii cursului lor. Informații importante sunt furnizate de studiul stării cristaline a substanțelor.
Aceste întrebări vor permite elevilor să stăpânească secții 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 (proprietățile soluțiilor, reacții redox, procese electrochimice, proprietăți fizice și chimice ale substanțelor)
Subiectele de bază ale manualului pot fi utile în activitățile specialiștilor din orice domeniu al tehnologiei. Înțelegerea legilor de bază ale chimiei, capacitatea de a lucra cu literatură educațională și specială va permite specialiștilor să găsească soluții optime la problemele cu care se confruntă.
Sunt prezentate și secțiuni de chimie de mare importanță în activitățile practice ale specialiștilor în radio și electrotehnică. Sunt luate în considerare procesele electrochimice (lucrarea celulelor galvanice, electroliză), sunt date exemple de surse de curent chimic și aplicarea tehnică a electrolizei.
Fiabilitatea și durabilitatea produselor electronice depind de rezistența la coroziune a părților individuale ale dispozitivelor, prin urmare, manualul discută principalele modele ale proceselor de coroziune, este dată clasificarea lor, sunt prezentate două mecanisme ale apariției lor: chimice și electrochimice, precum și metode si metode de protectie impotriva coroziunii chimice si 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, bazele teoretice ale diferitelor procese tehnologice din electronică, inginerie electrică, microelectronică, inginerie radio, energie și alte domenii de pregătire.
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 instrumentale de analiză pentru analiza calitativă a substanțelor
Într-una din metodele de clasificare a metodelor instrumentale (fizico-chimice), 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;
Spectrometrie de masa.
Metode electrochimice analizele se bazează pe utilizarea proprietăților electrochimice ale substanțelor analizate. Acestea includ următoarele metode.
Metoda electrogravimetrică se bazează pe măsurarea precisă a masei analitului sau a constituenților acestuia, 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 solutului.
Metoda potențiometrică - bazată pe măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție a substanței de testat. 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 atunci când un curent electric este trecut prin soluția de electrolit analizată.
Metoda coulometrică se bazează pe măsurarea cantității de electricitate utilizată pentru electroliza unei anumite cantități dintr-o 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 de emisie - bazată pe observarea spectrelor de linii emise de vaporii de substanțe atunci când sunt încălzite într-un arzător cu flacără, 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 curbei maxime de absorbție a unei substanțe. Metoda fotocolorimetrică de analiză se bazează pe măsurarea absorbției luminii sau determinarea spectrului de absorbție în aparate - fotocolorimetre în partea vizibilă a spectrului.
Refractometrie – bazată 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 într-o soluție. Metoda face posibilă determinarea unor cantități foarte mici de substanță în soluție sub formă de suspensie.
Turbidimetria - bazată pe utilizarea fenomenelor de reflexie sau împrăștiere a luminii de către particule colorate care sunt suspendate într-o soluție. Lumina absorbită de soluție sau trecută prin aceasta se măsoară în același mod ca și 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 testate într-o flacără, izolarea caracteristicii de radiație a elementului analizat și măsurarea intensității acestuia. Metoda este utilizată pentru analiza elementelor 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, separarea componentelor individuale dintr-un amestec, purificarea de impurități.
Metode radiometrice analizele se bazează pe măsurarea emisiei radioactive a unui element dat.
Spectrometrie de masa metodele de analiză se bazează pe determinarea maselor de atomi, molecule și radicali ionizați individuali, 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 efectuează pe 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, emisie, fotometrie cu flacără etc.
2.
2. 1 Esența titrarii potențiometrice. cerințele de răspuns. Exemple de reacții de oxidare-reducere, precipitare, complexare și sistemele lor de electrozi corespunzătoare. Modalități grafice de definire punctul final de titrare
Titrare potențiometrică se bazează pe determinarea punctului echivalent prin modificarea potenţialului pe electrozii scufundaţi în soluţia titrată. În titrarea potențiometrică, electrozii sunt utilizați atât nepolarizabili (fără curent care circulă prin ei), cât și polarizabili (cu curent care circulă prin ei).
În primul caz, procesul de titrare determină concentrația unuia dintre ioni din soluție, pentru care este disponibil un electrod adecvat.
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 condiții specifice date; Aox este concentrația formei oxidate a metalului; Arest este concentrația formei reduse a metalului; E0 - potenţial normal; R - constanta universală a gazului (8,314 J / (deg * mol)); T este 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, cum ar fi un electrod de calomel, este plasat în soluția titrată, al cărei potențial rămâne constant în timpul reacției. Titrarea potențiometrică pe electrozi nepolarizabili, pe lângă reacțiile de oxidare-reducere menționate mai sus, este utilizată și în reacțiile de neutralizare. Metalele (Pt, Wo, Mo) sunt folosite ca electrozi indicatori în reacțiile de oxidare-reducere. În reacțiile de neutralizare, cel mai des este folosit un electrod de sticlă, care are o caracteristică similară cu un electrod de hidrogen într-o gamă largă. 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 mediu neutru pH=7. Oarecum în afară de metodele general acceptate de titrare potențiometrică (fără fluxul de curent prin electrozi), discutate mai sus, sunt metodele de titrare potențiometrică în curent continuu cu electrozi polarizabili. Mai des, se folosesc doi electrozi polarizabili, dar uneori se folosește și un electrod polarizabil.
Spre deosebire de titrarea potențiometrică cu electrozi nepolarizabili, în care practic nu trece curent prin electrozi, în acest caz, un curent continuu mic (aproximativ câțiva microamperi) trece prin electrozi (de obicei platină), obținut dintr-un curent stabilizat. sursă. O sursă de alimentare de înaltă tensiune (aproximativ 45 V) cu o rezistență relativ mare conectată în serie poate servi ca sursă de curent. 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 la titrarea la curent zero cu electrozi nepolarizabili.
Cerințele pentru reacțiile la titrarea potențiometrică sunt caracterul complet al reacției; o viteză de reacție suficient de mare (astfel încât rezultatele să nu fie nevoite să aștepte și să existe posibilitatea automatizării); obținându-se în reacția unui produs limpede, și nu a unui amestec de produse, care poate fi obținut la diferite concentrații.
Exemple de reacții și sistemele lor de electrozi corespunzătoare:
Oxidare- restauraree:
Sistem de electrozi:
În ambele cazuri, se folosește un sistem care constă dintr-un electrod de platină și clorură de argint.
Oplantatiie:
Ag+ + Cl- =AgClv.
Sistem de electrozi:
Lacomplexaree:
Sistem de electrozi:
Metode grafice pentru determinarea punctului final al titrarii. Principiul este de a studia vizual curba completă de titrare. Dacă trasăm 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 echivalenţă. Orez. 2.1, care arată o astfel de dependență, este construită conform datelor din tabel. 2.1.
Tabelul 2.1 Rezultatele titrarii potențiometrice a 3,737 mmol de clorură cu soluție de azotat de argint 0,2314 F
Orez. 2.1 Curbele de titrare a 3,737 mmol clorură cu soluție de azotat de argint 0,2314 F: A- curba convențională de titrare care arată zona din apropierea punctului de echivalență; b- curba de titrare diferenţială (toate datele din tabelul 2.1)
Gran metoda. Puteți construi un grafic DE/DV este modificarea volumului potențialului pe porțiune de titrant în funcție de volumul de titrant. Un astfel de grafic obținut din rezultatele titrarii prezentate în tabel. 2.1 este prezentat în fig. 2.2.
Orez. 2.2 Curba lui Gran construită conform datelor de titrare potențiometrice prezentate în tabel. 2.1
2.2 O sarcină: în se calculează potențialul unui electrod de platină într-o soluție de sulfat de fier (II), titrat cu o soluție de permanganat de potasiu cu 50% și 100,1%; dacă concentraţia ionilor FeI ? , H? și MnO?? egal cu 1 mol/dmi
Potențialul unui electrod de platină - un electrod de al treilea fel - este determinat de natura perechii redox conjugate și de concentrația formelor sale oxidate și reduse. Această soluție conține câteva:
pentru care:
Deoarece soluția originală este titrată 50%, atunci / = 50/50 și 1.
Prin urmare, E \u003d 0,77 + 0,058 lg1 \u003d 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 titrant pe exemple de reacții specifice al
Titrare amperometrică. Pentru indicarea amperometrică în titrare, este posibil să se utilizeze o celulă cu același dispozitiv de bază ca și pentru amperometria directă. În acest caz, metoda se numește titrare amperometrică cu un singur electrod polarizat. În cursul titrarii, curentul cauzat de analit, titrant sau produs de reacție este controlat la o valoare constantă a potențialului electrodului de lucru, care se află în domeniul de potențial al curentului de difuzie limitator.
Ca exemplu, luați în considerare titrarea prin precipitare a ionilor Pb2+ cu o soluție de cromat de potasiu la diferite potențiale 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 redus. (acest proces are loc numai la potențiale 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 curge prin celulă este curentul de reducere catodic al ionilor Pb2+. Când se adaugă un titrant, concentrația lor scade și curentul scade. După punctul de echivalență, curentul se datorează reducerii Cr(VI) la Cr(III), drept urmare, pe măsură ce se adaugă titrantul, curentul catodic începe să crească. La punctul de echivalență (φ = 1), se observă o rupere bruscă pe 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 să fie reducți. În acest caz, pe măsură ce se adaugă titrantul, curentul catodic crește, ca în cursul titrarii la - 1V (Fig. 3.1).
Orez. 3.1 Curbe de titrare amperometrică a Pb2+ cu ioni de cromat la potențialele electrodului de lucru de 1V și 0V
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 este mai laborioasă. 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 au loc reacții electrochimice reversibile. Dacă cel puțin una dintre reacții este împiedicată cinetic, are loc polarizarea electrodului, iar curentul devine neglijabil.
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 potențialului fiecăruia dintre electrozi separat rămâne incertă din cauza lipsei 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 o reacție ireversibilă de supratensiune ( b).
In functie de gradul de reversibilitate al reactiilor electrozilor se pot obtine curbe de titrare de diferite forme.
a) Titrarea unei componente a unei perechi redox reversibile 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 gradul de titrare egal cu 0,5, la care ambele componente ale perechii I2/I- sunt în aceleași concentrații. 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 reversibil Br2/Br-redox.
c) Substanța de determinat și titrantul formează perechi redox reversibile: titrarea ionilor Fe (II) cu ionii Ce (IV) (Fig. 3.3, în):
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) cu brom ( b) și ionii Fe(II) de către ionii Ce(IV) ( în)
3.2 O sarcină: în o celulă electrochimică cu un microelectrod de platină și un electrod de referință a fost plasată cu 10,00 cm3 de soluție de NaCl și titrată cu 0,0500 mol/dm3 de soluție de AgNO 3 cu un volum de 2,30 cm. Calculați conținutul de NaClîn soluție (%)
Următoarea reacție are loc în soluție:
Ag+ + Cl- =AgClv.
V(AgNO3) = 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(NaCl) \u003d M (NaCl) * n (NaCl) \u003d 58,5 * 1,15 * 10-4 \u003d 6,73 * 10-3 g.
Vom lua densitatea soluției de NaCl ca 1 g/cm3, apoi masa soluției va fi de 10 g, de aici:
w(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. Fundamentele cromatografiei lichide
Metoda cromatografiei cu partiție lichidă a fost propusă de Martin și Synge, care au arătat că înălțimea teoretică a plăcii a unei coloane umplute corespunzător poate fi de până 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 suport solid în cromatografia de partiție este acidul silicic sau silicagelul. Acest material absoarbe puternic apa; astfel, faza staționară este apa. Pentru unele separări, este util să includeți un fel de tampon sau acid (sau bază) puternic în filmul de apă. Solvenții polari precum alcoolii alifatici, glicolii sau nitrometanul au găsit, de asemenea, folosință ca faze staționare pe silicagel. Alți purtători includ pământ de diatomee, amidon, celuloză și sticlă măcinată; 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 semnificativ cu faza staționară. Uneori este posibil să se mărească eficiența separării prin schimbarea continuă a compoziției solventului amestecat pe măsură ce eluentul avansează. (gradient de eluție).În unele cazuri, separarea este îmbunătățită dacă eluția este efectuată cu un număr de solvenți diferiți. Faza mobilă este aleasă 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 unui component al 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 unei substanțe într-un mobil t0 şi nemişcată ts faze:
tR.= t0 +ts. (4.1)
Sens t0 este de fapt egal cu timpul de trecere prin coloana componentei adsorbite. 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)
Termenul este adesea folosit pentru a caracteriza retenția. volumul de retenție VR - 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 de spălat al componentului nesorbabil (volum mort) este exprimat ca 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 reținut V corectat?R este, respectiv, egal cu:
V?R= VR -V0 . . (4.4)
În condiții cromatografice constante (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. Valoare D atitudine cs/c0 , Unde Cut și Cu0 sunt concentrațiile substanței în faza mobilă și, respectiv, staționară. Coeficientul de partiție este legat de parametrii cromatografici.
Caracteristica de retenție este și factorul de capacitate k", definit ca raportul dintre masa substanței în faza staționară și masa substanței în faza mobilă: k" = mn/mP. Coeficientul de capacitate arată de câte ori stă substanța în faza staționară mai mult decât în cea mobilă. valoarea k" calculat din datele experimentale cu formula:
Cel mai important parametru al separării cromatografice este eficiența coloanei cromatografice, a cărei măsură cantitativă este înălțimea H, echivalent cu o placă teoretică și numărul de plăci teoretice N.
Placa teoretică este o zonă ipotetică a cărei înălțime corespunde atingerii echilibrului între cele două faze. Cu cât plăcile mai teoretice din coloană, adică. cu cât echilibrul este stabilit de mai multe ori, cu atât coloana este mai eficientă. Numărul de plăci teoretice poate fi calculat cu ușurință direct din cromatogramă prin compararea lățimii vârfului wși timpul de ședere tR componenta din coloana:
După ce am definit Nși cunoscând lungimea coloanei L, este ușor de calculat H:
Eficiența unei coloane cromatografice este caracterizată și de simetria vârfului corespunzător: cu cât vârful este mai simetric, cu atât coloana este mai eficientă. Simetria este exprimată numeric în termeni de coeficient de simetrie KS, care poate fi determinată prin formula:
Unde b0.05 este lățimea vârfului la o douăzecime din înălțimea vârfului; DAR- distanța dintre perpendiculară, coborâtă de la maximul vârfului, și marginea din față a vârfului la o douăzecime din înălțimea vârfului.
Pentru a evalua reproductibilitatea unei analize cromatografice, abaterea standard relativă ( rsd), caracterizarea dispersiei rezultatelor în probă:
Unde n- numărul de cromatograme paralele; X- continutul componentului din proba, determinat prin calcularea ariei sau inaltimii varfului corespunzator pe cromatograma; - valoarea medie a conținutului componentei, calculată pe baza datelor din cromatogramele paralele; s2 - dispersia rezultatelor obtinute.
Rezultatele analizei cromatografice sunt considerate probabile dacă sunt îndeplinite condițiile de adecvare a sistemului cromatografic:
Numărul de plăci teoretice calculat din vârful corespunzător trebuie să fie cel puțin valoarea cerută;
Factorul de separare al vârfurilor corespunzătoare trebuie să fie cel puțin valoarea cerută;
Abaterea standard relativă calculată pentru înălțimea sau zona vârfului corespunzător nu trebuie să depășească valoarea necesară;
Factorul de simetrie al vârfului corespunzător trebuie să fie în limitele cerute.
4.2 Pentrucasa la tara: R Calculați conținutul de analit din probă utilizând metoda standard intern (în g și %) dacă se obțin următoarele date în timpul cromatografiei: la calibrare: qB=0,00735,SB \u003d 6,38 cm²,qST=0,00869 g,SST=8,47 cm², -cand se analizeaza:SВ=9,38 cm²,VВ=47 mmі,qST=0,00465 g,SST=4,51 cm²
SST/SВ = k*(qST/ qВ);
k \u003d (SST / SВ) / (qST / qВ) \u003d (8,47 / 6,38) / (0,00869 / 0,00735) \u003d 1,123;
qB \u003d k * qST * (SB / SST) \u003d 1,123 * 0,00465 * (9,38 / 4,51) \u003d 0,01086 g.
x, % = k*r*(SВ/SST)*100;
r \u003d qST / qB \u003d 0,00465 / 0,01086 \u003d 0,4282;
x, % = 1,123*0,4282*(9,38/4,51) = 100%.
5. Titrare fotometrică
5.1 Titrare fotometrică. Esența și condițiile de titrare. Curbele de titrare. Avantajele titrarii fotometrice in comparație cu fotometria directă
Măsurătorile fotometrice și spectrofotometrice pot fi utilizate pentru a fixa punctul final al unei titrari. Punctul final al unei titrari fotometrice directe apare ca urmare a unei modificări a concentrației reactantului și a produsului de reacție, sau ambele în același timp; evident, cel puțin una dintre aceste substanțe trebuie să absoarbă lumina la lungimea de undă aleasă. 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. Curba de titrare fotometrică este un grafic al densității optice corectate în funcție de volumul titrantului. Dacă condițiile sunt alese corect, curba constă din două secțiuni drepte cu pante diferite: una dintre ele corespunde începutului titrarii, cealaltă - pentru a continua dincolo de punctul de echivalență. O inflexiune vizibilă este adesea observată în apropierea punctului de echivalență; punctul final este punctul de intersecție al segmentelor de dreaptă după extrapolare.
Pe fig. 5.1 prezintă câteva curbe tipice de titrare. La titrarea substantelor neabsorbante cu un titrant colorat pentru a da produse incolore, se obtine o linie orizontala la inceputul titrarii; dincolo de punctul de echivalență, densitatea optică crește rapid (Fig. 5.1, curbă A). La formarea produselor 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 reactanților și ale produselor 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, care este necesară extrapolării, este încălcată. Este necesar, în continuare, să se introducă o corecție pentru modificarea volumului prin înmulțirea densității optice cu un factor (V+v)/V, Unde V- volumul inițial al soluției, a v este volumul de titrant adăugat.
Titrarea fotometrică oferă adesea rezultate mai precise decât analiza fotometrică directă, deoarece măsurătorile multiple sunt combinate pentru a determina punctul final. În plus, în titrarile fotometrice, prezența altor substanțe absorbante poate fi neglijată, deoarece se măsoară doar modificarea densității optice.
5.2 O sarcină: n O greutate de dicromat de potasiu cântărind 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\u003d 430 nm este egal cu 0,728 cu o grosime a stratului absorbit de 1 cm. Calculați concentrația molară și procentuală, coeficienții molar și specifici de absorbție ai acestei soluții
unde este densitatea optică a soluției; e este coeficientul de absorbție molar 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);
Vom lua densitatea soluției de K2Cr2O7 ca 1 g/cm3, apoi masa soluției va fi de 100 g, de aici:
w(NaCI) = 0,0284/100*100% = 0,0284%.
e = D/cl = 0,728/9,67*10-4*1 = 753 (dm3*mol-1*cm-1).
k \u003d D / cl \u003d 0,728 / 0,284 * 1 \u003d 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; tm=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; ch.r.eff.; r.et. 10012.5, ats. 43,518; sărbătoare. 2.620; n.r.zh. NH3.
Clorura de zinc ZnCl2 este cea mai studiată dintre halogenuri, obținută prin dizolvarea amestecului de zinc, oxidului de zinc sau zincului metalic în acid clorhidric. Clorura de zinc anhidră este o pulbere granulară albă, constând 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 calcinată, clorura de zinc se evaporă, vaporii ei se condensează sub formă de ace albe. Este foarte higroscopic, dar în același timp este ușor să îl 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. În apă, clorura de zinc se dizolvă cu eliberarea unei cantități mari de căldură (15,6 kcal / mol). În soluții diluate, clorura de zinc se disociază ușor 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 azot bazici. care conțin compuși.
Clorura de zinc este predispusă la formarea de săruri complexe corespunzătoare formulelor generale de la Me la Me4, cu toate acestea, cele mai comune și mai stabile sunt sărurile în care patru anioni de clorură sunt coordonați în apropierea atomului de zinc, iar compoziția majorității sărurilor corespunde cu formula Me2. După cum a arătat studiul spectrelor Raman, în soluțiile de clorură de zinc în sine, în funcție de concentrația acesteia, ionii 2+, ZnCl + (ad), 2- pot fi prezenți, iar ionii - sau 2- nu sunt detectați. Sunt cunoscute și complexele mixte, cu anioni ai mai multor acizi. Astfel, formarea complexelor sulfat-clorură de zinc în soluții a fost dovedită prin metode potențiometrice. S-au găsit complexe mixte: 3-, 4, 5-.
Cantitativ și calitativ, ZnCl2 poate fi determinat din Zn2+. Poate fi determinat cantitativ și calitativ prin metoda fotometrică din spectrul de absorbție. De exemplu, cu reactivi precum ditizona, murexida, arsazenul etc.
Determinarea spectrală a zincului. Metodele spectrale de analiză 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 pentru o pereche de linii: 3302,59 I și 3302,94 I A.
W. 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 W. Ostwald a exprimat într-o scrisoare către S. Arrhenius încă din 1892. Era vorba despre posibilitatea determinării potențiometrice directe a concentrațiilor foarte mici de ioni metalici din forța electromotoare a unei celule galvanice adecvate. 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 ruse de chimie analitică, numele lui W. Ostwald este de obicei menționat numai în legătură cu (legea diluției și teoria indicatorilor, celelalte realizări teoretice ale sale sunt prezentate fără referire la autor. Dar acesta nu este un 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, justificat teoretic. Acest lucru a făcut posibilă selectarea în avans a condițiilor optime de analiză și a reactivilor adecvați. , precum și pentru a prezice 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 controverse acerbe, 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 chimist foarte proeminent și un filozof foarte confuz”. Atitudinea negativă față de lucrările filozofice ale lui W. Ostwald a fost transferată voluntar sau involuntar asupra operei sale în ansamblu. În al doilea rând, ca unul dintre creatorii teoriei „fizice” a soluțiilor, V. Ostwald s-a certat ascuțit cu chimiștii ruși, care au fost în principal susținători ai teoriei „chimice” a soluțiilor (D. I. Mendeleev, D. P. Konovalov, N. N. Beketov și alții.) . Ambele părți au făcut declarații inutil de dure. Mai târziu a devenit clar că, în esență, niciuna dintre părțile din această dispută nu avea pe deplin dreptate, teoriile „chimice” și „fizice” ale soluțiilor au convergit în studiile de hidratare ionică (I. A. Kablukov), apoi au fuzionat, dar ecourile lui vechea controversă încă resimțită de-a lungul secolului al XX-lea.
După demisia lui W. Ostwald (1906) și încetarea cercetărilor sale 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. Salm, 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 o alegere incorectă a indicatorilor. Monografia „Theory of Alkalimetric and Acidimetric Titration” (1914) a danezului Nils Bjerrum a avut o mare importanță. În această carte, pentru prima dată, a apărut o recomandare clară ce acizi și ce baze particulare 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 medii relativ concentrate. solutii.
Invenția soluțiilor tampon a avut cea mai mare semnificație practică pentru dezvoltarea chimiei analitice în acei ani. În termeni teoretici, 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. Uben au studiat activitatea unor enzime la aciditate diferită a soluției și au ajuns la concluzia că constanta relativă a activității enzimatice atunci când se adaugă acizi sau alcaline se datorează prezenței în aceeași soluție a un amestec de mono- și dihidrofosfați („un amestec, ca discul tampon al mașinii, slăbește efectul acizilor și bazelor”). Puțin mai târziu, biochimistul maghiar P. Sili a început să introducă special soluții tampon cu o concentrație cunoscută și aproximativ constantă de ioni de hidrogen în probele de ser sanguin studiate. Aparent, în practica analizei chimice, soluțiile tampon de acetat și amoniac au fost primele folosite de B. Fels (un student al lui Nernst) în 1904.
Cercetând activitatea enzimelor la aciditate diferită a soluțiilor, biochimistul danez Søren Sørensen în 1909 a descoperit că modificarea activității enzimatice este determinată nu de natura acidului adăugat și nici măcar de concentrația acestuia, ci de concentrația de ioni de hidrogen creați. prin adaos de acid. Calculele activității enzimatice au fost simplificate semnificativ dacă s-a folosit ca argument logaritmul zecimal al concentrației acestor ioni, luat cu semnul opus, adică. indicele de hidrogen. 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 colorați acido-bazici sau pe măsurători potențiometrice. Isaac Moritz Kolthoff (1894-1997), un tânăr chimist analitic olandez la acea vreme (1921), a adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea ambelor metode de măsurare a pH-ului. Mai târziu (1927) s-a mutat în SUA, unde timp de multe decenii a fost liderul general recunoscut al chimiștilor analitici americani.
În 1926, I.M. Kolthof a publicat o excelentă monografie „Analiza volumului”, care a rezumat fundamentele teoretice ale analizei titrimetrice în general. 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. Koltgof 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. Koltgof scria: „Faptul că îndrăznesc să adun fundamentele științifice ale analizei volumetrice în cartea propusă este justificat de posibilitatea, cu ajutorul cunoștințelor teoretice, nu numai de a îmbunătăți metodele cunoscute, nu numai că îndrăznesc să adun bazele științifice ale analizei volumetrice în cartea propusă. dar și pentru a găsi altele noi. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați în considerare reacția corespunzătoare, 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, dar în cea mai mare parte pot deja fi derivat teoretic. Pe lângă generalizarea și verificarea experimentală a rezultatelor obținute anterior de J. Gillebrandt, E. Salm, N. Bjerrum și alți chimiști fizici ai școlii W. Ostwald, căreia însuși I. M. Kolthoff a aparținut ideologic, autorul a prezentat multe noi prevederi, 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 pentru amestecuri etc.). Sunt comparate erorile de titrare cauzate de diferiți factori. În același timp, I. M. Koltgof credea că previziunile teoretice fiabile pot fi făcute numai pentru reacțiile de neutralizare, precipitare și formare complexă. Rata scăzută de atingere a echilibrului și natura treptată a multor procese redox ar trebui să reducă semnificativ valoarea predicțiilor teoretice legate de redoxmetrie.
Bazele teoretice ale titrarii redox au fost create de R. Peters in 1898. De asemenea, a verificat in numeroase experimente aplicabilitatea si corectitudinea celebrei formule Nernst (1889), folosita la trasarea curbelor de titrare redox. F. Krotogino (potenţiale reale, efectul pH-ului) şi alţi autori au lucrat cu succes în acelaşi domeniu. Lucrările lui Kolthoff însuși în domeniul redoxmetriei au fost, de asemenea, legate de ecuația Nernst, dar autorul a luat în considerare în detaliu aspectele cinetice ale proceselor redox, inclusiv efectele catalitice și reacțiile induse, a studiat factorii care afectează potențialul la punctul de echivalență. În celelalte lucrări ale sale, I. M. Koltgof a creat de fapt teoria titrării potențiometrice și amperometrice Da, iar termenii „titrare potențiometrică” și „titrare amperometrică” au fost introduși în știință de către el. Comparând cartea lui I. M. Koltgof despre teoria analizei titrimetrice cu secțiunile corespunzătoare ale manualelor de astăzi de chimie analitică, nu putem decât să fii surprins cât de modern par conținutul și stilul cărții scrise acum 80 de ani.
Metodele instrumentale de analiză și-au primit numele datorită utilizării instrumentelor adecvate. Conform 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 unei persoane, completează sau crește capacitățile acesteia.
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 analitul din obiectul analizat.
Pentru fiecare metodă instrumentală se utilizează un semnal analitic adecvat. Tabelul 1 prezintă exemple de semnale analitice și metodele corespunzătoare acestora, care aparțin celor două grupe majore - metode electrochimice de analiză și metode optice de analiză. Aceleași grupuri includ și alte metode care nu sunt prezentate în tabel. De exemplu, metodele optice includ metode luminiscente, de absorbție atomică și alte metode spectroscopice, nefelometrie, turbidimetrie și polarimetrie.
Pe lângă metodele electrochimice și optice, sunt cunoscute și alte grupuri de metode. Deci, de exemplu, metodele în care se măsoară radioactivitatea sunt denumite 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 poate fi exprimat în diferite unități, de exemplu, unități de cantitate de substanță (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 în unele metode sunt utilizate denumiri specifice (a se vedea tabelul 1). În fiecare metodă, funcțiile de calibrare sunt de același tip, dar forma exactă a funcției de calibrare pentru o anumită tehnică depinde de natura substanței care este determinată. Xși condițiile de măsurare a semnalului. Deci, în toate variantele de analiză refractometrică, semnalul analitic este indicele de refracție al fasciculului luminos (n), care depinde liniar de conținutul substanței. Xîn soluția de testare ( eu= n = a + k C). Aceasta înseamnă că în determinarea refractometrică a oricărei substanțe, curba de calibrare este dreaptă, 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 instrumentale de analiză
|
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 |
potenţialul 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 lg C |
|
|
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, aceasta este o funcție exponențială ( eu\u003d kC n), în potențiometrie - o funcție logaritmică (E \u003d E 0 + k lgC), etc. În ciuda acestor diferențe, toate funcțiile de calibrare sunt similare prin aceea că, pe măsură ce valoarea lui C crește (conținutul analitului X) mărimea 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 exact cunoscute de substanță care trebuie determinată. 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 testat cu același instrument în aceleași condiții ca și semnalul standardului, atunci prin mărimea 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 proporțional 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*. Metoda de conversie este aleasă astfel încât semnalul analitic secundar eu* a fost direct proporțional cu cantitatea de analit X. Deci, de exemplu, rezistența electrică a soluției ( R) depinde într-un anumit fel de concentrația electrolitului dizolvat (C). Rezistența soluției analizate este ușor de măsurat, dar poate fi aplicată 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 prin următoarea formulă:
Conductibilitatea soluției L crește proporțional pe măsură ce crește concentrația de electrolit puternic dizolvat. În plus, din toate valorile L obţinut pentru soluţii de acelaşi tip cu concentraţii diferite X, puteți scădea aceeași valoare L 0 - conductivitatea electrică a unei soluții care nu conține X. Valoarea „corectată” a conductibilității electrice L* = L - L 0 nu depinde doar liniar de concentrație X, dar direct proporțional cu concentrația electrolitului din soluție, adică L* = kC.
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. În metodele instrumentale, este folosit foarte des. Multe dispozitive sunt configurate înainte de a începe măsurarea, astfel încât să arate imediat semnalul corectat, care este direct proporțional cu C. Scara unui astfel de dispozitiv poate fi calibrată direct în unități de concentrație. Uneori, pentru a asigura liniaritatea graficelor de calibrare, acestea convertesc nu ordonata, ci abscisa. De exemplu, în analiza potențiometrică, conținutul nu este reprezentat de-a lungul axei orizontale X, și logaritmul său. Și în unele variante de analiză spectrală, se realizează o dublă transformare - atât semnalul, cât și concentrația sunt logaritmice, apoi se construiește o dependență grafică în linie dreaptă. lgI din lgC.
În ultimii ani s-au folosit din ce în ce mai mult metode instrumentale de analiză, care prezintă numeroase avantaje: analiză rapidă, sensibilitate ridicată, capacitatea de a determina simultan mai multe componente, combinarea mai multor metode, automatizarea și utilizarea computerelor pentru prelucrarea rezultatelor analizei. . De regulă, senzorii (senzorii) sunt utilizați în metodele instrumentale de analiză și, în primul rând, senzorii chimici, care oferă informații despre compoziția mediului în care se află. Senzorii sunt conectați cu sistemul de acumulare și procesare 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 sunt 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, valoarea potențialului poate fi utilizată pentru a aprecia concentrația de ioni. Celula de măsurare constă dintr-un electrod de referință de măsurare (indicator), care este insensibil la substanța de determinat.
Utilizare din ce în ce mai răspândită ion-selectiv electrozi, la limitele de fază, care desfășoară 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 electrozi 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.
Un potențial salt are loc la interfața dintre sticlă și soluție, 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 a măsura pH-ul soluțiilor.
Industria produce, de asemenea, electrozi ion-selectivi pentru determinarea concentrației de Na, K, NH, Cl (limită de determinare mol/l) și ioni Ca, Mg, NO (limită de determinare mol/l).
Polarografic metoda a fost propusă de omul de știință ceh J. Geyerovsky în 1922. În această metodă, curbele tensiune-curent sunt construite pentru o celulă care are doi electrozi, de obicei de mercur.Un electrod picura, al doilea este staționar cu o suprafață mare. Soluția analizată este turnată în celulă. Când curentul trece, 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, pe care are loc o concentrație semnificativă de polarizare, deoarece are o suprafață mică și, în consecință, o densitate mare de curent. Recuperarea ionilor săi are loc în modul de limitare a curentului, care pentru un electrod care picura are expresia:
unde K1 și K2 sunt constante;
D este 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;
Curentul de limitare.
Dacă există un ion de descărcare în soluție, atunci curba polarografică (polarograma) are o singură undă, în prezența mai multor ioni - mai multe unde. Tipul de ioni este determinat de valoarea potențialului de semiundă, iar concentrația lor este determinată de mărimea curentului de limitare. Astfel, metoda polarografică face posibilă 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, se poate găsi concentrația electrolitului în soluție. Conductometria, de exemplu, determină conținutul total de impurități în apa de înaltă puritate.
Analiza cromatografică. Analiza bazata pe cromatografie , permițând separarea amestecurilor cu două și mai multe componente de gaze, lichide și substanțe dizolvate prin metode de sorbție în condiții 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 (moleculară, schimbătoare de ioni, precipitare, cromatografia de partiție). Cromatografia moleculară se bazează pe adsorbabilitatea diferită a moleculelor pe adsorbanți, cromatografia cu schimb de ioni - pe capacitatea diferită de a schimba ioni de soluție. Cromatografia de precipitare folosește solubilitatea diferită a precipitatelor formate de componentele amestecului analizat atunci când interacționează cu reactivii depuși pe purtător. Cromatografia de partiție se bazează pe distribuția diferită a substanțelor între două lichide nemiscibile. Cromatografia moleculară (adsorbție lichidă), schimb de ioni și precipitare se realizează de obicei în coloane cromatografice, respectiv, cu un adsorbant, un material schimbător de ioni sau un purtător inert cu un reactiv. 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 radiații metode spectrale de emisie analiză. În metoda spectroscopiei de emisie, o probă dintr-o substanță este încălzită la temperaturi foarte ridicate (2000-15000 ) . Substanța, evaporându-se, se disociază în atomi sau ioni, care dau 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 cantitatea de substanță poate fi determinată din intensitatea liniilor spectrale. Metoda face posibilă determinarea micro- și ultra-micro cantități ale unei substanțe, analiza mai multor elemente și într-un timp scurt.
O variație a analizei 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 luminescența analitului sub influența razelor ultraviolete (fotoluminiscență), razelor X (roentgenoluminiscență) și radioactive (radioluminiscență) sunt numite luminescent. Unele substanțe au proprietăți luminiscente, 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)
Se numesc metode bazate pe radiații spectrală de absorbție. Când lumina trece printr-o soluție, lumina sau componentele sale sunt fie absorbite, fie reflectate. Natura și concentrația substanței este judecată după mărimea absorbției sau reflectării 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 care trece prin soluție;
– coeficientul de absorbție a luminii, în funcție de natura substanței dizolvate (coeficientul molar);
este grosimea stratului de soluție care absoarbe lumina.
Măsurând modificarea intensității fluxului luminos, este posibilă determinarea concentrației analitului. Determinarea se realizează cu ajutorul spectrofotometrelor și fotocolorimetrelor.
În spectrofotometre folosind lumina monocromatică fotocolorimetre - lumina vizibila. Comparați datele obținute în timpul măsurării cu grafice gradate construite pe soluții standard.
Dacă absorbția razelor este măsurată de atomii 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 permite analizarea substanțelor în cantități foarte mici.
Se numește o metodă optică bazată pe reflectarea luminii de către particulele solide suspendate într-o soluție nefelometric. Analiza se efectuează cu instrumente nefelometrice.
Astfel, utilizarea legilor electrochimiei, sorbției, emisiei, absorbției sau reflectării radiațiilor și a interacțiunii particulelor cu câmpurile magnetice a făcut posibilă crearea unui număr mare de metode instrumentale de analiză caracterizate prin sensibilitate ridicată, rapiditate și fiabilitate a determinarea și posibilitatea analizei sistemelor multicomponente.
Întrebări pentru autocontrol
1. Ce principii stau la baza metodelor potențiometrice 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 cianura din apele uzate după anionizare 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. Calculaţi scăderea concentraţiei ionilor de mercur în apele uzate după cationizarea Na dacă concentraţia ionilor de sodiu a crescut cu 69 mg/l.
7. Calculați consumul teoretic orar de hipoclorit de sodiu pentru oxidarea ionului de cianură în apele uzate care conțin 26 mg/l CN - dacă se deversează apă uzată cu greutatea de 1000 tone pe zi (pl. 1,02 g/cm3).
8. Calculați limita de detecție a unei substanțe 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 vastă zonă a cunoașterii umane. Acest manual prezintă cele mai generale legi ale chimiei și proceselor chimice care fie nu au fost studiate, fie 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 în solide, chimie termodinamica elementelor, legile cineticii chimice, procesele chimice în soluții, precum și procesele și sistemele redox, electrochimice, chimice nucleare. Sunt luate în considerare proprietățile metalelor și nemetalelor, unii compuși organici și polimeri, sunt date conceptele de bază ale identificării chimice. Se arată că multe probleme de mediu sunt cauzate de procese chimice cauzate de activitățile umane din diverse domenii. Sunt indicate posibilitățile chimiei pentru protecția mediului.
Chimia este în continuă dezvoltare. Caracteristicile chimiei moderne includ o dezvoltare mai profundă a legilor de bază și dezvoltarea fundamentelor sale teoretice (legile comportării electronilor în atomi și molecule, teoria legăturilor chimice, dezvoltarea metodelor de calcul a structurilor moleculelor și solide, teorii ale cineticii chimice, soluții și procese electrochimice etc.) . În același timp, chimia se confruntă cu multe probleme nerezolvate, precum 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 cu gaze nobile, compuși cu supraconductivitate la temperatură înaltă, conductivitate ionică ridicată (superionici), fulerene, polimeri cu proprietăți speciale, de exemplu, conductori polimerici. de primul și al doilea tip, compuși de incluziune (clatrați) și compuși stratificati, ceramice structurale, compozite etc.
În mare măsură, datorită progreselor din chimie, se creează noi domenii ale industriei, de exemplu, producția de combustibil pentru energie nucleară, tehnologia semiconductoarelor, producția de circuite integrate și informatice, telecomunicații, noi surse de energie, giroscopii. , tehnologii plasma-chimice și membranare etc.
Un rol important este atribuit chimiei în rezolvarea problemelor cardinale cu care se confruntă omenirea, cum ar fi o prelucrare complexă mai completă a materiilor prime naturale, inclusiv a combustibililor fosili, dezvoltarea energiei solare, utilizarea materiilor prime din Oceanul Mondial, lupta împotriva bolilor, sporind fertilitatea solului și productivitatea creșterii animalelor. Chimia se confruntă cu sarcini deosebit de responsabile în rezolvarea problemelor de mediu și conservarea mediului natural. Tutorialul 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 în cursul chimiei sunt necesare la studierea următoarelor cursuri, cum ar fi rezistența metalelor, știința materialelor, bazele transferului de căldură, fundamentele teoretice ale diferitelor procese tehnologice din inginerie electrică, electronică, microelectronică, inginerie radio, energie, aviație și tehnologie spațială, inginerie mecanică și instrumentare, construcții și alte domenii de formare a specialiștilor.
Cunoștințele de chimie sunt utile în activitățile specialiștilor din orice ramură a tehnologiei. Este imposibil să se prevadă în avans toate sarcinile în soluția cărora specialiștii vor avea nevoie de cunoștințe chimice. Cu toate acestea, înțelegerea legilor de bază ale chimiei, capacitatea de a utiliza literatura monografică și de referință, dezvoltarea profesională continuă permit specialiștilor să găsească soluția optimă la problemele cu care se confruntă, inclusiv folosind legile chimiei, proceselor și substanțelor chimice.
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 noi materiale, noi mașini, aparate și dispozitive în care realizarea chimiei este utilizată pe scară largă.
Literatură
1. Korovin N. V. Chimie generală. - M.: Şcoala superioară, 2002, 558s.
2. Glinka N.L. Chimie generală. – L.; Chimie, 1985,704s.
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. Moscova: Chimie, 2000, 592 p.
6. Ugay Ya.A. Chimie generală și anorganică. Moscova: Școala superioară, 2000, 527 p.
7. Glinka N.L. Sarcini și exerciții de chimie generală. / Ed. Rabinovici V.A. și Rubina Kh.M. L.: Chimie, 1987, 272 p.
8. Golbraikh Z.E. Culegere de sarcini și exerciții de chimie. Moscova: Școala superioară, 1997, 387 p.
9. Egorov A. S., Ermakova V. K., Shevchenko R. V., Shlyuker K. D. Chimie. Indemnizație-tutor pentru solicitanții la universități / a 2-a, revizuită. si suplimentare - Rostov n/a: 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, 304p.
11. Romantseva L.M., Leshchinskaya Z.L., Sukhanova V.A. Culegere de sarcini și exerciții de chimie generală. – M.; Liceu, 1980, 228s.
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., Vasil'eva 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. Indemnizație-tutor pentru solicitanții la universități - Rostov-on-Don: Phoenix, 2001, 768 p.
15. Lidin R.A. Chimie anorganică în întrebări. Moscova: Chimie, 1991, 256 p.
| cuvânt înainte | |
| 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 legile 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 atomului | |
| 3.1 Descoperirea particulelor subatomice. Primele modele ale structurii atomului | |
| 3.2 Teoria structurii atomului după N. Bohr | |
| 3.3 Idei despre dualitatea undă-particulă a unui electron | |
| 3.4 Ecuația E. Schrödinger. numere cuantice | |
| 3.5 Principiile umplerii orbitalilor atomici | |
| 3.6 Idei moderne despre structura atomului. Modelul cuarc al structurii atomului | |
| 3.7 Întrebări pentru autocontrol | |
| 4. Tabelul periodic al D.I. Mendeleev. Structura electronică a atomilor | |
| 4.1 Dreptul periodic D.I. Mendeleev | |
| 4.2 Structura sistemului periodic și relația acestuia cu structura electronică a atomilor | |
| 4.3 Concepte de bază necesare studierii reactivității și legăturilor chimice | |
| 4.4 Principalele modele de modificări ale 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. Compuși complecși | |
| 6.1 Forțele Van der Waals | |
| 6.2 Legătura de hidrogen | |
| 6.3 Compuși complecși | |
| 6.4 Întrebări de autoevaluare | |
| 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 Modalități de a schimba echilibrul | |
| 9.3 Echilibrul chimic în sisteme eterogene | |
| 9.4 Echilibrul de faze | |
| 9.5 Echilibrul de adsorbție | |
| 9.6 Întrebări de autoevaluare | |
| 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 de electroliți puternici | |
| 10.8 Neelectroliți | |
| 10.9 Întrebări de autoevaluare | |
| 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 de dispersie | |
| 12.1 Concepte generale de sisteme disperse | |
| 12.2 Soluții coloidale | |
| 12.3 Metode de preparare a soluţiilor coloidale | |
| 12.4 Proprietățile optice ale soluțiilor coloidale | |
| 12.5 Proprietăţi cinetice ale soluţiilor coloidale | |
| 12.6 Proprietăţi 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 reactanților | |
| 13.6 Influența 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 compușii acestora | |
| 14.4 Selectarea coeficienților în reacțiile redox | |
| 14.5 Dependența reacțiilor redox de mediu | |
| 14.6 Direcția proceselor redox | |
| 14.7 Celula 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 de autoevaluare | |
| 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 de autoevaluare | |
| 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 Legile de bază ale chimiei elementelor d | |
| 16.8 Întrebări pentru autocontrol | |
| 17 Elemente de chimie organică. Polimeri | |
| 17.1 Caracteristici, teoria structurii chimice și clasificarea compușilor organici | |
| 17.2 Materiale polimerice organice | |
| 17.3 Întrebări pentru autocontrol | |
| 18 Identificarea chimică și analiza substanței | |
| 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 |