Доклад на тему качественные методы анализа

Обновлено: 17.05.2024

Аналитическая химия — наука о методах определения химического состава вещества и его структуры. Выделяют качественный и количественный анализ.

Качественный анализ — установление присутствия или отсутствия отдельных компонентов в анализируемом объекте.

В качественном анализе различают:

• элементный анализ (определение входящих в пробу элементов);
• вещественный анализ (определение химических соединений).

В зависимости от массы пробы вещества, используемого для проведения анализа, методы анализа классифицируют следующим образом:

• макрометод (0,1 г вещества и более);
• полумикрометод (0,1–0,01 г);
• микрометод (10 –2 –10 –3 г);
• ультрамикрометод (10 –3 –10 –6 г);
• субмикрометод (10 –6 –10 –9 г).

Методы анализа подразделяются на химические и физико-химические (инструментальные). Химические методы анализа основаны на способности определяемого компонента вступать в химическую реакцию с последующим определением его количества.

Достоинства химического метода анализа:

• точность;
• простота;
• универсальность.

Недостатки химического метода анализа

• требуется много времени;
• сложная подготовка пробы.

Химические реакции, пригодные для качественного анализа, должны сопровождаться заметным внешним эффектом. Это может быть:

выделение газа;
изменение окраски раствора;
выпадение осадка;
растворение осадка;
образование кристаллов характерной формы.

В первых четырех случаях за протеканием реакции наблюдают невооруженным глазом, кристаллы рассматривают под микроскопом. Классификация видов химического анализа по объектам определения приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Классификация видов химического анализа по объектам определения

В физико-химических методах анализа конец реакции определяют не визуально, как в химических методах, а при помощи приборов, которые фиксируют изменения физических свойств исследуемого вещества.

Качественный анализ

Для получения достоверных результатов анализа конкретного иона необходимы реакции, выполнению которых не мешает присутствие других ионов. Для этого нужны специфические реагенты (взаимодействующие только с определяемым ионом).

Примером реакции с участием специфического реагента является выделение газообразного аммиака NH 3 при действии щелочей (KOH или NaOH) на вещество, содержащее ион аммония NH₄ +. Ни один катион не помешает обнаружению иона NH4+, потому что только он реагирует со щелочами с выделением аммиака:

. Еще один пример — специфические реагенты на ионы железа. Специфический реактив гексацианоферрат (III) калия К3[Fе(СN)6] (красная кровяная соль) образует синий осадок (турнбуллева синь) только с ионами двухвалентного железа Fe 2+. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) образует синий осадок (берлинская лазурь) только с ионами трехвалентного железа Fe3+. Специфический реагент на ионы меди (II) — аммиак:

Окрашивание пламени горелки является также способом определения некоторых катионов, т. е. качественной реакцией на их присутствие:

Li + — окрашивание пламени в красный цвет;

Na + — окрашивание пламени в желтый цвет;

K + — окрашивание пламени в фиолетовый цвет.

Селективные реагенты — это реагенты, которые реагируют лишь с немногими веществами. Диметилглиоксим (реагент Чугаева) служит примером селективного реагента в щелочной среде он реагирует с ионами Ni +2, Co +2, Fe +2; в кислой — только с ионами Pd +2.

К сожалению, селективных, а тем более специфических реагентов очень мало. Поэтому смеси катионов и анионов разделяют на части с помощью реактива, который называется групповым реактивом.

Действуя на смесь катионов в строго определенном порядке растворами соляной кислоты HCl, серной кислоты H2SO4, аммиака NH3 и гидроксида натрия NaOH, можно разделить содержащиеся в смеси катионы на шесть аналитических групп. Эти растворы называются групповыми реагентами, а схема — кислотно-щелочной (по используемым групповым реагентам).

В сероводородной схеме групповыми реагентами являются соляная кислота HCl, сероводород H2S и карбонат аммония (NH4)2CO3.

Разделение катионов на пять аналитических групп основано на различии свойств образуемых ими хлоридов, сульфидов и карбонатов:

I группа K +, Na +, NH +4, Mg +2 — группового реагента нет, поэтому эти катионы остаются в растворе после отделения других групп;
II группа Ba +2, Ca +2, Sr +2 — групповой реагент (NH4) 2 CO 3 осаждает карбонаты этих катионов;
III группа Al +3, Cr +3, Fe +3, Fe +2, Ni +2, Co +2, Mn +2, Zn +2 — групповой реагент (NH4) 2 S осаждает гидроксиды Al +3 и Cr +3 и сульфиды остальных катионов;
IV группа Cu +2, Cd +2, Hg +2, Bi +3, As +3, Sn +2, Sn +4, Sb +2 — групповой реагент H 2 S осаждает сульфиды этих катионов;
V группа Ag +, Pb +2 и Hg +2 — групповой реагент HCl — осаждает хлориды этих катионов.

Общепринятой классификации для разделения анионов, как для разделения катионов, не существует. Используют разделение анионов на три аналитические группы по растворимости солей бария и серебра.

Методы качественного анализа классифицируют следующим образом:

— анализ сложных смесей.

Количественный анализ

Количественный анализ проводят после проведения качественного химического анализа, т. е. после установления компонентов анализируемой пробы.

Например, общие свойства спиртов изучают химики-органики, а способы определения спиртов как класса органических соединений и каждого отдельного спирта (например, этанола) разрабатывают аналитики. Для этого они выявляют те особенности химических и физических свойств спиртов, которые отличают их от других органических соединений. Еще важнее выявить характеристические свойства отдельных спиртов (например, этанола), отличающие их друг от друга.

Изучение характеристических свойств индивидуальных объектов особенно важно в тех случаях, когда изучают материалы сложного состава, содержащие смеси родственных веществ.

Также аналитическая химия воспринимает и развивает знания, полученные в рамках смежных научных дисциплин. Разумеется, знания, полученные одной наукой и используемые другой, всегда существенно перерабатываются, подобно тому, как в организме продукты питания превращаются в новые соединения, а уже из них строятся собственные ткани организма. Эта аналогия подходит и для рассматриваемого случая. На основе творчески переработанных достижений других наук и собственных фундаментальных исследований аналитики выявляют общие закономерности химического анализа, создают новые методы и методики.

К химическим методам количественного анализа относятся:

В ходе количественного анализа можно выделить основные его этапы:

1) отбор средней пробы;
2) взятие навески;
3) перевод пробы в раствор;
4) отделение определяемого компонента и его концентрирование;
5) количественное измерение;
6) расчет результатов анализа.

Волюмометрические методы анализа основаны на измерении объема реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом.

Кинетические методы анализа заключаются в определении зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

Методика исследования. Чтобы подобрать оптимальную (лучшую) методику химического анализа, в каждом случае следует учитывать ряд практических требований

1. Точность. Это главное требование. Оно означает, что относительная или абсолютная погрешность анализа не должна превышать некоторого предельного значения. Для разных видов анализа, безусловно, требуется разная точность. В одних случаях достаточно, чтобы результат был получен с относительной погрешностью, не превышающей 10 или даже 20%, в других — чтобы погрешность была менее 2 %. При проведении арбитражных анализов относительная погрешность не должна превышать 0,1 или даже 0,01%. Столь высокую точность могут дать лишь некоторые методы и немногие методики. 15 Не следует добиваться высокой точности, если она не требуется, ведь высокая точность обходится очень дорого.

4. Экспрессность. Речь идет о продолжительности анализа одной пробы — от пробоотбора до выдачи заключения. Чем быстрее будут получены результаты, тем лучше.

5. Стоимость. Эта характеристика методики не требует комментариев. В массовом масштабе можно применять лишь относительно недорогие анализы. Стоимость аналитического контроля в промышленности обычно не превышает 1 % стоимости продукции. Очень дорого стоят уникальные по сложности и редко выполняемые анализы.

Существуют и другие требования к методике — безопасность выполнения анализа, возможность проводить анализ без непоредственного участия человека, устойчивость результатов к случайным колебаниям условий и т. п.

Для наиболее распространенных и часто выполняемых анализов методики изложены в специальных нормативных документах, например государственных стандартах (ГОСТах). В стандартных методиках используют распространенные приборы, общеизвестные способы расчета, привычные приемы анализа. Периодически (один раз в 5–10 лет) ГОСТы обновляют и утверждают заново.

Отбор средней пробы. Это очень важная стадия анализа. С отбора проб начинается проведение химического анализа. Техника отбора средней пробы описывается в специальных инструкциях, ГОСТах. Нужно найти такую пробу по составу, чтобы она отвечала действительному среднему составу анализируемого вещества. Особенно трудно выбрать среднюю пробу твердого вещества. В этом случае используются следующие действия размалывание, высверливание, распиливание, дробление.

При санитарно-эпидемиологической экспертизе отбор проб пищевых продуктов проводит, как правило, врач по гигиене питания, при его отсутствии — помощник санитарного врача. При производственном контроле его проводит специально обученный работник данного предприятия, имеющий свидетельство о прохождении обучения.

Порядок отбора проб пищевых продуктов при экспертизе партии включает выделение однородной партии, определение числа и отбор точечных проб, составление объединенной пробы и формирование из нее средней, которая направляется на лабораторные исследования. Экспертиза партии проводится в соответствии с действующей инструкцией о порядке проведения гигиенической экспертизы пищевых продуктов в учреждениях госсанэпидслужбы. Пример отбора и хранения проб представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Отбор и хранение проб тканей и кормов

Измерения в аналитической химии

Результаты количественного химического анализа оценивают такими метрологическими характеристиками, как правильность, воспроизводимость и точность.

Правильность — качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей.

Воспроизводимость — качество измерений, выполненных в различных условиях, но свидетельствующих о близости результатов друг другу.

Точность — качество измерений, показывающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Точность измерения соответствует малым погрешностям всех видов. Количественно она выражается обратной величиной модуля относительной погрешности. Погрешность в расчетах приводит к получению неверных результатов химического анализа. Кроме того, есть еще погрешность (ошибка) измерений (∆). Это отклонение результата измерения (Х) от истинного значения измеряемой величины (μ). Абсолютная погрешность определяется по формуле:

относительная погрешность (%) — по формуле

Истинное значение можно получить путем анализа образца множеством различных независимых методов анализа. Анализ его проводят в форме межлабораторного эксперимента (проводится анализ разными лабораториями). Затем проводят оценку массива данных. Также можно использовать стандартный образец (с известным содержанием компонента) для анализа.

Если погрешность при повторных измерениях остается постоянной, то это систематическая погрешность (имеет знак плюс или минус). Если погрешность изменяется случайным образом, то это случайная погрешность (имеет знак и плюс, и минус). Грубые погрешности, существенно отличающиеся от истинного значения, называются грубой ошибкой.

Все погрешности зависят от класса точности прибора и от профессионализма химика-аналитика. Применение статистической обработки образцов рассмотрим на примере анализа пробы сточной воды. Трижды было определено содержание фенола стандартной методикой (DIN 38 409 H 16). Найдено среднее значение содержания фенола в пробе (0,51 гл). Предельно допустимая концентрация фенола в сточных водах в странах ЕС составляет 0,5 гл. Можно ли сказать, что концентрация превышена Статистические тесты помогут учесть степень разброса данных.

Предел обнаружения — минимальная концентрация вещества, которая может быть обнаружена методом. Возможность обнаружения вещества с помощью любой аналитической методики ограничена. Особенно это важно при определении следовых количеств веществ.

Основной химической величиной является количество вещества (n), а основной единицей измерения — моль. По определению, 1 моль — количество вещества, содержащее столько частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопно чистого простого вещества 12 C. Оно составляет приблизительно 6,02214·10 23 частиц. Таким образом, по смыслу количество вещества есть число частиц, составляющих вещество. Эту величину не следует отождествлять ни с массой, ни с объемом, ни с какими иными физическими характеристиками.

Наряду с количеством вещества в химии широко используют и производные от него величины. Важнейшая из них — концентрация (c), представляющая собой количество вещества (n) в единице объема V:

При проведении анализа часто компонент переводится в раствор. Состав раствора количественно выражается через относительные величины — доли (массовые, мольные, молярные) и размерные величины — концентрации.

Массовая доля — безразмерная относительная величина, равная отношению массы компонента к общей массе образца, раствора, смеси веществ.

Единицей измерения массовой доли является также процент (сотая доля числа — %), промилле (тысячная доля числа, 110 доля процента — ‰), ppm (миллионная доля числа), ppb (миллиардная доля числа).

1‰ = 0,1 %, 1 ppm = 10 –4 %, 1 ppb = 10 –7 %.

Концентрация показывает отношение массы или количества растворенного вещества к объему раствора или массе растворителя.

Химический эквивалент

Это условная частица, которая может присоединять или высвобождать один ион водорода в кислотно-основных реакциях или один электрон в окислительно-восстановительной реакции. Под частицей понимается молекула, ион, электрон и т. д. Фактор эквивалентности f показывает, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода в реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Рассмотрим реакцию:

Фактор эквивалентности соляной кислоты f экв (HCl) = 1, f экв (Na2CO3) =12.

Для окислительно-восстановительной реакции:

Для реакций комплексообразования фактор эквивалентности определяют из числа координационных мест у комплексообразователя:

Масса одного моль-эквивалента сложного вещества (Мэ), называемая молярной массой эквивалента, равна молярной массе вещества М, деленной на число реакционноспособных химических связей (n х.св):

Число реакционноспособных химических связей n х.св в зависимости от класса соединения можно определить следующим образом:

— для кислот — число протонов (n H +);

— для оснований — число гидроксильных групп (n OH –);

— для солей — произведение числа катионов на его заряд (nkt * Zkt).

Эквивалентность реагирующих и образующихся веществ отражает закон эквивалентов.

Титр раствора

Титр раствора характеризует его концентрацию. Это масса вещества в 1 мл раствора

Т = m в-ва / V р-р, г/мл.

Например, титр раствора соляной кислоты Т(HCl) = 0,003648 г/мл показывает, что в 1 мл раствора кислоты содержится 0,003648 г HCl.

Запись Т(HCl/NaOH) = 0,004000 г/мл означает, что 1 мл раствора кислоты реагирует с 0,004000 г NaOH.

Титр (Т) раствора вещества связан с молярной концентрацией вещества в растворе:

Таким образом, использование законов аналитической химии позволяет разрабатывать и идентифицировать состав пищевых продуктов, устанавливать механизм их воздействия на организм человека. Необходимость количественной и качественной оценки питания обусловлена его влиянием на здоровье и работоспособность человека. При количественной оценке суточного рациона определяется не его объем, а энергия, высвобождающаяся при метаболизме в организме основных пищевых веществ. Качественная характеристика рациона исходит из содержания в нем отдельных пищевых веществ (белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ) и их соотношений. Только при количественной достаточности и благоприятных соотношениях пищевых веществ обеспечиваются наиболее полное проявление их биологических свойств и максимальное использование, а также оптимальное течение обменных процессов.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Качественный анализ. Цель, возможные методы. Качественный химический анализ неорганических и органических веществ

Качественный анализ имеет своей целью обнаружение определенных веществ или их компонентов в анализируемом объекте. Обнаружение проводится путем идентификации веществ, то есть установления тождественности (одинаковости) АС анализируемого объекта и известных АС определяемых веществ в условиях применяемого метода анализа. Для этого данным методом предварительно исследуют эталонные вещества (гл. 2.1), в которых наличие определяемых веществ заведомо известно. Например, установлено, что присутствие спектральной линии с длиной волны 350,11 нм в эмиссионном спектре сплава, при возбуждении спектра электрической дугой, свидетельствует о наличии в сплаве бария; посинение водного раствора при добавлении к нему крахмала является АС на присутствие в нем I₂ и наоборот.

Качественный анализ всегда предшествует количественному.

В настоящее время качественный анализ выполняют инструментальными методами: спектральными, хроматографическими, электрохимическими и др. Химические методы используют на отдельных стадиях инструментальных (вскрытие пробы, разделение и концентрирование и др.), но иногда с помощью химического анализа можно получить результаты более просто и быстро, например, установить наличие двойных и тройных связей в непредельных углеводородах при пропускании их через бромную воду или водный раствор KMnO₄. При этом растворы теряют окраску.

Детально разработанный качественный химический анализ позволяет определять элементный (атомный), ионный, молекулярный (вещественный), функциональный, структурный и фазовый составы неорганических и органических веществ.

При анализе неорганических веществ основное значение имеют элементный и ионный анализы, так как знание элементного и ионного состава достаточно для установления вещественного состава неорганических веществ. Свойства органических веществ определяются их элементным составом, но также и структурой, наличием разнообразных функциональных групп. Поэтому анализ органических веществ имеет свою специфику.

Качественный химический анализ базируется на системе химических реакций, характерных для данного вещества - разделения, отделения и обнаружения.

К химическим реакциям в качественном анализе предъявляют следующие требования.

1. Реакция должна протекать практически мгновенно.

2. Реакция должна быть необратимой.

3. Реакция должна сопровождаться внешним эффектом (АС):

а) изменением окраски раствора;

б) образованием или растворением осадка;

в) выделением газообразных веществ;

г) окрашиванием пламени и др.

4. Реакция должна быть чувствительной и по возможности специфичной.

Для качественного химического анализа используют все известные типы реакций: кислотно-основные, окислительно-восстановительные, осаждения, комплексообразования и другие.

Качественный анализ растворов неорганических веществ сводится к обнаружению катионов и анионов. Для этого используют общие и частные реакции. Общие реакции дают сходный внешний эффект (АС) со многими ионами (например, образование катионами осадков сульфатов, карбонатов, фосфатов и т.д.), а частные - с 2-5 ионами. Чем меньше число ионов дают сходный АС, тем селективнее (избирательнее) считается реакция. Реакция называется специфической, когда позволяет обнаружить один ион в присутствии всех остальных. Специфической, например, на ион аммония является реакция:

Аммиак обнаруживают по запаху или по посинению красной лакмусовой бумажки, смоченной в воде и помещенной над пробиркой.

Селективность реакций можно повысить, изменяя их условия (рН) или применяя маскирование. Маскирование заключается в уменьшении концентрации мешающих ионов в растворе меньше предела их обнаружения, например путем их связывания в бесцветные комплексы.

Если состав анализируемого раствора несложен, то его после маскировки анализируют дробным способом. Он заключается в обнаружении в любой последовательности одного иона в присутствии всех остальных с помощью специфических реакций, которые проводят в отдельных порциях анализируемого раствора. Поскольку специфических реакций немного, то при анализе сложной ионной смеси используют систематический способ. Этот способ основан на разделении смеси на группы ионов со сходными химическими свойствами путем перевода их в осадки с помощью групповых реактивов, причем групповыми реактивами воздействуют на одну и ту же порцию анализируемого раствора по определенной системе, в строго определенной последовательности. Осадки отделяют друг от друга (например, центрифугированием), затем растворяют определенным образом и получают серию растворов, позволяющих в каждом обнаружить отдельный ион специфической реакцией на него.

Существует несколько систематических способов анализа, называемых по применяемым групповым реактивам: сероводородный, кислотно-основный, аммиачно-фосфатный и другие. Классический сероводородный способ основан на разделении катионов на 5 групп путем получения их сульфидов или сернистых соединений при воздействии H₂S, (NH₄)₂S, NaS в различных условиях.

Более широко применяемым, доступным и безопасным является кислотно-основный метод, при котором катионы разделяют на 6 групп (табл. 1.3.1.). Номер группы указывает на последовательность воздействия реактивом.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема: Характеристика методов качественного анализа. Аналитическая классификация катионов и анионов.

Цель: приобретение новых знаний при изучении методов качественного анализа.

1.Качественный химический анализ.

2. Качественный анализ катионов. Аналитическая классификация катионов по группам.

3. Качественный анализ анионов. Аналитическая классификация анионов по группам.

1.Под качественным химическим анализом вещества понимают определение его качественного состава, т.е. открытие (идентификацию) атомов, атомных групп, ионов и молекул в анализируемом веществе.

Существует два метода качественного анализа: дробный и систематический. Дробный качественныйанализ предполагает обнаружение иона или вещества в анализируемой пробе с помощью специфического реагента в присутствие всех компонентов пробы. Примером такой реакции может служить обнаружение ионов аммония при подщелачивании раствора:
NH4 + + ОН – = NH₃↑ + Н₂O

Однако специфических реагентов известно немного. Более распространенны групповые реагенты, дающие сходные реакции с целой группой ионов.

Групповые реагенты используются в систематическом качественном анализе, который предусматривает разделение смеси анализируемых ионов по аналитическим группам, после чего внутри каждой группы с помощью тех или иных реакций разделяют и открывают индивидуальные ионы.

2. Качественный анализ катионов. Аналитическая классификация катионов по группам.

В основу той или иной аналитической классификации катионов по группам положены их сходства или различия по отношению к действию определенных аналитических реагентов и свойства образующихся продуктов аналитических реакций (растворимость в воде, кислотах и щелочах, способность к комплексообразованию, окислительно-восстановительные свойства).

Существует ряд классификаций катионов по группам (или химических методов качественного анализа катионов). Наиболее распространенными среди них являются три классификации: сероводородная, аммиачно-фосфатная и кислотно-основная, причем сероводородный метод анализа в настоящее время практически не используется, т.к. требует применения токсичного сероводорода и довольно продолжителен.

Применение групповых реагентов позволяет подразделить многие катионы по аналитическим группам, однако не существует классификации, охватывающей все известные катионы или, по крайней мере, катионы всех металлов.

Таблица 1.1 Сероводородная классификация катионов.

Групповой реагент

Li + , Na + , K + , NH ₄ + , Mg 2+

Са 2+ , Sr 2+ , Ba 2+

Раствор (NH ₄ ) ₂ СО ₃ в аммиачном буфере, рН=9,2

Al 3+ , Cr 3+ , Zn 3+ , Mn 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Co 2+ , Ni 2+

Cu 2+ , Cd 2+ , Mg 2+ , Bi 3+ , Sn 3+ , Sn 4+ , Sb 5+ , As 3+ , As 5+

Раствор H ₂ S, pH= 0,5 (HCI)

Ag + , Hg ₂ 2+ , Pb 2+

Таблица 1.2. Аммиачно-фосфатная классификация катионов.

Групповой реагент

Li + , Mg 2+ , Са 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Al 3+ , Bi 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ *

Раствор (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ в водном аммиаке (25 %)

Cu 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ , Mg 2+ , Ni 2+

Раствор (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ ; фосфаты растворимы в водном аммиаке

Sn 2+ , Sn 4+ , As 3+ , As 5+ , Sb 3+ , Sb 5+

Ag + , Hg ₂ 2+ , Pb 2+

* Фосфаты двухзарядных катионов растворимы в уксусной кислоте (2 моль/л), трехзарядных — нет.

2.1. Анализ смеси катионов второй аналитической группы: Ag + ,Hg 2+ ,Pb 2+ .

Открыть ионы дробно в смеси невозможно, т.к. нет избирательного реагента, поэтому проводят систематический анализ.

К анализируемому раствору прибавляют на холоде групповой реагент-раствор (2 моль/л) HCI до полного выделения осадка, состоящего из AgCl, Hg₂CI₂ (если раствор остается прозрачным при добавлении 2 капель НCl, осаждение считается полным).

2.2. Анализ смеси катионов третьей аналитической группы: Сa 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ .

Анализ раствора, содержащего смесь катионов третьей аналитической группы, обычно проводят по следующей схеме.

Вначале проводят предварительные испытания: в отдельных небольших пробах анализируемого раствора дробно открывают катионы, присутствующие в растворе, учитывая их взаимное влияние друг на друга. Часто этим ограничиваются.

I. Предварительные испытания.

1. Открытие катионов бария (II):

Ва 3+ + К ₂ Сr ₂ O ₇ (в прис. СН ₃ СОО – ) → ВаСrО ₄ ↓ – желтый, осадок не растворяется в разбавленной уксусной кислоте;

2. Sr 2+ и Са 2+ может открыть, только если нет Ва 2+ .
Sr 3+ + CaSО ₄ → SrSO ₄ ↓ + Са 2+ (реакция с гипсовой водой);
Са 2+ + K ₄ [Fe(CN) ₆ ] + 2 NH ₄ + → (NH ₄ ) ₂ Ca[Fe(CN) ₆ ]↓ белый осадок (Sr 2+ не мешает);

3. Если нет Ва 2+ и Sr 2+ , то Са 2+ + Na ₂ C ₂ O ₄ → СаС ₂ O ₄ ↓ белый

Осадки гидроксидов не растворяются в полном аммиаке, за исключением Zn(OН) ₂ , который образует аммиачный комплекс [Zn(NH ₃ ) ₄ ] 2+ . В присутствии H ₂ О ₂ катионы Cr 3+ , As 3+ , Sn 2+ окисляются соответственно до СrO ₄ 2- , AsO ₄ 3- , [Sn(ОH) ₆ ] 2- ионов. Мышьяк (III) и мышьяк (V) считаются катионами As 3+ , As 5+ условно, т.к. в полных растворах они присутствуют и виде ионов AsO ₃ 3- и AsO ₄ 3- соответственно.

В пятую аналитическую группу входят катионы Mg 2+ , Мn 2+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Bi 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ . Групповой реагент – водный раствор NaOH (обычно 2 моль/л) или 25%-ый водный раствор аммиака. Под действием группового реагента катионы осаждаются в виде соответствующих гидроксидов, которые не растворяются в избытке группового реагента. На воздухе гидроксиды Mn(OH) ₂ и Fe(ОН) ₂ постепенно окисляются кислородом до МnО(ОH) ₂ и Fe(ОН) ₃ .

К шестой аналитической группе относятся катионы Сu 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Co 2+ , Ni 2+ . Групповой реагент – 25%-ый водный раствор аммиака. При действии группового реагента на водные растворы, содержащие хлориды катионов данной группы, сначала выделяются осадки различного состава: CuOHCl, CoOHCl, NiOHCI, Cd(OH) ₂ , HgNH ₂ CI. Осадки растворяются в избытке группового реагента с образованием соответствующих аммиачных комплексов. Осадки, выпавшие из растворов солей Со 2+ и Hg 2+ , растворяются в избытке аммиака только в присутствии солей аммония. Аммиачный комплекс кобальта (II) грязно-желтого цвета окисляется па воздухе до аммиачного комплекса кобальта (III) вишнево-красного цвета.

2.2.1. Анализ смеси катионов первой аналитической группы: Li + , Na + , К + , NН + .

Катионы первой аналитической группы не имеют группового реагента. Катионы Li + и NH4 + мешают открытию катионов Na + и К + , поэтому из анализируемого раствора их нужно удалять. Вначале в отдельных пробах анализируемого раствора открывают катионы Li + и NН₄ + , после чего эти ноны удаляют, а в остатке открывают К + , Nа + .

I. Предварительные испытания (проводят в отдельной порции анализируемого раствора).

1. Открытие катионов Li + :
а) раствор + Na₂РО₄ → белый Li₃PO₄ ↓ (рН=7-8);
б) раствор + NH₄F → LiF ↓ (белый)

2.2.2. Анализ смеси катионов четвертой аналитической группы:
Zn 2+ , Аl 3+ , Sn 2+ , Sn 4+ , As 3+ , Cr 3+ , As 5+ .

При анализе раствора, содержащего катионы четвертой аналитической группы, сначала целесообразно провести предварительные испытания, а затем систематический анализ.

I. Предварительные испытания.

1. Открытие Сr 3+ (если они присутствуют, раствор должен быть сине-зеленым):
[Cr(H ₂ О) ₆ ] 3+ (зеленый)+ Н ₂ О ₂ (3%) + NaOH изб. → СrО ₄ 2- (желтый)

2. Открытие Sn 2+ :
Sn 2+ + NaOH + Bi(NO ₃ ) ₃ (1-2 капли) → Вi_↓ +[Sn(OH) ₆ ] 2-

3. Открытие As 3+ (AsO3 3- в растворе):
AsO₃ 3- + AgNO ₃ → Ag ₃ AsO ₃ ↓ желтый, аморфный

4. Открытие As 5+ (AsO ₄ 3- в растворе):
AsO ₄ 3- + AgNO ₃ = Ag ₃ AsO ₄ аморфный осадок шоколадного цвета

II. Систематический анализ.

2.3. Анализ смеси катионов пятой аналитической группы:
Mg 2+ , Mn 2+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Bi 3+

Некоторые катионы данной аналитической группы удобнее открыть в предварительных испытаниях.

1. Предварительные испытания.

3. Открытие ионов Мn 2+ :
а) Mn 2+ + NaBiO ₃ +Н + → МnO ₄ – + Bi 3+ + Na +
б) Мn 2+ + РbO ₂ + H + → МnО ₄ – + Рb 2+
МnO ₄ – – ноны окрашивают раствор в малиновый цвет.

4. Открытие ионов Bi 3+ (реакцию проводят о щелочной среде, рH=10):
Bi(OH) ₃ +[Sn(OH) ₄ ] 2- → Bi↓ + [Sn(OH) ₆ ] 2- черный

2.4. Анализ смеси катионов шестой аналитической группы: Сu 2+ , Сd 2+ , Hg 2+ , Cо 2+ , Ni 2+ .

Перед проведением систематического анализа в отдельных пробах анализируемого раствора можно открыть некоторые катионы с помощью характерных для них реакций.
Некоторые выводы можно сделать по окраске анализируемого раствора: так, аквакатионы Ni 2+ придают раствору зеленоватую окраску, Со 2+ – розовую, Сu 2+ – голубую.

Отдельную порцию раствора можно обработать водным раствором аммиака и проанализировать окраску раствора, зная, что водные растворы аммиачных комплексов металлов окрашены следующим образом:
[Cu(NH₃)₄] 2+ – синий;
[Co(NH₃)₆] 2+ – сине-фиолетовый;
[Co(NH₃)₄] 2+ – желтый;
[Cd(NH₃)₄] 2+ , [Hg(NH₃)₄] 2+ – бесцветные.

2.5. Анализ смеси наиболее распространенных катионов всех шести аналитических групп: Na + , К + , NH₄ + , Ag + , Pb 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Al 3+ , Sn 2+ , Cr 3+ , Mg 2+ , Bi 3+ , Mn 2+ , Fе 3+ ,Fе 3+ , Cu 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ni 2+ .

Анализируемый раствор может быть окрашенным или бесцветным. По окраске раствора высказывают предположение о присутствии или отсутствии катионов, имеющих характерную окраску. Например, если раствор прозрачный и бесцветный, можно предположить, что он не содержит катионы Сr 3+ , Fe 3+ , Сu 2+ , Со 2+ , Ni 2+ .

Некоторые предположения можно сделать и на основании измерения рН pacтвора (например, с помощью универсальной индикаторной бумаги). Если значение pН раствора находится в пределах рН = 2 – 4 и раствор не содержит осадка, то о нем отсутствуют Sn(II), Sn(IV), Sb(III), Sb(V), Bi(III), Hg(II), Fe (III), т.к. в противном случае продукты их гидролиза выделились бы в форме осадков.

Анализируемый раствор обычно делят на 3 части. Одну часть используют для предварительных испытании, другую – для проведения систематического анализа, третью оставляют для контроля.

3. Качественный анализ анионов. Аналитическая классификация анионов по группам.

Обычно открытие анионов в химическом анализе осуществляют с использованием разных качественных аналитических реакций в растворах на тот или иной анион. Разумеется, не исключается применение и других методов анализа (оптических, хроматографических, электрохимических и др.).

Аналитическая классификация анионов по группам, в отличие от аналитической классификации катионов, разработана не столь подробно. Не существует общепризнанной и повсеместно принятой классификации анионов по аналитическим группам. Описаны различные классификации анионов.

Чаще всего принимают во внимание растворимость солей бария и серебра тех или иных анионов и их окислительно-восстановительные свойства в водных растворах. В любом случае удастся логически разделить на группы только часть известных анионов, так что всякая классификация анионов ограничена и не охватывает все анионы, представляющие аналитический интерес.

В табл. 2.1 и 2.2. приведены примеры классификации анионов по аналитическим группам.

Таблица 2.1. Классификация анионов, основанная на образовании малорастворимых солей бария и серебра.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Качественный анализ. Презентация на заданную тему содержит 23 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Качественный анализ Основной задачей качественного анализа неорганических веществ является установление химического состава, т.е. обнаружения катионов и анионов, содержащихся в анализируемом веществе. Качественный анализ вещества можно проводить химическими, физическими и физико-химическими методами. Химические методы анализа основаны на применении характерных химических реакций для установления состава анализируемого вещества.

В химических методах количественного анализа определяемый компонент переводят в соединение, обладающее характерным свойством (выпадает осадок, изменяется цвет раствора, выделяется газ) на основании которого можно установить, что присутствует именно этот компонент. В химических методах количественного анализа определяемый компонент переводят в соединение, обладающее характерным свойством (выпадает осадок, изменяется цвет раствора, выделяется газ) на основании которого можно установить, что присутствует именно этот компонент.

Химический анализ вещества проводят двумя способами: “сухим путём” или “мокрым путём”. Химический анализ вещества проводят двумя способами: “сухим путём” или “мокрым путём”. Анализ сухим путем – это химические реакции, происходящие с веществами при накаливании, сплавлении и окрашивании пламени.

Реакция окрашивания пламени. Летучие соли некоторых катионов можно распознать по окрашиванию бесцветного пламени горелки. Реакция окрашивания пламени. Летучие соли некоторых катионов можно распознать по окрашиванию бесцветного пламени горелки. При высокой температуре соли диссоциируют на ионы, при этом ионы металла восстанавливаются в атомы металлов, пары которых и окрашивают пламя.

Для проведения испытания нихромовую проволочку, впаянную в стеклянную палочку, предварительно нагревают в пламени горелки. Для проведения испытания нихромовую проволочку, впаянную в стеклянную палочку, предварительно нагревают в пламени горелки. Затем на проволоку помещают анализируемое вещество, которое вводят в пламя горелки. Пламя окрашивается в характерный для исследуемого элемента цвет. Этот путь анализа быстрый, чувствительный, но имеет недостатки, поэтому его применяют при предварительной испытаниях или в качестве дополнительной реакции.

Анализ мокрым способом – это химические реакции, протекающие в растворах электролитов. Анализируемое вещество предварительно растворяют в воде или других растворителях. Анализ мокрым способом – это химические реакции, протекающие в растворах электролитов. Анализируемое вещество предварительно растворяют в воде или других растворителях. В зависимости от массы растворенного вещества, объёма раствора, применяемого для анализа, различают макро-, полумикро-, микро-, ультромикро-, субмикро-, субультрамикрометоды качественного анализа. В учебной практике применяют макро-, полумикро-, микроанализы.

При выполнении макроанализа используют навески сухих исследуемых веществ массой от 1,5 до 1г или, если исследуемое вещество находится в растворенном состоянии, берут растворы объёмом от 5 до см3 раствора. При выполнении макроанализа используют навески сухих исследуемых веществ массой от 1,5 до 1г или, если исследуемое вещество находится в растворенном состоянии, берут растворы объёмом от 5 до см3 раствора. При проведении микроанализа масса исследуемого вещества должна быть приблизительно в 100 раз меньше, чем при макроанализе, т.е. несколько миллиграммов твердого вещества или несколько капель раствора.

При выполнении полумикроанализа используют навески твердого вещества массой от 0,05 до 0,1 г или растворы объёмом от 0,5 до 1 см3 раствора, что соответственно составляет 1/10 от массы и объёма исследуемого вещества в макроанализе. При выполнении полумикроанализа используют навески твердого вещества массой от 0,05 до 0,1 г или растворы объёмом от 0,5 до 1 см3 раствора, что соответственно составляет 1/10 от массы и объёма исследуемого вещества в макроанализе. Методика полумикроанализа принципиально не отличается от методики макроанализа, но имеет ряд преимуществ: работа с незначительной массой исследуемого вещества создает экономию реактивов в 5-10 раз, сокращает продолжительность анализа, улучшает санитарно-гигиенические условия.

В зависимости от массы или объёма раствора исследуемого вещества реакции выполняют пробирочным, капельным и микрокристаллоскопическим методами. В зависимости от массы или объёма раствора исследуемого вещества реакции выполняют пробирочным, капельным и микрокристаллоскопическим методами. Пробирочный метод. При выполнении анализа реакции проводят в стеклянных пробирках объёмом 2-5 см3. Для отделения осадков от растворов применяют центрифугирование.

Капельный анализ осуществляют на фарфоровых или стеклянных пластинках, а также на полосках фильтровальной бумаги нанесением 1 капли исследуемого раствора и 1 капли реактива. Капельный анализ осуществляют на фарфоровых или стеклянных пластинках, а также на полосках фильтровальной бумаги нанесением 1 капли исследуемого раствора и 1 капли реактива. Появление осадка наблюдают на стеклянной пластинке, появление окраски – на белой пластинке или на полоске бумаги. Цветные капельные реакции чаще всего проводят на фильтровальной бумаге. Используя разные адсорбционные свойства определяемых ионов, можно одновременно обнаружить 2-3 иона по появлению 2-3 кольцевых зон, окрашенных в различные цвета.

Капельный анализ отличается высокой чувствительностью, экономичностью и специфичностью. Капельный анализ отличается высокой чувствительностью, экономичностью и специфичностью. С помощью капельных реакции можно обнаружить одни ионы в присутствии других, не прибегая к их предварительному разделению, что значительно упрощает и ускоряет проведение анализа. В случае необходимости, при выполнении капельных реакции и реакций проводимости применяют маскировку мешающих ионов.

Микрокристаллоскопический анализ. Этот метод основан на обнаружении компонентов при помощи реакции, в результате которых образуются соединения с характерной формой кристаллов. Микрокристаллоскопический анализ. Этот метод основан на обнаружении компонентов при помощи реакции, в результате которых образуются соединения с характерной формой кристаллов. Для рассмотрения образующихся кристаллов пользуются микроскопом. Реакции проводят на предметных стёклах, куда помещают 1 каплю исследуемого раствора и каплю характерного реактива на определяемый ион. Через некоторое время появляются явно различимые, определенной формы и цвета кристаллы соединения искомого иона.

Благодаря применению микроскопа можно анализировать очень малые количества вещества. Благодаря применению микроскопа можно анализировать очень малые количества вещества. Но применение микрокристаллоскопических реакции ограниченно из-за присутствия в исследуемом растворе посторонних примесей, мешающих образованию кристаллов, характерных только для данного иона.

Специфическими называют такие реакциями и реактивы, при помощи которых можно открыть ион в присутствии других ионов. Специфическими называют такие реакциями и реактивы, при помощи которых можно открыть ион в присутствии других ионов. Реактив, с помощью которого в исследуемом растворе обнаруживают определяемый ион, называют характерным реактивом, а реакцию – характерной или реакцией обнаружения.

Требования к качественным реакциям: Требования к качественным реакциям: В качественном анализе не все химические реакции можно использовать для обнаружения и отделения одних ионов от других. Применяют лишь реакции, удовлетворяющие следующим требованиям:

Реакции должны протекать быстро Реакции должны протекать быстро Реакции должны быть практически необратимыми Реакции должны сопровождаться внешним эффектом: а) изменением окраски раствора; б) осаждением (или растворением) осадка; в)выделением газообразных веществ; г)окрашиванием пламени и др. Реакция должна отличаться высокой чувствительностью и по возможности специфичностью.

Условия проведения качественных реакций. Условия проведения качественных реакций. При выполнении качественных реакций необходимо создавать определенные условия для их протекания, иначе результат реакций окажется неверным:

Соответствующая среда раствора. Например, осадок, растворимый в кислотах, не может выпадать из раствора, имеющего кислую среду; осадок, растворимый в щелочах, не выпадает в щелочной среде, его можно обнаружить только в нейтральной среде. Соответствующая среда раствора. Например, осадок, растворимый в кислотах, не может выпадать из раствора, имеющего кислую среду; осадок, растворимый в щелочах, не выпадает в щелочной среде, его можно обнаружить только в нейтральной среде.

Достаточная концентрация обнаруживаемого иона. При очень малой концентрации определяемого иона реакция перестает протекать. Известно, что вещество может выпадать в осадок только тогда, когда его концентрация в растворе превышает растворимость при данных условиях. Достаточная концентрация обнаруживаемого иона. При очень малой концентрации определяемого иона реакция перестает протекать. Известно, что вещество может выпадать в осадок только тогда, когда его концентрация в растворе превышает растворимость при данных условиях.

Требования к химическим реактивам. Химическими реактивами называют вещества, которые используют для проведения химических реакций. Требования к химическим реактивам. Химическими реактивами называют вещества, которые используют для проведения химических реакций.

Основным требованием к химическим реактивам является их чистота. Основным требованием к химическим реактивам является их чистота. При использовании загрязненных реактивов, содержащих примеси или определяемые ионы, результаты анализа получаются неверными. По степени чистоты химические реактивы классифицируют на технические(т), чистые (ч) — содержат примесей до 2,6%, чистые для анализа (чда) —до 1,0% примесей, химически чистые (хч) — менее 0,1 % примесей, высоко эталонно чистые (вэч) и особо чистые (осч). Две последние группы реактивов характеризуются высокой чистотой: 0,01—0,00001 % примесей.

Для проведения большинства аналитических работ пользуются реактивами с марками хч и чда. Для проведения большинства аналитических работ пользуются реактивами с марками хч и чда. В химические лаборатории реактивы поступают в соответствующей таре, которая снабжена этикеткой. На этикетке указаны название и химическая формула соединения, а также степень чистоты и количественное присутствие допустимых примесей.

Читайте также: