Ваговий аналіз

Кількісний аналіз

Предмет і задачі кількісного аналізу

Задача кількісного аналізу – визначення кількісного вмісту хімічних елементів (або їх груп) в сполуках. За допомогою кількісного аналізу можна встановити кількісний елементний або молекулярний склад речовини, що аналізується, або склад окремих його компонентів.

Кількісний аналіз дозволяє встановити:

1. Кількісні співвідношення складних частинок невідомої індивідуальної сполуки (встановити її молекулярну формулу).

2. Вміст або концентрацію речовини, що визначається, у досліджуваному зразку.

3. Вміст усіх або деяких елементів або йонів, що входять до складу даної речовини.

4. Вміст усіх або деяких основних компонентів суміші.

5. Вміст певних форм того чи іншого елемента, або простих та складних речовин, що вони утворюють.

6. Вміст неголовних компонентів (домішок).

7. Вміст мікродомішок у особливо чистих речовинах.

8. Вміст функціональних груп.

У широкому значенні слова кількісним аналізом називається сукупність хімічних, фізичних та фізико-хімічних методів дослідження, що дозволяють з певною точністю визначати у зразку речовини, яка аналізується, кількісний вміст окремих частинок, які входять до складу речовини, або концентрацію їх у розчині, а також встановити вміст домішок у досліджуваному технічному об’єкті.

Усі методи кількісного аналізу в залежності від характеру експериментальної техніки, яка використовується для кінцевого визначення частинок, що находять до складу аналізованої речовини або суміші речовин, поділяють на три групи: хімічні, фізичні і фізико-хімічні методи.

Хімічні методи ґрунтуються на використанні хімічних реакцій.

До хімічних методів аналізу належать: ваговий та об’ємний.

Ваговий (гравіметричний) аналіз ґрунтується на точному вимірюванні маси речовини, що визначають, або його складових частинок, які виділяють у хімічно чистому стані або у вигляді осаду точно відомого постійного складу, що містить сполуку чи йон, що визначають. Вміст компонента, що визначають у вихідній речовині, обчислюють виходячи з масових кількостей речовини, яку аналізують, і речовини, яку одержують внаслідок хімічної реакції (після відповідної обробки).

Найчастіше речовину, що визначають, осаджують у вигляді сполуки певного складу. Для цього зважену кількість (наважку) речовини, що аналізується, переводять у розчин, до одержаного розчину додають відповідний реактив, який реагує з одним з компонентів суміші, що аналізують, з утворенням малорозчинної сполуки. Осад відокремлюють від розчину фільтруванням, промивають з метою видалення усіх розчинних у даному розчиннику домішок, висушують або прожарюють до постійної маси і зважують на аналітичних терезах.

Усі методи вагового аналізу можна поділити на три групи: а) виділення; б) осадження; в) відгонки.

У методах виділення компонент, що визначають, кількісно виділяють у вільному стані з речовини, що аналізують, і зважують на аналітичних терезах.

У методах осадження компонент, який визначають, кількісно осаджують хімічними способами у вигляді малорозчинної хімічної сполуки певного складу. Осад, що виділився, промивають, висушують та прожарюють. При цьому осад більшою частиною перетворюється в нову речовину відомого складу, яку і зважують на аналітичних терезах. У ваговому аналізі розрізняють: форму осадження, тобто форму, у вигляді якої осаджують речовину, що визначають, і вагову форму, тобто форму, у вигляді якої, речовину, що визначають, зважують.

У методах відгонки компонент, що визначають, кількісно відганяють у вигляді леткої сполуки. Відокремлення частини, яку визначають, здійснюють шляхом нагрівання речовини, що аналізують, або дією відповідних реагентів, що супроводжується виділенням летких продуктів.

Об’ємний аналіз

Об’ємний аналіз ґрунтується на вимірюванні об’єму розчину реактиву точно відомої концентрації, який витрачений на реакцію з даною кількістю, речовини, що визначається. Додавання до речовини А, що визначається, розчину реактиву В відомої концентрації продовжують до закінчення реакції, тобто до досягнення точки еквівалентності. Об’єм витраченого розчину реактиву точно вимірюють за допомогою спеціальних приладів і потім розрахунки проводять за законом еквівалентів.

Титриметричні методи аналізу ґрунтуються на використанні самих різноманітних реакцій: нейтралізації, окиснення-відновлення, осадження, комплексоутворення, йонного обміну, заміщення, приєднання.

Титруванням називають процес безперервного, контрольованого і поступового змішування вимірюваної кількості твердої, рідкої, газоподібної речовини, або частіше, точно вимірюваного об’єму стандартного розчину реагенту В з речовиною, яка досліджується. При цьому кількість реагенту відповідає вмісту компонента А, що визначають, який реагує з реагентом В у строго еквівалентних кількостях.

В залежності від типу основних реакцій, що використовуються, об’ємні методи аналізу класифікують на наступні групи:

а) метод нейтралізації або кислотно-основного титрування ґрунтуються на використанні реакцій нейтралізації кислот, основ, солей слабких кислот чи слабких основ, що сильно гідролізуються у водних розчинах, т. ін.;

б) метод окиснення-відновлення ґрунтується на використанні реакцій окиснення-відновлення атомів елементів, що здатні переходити з нижчого ступеня окиснення до вищого, і навпаки;

в ) методи осадження ґрунтуються на використанні реакцій осадження;

г) методи комплексоутворення ґрунтуються на використанні реакцій комплексоутворення.

Відповідно правилу еквівалентності, титрування необхідно продовжувати до того часу, поки кількість реагенту В не стане еквівалентним вмісту речовини А, яку визначають. Момент, коли кількість стандартного розчину В стає теоретично суворо еквівалентним кількості речовини А, відповідно певному рівнянню хімічної реакції, називають точкою еквівалентності.

Точку еквівалентності встановлюють різними способами, наприклад, за зміною кольору індикатора, який додають у розчин, що титрують. Момент, при якому відбувається зміна кольору індикатора, що спостерігають, називають кінцевою точкою еквівалентності. Дуже часто кінцева точка титрування не зовсім збігається з точкою еквівалентності, яка відповідає теоретичній точці кінця титрування. Звичайно кінець титрування встановлюють за зміною кольору розчину, що титрують, або індикатора, що вводять на початку або у процесі титрування. Застосовують також безіндикаторні методи, які ґрунтуються на використанні спеціальних приладів, що дозволяють фіксувати зміни, які відбуваються у розчині у процесі титрування.

Методи кислотно-основного титрування (методи нейтралізації)

Методи нейтралізації ґрунтуються на використанні реакцій нейтралізації. Методи нейтралізації дозволяють кількісно визначати кислоти (за допомогою титрованих розчинів лугів), основ (за допомогою титрованих розчинів кислот) та інші речовини, що реагують у стехіометричних співвідношеннях з кислотами або основами у водних розчинах. Використовуючи спеціальні прийоми титрування, методами нейтралізації можна визначати вміст багатьох солей.

Кислотно-основне титрування має два основних методи:

1. Ацидиметрія – визначення основ.

2. Алкаліметрія – визначення кислот.

Для титрування основ найчастіше використовують хлоридну кислоту. У тих випадках коли необхідно нагрівати або кип’ятити розчини, використовують сульфатну або хлорну кислоти. Для титрування кислот найбільш широко використовуються титровані розчини натрій гідроксиду або калій гідроксиду.

Точку еквівалентності фіксують за зміною забарвлення індикатора. Індикатори, що застосовують у методі нейтралізації, являють собою органічні речовини, які змінюють свій колір в залежності від рН середовища.

Методи окисно-відновного титрування (методи ред-оксиметрії)

Методи ред-оксиметрії ґрунтуються на використанні реакцій окиснення-відновлення. Як стандартні розчини у методах окиснення-відновлення використовують розчини різноманітних окисників та відновників. Як правило, відновники титрують розчинами окисників, а окисники – розчинами відновників. Назва методів, в яких застосовується принцип ред-оксиметрії, походить від назви робочих титрованих розчинів. Особливо часто використовують наступні:

1. Перманганатометрія. Цей метод ґрунтується на окиснювальній дії робочого розчину калій перманганату. Титрування здійснюється без індикатора.

2. Йодометрія. Робочий розчин – розчин вільного йоду (йон І^- – відновник). Метод дозволяє визначати як окисники, так і відновники. Індикатор – крохмаль.

3. Хроматометрія. Як робочий розчин застосовується розчин калій дихромату. Метод можна використовувати як для прямих, так і для непрямих визначень.

Крім того використовують: церіметрію, броматометрію, ванадатометрію, аскорбінометрію, титанометрію т. ін.

В деяких методах окисно-відновного титрування точку еквівалентності фіксують за зміною забарвлення розчину, що титрують, яка зумовлюється надлишком забарвленого стандартного розчину (KMnO₄). У методах, що ґрунтуються на титруванні стандартним розчином йоду або на виділенні йоду, точку еквівалентності встановлюють за допомогою крохмалю, який специфічно реагує з йодом. Це специфічний індикатор. Крім того, у методах окиснення-відновлення широко використовують індикатори, які називають ред-оксіндикаторами, які змінюють колір у залежності від величини окисно-відновного потенціалу.

Методи осадження

Методи осадження ґрунтуються на використанні реакцій осадження. Суть методів осадження полягає в тому, що речовину (або йон), яку визначають кількісно переводять в осад. Кількість речовини визначають за витраченим об’ємом робочого розчину.

Методи осадження класифікують наступним чином:

1. Аргентометрія – метод об’ємного аналізу, що ґрунтується на застосуванні стандартного розчину арґентум нітрату.

2. Меркуриметрія ґрунтується на утворенні слабодисоційованих сполук Меркурію (ІІ).

3. Меркурометрія ґрунтується на утворенні нерозчинних сполук Меркурію (І).

В аргентометрії розрізняють:

1. Метод Гей-Люсака ґрунтується на реакції, що відбувається між йонами Ag⁺ та Cl^- і виконується у відсутності індикатора. Точка еквівалентності визначається за припиненням утворення осаду при додаванні нової порції реагенту.

2. Метод Мора ґрунтується на реакції, що протікає між йонами Ag⁺ та Cl^- і виконується у присутності індикатора – розчину калій хромату. Точку еквівалентності фіксують при утворенні червоного осаду арґентум хромату.

3. Метод Фольгарда ґрунтується на реакції, що протікає між йонами Ag⁺ та SCN^- і виконується у присутності індикатора – йонів Fe³⁺. Арґентум нітрат беруть у надлишку і після реакції надлишок арґентум нітрату відтитровують KSCN або NH₄SCN у присутності залізоамонійних галунів.

4. Метод Фаянса ґрунтується на реакції, що відбувається між йонами Ag⁺ та Cl^- і виконується у присутності адсорбційних індикаторів.

Методи комплексонометрії

Застосовуючи методи комплексоутворення, можна кількісно визначати різноманітні катіони і аніони, які здатні вступати у реакцію комплексоутворення. Особливе положення серед методів комплексоутворення займає комплексонометрія.

Комплексонометрія – титриметричний метод, що ґрунтується на реакціях взаємодії йонів, які визначають, з деякими органічними реактивами.

Методи комплексонометрії ґрунтуються на використанні реакцій комплексоутворення. Комплексони (наприклад, комплексон ІІІ) широко використовуються для комплексонометричного титрування багатьох катіонів та аніонів. При цьому використовують метод як прямого, так і зворотного титрування. Точку еквівалентності встановлюють за допомогою індикаторів, які являють собою органічні барвники, що утворюють з катіонами забарвлені комплексні сполуки (метолоіндикатори).

Дата добавления: 2014-12-07