Что такое количественный анализ в химии. Понятие о количественном анализе. Основные понятия титриметрического анализа

Количественный анализ предназначен для определения количественных соотношений составных частей исследуемого вещества. Другими словами, количественный анализ дает возможность установить количественный элементный или молекулярный состав анализируемого вещества или содержание отдельных его компонентов.

В ряде случаев требуется установить содержание всех элементов, ионов или соединений, входящих в состав данного исследуемого вещества. Например, при анализе медных сплавов (бронз и латуней) определяют содержание меди, олова, свинца, цинка и других элементов. При анализе растворов электролитных ванн, применяемых для никелирования металлов, определяют содержание и т. п.

В других случаях требуется установить содержание некоторых отдельных элементов, ионов или соединений, входящих в состав анализируемого продукта. Так, при анализе металлического сплава химика-аналитика может интересовать лишь содержание меди и олова, или ванадия и вольфрама, или алюминия и магния, или только железа и т. д.

Иногда определяют не только общее содержание того или иного элемента (иона), но и формы нахождения его в исследуемом веществе. Например, при анализе руды определяют не только общее содержание серы, но и содержание свободной , сульфидной , пиритной и сульфатной серы.

В задачу количественного анализа входит также определение разнообразных реакционноспособных (активных) атомов и функциональных групп в различных (преимущественно в органических) соединениях. Совокупность химических, физических и физико-химических методов, применяемых для решения этой задачи, называют функциональным анализом. К такого рода методам относятся титриметрические, электрохимические (потенциометрические, полярографические, хронокондуктометрические и др.), спектроскопические [фотоколориметрические, спектрофотометрические, инфракрасная спектроскопия (ИКС), ультрафиолетовая спектроскопия (УФС), метод комбинационного рассеивания света (КРС), ядерный магнитный резонанс (ЯМР), рентгеноспектроскопия, масс-спектроскопия, хроматографические и другие методы (см. ниже).

Одним из важных разделов количественного анализа является так называемый фазовый анализ, который имеет большое значение в цветной и черной металлургии. Фазовый анализ представляет собой совокупность разнообразных химических, физических и физико-химических методов разделения и определения отдельных структурных (фазовых) составляющих гетерогенных систем. К этим методам относятся: химические и электрохимические методы избирательного растворения, рентгеноструктурный петрографический, металлографический, кристаллооптический, электронномикроскопический, термографический и др.

Фазовый анализ сталей и сплавов дает возможность судить о содержании отдельных структурных (фазовых) составляющих исследуемого сплава (карбидов, боридов, нитридов, карбонитридов, карбоборидов, интерметал-лидов, свободного и связанного углерода и т. п.), т. е. о составе отдельных фаз гетерогенных систем.

При исследовании вещества неизвестного состава (например, шлака, руды, сплава и т. п.) количественному анализу предшествует качественный, так как выбор метода количественного определения каждой составной части анализируемого вещества зависит от результатов качественного анализа.

Часто бывает известен качественный состав анализируемых веществ (кислот, оснований, солей, сплавов и т. п.), а нередко известно и приблизительное содержание в них отдельных компонентов. Поэтому при исследовании известного вещества (например, соды, технической серной кислоты и т. п.) в большинстве случаев не требуется предварительно проводить качественный анализ этого вещества. В таких случаях определяют содержание данного вещества в анализируемом образце или концентрацию его раствора. Иногда определяют только содержание одного или нескольких элементов, не являющихся основными компонентами данной сложной смеси, т. е. определяют примеси, например серу и фосфор в чугуне и стали, благородные металлы в отходах металлургического производства и т. д.

В последнее время в связи с развитием новых отраслей промышленности стало необходимым определять содержание в анализируемом веществе ничтожнейших количеств примесей (микропримесей). Определение микропримесей имеет большое значение при анализе особо чистых веществ.

Таким образом, количественный анализ позволяет установить:

1. Количественные соотношения составных частей неизвестного индивидуального соединения, т. е. установить его формулу.

9. Состав отдельных фаз гетерогенных систем, в которых определяемые вещества распределяются в зависимости от изменения рецептуры получаемого технического объекта, способа его получения, термической и механической обработки и т. д.

В широком смысле слова количественным анализом следует называть совокупность химических, физических и физико-химических методов исследования, позволяющих с требуемой точностью определять в образце анализируемого вещества количественное содержание отдельных составных частей или концентрацию их в растворе, а также устанавливать содержание примесей в исследуемом техническом объекте.

Основоположником современного количественного анализа является М. В. Ломоносов, положивший начало систематическому применению весов при химических исследованиях. В 1756 г. М. В. Ломоносов экспериментальным путем доказал сформулированный им еще ранее (1748 г.) закон сохранения массы вещества, являющийся основой количественного анализа. М. В. Ломоносовым созданы основы физической химии, оказавшей существенное влияние на развитие теории аналитической химии. В 1748 г. М. В. Ломоносов организовал первую в России химическую лабораторию. Его научные исследования имеют важное значение в истории развития русской химической науки.

Примеры количественного анализа. Количественный анализ основан на точном измерении массы и объема определяемых веществ или продуктов их химических превращений, или расходуемых реактивов, вступающих в реакции с определяемыми веществами.

Например, определяемую составную часть анализируемого вещества выделяют в виде осадка, который отфильтровывают, промывают от посторонних примесей, высушивают или прокаливают и взвешивают. Зная массу выделившегося вещества (так называемой весовой формы) и его формулу, можно вычислить содержание определяемого вещества. Так, определяют по массе осадка , выделившегося при взаимодействии .

Другим примером может служить измерение объема раствора точно известной концентрации, израсходованного на реакцию с . Зная объем и концентрацию прибавленного раствора , можно вычислить содержание в соляной кислоте.

Примером количественного анализа может также служить измерение объема выделившейся двуокиси углерода, получаемой при взаимодействии определенной навески мела с хлористоводородной кислотой. Зная объем газа , можно вычислить содержание карбонатов в меле.

В ряде случаев в целях количественного анализа измеряют различные показатели оптических, электрических и других физических свойств исследуемых веществ. Данные измерений используют для вычисления результатов анализа.

Результаты количественного анализа выражают различными способами. Например, содержание в растворе хорошо растворимого соединения выражают в граммах, в граммах на 100 г раствора, в процентах, в граммах или в миллиграммах на 1 миллилитр; содержание малорастворимых веществ в граммах на и в молях на . Состав металлических сплавов выражают в процентах содержания элементов в сплаве и т. д.

Значение количественного анализа. Количественный анализ является основным методом контроля химических процессов, сырья, промежуточных и готовых продуктов производства, а также наряду с качественным анализом служит важнейшим методом исследования при выполнении химических научно-исследовательских работ.

Количественный анализ играет большую роль в науке, технике и промышленности, в значительной степени способствуя прогрессу химической промышленности и связанных с ней отраслей производства, а также развитию химии и других естественных наук, например геохимии, геологии, минералогии, агрохимии, биологии, почвоведения, медицины и т. п.

М. В. Ломоносов (1711-1765).

Внедрение в производство и научно-исследовательскую работу высокочувствительных и точных методов количественного определения ультрамалых количеств примесей в значительной мере способствовало развитию атомной и полупроводниковой техники, производству жаростойких сплавов и высококачественных полимерных материалов.

Общие понятия. Определение содержания (концентрации, массы и т.д.) компонентов в анализируемом веществе называется количественным анализом. С помощью количественного анализа выявляют массовые соотношения компонентов в анализируемом образце, концентрацию вещества в растворе или в газе. При количественном анализе измеряют те или иные химические, физико-химические и физические параметры анализируемого образца, которые зависят от его состава или содержания того иного компонента. В большинстве методов полученные при анализе результаты сравнивают со свойствами известных веществ. Результаты анализа обычно выражают в массовых долях, в %.

Количественный анализ проводят в определенной последовательности, в которую входит отбор и подготовка проб, проведения анализа, обработка и расчет результатов анализа. Как и в качественном анализе, различают макрометоды, полукмикрометоды, микро - и ультрамикрометоды.

Количественный анализ широко используется для изучения состава руд, металлов, неорганических и органических соединений. В последние годы особое внимание обращается на определение содержание токсичных веществ в воздухе, водоемах, почвах, в продуктах питания, различных товарах.

Классификация методов количественного анализа. Все методы количественного анализа можно разделить на две группы химические и инструментальные. Это разделение условно, так как многие инструментальные методы основаны на использовании химических законов и свойств веществ. Обычно количественные методы анализа классифицируют по измеряемым физическим или химическим свойствам.

Таблица 18.3 - Основные методы количественного анализа

В учебнике будут рассмотрены лишь некоторые методы, основанные на теоретических положениях, изученных в предыдущих главах.

Гравиметрический метод. Сущность метода заключается в получении труднорастворимого соединения, в которое входит определяемый компонент. Для этого навеску вещества растворяют в том или ином растворителе, обычно в воде, осаждают с помощью реагента, образующего с анализируемым соединением малорастворимое соединение с низким значением ПР (см. параграф 8.3). Затем после фильтрования осадок высушивают, прокаливают и взвешивают. По массе вещества находят массу определяемого компонента и проводят расчет его массовой доли в анализируемой навеске. Некоторые реагенты (групповые и индивидуальные) были рассмотрены в параграфе 16.1.

Имеются разновидности гравиметрического метода. В методе отгонки анализируемый компонент выделяют в виде газа, который взаимодействует с реактивом. По изменению массы реактива судят о содержании определяемого компонента в навеске. Например, содержание карбонатов в породе можно определить путем воздействия на анализируемый образец кислотой, в результате которого выделяется СО2:

СО+2НН2СО3Н2О+СО2

Количество выделившегося СО2 можно определить по изменению массы вещества, например СаО, с которым реагирует СО2.

Одним из основных недостатков гравиметрического метода является его трудоемкость и относительно большая продолжительность. Менее трудоемким является электрогравиметрический метод, при котором определяемый металл, например медь, осаждают на катоде (платиновой сетке)

По разности массы катода до и после электролиза определяют массу металла в анализируемом растворе. Однако этот метод пригоден лишь для анализа металлов, на которых не выделяется водород (медь, серебро, ртуть).

Титриметрический анализ. Сущность метода заключается в измерении объема раствора того или иного реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым компонентом. Для этих целей используют так называемые титрованные растворы, концентрация которых (обычно титр раствора) известны. Титром называется масса вещества, содержащегося в 1 мл (1см) титрованного раствора (в г/мл и г/см).Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного приливания титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объем которого точно измерен. Титрование прекращается при достижении точки эквивалентности, т.е. достижения эквивалентности реагента титруемого раствора и анализируемого компонента.

Существует несколько разновидностей титриметрического анализа: кислотно-основное титрование, осадительное титрование, комплексонометрическое титрование и окислительно-восстановительное титрование.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации

Метод позволяет определить концентрацию кислоты или катионов, гидролизирующихся с образованием ионов водорода, титрованием раствором щелочи или определить концентрацию оснований, в том числе анионов, гидролизирующихся с образованием гидроксид-ионов титрованием растворами кислот. Точка эквивалентности устанавливается при помощи кислотно-основных индикаторов, изменяющих окраску в определенном интервале рН. Например, методом кислотно-основного титрования можно определить карбонатную жесткость воды, т.е. концентрацию НСОв воде путем титрования ее раствора HCl в присутствии индикатора метилового оранжевого

НСО+ Н= Н2О+ СО2

В точке эквивалентности желтая окраска индикатора переходит в бледно-розовую. Расчет производится по уравнению закона эквивалентов

, (18.2)

где -объемы анализируемого и титрованного растворов;

Нормальная концентрация эквивалентов вещества HCl в титрованном растворе

Определяемая молярная концентрация эквивалентов ионов НСОв анализируемом растворе.

При осадительном титровании анализируемый раствор титруется реагентом, образующим с компонентом титрованного раствора малорастворимое соединение. Точка эквивалентности определяется с помощью индикатора, образующего с реагентом окрашенное соединение, например, красный осадок Ag2CrO4 при взаимодействии индикатора K2CrO4 с избытком ионов Ag при титровании раствора хлорида раствором нитрата серебра.

Комплексонометрическое титрование. При комплексонометрическом титровании определяемый компонент в растворе титруется раствором комплексона, чаще всего этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЕДТА, комплексона II) или ее двунатриевой соли (комплексона III или трилона Б). Комплексоны являются лигандами и образуют со многими катионами комплексы. Индикаторами мочки эквивалентности обычно служат лиганды, образующие с анализируемым ионом окрашенное комплексное соединение. Например, индикатор хромоген черный с кальцием и магнием образует комплексы и красного цвета. В результате титрования раствора винно-красного цвета, содержащего ионы кальция, магния и индикатор, раствором комплексона III кальций связывается в более прочный комплекс с комплексоном, в точке эквивалентности анионы индикатора освобождаются и придают раствору синюю окраску. Этот метод комплексонометрического титрования используются, например, для определения общей жесткости воды.

Окислительно-восстановительное титрование. Данный способ заключается в титровании раствора восстановителя титрованным раствором окислителя или в титровании раствора окислителя титрованным раствором восстановителя. В качестве титрованных растворов окислителей нашли применение растворы перманганата калия KMnO4 (перманганатометрия), дихромата калия K2Cr2O7 (дихроматометрия), иода I2 (иодометрия). Из титрованных растворов восстановителей следует отметить растворы гидразина N2H4 (гидразинометрия).

При перманганатометрическом титровании в кислой среде Mn (VII) (малиновая окраска) переходит в Mn (II) (бесцветный раствор). Например, перманганатометрическим титрованием можно определить содержание нитритов в растворе

2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5KNO3 + 3H2O

При дихроматометрическом титровании индикатором служит дифениламин, окрашивающий раствор в синий цвет при избытке дихромат-ионов. При иодометрическом титровании индикатором служит крахмал. Иодометрическое титрование используется для анализа растворов окислителей, в этом случае титрованный раствор содержит иодид-ион. Например, медь можно определить титрованием ее растворов раствором иодида

2Cu

Затем образующийся раствор титруется титрованным раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 c индикатором крахмалом, добавляемым в конце титрования

2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6

Итак, существует большое число разновидностей количественного химического анализа, позволяющих определять разнообразные вещества в широких пределах концентраций. Среди химических методов анализа наиболее распространены титрометрические и гравиметрические методы.

Задачей количественного анализа является определение количественного содержания отдельных составных ча­стей в исследуемом веществе или в смеси. Результаты количественного определения выражают обычно в про­центах. Количественный анализ используется в биоло­гии, физиологии, медицине, биохимии, химии пищевых продуктов и т. д.

Все методы количественного анализа можно разделить на три основные группы.

1. Гравиметрический (весовой) анализ. Гравиметрическим анализом называют определение количества компонента (элемента или иона) по массе вещества, полученного в результате анализа. В методах этой группы определяемую часть анализируемого вещества выделяют в чистом виде или в виде соединения известного состава, массу которого определяют.

Например, чтобы определить количество бария в его соединениях, ион Ва 2+ осаждают при помощи разбав­ленной серной кислоты:

ВаС1 2 + H 2 S0 4 = BaS0 4 | + 2НС1.

Осадок BaS0 4 фильтруют, промывают, прокаливают и точно взвешивают. Зная массу осадка BaS0 4 и его фор­мулу, вычисляют, сколько в нем содержится бария. Гра­виметрический метод дает результаты высокой точности, но он очень трудоемок.

2. Титриметрический (объемный) анализ. Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реактива, затраченного на реакцию с определяемым
компонентом. Реактив берется в виде раствора определенной концентрации - титрованный раствор. Момент,
когда реактив будет прибавлен в количестве, эквивалентном содержанию определяемого компонента, т. е. момент окончания реакции определяется различными способами. При титровании приливают количество реактива, эквивалентное количеству определяемого вещества. Зная объем и точную концентрацию раствора, пошедшего на реакцию с определяемым веществом, рассчитывают количество определяемого вещества.

Титриметрический анализ дает менее точные результаты, чем гравиметрический, но важным его преимуществом является большая скорость выполнения анализа. В зависимости от типа реакций, протекающих в процессе титрования, титриметрический анализ делят на три группы: методы кислотно-основного титрования, методы редоксиметрии и методы осаждения и комплексообра-зования.

3. Методы фотометрии. В этом методе количество вещества определяют по интенсивности окраски раствора. Для этого используют так называемые цветные реакции, т. е. реакции, сопровождающиеся изменением окраски раствора. Например, при определении количества железа используется реакция

FeCl3 + 3KSCN 7-Fe(SCN)3 + 3KCI,

приводящая к образованию раствора красного цвета. Оценку интенсивности окраски раствора производят визуально или с помощью соответствующих приборов.

Иногда определяемый компонент превращают в малорастворимое соединение и о содержании определяемого вещества судят по интенсивности помутнения раствора. Метод, основанный на этом принципе, называют нефелометрией. Методы фотометрии и нефелометрии применяются для определения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества в очень малых количествах. Точность этого метода ниже, чем гравиметрического или титриметрического.

Кроме этих методов, имеются еще другие: газовый анализ, спектральный анализ, электрохимический и хро-матографический методы. В данном учебнике эти методы не рассматриваются.

Все методы количественного анализа подразделяются на химические и физико-химические. К химическим методам относятся гравиметрический, титриметрический и газовый анализ, к физико-химическим - фотометрия и нефелометрия, электрохимический, спектральный, хро-.матографический методы анализа

В количественном анализе различают методы макро-, микро- и полумикрометод. В настоящем учебнике рас­сматривается только макрометод. При выполнении макроопределений определяются сравнительно большие (0,01-0,1 г) количества вещества. Исключение состав­ляют фотометрические и нефелометрические методы, при которых количество определяемого вещества состав­ляет доли миллиграмма.

Задача количественного анализа состоит в получении информации о содержании элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте, а также в разработке методов, с помощью которых получают эту информацию. При количественном анализе измеряют интенсивность аналитического сигнала, т.е. находят численное значение оптической плотности раствора, расхода раствора на титрование, массы прокаленного осадка и т.п. По результатам количественного измерения сигнала рассчитывают содержание определяемого компонента в пробе. Результаты определений обычно выражают в массовых долях, %.

С помощью количественного анализа находят массовые соотношения между элементами в соединениях, определяют количество растворенного вещества в определенном объеме раствора, иногда узнают содержание какого-нибудь элемента в однородной смеси веществ, например углерода в нефти или в природном газе. В сельскохозяйственной практике чаще всего определяют содержание того или иного компонента в неоднородных веществах, например: азота, Р 2 О 5 или К 2 О - в азотных, фосфорных или калийных удобрениях, микроэлементов - в почве, cсахаров - в растительном материале и т.п.

Количественный анализ нужен при оценке месторождений полезных ископаемых, для, металлургии и химической промышленности, имеет значение для биологии и агрохимии, почвоведения, физиологии растений и др.

Новые проблемы перед количественным анализом ставит развивающееся народное хозяйство - промышленность и земледелие; таковы, например, разработка методов разделения и количественного определения «редких» или рассеянных элементов (урана, титана, циркония, ванадия, молибдена, вольфрама и др.); определение ничтожно малых количеств примесей некоторых элементов (мышьяка, фосфора и др.) во многих металлах и микроэлементов в биологическом материале, в почвах.

Количественный анализ позволяет биологам получить необходимые сведения о составе организмов животных и растений, изучить влияние отдельных элементов на их рост, развитие и продуктивность.

Основные объекты количественного исследования в сельском хозяйстве - это почва, растения, удобрения, сельскохозяйственные яды, корма и т.п. Почвы анализируют для того, чтобы определить степень обеспеченности растений питательными веществами. Количественный анализ минеральных удобрений служит для проверки содержания в них полезных для сельскохозяйственных культур компонентов (азота, Р 2 О 5 , К 2 О), а анализ сельскохозяйственных ядов - для нахождения количества действующего начала. Состав кормов необходимо знать, чтобы правильно составить рационы животных. Анализируют также продукцию животноводства и растениеводства.

В последнее время из-за повышенного содержания нитратов в почвах, питьевой воде и продуктах растениеводства возникла необходимость контроля пищевых продуктов. Определяют содержание нитратов ионометрическим или фотометрическим методами.

Современные методы количественного анализа классифицируют по измеряемым свойствам, таким, как масса вещества, объем раствора реактива, интенсивность спектральных линий элементов, поглощение видимого, инфракрасного или ультрафиолетового излучения, рассеивание света суспензиями, вращение плоскости поляризации, адсорбционные свойства сорбентов, электрическая проводимость раствора, электродный потенциал, сила диффузного тока, число радиоактивных частиц и т.п.

Методы количественного анализа подразделяют на химические, физические и физико-химические.

К химическим методам относят гравиметрический, титриметрческий и газоволюметрический анализы.

Физические и физико-химические методы анализа условно называют инструментальными.

Кроме того, существуют так называемые методы разделения смесей веществ (или ионов). К ним, помимо различных видов хроматографии, относят экстракцию органическими растворителями, возгонку (и сублимацию), дистилляцию (т.е. отгонку летучих компонентов), химические методы фракционного осаждения и соосаждения.

Разумеется, приведенная классификация не охватывает все методы, используемые современным количественным анализом; в ней перечислены только наиболее распространенные из них.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ

Электролитическая диссоциация - обратимый процесс, приводящий к равновесию между недиссоциированными молекулами и ионами, поэтому к ней применим закон действующих масс. Ионизация слабого электролита протекает по схеме

АВ « А + + В —

Если обозначить равновесную концентрацию недиссоциированных молекул [АВ], а концентрации ионов - соответственно [А + ] и [В — ], то константа равновесия примет вид

[А + ][В — ]/[АВ] = К (*)

Величину К называют константой диссоциации электролита . Она характеризует его склонность к ионизации. Чем; больше величина К, тем сильнее диссоциирует слабый электролит и тем выше концентрация его ионов в растворе при равновесии. Величину константы, диссоциации вычисляют, исходя из молярной концентрации раствора и степени ионизации слабого электролита (при постоянной температуре).

Это уравнение - математическое выражение закона разбавления Оствальда, который устанавливает зависимость между степенью диссоциации слабого электролита и его концентрацией.

У достаточно слабых электролитов в не слишком разбавленных растворах степень диссоциации а очень мала, а величина (1 - α) близка к единице. Поэтому для них

Рассмотренные закономерности позволяют вычислять константы диссоциации слабых электролитов по степени их диссоциации, найденной экспериментально, и наоборот.

Константой диссоциации, как и степенью диссоциации, характеризуют силу -кислот и оснований. Чем больше величина константы, тем сильнее электролит диссоциирован в растворе. Поскольку константа диссоциации не зависит от концентрации раствора, она лучше характеризует склонность электролита к распаду на ионы, чем степень диссоциации. Экспериментально доказано, что закон разбавления справедлив только для слабых электролитов.

В растворах многоосновных кислот, диссоциирующих по нескольким ступеням, устанавливается и несколько равновесий. Каждую такую степень характеризует своя константа диссоциации.

Используя константы диссоциации важнейших слабых электролитов, вычисляют степени их диссоциации.

а) Выражение константы диссоциации для гидрооксида калия

КОН « К + + ОН —

б) Выражение константы диссоциации уксусной кислоты:

Уравнение диссоциации

СН 3 СООН « Н + + СН 3 СОО —

Тогда константу диссоциации можно записать

в) Выражение константы диссоциации

НСN « H + + CN —

3. СУЩНОСТЬ И МЕТОДЫ ОБЪЕМНОГО АНАЛИЗА. ВЫЧИСЛЕНИЯ В ГРАВИМЕТРИЧЕСКОЙ АНАЛИЗЕ. ОПЕРАЦИИ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА АНАЛИЗА

«Классический» метод» – это титриметрический (объемный) анализ. Он основан на измерении объемов реагирующих растворов, причем концентрация раствора реактива должна быть точно известна. В объемном анализе реактив приливают к исследуемому раствору до того момента, когда прореагируют эквивалентные количества веществ. Определяют этот момент с помощью индикаторов или другими способами. Зная концентрацию и объем реактива, израсходованного на реакцию, вычисляют результат определения.

По типу используемых химических реакций методы титриметрического (объемного) анализа разделяют на три группы: 1) методы, основанные на реакциях соединения ионов; 2) методы, основанные на реакциях окисления - восстановления; 3) методы, основанные на реакциях комплексообразования. К первой группе относят методы кислотно-основного и осадительного титрования, ко второй - различные методы окислительно-восстановительного титрования и к третьей - методы комплексометрического (хелатометрического) титрования.

Метод кислотно-основного титрования (или нейтрализации) основан на взаимодействии кислот с основаниями.

Метод позволяет определять в растворах не только концентрацию кислот или оснований, но также и концентрацию гидролизующихся солей.

Для определения в растворах концентрации оснований или солей, дающих при протолизе щелочную реакцию, используют титрованные растворы кислот. Эти определения называют ацидиметрией.

Концентрацию кислот или гидролитически кислых солей определяют с помощью титрованных растворов сильных оснований. Такие определения относятся к алкалиметрии.

Точку эквивалентности при нейтрализации определяют по изменению окраски индикатора (метилового оранжевого, метилового красного, фенолфталеина).

Метод осадительного титрования . Определяемый элемент, взаимодействуя с титрованным раствором, может осаждаться в виде малорастворимого соединения. Последнее, изменяя свойства среды, позволяет тем или иным способом определить, точку эквивалентности.

Титриметрическим методам осаждения дают названия в зависимости от того, что служит титрантом.

Метод комплексометрического титрования объединяет титриметрические определения, основанные на образовании малоионизирующихся комплексных ионов (или молекул).

С помощью этих методов определяют различные катионы и анионы, обладающие свойством вступать в реакции комплексообразо-вания. В последнее время получили распространение методы анализа, основанные на взаимодействии катионов с органическими реактивами - комплексонами. Такое титрование называют комплексопометрическим или хелатометрическим.

Методы окислительно-восстановительного титрования (редоксметоды) основаны на окислительно-восстановительных реакциях между анализируемый веществом и титрованным раствором.

Используют их для количественного определения в растворах различных восстановителей или окислителей.

Гравиметрическим методом определяют, кроме того, кристаллизационную воду в солях, гигроскопическую воду в почве, удобрениях, растительном материале. Гравиметрически определяют содержание сухого вещества в плодах и овощах, клетчатки, а также «сырой» золы в растительном материале.

В ходе гравиметрического, определения различают следующие операции: 1) отбор средней пробы вещества и подготовку ее к анализу; 2) взятие навески; 3) растворение; 4) осаждение определяемого элемента (с пробой на полноту осаждения); 5) фильтрование; 6) промывание осадка (с пробой на полноту промывания); 7) высушивание и прокаливание осадка; 8) взвешивание; 9) вычисление результатов анализа.

Успешное выполнение определения требует помимо теоретических знаний хорошего владения техникой отдельных операций.

Перечисленные операции относятся к так называемым методам осаждения, широко используемым в гравиметрии.

Но в гравиметрии используют и другие методы.

Метод выделения основан на выделении определяемого компонента из анализируемого вещества и точном взвешивании его (например, золы из твердого топлива).

В методе отгонки определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения действием кислоты или высокой температуры на анализируемое вещество. Так, определяя содержание оксида углерода (IV) в карбонатной породе, обрабатывают ее образец хлороводородной кислотой, выделившийся газ пропускают через поглотительные трубки со специальными реактивами и по увеличению их массы делают вычисление.

Обычно результаты гравиметрических определений выражают в массовых долях (%). Для этого нужно знать величину навески анализируемого вещества, массу полученного осадка и его химическую формулу.

Гравиметрические определения преследуют различные цели. В одних случаях необходимо определить содержание элемента в химически чистом веществе, например содержание бария в хлориде бария ВаС1 2 *2Н 2 О. В других случаях требуется найти содержание действующего начала в каком-нибудь техническом продукте или вообще в веществе, имеющем примеси. Например, приходится определять содержание хлорида бария ВаС1 2 *2Н 2 О в продажном хлориде бария. Техника определений в обоих случаях может оставаться одинаковой, но вычисления при этом различны. Рассмотрим ход вычислений на примерах.

Нередко для вычислений в гравиметрическом анализе используют факторы пересчета, называемые также аналитическими факторами. Фактор пересчета (Ф) представляет собой отношение молярной массы (или Мг) определяемого вещества к молярной массе вещества, находящегося в осадке:

М определяемого вещества___

М вещества, находящегося в осадке

Фактор пересчета показывает, сколько граммов определяемого вещества содержит 1 г осадка.

В практике технического и сельскохозяйственного анализа вычисления, как правило, производят по готовым формулам. При всех расчетах со сложными числами следует пользоваться микроЭВМ.

Большое значение имеют записи в лабораторном журнале. Они являются документом, подтверждающим выполнение анализа. Поэтому количественное определение кратко оформляют непосредственно на занятии. В журнал записывают дату, название анализа, методику определения (со ссылкой на учебник), данные всех взвешиваний или других измерений, вычисление результата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Крешков А.П. Основы аналитической химии.–М.: Химия, 1991.


Цели количественного анализа

Количественный анализ позволяет установить элементный и молекулярный состав исследуемого объекта или содержание отдельных его компонентов.

В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический анализ. В свою очередь их разделяют на элементный анализ, задача которого - установить, в каком количестве содержатся элементы (ионы) в анализируемом объекте, на молекулярный и функциональный анализы, дающие ответ о количественном содержании радикалов, соединений, а также функциональных групп атомов в анализируемом объекте.

Методы количественного анализа

Классическими методами количественного анализа являются гравиметрический (весовой) анализ и титриметрический (объемный) анализ .

Полную классификацию методов количественного анализа см. в статье Аналитическая химия .

Инструментальные методы анализа

Классификацию инструментальных методов анализа см. в статье Инструментальные методы анализа

Полярография

ПОЛЯРОГРАФИЯ, разновидность вольтамперометрии с использованием индикаторного микроэлектрода из жидкого металла поверхность которого периодически или непрерывно обновляется. При этом не происходит длительного накопления продуктов электролиза на поверхности раздела электрод-раствор в электролитической ячейке. Индикаторным электродом в полярография служит чаще всего ртутный капающий электрод. Используют также капающие электроды из жидких амальгам и расплавов, струйчатые электроды из жидких металлов, многокапельные электроды, в которых жидкий металл или расплав продавливают через диски из пористого стекла, и др.

В соответствии с рекомендациями ИЮПАК различают несколько вариантов полярография: постояннотоковая полярография (исследует зависимость тока I от потенциала Е индикаторного микроэлектрода), осциллополярография (зависимость dE/dt от t при заданном I(t), где t -время), полярография с разверткой I (зависимость Е от I), разностная полярография (зависимость разности токов в двух ячейках от Е), полярография с однократной или многократной разверткой Е за время жизни каждой капли, циклическая полярография с треугольной разверткой Е, полярография со ступенчатой разверткой Е, разл. виды переменнотоковой и импульсной полярография и др.

Фотометрия и спектрофотометрия

Метод основан на использовании основного закона светопоглощения. A=ELC. Где A-поглощение света, E-молярный коэффициент светопоглощения, L-длина поглощающего слоя в сантиметрах, C-концентрация раствора. Существуют несколько методов фотометрии:

1. Атомно-абсорбционная спектроскопия
2. Атомно-эмиссионная спектроскопия.
3. Молекулярная спектроскопия.

Атомно-абсорбционная спектроскопия

Чтобы провести анализ с помощью этого метода, необходим спектрометр. Суть анализа состоит в том, чтобы просветить монохромным светом атомизированную пробу, затем разложить свет, прошедший через пробу любым световым диспергатором и детектором зафиксировать поглощение. Для атомизации пробы применяются атомизаторы. (пламя, высоковольтная искра, индуктивно-связанная плазма). У каждого из атомизатров есть свои плюсы и минусы. Для разложения света используют диспергаторы (дифракционная решетка, призма, светофильтр).

Атомно-эмиссионная спектроскопия

Этот метод немного отличается от атомно-абсорбционного метода. Если в нем источником света был отдельный источник, то в атомно-эмиссионном методе источником излучения служит сама проба. В остальном все похоже.

Рентгенофлуоресцентный анализ

Активационный анализ

См. также

Литература




Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Количественный анализ (химия)" в других словарях:

Совокупность химических, физико химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества. Наряду с качественным анализом К. а. является одним из основных разделов… …

Качественный анализ совокупность химических, физико химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют… … Википедия

Химия почв это раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование состава, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно молекулярном и… … Википедия

- (С1 химия) раздел химии, изучающей различные классы веществ, в состав молекулы которых входит только один атом углерода. Как отдельная отрасль знаний С1 химия появляется с развитием перспективных технологий получения углеродсодержащего сырья,… … Википедия

ХИМИЯ - ХИМИЯ, наука о веществах, их превращениях, взаимодействии и о происходящих при этом явлениях. Выяснением основных понятий, к рыми оперирует X., как напр, атом, молекула, элемент, простое тело, реакция и др., учением о молекулярных, атомных и… … Большая медицинская энциклопедия

Решает аналитическими методами задачу определения элементного состава металлов и их сплавов. Главная цель проверка сорта сплава или типа и композиционный анализ различных сплавов (количественный анализ). Методы: волнодисперсионный анализ,… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Химия (значения). Химия (от араб. کيمياء‎‎, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца «черная… … Википедия

Не следует путать с Экологическая химия. Химия окружающей среды раздел химии, изучающий химические превращения, происходящие в окружающей природной среде. Основные сведения Химия окружающей среды включает в себя более узкие разделы химии,… … Википедия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

См. Аналитическая химия, Качественный анализ, Количественный анализ … Большая советская энциклопедия

Книги

• Аналитическая химия. Аналитика 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа , Харитонов Юрий Яковлевич. Учебник подготовлен в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом третьего поколения. В книге рассмотрены основы гравиметрического, химических титриметрических…
Напечатать