Кількісний хімічний аналіз, його значення і розвиток

Аналітична хімія ─ наука про методи визначення хімічного складу речовини. На попередніх лекціях ми познайомились з її першою частиною ─ методами якісного визначення складу речовини. Метою другої частини ─ кількісного аналізу ─ є визначення кількісних співвідношень між складовими частинами різноманітних речовин або матеріалів. Задачею цього розділу курсу є вивчення теоретичних основ і практичних прийомів кількісного аналізу.

Науково-дослідна робота в галузі хімії і хімічної технології неможлива без застосування аналізу. Так, при одержанні нових хімічних сполук і матеріалів, включаючи вуглецьвмісні, дослідження їх складу, властивостей (розчинності, можливості хімічних перетворень), при вивченні залежності перебігу хімічних процесів від фізичних умов необхідне застосування методів кількісного аналізу. Тому спеціалісти, які працюють в усіх галузях хімічної (і не тільки) науки та виробництва, повинні знати методи і вміти правильно виконувати основні операції кількісного аналізу.

Залишаючи в стороні такі галузі знань і виробництва, як хімічна і харчова промисловість, геохімія і мінералогія, агрохімія і біохімія рослин, медицина, фармакологія, металургія, електронна і атомна техніка, а також багато інших, зосередимо увагу на ролі кількісного аналізу при дослідженні корисних копалин, зокрема природного газу і нафти. Цінність того чи іншого родовища природного газу визначається не тільки його розмірами, але й вмістом його основного компоненту ─ метану і супутніх домішок. Якість нафти кардинально залежить як від вмісту її основних фракцій (ациклічних насичених, нафтенів, ароматичних вуглеводнів), але й наявністю інертних та шкідливих домішок. Відомо, що сірка різко погіршує якість вуглеводневої сировини, ускладнює її переробку. Ось чому нафта аравійського півострова ціниться вище, ніж татарська чи тюменська. А всю цю інформацію може дати в першу чергу кількісний хімічний аналіз.

Коротко про головні етапи розвитку кількісного аналізу.

Хімічний аналіз як такий зародився ще в середні віки. Так, Арикола (1494 – 1555 рр) склав багато прописів аналізу, деякі з яких (зі змінами) застосовуються і зараз. Він описав терези у скляному ящику, тиглі, печі та інші апарати та інструменти.

Спеціальний термін “хімічний аналіз” вперше в XVII столітті застосував англійський вчений Р. Бойль для означення реакцій, за допомогою яких можливо визначити одні речовини у присутності інших. Він описав застосування лакмусу, методи відкриття сірчаної і соляної кислоти за допомогою солей кальцію і срібла та інші аналітичні реакції.

Відомі багато чисельні роботи шведського хіміка Т. Бергмана (середина XVII ст), який систематизував і розробив ряд методик. Зокрема він встановив, що по вазі речовини, яка утворюється в результаті реакції, можна судити про кількість визначаємої речовини.

Однак ці та інші методи методики аналізу хоча і мали певне значення, не містили під собою твердого наукового обгунтування. М. В. Ломоносов, а пізніше А. Л. Лавуазьє сформулювали закон збереження маси, створили наукове підґрунтя кількісному аналізу. Той же Лавуазьє виконав багато визначень за допомогою зважування, особливо кисневих сполук. Він визначив склад СО₂, інших оксидів, наприклад Р₂О₅, води, створив основи елементарного аналізу органічних речовин: спалюючи органічну речовину, він визначав кількість водню і вуглецю по масі СО₂ і Н₂О.

На початку XIX ст. Дж. Дальтон і Ж. Гей-Люссак встановили важливі залежності між об’ємом, масою, тиском і температурою газів і поклали початок газовому аналізу.

Одним з найбільш видатних хіміків-аналітиків першої половини XIX був шведський вчений І. Я. Берцеліус. Завдяки аналізу великої кількості сполук він визначив атомні маси всіх відомих тоді елементів з високою точністю: С ─ 12,12; H ─ 1,0; O ─ 16,0; S ─ 32,3 тощо.

Великий вплив на розвиток аналітичної хімії у середині XIX ст. мали роботи німецького вченого К. Р. Фрезеніуса. Він розробив багато методів аналізу, які не втратили свого значення і зараз. Заснував в 1862 р. перший в світі аналітичний журнал (Zeitschrift fur Analtische Chemie), склав систематичний підручник з кількісного аналізу.

Методи титрування (об´ємний аналіз) застосовувались давно у технічному і фармацевтичному аналізі. В практику ж наукового дослідження об´ємний аналіз вперше (1824 – 1832 рр) ввів Гей-Люссак, використавши цей метод для визначення хлоридів срібла і кислот. Однак, об´ємний аналіз входив в коло наукових методів значно повільніше, ніж ваговий чи газовий. Титрування заліза (ІІ) перманганатом було вперше застосовано в 1846 р., а перша невеличка інструкція щодо цієї групи методів було складено Ф. Мором в 1853 р.

В другій половині XIX і в XX ст.. продовжувався інтенсивний розвиток теорії і методів аналітичної хімії. Могутніми поштовхами до цього були закон діючих мас, створення і розвиток електролітичної дисоціації. Ці та інші досягнення науки сприяли розробці теоретичних основ процесів осадження і розчинення, кислотно-основних рівноваг, комплексоутворення, окисно-відновних процесів. В цей же період на основі розвитку фізики, фізичної хімії і приладобудування почали створюватися інструментальні методи аналізу: електрохімічні, спектральні, хроматографічні та інші.

Дата добавления: 2014-01-07