Размещено на http: //www. allbest. ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ГРАВІМЕТРИЧНИЙ АНАЛІЗ

2. КИСЛОТНО-ОСНОВНЕ ТИТРУВАННЯ

3. КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧНЕ ТИТРУВАННЯ

ВИСНОВКИ

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ



ВСТУП

Аналітична хімія - це наука про методи розділення, ідентифікації та визначення хімічного складу речовин.

Під хімічним складом розуміємо склад елементний, молекулярний, фазовий, ізотопний.

Предметом аналітичної хімії як науки є теорія і практика хімічного аналізу. Таким чином, аналітична хімія як фундаментальна наука розробляє та теоретично обґрунтовує методи хімічного аналізу речовин або їх сумішей.

Практичною задачею аналітичної хімії є встановлення хімічного складу (якісного та кількісного) речовин або їх сумішей.

Хімічний аналіз є важливим засобом контролю за виробництвом та оцінки якості продукції в цілому ряді галузей промислового виробництва, таких як чорна і кольорова металургія, машинобудування, виробництво чистих і надчистих матеріалів для радіоелектронної промисловості, гірничодобувна промисловість, хімічна нафтопереробна, нафтохімічна, фармацевтична і харчова промисловості, геологічна служба і т.д. Без хімічного аналізу неможливо вирішення проблем охорони навколишнього середовища, функціонування агропромислового комплексу, проведення медичної діагностики, розвиток біотехнології.



1. ГРАВІМЕТРИЧНИЙ АНАЛІЗ

Гравіметричним аналізом називають метод кількісного визначення, який оснований на точному вимірюванні маси визначуваного компонента, виділеного в елементарному стані або у вигляді сполуки сталого складу. Кількісною характеристикою аналітичного сигналу в гравіметрії є маса, а сигналом - сама речовина, яка утворюється при перебігу реакції осадження.

В гравіметричному аналізі розрізняють метод видалення летких компонентів (відгонки) та метод осадження.

В методах видалення летких компонентів (відгонки) визначувану складову частину досліджуваного об'єкта відганяють. Методи відгонки можуть бутипрямими і опосередкованими (непрямими).

Прямий метод - коли безпосередньо вимірюють масу відігнаного продукту. Кількість леткого компонента визначають за збільшенням маси вбирача.

Непрямий (опосередкований) метод - леткий компонент відганяють із наважки досліджуваної речовини і за зменшенням її маси судять про вміст леткого компоненту. Так можна визначити процентний вміст кристалізаційної води в солях, висушуючи наважку солі при фіксованій температурі.

CuSO4•7H2O > CuSO4 + 7H2O (пара)

Методи осадження застосовують частіше ніж методи відгонки.[1]

Метод осадження складається з наступних етапів:

1) наважку аналізованої речовини тим чи іншим способом переводять в розчин;

2) визначуваний елемент осаджують у вигляді малорозчинної сполуки (осаджувана форма).

Осаджувана форма - це сполука у вигляді якої визначуваний компонент осаджують із розчину.

3) осад відокремлюють фільтруванням від розчину;

4) осад промивають для видалення адсорбованих домішок з його поверхні;

5) осад висушують або прожарюють для отримання форми зручної для зважування (вагова форма)

Гравіметрична (вагова) форма - сполука, у вигляді якої проводять зважування.

6) зважування отриманого осаду. За масою осаду і його хімічною формулою обчислюють вміст визначуваних компонентів і їх відсоткове відношення до наважки.

Осаджувана форма може як співпадати з гравіметричною формою, так і відрізнятись від неї.

Приклад: 1)

Ва²⁺ + (SO₄)^2-> BaSO₄v ^t BaSO₄,

Ва^2+- визначуваний компонент;

(SO₄)^2-- осаджувач;

BaSO4v - осаджувана форма;

BaSO4 - гравіметрична форма.

Fe³⁺ + 3OH- > Fe(OH)₃v ^t 3H₂O + Fe₂O₃,

Fe³⁺- визначуваний компонент;

OH-- осаджувач;

Fe(OH)₃ - осаджувана форма;

Fe₂O₃- гравіметрична форма.

У прикладі 1 осаджувана і гравіметрична форми співпадають, а в прикладах 2 - відрізняються. Аналітичним сигналом у гравіметричному аналізі є гравіметрична форма, її масу ми вимірюємо і розраховуємо вміст визначуваного компонента [2]

Найчастіше в гравіметрії використовують метод осадження. Як осаджувачі використовують органічні та неорганічні речовини: луги, кислоти, амоніак, фосфати, оксалати лужних металів, солі барію, диметилгліоксим, оксалатну кислоту, піридин, хінолін, оксихінолін, натрій діетилдитіокарбамінат та інші.

Органічні осаджувачі мають переваги над неорганічними: вони в більшості є неелектролітами, їх осади менше забруднюються, мають велику молярну масу, що зменшує помилку при визначенні.

Нариклад, при визначенні Ni²⁺ з диметилгліоксимом гравіметричною формою може бути нікель диметилгліоксимат або оксид: NiDm₂ або NiО. Так як у NiDm₂ молекулярна маса значно більша, ніж у NiО, відносна похибка буде значно нижчою у випадку NiDm₂ при однаковому вмісті нікелю.

Основною вимогою до осаджувачів є вибірковість, тобто щоб осаджувач реагував тільки з визначуваним іоном.

Вимоги до осаджуваної форми:

1) мала розчинність (ДР <1•10-8);

2) легко відокремлюватись від розчину;

3) легко перетворюватись в гравіметричну форму.

Гравіметрична форма повинна:

1) відповідати хімічній формулі;

2) не поглинати вологу та СО2 з повітря;

3) по можливості мати велику молярну масу. [1]

Переваги і недоліки гравіметричного аналізу.

Гравіметричні методи аналізу дозволяють з відносно високою точністю визначати в даному зразкові аналізованої речовини кількісний вміст окремих компонентів або (якщо дано розчин) концентрацію їх в розчині. Гравіметричний аналіз придатний для визначення багатьох металів (катіонів) і неметалів (аніонів), складових частин сплавів, руд, силікатів, органічних сполук і т.д.

Істотним недоліком є довга тривалість визначення, яке набагато перевищує тривалість визначень, виконуваних за посередництвом титриметричних методів. Через цю причину гравіметричний аналіз дещо втратив своє попереднє значення; в практиці їх заміняють сучасними експресними хімічними і фізико-хімічними методами.

Однак гравіметричні методи, які характеризуються високою точністю, повністю зберегли своє значення при арбітражних аналізах і широко використовуються у науково-дослідних роботах для порівняння аналітичних даних, отриманих різними методами. За допомогою гравіметричного аналізу визначення проводять з точністю до 0,01-0,005%, що перевищує точність титриметричних методів. [3]

Задача 1

Розрахуйте добуток розчинності солі, якщо розчинність її в грамах в якому-небудь об'ємі води.

Дано:

Сіль: AgBr

Обєм води: 250 см³

Розчинність 4.13*10^-5 г

Рішення:

ДР=[



Відповідь: ДР=

Задача 2

Яка кількість осаду (%) буде втрачена при промиванні, якщо маса складає m г, а об'єм води, витрачений на промивання V мл? В скільки разів зменшаться ці втрати якщо осад промивати не чистою водою, а таким же об'ємом промивної рідини, що містить аніони одноіменні з аніонами осаду, молярна концентрація яких дорівнює С?

Дано:

Осад: ZnCO₃

ДР=2.7*10^-8

маса осаду m=0.5г

обєм промивної рідини V=200 мл

концентрація С=0,1 моль/л

Рішення:

1)ДР=[=S²

S== 1.6*10^-4 моль/л

m(

%втрат =

2)=S₁

0.1 моль/л

ДР=* C =ДР/С = =2.7 * моль/л



S/=1.6*10^-4/2.7*10^-7 =5926

%втрат =

Відповідь: при промиванні водою %втрат=0.8%; при промиванні промивною рідиною %втрат = %; втрати зменшились в 5926 рази.

Задача 3

Чи випаде осад, якщо змішати рівні об'єми 0,0004 М розчину SrCl₂ та H₂C₂O₄?

Рішення:

H₂C₂O₄ + SrCl₂ SrC₂O₄ +2HCl

ІД _SrC2O4= [Sr²⁺] *[ C₂O₄^2-]

SrCl₂Sr²⁺ + 2Cl^-

[Sr2+] = 4*10-4 моль/л

[Sr2+]рівноважна = 2*10-4 моль/л

H2C2O42Н+ + C2O42-

[C2O42-] =4*10-4 моль/л

[C2O4-]рівноважна =2*10-4 моль/л

ІД SrC2O4= 2*10-4 *2*10-4=4*10-8

4*10-8<1.6*10-7 ІД < ДР

Відповідь: осад не випадає.

2. КИСЛОТНО-ОСНОВНЕ ТИТРУВАННЯ

До методу кислотно-основного титрування належать всі визначення, в основі яких лежить реакція

Н⁺ + ОН^- = Н₂О



Цим методом можна, користуючись титрованим розчином якої-небуть кислоти, проводити кількісне визначення лугів (ацидиметрія) або, користуючись титрованим розчином лугу, кількісно визначати кислоти (алкаліметрія).

За допомогою цього методу проводять ряд інших визначень, наприклад, визначення деяких солей, які подібно до Na2CO3 і Na2B4O7, мають сильно-лужну реакцію внаслідок гідролізу і тому вони титруються кислотами; визначення твердості води, визначення солей амонію, визначення азоту в органічних сполуках і т. д.

Головними робочими розчинами в цьому методі є розчин кислоти (звичайно HCl чи H2SO4 ) і розчин лугу (звичайно NaOH або KOH). Ці речовини не відповідають вимогам, які ставляться до стандартних речовин, і тому їх титровані розчини неможливо приготувати, виходячи з точної наважки речовини, розчин якої розводять до певного об'єму; концентрацію таких розчинів доводиться встановлювати шляхом титрування (або ваговим методом).

Як стандартні речовини при встановленні титрів кислот найчастіше застосовують тетраборат натрію (буру) Na2B4O7 10H2O або безводний карбонат натрію (соду).

Ці речовини можуть бути отримані практично без домішок і вони строго відповідають своїм формулам.

Розчини їх, як було вказано, володіють сильнолужною реакцією і можуть титруватися кислотами.

Для встановлення титрів лугів найчастіше користуються оксалатною кислотою H₂C₂O₄ 2H₂O або янтарною кислотою H₂C₄H₄O₄. Обидві ці кислоти - тверді кристалічні речовини. Після перекристалізації вони є достатньо чистими, строго відповідають своїм формулам. Янтарна кислота більш зручна, так як не містить кристалізаційної, і не має підстав підозрювати невірність вмісту через вивітрювання кристалізаційної води при зберіганні.

Відповідно до сили кислоти і основ можливі такі типи кислотно-основної взаємодії:

1) між сильною кислотою і сильною основою;

2) між сильною кислотою і слабкою основою;

3) між слабкою кислотою і сильною основою;

4) між слабкою кислотою і слабкою основою.

Внаслідок взаємодії кислоти і основи утворюється сіль і вода. У першому випадку утворюється сіль сильної кислоти і сильної основи. Такі солі у водних розчинах не гідролізують і в т. ч., коли кислота повністю нейтралізована лугом, реакція буде нейтральна, тобто РН = 7.

Як приклад титрування сильної кислоти сильною основою можна навести приклад взаємодії між гідроксидом натрію і соляною кислотою. Внаслідок реакції утворюється хлорид натрію, розчин якого має нейтральну реакцію:

NaOH + HCl = H₂O + NaCl.

В другому випадку у т.е. утвориться сіль сильної кислоти і слабкої основи. Прикладом такого титрування є взаємодія між гідроксидом амонію і соляною кислотою:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O.

Солі слабких основ і сильних кислот і водних розчинах гідролізують:

NH₄Cl + HOH = NH₄OH + HCl,



або в іоннному вигляді

NH⁴⁺ + Cl^- + HOH = NH₄OH + H⁺ + Cl^-.

Або в скороченому іонному вигляді

NH⁴⁺ + HOH = NH₄OH + H⁺.

Звідси видно, що в результаті реакції гідролізу у розчині збільшується концентрація водневих іонів. Таким чином, у т.е. при титруванні слабкої основи сильною кислотою реакція буде кислою, рН < 7.

У третьому випадку при титруванні сильної основи слабкою кислотою утворюється сіль сильної основи і слабкої кислоти. Наприклад:

NaOH + CH₃COOH - CH₃COONa + H₂O.

Солі слабких кислот і сильних основ у водних розчинах також зазнають гідролізу:

CH₃COONa + HOH - CH₃COOH + NaOH;

CH₃COO^- + HOH - CH₃COOH + OH-.

Таким чином у т.ч. збільшиться концентрація гідроксильних іонів, реакція розчину буде лужна, рН > 7.

У четвертому випадку при взаємодії слабкої основи і слабкої кислоти в т.е. утворюється сіль слабкої кислоти і слабкої основи.

Наприклад:



CH₃COOH + NH₄OH = CH₃COONH₄ + H₂O.

Солі такого типу у водних розчинах піддаються гідролізу значною мірою:

CH₃COONH₄ + HOH - CH₃COOH + NH₄OH.

У цьому випадку реакція розчину залежить від сили кислоти і основи; якщо кислота і основа однакової сили (константи дисоціації їх рівні), то розчин матиме нейтральну реакцію: рН = 7. Якщо ж сильнішою буде кислота, то реакція розчину буде слабко-кислою, а при більшій силі основи порівняно з кислотою - слабко-лужною.

Для титрування слабкої кислоти слабкою основою не можна підібрати відповідного індикатора, який би різко змінював своє забарвлення в т.е. або біля неї. Тому слабку кислоту титрувати слабкою основою не можна. Не можна, звичайно, також титрувати слабку основу слабкою кислотою.[3]

Не кожна речовина може застосовуватись як вихідна або стандартна. До неї висувають наступні вимоги:

1. Вона повинна мати кристалічну структуру і відповідати певній хімічній формулі.

2. Хімічний склад речовини повинен відповідати формулі.

3. Не містити сторонніх домішок більше, ніж допустимі межі для речовин марки “х.ч.”.

4.Способи очистки стандартної речовини від супутніх домішок (кристалізація, екстракція, сублімація і т.д.) повинні бути доступними в аналітичній лабораторії.

5. Хімічно стандартна речовина не повинна бути гігроскопічною, але повинно порівняно добре розчинятися.

6.Розчини стандартної речовини не повинні змінювати свого титру при зберіганні і зіткненні з повітрям.

7. Стандартна речовина повинна вирізнятись якомога більшою еквівалентною масою. Чим більша еквівалентна маса речовини, тим більша точність встановлення титру розчину, так як при зважуванні речовини з більшою молекулярною масою зважування виявиться незначною.[4]

Кожен індикатор характеризується певним інтервалом переходу, тобто проміжком рН, у межах якого змінюється його забарвлення. Наприклад, інтервал переходу метилового оранжевого знаходиться в межах рН = 3,0-4,4. Це означає, що при всіх значеннях рН<3,0 його забарвлення буде рожевим, а при рН > 4,4 - жовтим, а при рН між 3,0 і 4,4 - оранжевим.

У межах інтервалу переходу індикатору є значення рН, при якому спостерігається найбільш помітна зміна кольору індикатора. Це значення називають показником титрування індикатора і позначають рТ.

Кислотно-основні індикатори, залежно від константи дисоціації поділяють на сильні, проміжні та слабкі. Сильні індикатори характеризуються зміною свого забарвлення в кислому середовищі при рН<7, проміжні - змінюють своє забарвлення при рН=7, слабкі - при рН>7.

Умовою правильного визначення точки еквівалентності є те, щоб різниця значень рТ індикатора і рН розчину в точці еквівалентності була якнайменша. Показник титрування індикатора знаходять з довідника, а рН розчину в точці еквівалентності обчислюють за рівнянням реакції.

При титруванні сильної кислоти сильною основою в точці еквівалентності утворюється розчин сильної кислоти і сильної основи, який має нейтральну реакцію (рН=7). Найкращим індикатором у цьому випадку буде індикатор проміжної сили. Застосування сильних або слабких індикаторів також не призведе до великих помилок, тому що всі індикатори є слабкими кислотами або основами і для переведення їх в йонну чи молекулярну форму вистачить невеликого надлишку сильної кислоти або лугу. Отже, титрування сильних основ сильними кислотами можна здійснювати у присутності слабких, сильних і проміжних індикаторів. Однак індикатори з рТ менше 4 і більше 10 при титруванні використовувати не можна, тому що при цьому буде велика помилка титрування.

При титруванні слабких основ сильними кислотами треба використати сильні індикатори, тому що у точці еквівалентності утворюється сіль слабкої основи і сильної кислоти і рН буде <7. Щоб вибрати індикатор з потрібною величиною рТ, обчислюють рН розчину наприкінці титрування.

Криві кислотно-основного титрування - це графічна залежність зміни рН розчину у процесі титрування. Для простоти розрахунків припускають, що в усіх випадках об'єм 0,1н розчину при титруванні не змінюється і дорівнює 100 см3. Існують різні випадки кислотно-основного титру­вання, розглянемо найважливіші з них.[3]

Задача 4

Визначити масову частку СO₂ у вапняку, якщо відомо, що до 0,15 г вапняка додали 20 мл 0,2060 н. розчину HCl, надлишок якого був відтитрований 5,6 мл розчину NaOH 1 мл якого еквівалентний 0,975 мл HCl

Рішення:

CaCO₃+2HCl CO₂+H₂O+CaCl₂

V(HCl)_надл = 5,6*0,975=5,45 мл

V(HCl)=20-5.45=14.55 мл

н(HCl )=14,55*0,206=0,003моль

н(CO₂)=0,003/2=0,0015моль

m(CO₂)=0.0015*44=0.066

w(CO₂)=0.066/0.15*100=44%

Відповідь: масова частка СО₂ =44%



3. КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧНЕ ТИТРУВАННЯ

В титриметричному аналізі важливе місце займає комплексонометричне титрування. Свою назву комплексонометричне титрування одержало від назви реагентів, що застосовуються в комплексономеричному титруванні. Ці реагенти називаються комплексонами.

Комплексони - це органічні сполуки, похідні амінополікарбонових кислот, найпростішою з яких є імінодіоцтова кислота

гравіметричний титрування хімічний леткий

Найбільш поширені наступні комплексони:

1) Комплексон І - нітрилтриацетатна кислота (H3Y):

2) Комплексон ІІ - етилендіамінтетраацетатна кислота (ЕДТА, H4Y):



3) Комплексон ІІІ (трилон Б) - динатрієва сіль етилендіамінетраацетатної кислоти(Na2H2Y):

Na₂H₂Y - 2Na²⁺ + H₂Y^2-

Так як вільна етилендіамінтетраацетатна кислота досить малорозчинна у воді, тому в аналітичній практиці використовують її двозаміщену натрієву сіль(трилон Б, комплексон ІІІ). Атоми Нітрогену в молекулі трилону Б проявляють основні властивості і здатні протонуватися, тому у водних розчинах структура Na2ЕДТА відповідає формулі

Аніони цієї кислоти позначають Y⁴. ЕДТА малорозчинна у воді, але добре розчиняється в кислотах за рахунок утворення протонованих форм Н3Y^-, Н2Y^2-,НY^3-. Константи кислотної дисоціації ЕДТА дорівнюють: рКА1=0,9; рКА2=1,6;рКА3=2,0; рКА4=2,67; рКА5=6,16; рКА6=10,26. Дві останні константи характеризують протонування атомів Нітрогену.[7]

Вiдомо чотири способи проведення комплексонометричного титрування.

Пряме титрування - найбiльш розповсюджений спосiб, застосовується для визначення йонiв, якi швидко реагують з ЕДТА, при умовi, що є можливiсть пiдiбрати вiдповiдний iндикатор. Цей спосiб використовується для визначення Ca2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Mn2+, Cu2+ та iнших.

Зворотнє титрування використовується тодi, коли для прямого титрування не можна пiдiбрати вiдповiдний iндикатор, катiони металу дуже повiльно реагують з титрантом, при сприятливих значеннях рН визначуваний йон осаджується у виглядi гiдроксокомплексу. До аналiзованого розчину додають надлишок ЕДТА i залишають на деякий час, а потiм залишок ЕДТА титрують стандартним розчином iншого металу (звичайно Mg2+ або Zn2+), для якого реакцiя з комплексоном вiдповiдає умовам прямого титрування. Способом зворотнього титрування визначають Al3+, Cr3+, Ni2+, Hg2+, Pb2+.

Титрування за методом заміщення використовують поряд зі способом зворотнього титрування тодi, коли неможливе пряме титрування визначуваного катiона. До аналiзованого розчину додають надлишок розчину комплексонату iншого металу (переважно застосовують розчин MgY2-). При цьому протiкає реакцiя заміщення:

Meⁿ⁺ + MgY₂Mg²⁺ + MeY^(n-4)+,

пiсля чого заміщені йони магнiю титрують стандартним розчином комплексону. Йони металiв, що утворюють менш стiйкi комплекси, нiж магнiй, практично не заважають визначенню.

Непрямі способи титрування застосовують для визначення йонiв, якi безпосередньо з ЕДТА не реагують. Визначуванi йони можна осадити, а потiм визначати йони металу в осаді, наприклад, Na+ осаджують у виглядi натрiйцинкуранiлацетату:

Na⁺ + Zn²⁺ + 3UO2²⁺ + 9CH₃COONaZn(UO2)₃(CH3COO)₉,



а потiм в осаді визначають цинк титруванням комплексоном. [6]

Задача 5

Наважка сплаву масою m грам, після відповідної обробки була переведена в розчин. Визначте масову долю аналізованого елементу, якщо після створення певного значення pH до отриманого розчину було додано 30 мл 0.1 н. розчину комплексну Ш, надлишок якого був від титрований V мл 0.05н. розчину або .

Дано:

Ni(II) m=0.4г V=16.25мл

Рішення:

С( C(

m(Ni)===0.0645г

W(Ni)=

Відповідь: W(Ni)=



Висновки

Метою даної курсової роботи є ознайомлення з методами кількісного аналізу.

В ході виконання було розглянуто 3 методи кількісного аналізу: гравіметричний, кислотно-основне титрування, комплексонометричне титрування.

Методи кількісного аналізу поділяються на три групи:

-хімічні методи;

-фізико-хімічні методи.

Хімічні методи ґрунтуються на використанні різних типів хімічних реакцій. Вони поділяються:

-на гравіметричні (вагові) методи аналізу, що побудовані на точному вимірюванні маси досліджуваної речовини або компонента суміші, які виділені в хімічно чистому вигляді або у вигляді хімічних сполук точно відомого складу;

-титриметричні (об'ємні) методи аналізу, в яких кількісний склад досліджуваної речовини визначають шляхом точного вимірювання об'єму стандартного розчину (титранту), що взаємодіє в еквівалентних співвідношеннях з речовиною, яку визначають

Фізико-хімічні методи ґрунтуються на вимірюванні фізичних параметрів досліджуваної системи, які з'являються або змінюються в результаті проведення хімічних реакцій.



Перелік посилань

1. Васильев В.П. Аналитическая химия: В 2 кн.: Кн.1: Титриметрические и гравиметрические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец.- 4-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2004. - 368с.:ил

2. Циганок Л. П., Ткач В. І. Хіміко-аналітичні властивості іонів, їх сполук та основні параметри елементів. - Дніпропетровськ: ДДУ, 1996. - 51 с.

3. Пилипенко А. Т., П'ятницький І.В. Аналітична хімія. Т.1,2.-К.: 1998. - 845 с

4. Гуляницкий А. Реакции кислот и оснований в аналитической химии. - М.: Химия, 1978.- 239 с.

5. Скуг Д., Уест Д. Основы аналитической химий. Т.1.-М.: Мир, 1979.- 480 с

6. http://library.dnu.dp.ua/Metodichki/analit_chimija.pdf8.

Размещено на Allbest.ru