Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Января 2013 в 22:45, доклад
Analizinė chemija sprendžia du uždavinius: iš kokių cheminių elementų sudarytos medžiagos ir kokiais kiekiniais santykiais cheminiai elementai arba jonai yra jose. Pagal tai cheminė analizė skirstoma į kokybinę ir kiekybinę. Kokybine analize nustatoma, kokie atomai, elementai, jonai ar jų grupės sudaro analizuojamą medžiagą, o kiekybine analize sužinomas kiekybinis atomų, jonų ar jų grupių santykis tiriamoje medžiagoje.
Analizinė chemija sprendžia du uždavinius: iš kokių cheminių elementų sudarytos medžiagos ir kokiais kiekiniais santykiais cheminiai elementai arba jonai yra jose. Pagal tai cheminė analizė skirstoma į kokybinę ir kiekybinę. Kokybine analize nustatoma, kokie atomai, elementai, jonai ar jų grupės sudaro analizuojamą medžiagą, o kiekybine analize sužinomas kiekybinis atomų, jonų ar jų grupių santykis tiriamoje medžiagoje.
Cheminiai kokybinės analizės metodai pagrįsti tuo, kad ieškomas elementas arba jonas chemine reakcija paverčiamas kokiu nors nauju junginiu, turinčiu tik jam būdingų savybių. Toks vienų medžiagų pavertimas kitomis vadinamas analizine reakcija. Medžiagos, naudojamos tai cheminei reakcijai sukelti, vadinamos reagentais.
Kokybinei analizei naudojamos tik tokios reakcijos, kurioms vykstant stebimas koks nors išorinis efektas (vadinamasis analizinis signalas). Tuo išoriniu efektu gali būti:
BaCl2+ H2SO4 ® BaSO4¯ + 2HCl;
FeCl3 +3 NH4CNS ® Fe(CNS)3 +3 NH4Cl;
NH4Cl+ KOH ® NH3 + KCl +H2O
Iš fizikinių kokybinės analizės metodų svarbiausias yra liepsnos dažymas. Liepsnos dažymo reakcijos grindžiamos kai kurių medžiagų ypatybe nudažyti bespalvę liepsną būdinga spalva, pavyzdžiui, natrio junginiai nudažo liepsną geltona spalva, kalio – violetine ir t.t.
Reakcijos gali būti atliekamos “šlapiuoju” būdu – kai tiriamoji medžiaga pirmiausia ištirpinama ir tik po to tiriama jos sudėtis, ir “sausuoju” būdu – kai medžiaga analizuojama neištirpinta. Kokybinei analizei dažniausiai taikomos reakcijos, vykstančios tirpaluose. Analizinės reakcijos atliekamos pridedant į tiriamąjį tirpalą tam tikrų reagentų, sudarančių su ieškomuoju jonu būdingus produktus. Šios reakcijos vadinamos būdingosiomis jonų reakcijomis, arba jono radimo reakcijomis. Pavyzdžiui, chlorido jonai su sidabro jonais sudaro baltos varškės pavidalo sidabro chlorido nuosėdas, šviesoje tamsėjančias, netirpstančias azoto rūgštyje. Todėl sidabro nitratas azoto rūgšties terpėje yra būdingas
reagentas chlorido jonams rasti. Šildomos amonio druskos, reaguodamos su šarmais, išskiria amoniaką. Čia šarmo tirpalas yra būdingas reagentas amonio jonams rasti tiriamame tirpale.
Būdingąsias reakcijas galima atlikti mėgintuvėliuose, lašų ir mikrokristaloskopiniais metodais. Tiriant mėgintuvėliuose, į tiriamo tirpalo mėginį pridedami keli lašai būdingo reagento tirpalo ir stebimas sąveikos su juo rezultatas.
Jeigu gaunamos nuosėdos yra būdingos kristalinės formos, tai reakcija atliekama mikrokristaloskopiniu būdu. Analizuojant šiuo metodu, ant objektinio stiklelio tiriamojo tirpalo lašas sumaišomas su reagento lašu, o susidarę kristalai stebimi pro mikroskopą. Reakcijos, kurioms vykstant pasikeičia tirpalo spalva, arba susidaro spalvotos nuosėdos, atliekamos ne tik mėgintuvėliuose, bet ir lašų metodu. Lašų reakcijos atliekamos ant filtravimo popieriaus lapelių arba ant porceliano plokštelių. Apie tai, ar yra tirpale vienų ar kitų jonų, sprendžiama iš gautos filtravimo popieriuje dėmės spalvos.
Šildymas ir garinimas. Kai kurios reakcijos vyksta aukštesnėje nei kambario temperatūroje. Mišiniams šildyti naudojami dujų degikliai, spiritinės lemputės ir elektrinės plytelės. Stiklinė lėkštutė ar tiglis su šildomu tirpalu statomi ant asbestinio tinklelio, kaitinama liepsna ar plytele. Kartais šildymui naudojamos vandens vonios. Šildoma stiklinė ar tiglis statomi ant vonios, o mėgintuvėlis įleidžiamas į vandens vonią. Niekada nereikia šildyti tirpalo kūginiuose mėgintuvėliuose tiesiai virš degiklio arba virš spiritinės lemputės liepsnos, nes tirpalas gali ištikšti.
Nuosėdų nusodinimas. Ieškomieji jonai, esantys analizuojamame tirpale, būdingosiomis reakcijomis paverčiami mažai tirpiais junginiais. Taikant pusiau mikroanalizę, jonai nusodinami kūginiuose mėgintuvėliuose, kurie laikomi stati specialiuose stovuose. Kartais nuosėdos gaunamos ant objektinio stiklelio.
Paprastai nusodinimo reakcija atliekama taip: į mėgintuvėlį sulašinami keli lašai tiriamo tirpalo, po to pipete sulašinamas reikiamas kiekis reagento tirpalo, o mėgintuvėlio turinys išmaišomas stikline lazdele, nuosėdoms leidžiama nusėsti arba jos centrifuguojamos. Jeigu dar pridėjus regento tirpalo lašą, virš nuosėdų esantis skaidrus tirpalas nesidrumsčia, ieškomi jonai yra visiškai nusodinti.
Kartais virš nuosėdų esantis tirpalas lieka drumstas net ilgai jį centrifuguojant. Aišku, kad susidarė koloidinis tirpalas. Koloidinių dalelių koaguliacijai paspartinti drumstą tirpalą (su visu mėgintuvėliu) reikia pašildyti vandens vonioje. Pašildžius drumstą tirpalą jis iš naujo centrifuguojamas.
Centrifugavimas ir nuosėdų perplovimas. Mažai tirpių junginių nuosėdos nuo tirpalo atskiriamos centrifuguojant. Dirbant su elektrine centrifuga, reikia laikytis šių reikalavimų:
Centrifugavimo trukmė priklauso nuo nuosėdų pobūdžio. Paprastai centrifuguojama 1-2 minutes.
Nucentrifugavus visos nuosėdos nusėda mėgintuvėlio dugne, o tirpalas tampa skaidrus. Jis vadinamas centrifugatu.
Įsitikinus, kad nusodinimas baigtas, skaidrus skystis nusiurbiamas pipete arba nupilamas (nudekantuojamas), stengiantis jo nesudrumsti. Nuo tirpalo atskirtas nuosėdas dažnai reikia perplauti. Nuosėdų perplovimo technika labai paprasta. Ant jų užpilama perplovimui naudojamo skysčio, dažniausiai vandens, stikline lazdele gerai sumaišoma ir centrifuguojama iki nuosėdos vėl nusės ant mėgintuvėlio dugno. Centrifugatas išpilamas lauk.
Nuosėdų tirpinimas. Iš tirpalo išskirtas nuosėdas dažnai reikia ištirpinti. Tuo atveju į mėgintuvėlį su nuosėdomis lėtai maišant pridedama tirpinimui reikalingo reagento. Tada mėgintuvėlio turinys gerai sumaišomas stikline lazdele. Jei tai nepadeda, mišinys pašildomas įstatant mėgintuvėlį su nuosėdomis į karšto vandens vonią, ir maišoma lazdele iki nuosėdos visiškai ištirps.
Atliekant sisteminę analizę skirtingai nuo frakcinės, laikomasi apibrėžtos jonų atskyrimo ir nuoseklios ieškomų jonų radimo tvarkos. Jonai skirstomi į analizines grupes tam tikru nuoseklumu, remiantis atskiros grupės jonų savybių panašumu arba skirtumu grupinių reagentų atžvilgiu.
Analizinė grupė – tai katijonų grupė, kuri su kokiu nors vienu reagentu apibrėžtomis sąlygomis gali sudaryti panašių savybių junginius. Tuo tikslu analizuojamasis tirpalas yra veikiamas grupiniais reagentais, paverčiančiais katijonus tam tikrais junginiais, kuriuos galima atskirti nuo kitų tiriamąją medžiagą sudarančių jonų. Grupiniais reagentais visi tirpale esantys katijonai sugrupuojami į mažesnes analizines grupes.
Skirstant sudėtingą
analizuojamąjį mišinį į
NaAlO2,NaCrO2, Na 2ZnO2;
Katijonų skirstymas į analizines grupes rūgščių – bazių metodu
Grupė ir katijono simbolis |
Pirma NH4+, K+, Na+ |
Antra Ba2+, Ca2+ |
Trečia Ag+,Hg22+, Pb2+ |
Ketvirta Al3+,Cr3+, Zn2+ |
Penkta Fe3+, Mn2+, Mg2+ |
Šešta Ni2+,Co2+, Cu2+ |
Grupinis reagentas |
Nėra |
Praskiesta (2M )H2SO4 |
Praskiesta ( 2M) HCl |
NaOH arba KOH perteklius +Na2O2 |
Amoniako tirpalo perteklius+ NH4Cl |
Amoniako tirpalo perteklius + NH4Cl |
Susidarę junginiai |
---- |
BaSO4, CaSO4 (nuosėdos) |
AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 (nuosėdos)
|
AlO2-, CrO2-, ZnO22- (tirpalas)
|
Fe(OH)3, Mn(OH)2, Mg(OH)2 (nuosėdos)
|
[Ni (NH3)6]3+, [Co (NH3)6]3+, [Cu (NH3)4]2+ (tirpalas) |
Šioms grupėms priskiriami: NH4, K+, Na+, Ba2+, Ca2+ jonai.r
Reakcija su natrio arba kalio šarmais. Šarmai suardo amonio druskas, ypač šildant ir išlaisvina amoniaką:
NH4Cl +NaOH ®NH3 + NaCl +H2O
Išsiskiriantį amoniaką galima atpažinti iš specifinio kvapo arba iš raudono lakmuso popierėlio pamėlynavimo.
Į kūginį mėgintuvėlį įlašinami keli lašai tiriamo tirpalo (kuriame įtariama esant amonio jonų) ir keli lašai šarmų tirpalo. Šarmų tirpalas lašinamas taip, kad jo nepatektų ant mėgintuvėlio krašto. Tada mėgintuvėlis pridengiamas distiliuotu vandeniu suvilgyta raudono lakmuso popierėlio juostele. Jei po kurio laiko tarpo popierėlis nepamėlynuoja, mėgintuvėlis atsargiai pašildomas vandens vonelėje. Jei analizuojamame tirpale yra amonio jonų, lakmuso popierėlis pamėlynuoja nuo susidarančio amonio hidroksido:
2 KCl + Na2[PbCu(NO2)6]® K2[PbCu(NO2)6]¯ + 2 NaCl.
NaCl + Zn(CH3COO)2× 3 UO2 (CH3COO)2 + CH3COOH + 9 H2O ®
® NaZn(UO2)3(CH3COO)9 × 9 H2O ¯ + HCl
Reakcija su kalio chromatu ar dichromatu. Į kūginį mėgintuvėlį įlašinami keli lašai neutralaus arba acto rūgštimi parūgštinto tiriamojo tirpalo ir truputis K2CrO4 tirpalo. Jei yra bario, iškrenta geltonos bario chromato BaCrO4 nuosėdos:
BaCl2 + K2CrO4 ® BaCrO4 ¯ + 2 KCl
Dichromatai iš bario tirpalų taip pat išskiria bario chromato BaCrO4 nuosėdų:
2 BaCl2 + K2Cr2O7 + H2O ® 2 BaCrO4 ¯ + 2 KCl + 2 HCl
CaCl2 + H2SO4 + H2O ® CaSO4 × 2 H2O ¯ + 2 HCl
b) Reakcija su amonio oksalatu. (NH4)2C2O4 Į kelis lašus tiriamojo tirpalo, kuriame nėra bario jonų, pridedama 6M amoniako NH4OH tirpalo ir 2 – 3 lašai (NH4)2C2O4 tirpalo. Jei yra kalcio, išsiskiria baltos kalcio oksalato nuosėdos:
CaCl2 + (NH4)2C2O4® CaC2O4¯ + 2 NH4Cl.
Nuosėdos netirpsta acto rūgštyje, tirpsta stipriose mineralinėse rūgštyse.
Analizuojamame tirpale ( X-se) gali būti NH4+,K+, Na+ (I grupė) ir Ba2+, Ca2+
(II grupė) katijonai, arba įvairūs jų mišiniai. Analizę pradedame nustatydami NH4+ jonų buvimą analizuojamame (X-niame) tirpale. Į kūginį mėgintuvėlį įlašinami keli lašai tiriamojo tirpalo, pridedama truputis 2M NaOH tirpalo, mėgintuvėlis pridengiamas distiliuotu vandeniu suvilgytu raudonu lakmuso popierėliu ir pašildoma ant vandens vonios. Jeigu yra NH4+ jonų, raudona lakmuso juostelė pamėlynuoja (uostant jaučiamas amoniako kvapas):
NH4Cl + NaOH ® NH4OH + NaCl
Jei buvo rastas amonio jonas, jį reikia pašalinti, nes trukdys kalio jonų analizinėms reakcijoms. Tam į kūginį mėgintuvėlį įlašinama 10 – 20 lašų tiriamo (X-inio) tirpalo ir pridedami keli lašai formalino CH2O tirpalo. Amonio jonai surišami į urotropiną:
4 NH4Cl + 6 CH2O ® (CH2)6N4 + 4 HCl + 6 H2O
Tiriamojo tirpalo (pašalinus amonį, jei šis buvo rastas) lašas užlašinamas ant objektinio stiklelio ir pridedamas lašas Na2 [PbCu (NO2)6] tirpalo. Jei yra kalio, po kiek laiko atsiranda pro mikroskopą matomi juodi arba rudi kubai. Kalio buvimą tirpale galima patikrinti ir liepsnos dažymo reakcija.
Atskiroje tiriamojo tirpalo porcijoje nustatomi natrio jonai. Tam tiriamojo tirpalo lašas užlašinamas ant objektinio stiklelio, greta užlašinamas lašas praskiestos acto rūgšties ir pridedamas lašas Zn(UO2)3 (CH3COO)8 tirpalo. . Jei yra natrio, išsiskiria gelsvi, pro mikroskopą matomi tetraedrai ir oktaedrai.
Mikrokristaloskopine reakcija pradiniame (X-so) tirpale galima pamėginti rasti antros analizinės grupės katijoną kalcį. Reakcijai gali trukdyti baris. Tokiu atveju kalcio jonai
nustatomi kaip aprašyta tolimesnėje analizės eigoje.
Į kūginį mėgintuvėlį įpilama apie 0,5 ml tiriamojo (X- nio) tirpalo, sulašinami keli lašai (NH4)2 CO3 tirpalo. Mišinys gerai sumaišomas ir po kelių minučių nucentrifuguojamos CaCO3 ir BaCO3 nuosėdos:
BaCl2 + (NH4)2 CO3® BaCO3 ¯ + 2 NH4 Cl
CaCl2 + (NH4)2CO3 ® CaCO3¯ + 2 NH4 Cl
CaCO3 ir BaCO3 nuosėdos atskiriamos nuo tirpalo ir ištirpinamos keliuose lašuose 2N CH3COOH tirpalo.
BaCO3 + 2 CH3COOH ® Ba(CH3COO)2 + H2CO3