Щелолчные и щелочноземельные металлы.

Щелочными металлами называют химические элементы I группы главной подгруппы Периодической системы элементов Менделеева. Это литий Li, натрий Na. Названы они так потому, что их гидроокиси - наиболее сильные щелочи. Химически очень активны, причем их активность возрастает от Li к Fr. Примером наиболее распространенного соединения одного из щелочных металлов является поваренная соль (хлорид натрия) NaCl. Широко известна сода (карбонат натрия) Na₂CO₃. Широко известен щелочной элемент К. Он входит в состав калийных удобрений. Вместе с азотными и фосфорными удобрениями это основные удобрения, применяемые в сельском хозяйстве. Реже встречаются упоминания о литиевых электрических батарейках, цезиевых фотоэлементах, рубидиевых часах. Элементы IA группы являются типичными металлами.

С элемента IA группы начинается каждый период в таблице Менделеева. Это означает, что именно у атомов этих элементов начинается заполнение следующего энергетического уровня. Поэтому на внешнем уровне у атомов всех щелочных металлов находится по одному электрону (2s¹) . ( Они обладают электронной проводимостью.) При переходе от Li к Fr , т.е. при движении сверху вниз по группе, у атомов возрастает число энергетических уровней, следовательно, увеличивается размер атомов, ослабевает связь внешнего электрона с ядром. Это значит, что валентный электрон атома щелочного металла все легче может перейти на орбитали атома другого элемента, а эта способность «отдавать» электроны есть свойство восстановителя. Восстановительная способность щелочных металлов и их химическая активность возрастают с увеличением их порядкового номера.

Заметим, что при переходе от элемента к элементу слева направо по периоду уменьшаются размеры атомов и усиливается прочность связи внешних электронов с ядрами. Следовательно, щелочные металлы являются самыми сильными восстановителями каждый в своем периоде.

Элементы группы IA являются типичными металлами, у которых металлические (с химической точки зрения – восстановительные свойства ) свойства выражены наиболее ярко.

Щелочные металлы как простые вещества. Атомы щелочных металлов имеют по одной валентной орбитали, содержащей один электрон. Поэтому эти атомы могут соединяться между собой с образованием двухатомных молекул, которые и обнаружены в газообразном состоянии металлов-элементов IA группы. Однако в твердом состоянии простые вещества, образованные этими элементами, тем не менее построены не из двухатомных молекул, а из атомов.

Физические свойства щелочных металлов. При переходе от одного элемента к другому сверху вниз по группе размеры атомов увеличиваются и эффективность перекрывания их валентных орбиталей уменьшается, снижается прочность связей между атомами. А это приводит к снижению температур плавления и кипения веществ. (Температура плавления и кипения понижаются с увеличением порядкового номера элемента.)

Относительно малая прочность связи между атомами обуславливает и низкую механическую прочность кристаллов: щелочные металлы мягкие, легко режутся ножом.

Большие размеры атомов приводят к малой плотности щелочных металлов. Самые легкие из них – литий, натрий, калий даже легче воды. Литий самый легкий металл, его плотность 0,5 г/см³. Его используют в алюминиевых и магниевых сплавах в самолето- и ракетостроении для уменьшения их плотности и облегчения конструкций из них.

Химические свойства щелочных металлов. Щелочные металлы очень активные вещества. На воздухе они быстро реагируют с его составными частями. Результатом этого является смесь веществ, которые покрывают поверхность металла толстым рыхлым слоем. Поэтому щелочные металлы хранят в жидкостях, не реагирующих с ними, например в керосине. Щелочные металлы бурно взаимодействуют с водой:

2 Na + H₂O = 2NaOH + H₂ . Это окислительно-восстановительная реакция. Na – восстановитель. Т.к. Na легче воды , он остается на ее поверхности. Благодаря выделению большого количества теплоты в ходе реакции и вследствие сравнительно низкой температуры плавления он плавится. А выделяющийся водород может загореться.

Высокая химическая активность щелочных металлов используется для очистки инертных газов от всех других газообразных веществ. Для этого требующий очистки газ пропускают через расплавленный щелочной металл. Примеси кислорода, азота, водяного пара и других веществ реагируют с металлом, образуя нелетучие продукты – оксиды, нитриды, гидроксиды, и т.п.

Примеры реакций:

4 Li + O₂ = 2Li₂ O (оксид лития)

6 Li + N₂ = 2Li₃N (нитрид лития)

2Li + H₂ = 2LiH (гидрид лития)

2Li+ 2H₂O= 2LiOH+H₂

Щелочной металл Li окрашивает пламя в карминово-красный цвет, Na – в желтый цвет, К – в фиолетовый. Это свойство применяется в бенгальских огнях, в сигнальных ракетах , в фейерверках.

Применение щелочных металлов связано с их легкоплавкостью и высокой теплопроводностью. Расплавленный натрий служит в качестве теплоносителя в некоторых ядерных реакторах. В фоточувствительных приборах используется способность щелочных металлов легко терять электроны.

Но основное применение элементы IA группы находят в виде их соединений едкий натр и сода.

Гидроксид натрия (NaOH) – щелочь. Изменяет цвет индикаторов, мылкий на

ощупь.

Реагирует с кислотами:

NaOH+HCl = NaCl+H₂O

с кислотными оксидами:

2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O

В промышленности гидроксид натрия получают действием электрического тока на водный раствор хлорида натрия:

_{электр. ток}

2NaCl+2H₂O-----------> 2NaOH+H₂ +Cl₂

Едкий натр имеет широкое применение . Используется его химическая активность для разложения одних веществ, перевода в растворимое состояние других веществ и т.п.

Гидроксид натрия применяется в нефтеперерабатывающей, текстильной, мыловаренной, пищевой промышленности, при производстве бумаги, тканей, искусственного щелка, красителей, лекарств и многих других веществ.

Щелочноземельные металлы - это химические элементы, относящиеся к главной подгруппе II группы Периодической системы Менделеева. Название связано с тем, что их окислы - «земли» (по терминологии алхимиков) – сообщают воде щелочную реакцию. Химически щелочные металлы очень активны, причем их активность возрастает от кальция к радию. Следует обязательно заметить, что к щелочноземельным металлам относятся элементы IIA группы, но не все, а только начиная с кальция и вниз: Ca, Sr, Ba, Ra. Оксиды этих элементов взаимодействуют с водой, образуя щелочи.

Если характеризовать всю IIA группу, то можно отметить что и здесь соблюдаются общие закономерности в изменении физических и химических свойств, связанных с увеличением размера атомов и образуемых ими ионов при движении по группе сверху вниз.

Как и у щелочных металлов у щелочноземельных металлов с увеличением размеров атомов ослабевает химическая связь между ними и кристалл разрушается при более низкой температуре. Но в то же время на примере магния можно видеть, что не только расстоянием между ядрами атомов в кристалле определяется прочность связи. Существуют и более сложные факторы, обуславливающие это.

С увеличением размеров ионов проявляется та же закономерность в изменении свойств соответствующих оксидов и гидроксидов, с увеличением размера иона ослабевают кислотные и усиливаются основные свойства оксидов и гидроксидов.

BeO и Be(OH)₂ - амфотерные соединения , MgO и Mg(OH)₂ проявляют только основные свойства. Водный раствор гидроксида магния (малорастворим) проявляет отчетливые свойства основания (окрашивает раствор фенолфталеина в малиновый цвет). Реагирующие с водой оксиды щелочноземельных металлов образуют более или менее хорошо растворимые в воде щелочи.

Важнейшими для практики соединениями щелочноземельных металлов являются соединения кальция.

CaO – оксид кальция (негашеная известь). Получают разложением известняка при высокой температуре (около 1000ºС):

СaCO₃=CaO+CO₂ -180 кДж

CaO+H₂O=Ca(OH)₂+70 кДж - получение гашеной извести (используется в строительстве).

С солями кальция связано широко распространенное явление жесткости воды. Перед использованием воды ее умягчают, т. е. удаляют из нее соли кальция, магния и др.

Билет 44.

Лантано́иды (лантани́ды) — семейство из 14 химических элементов III группы 6-го периода периодической таблицы. Семейство состоит из церия, празеодима, неодима, прометия, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия и лютеция. Лантан часто рассматривается вместе с этими элементами для удобства сравнения, хотя к лантаноидам он не относится.

Все лантаниды вместе с лантаном, скандием и иттрием входят в состав группы редкоземельных элементов (РЗЭ).

Билет 46.

Актиноиды, актиниды, семейство из 14 химических элементов с атомными номерами Z 90 — 103, расположенных в 7 периоде системы Менделеева за актинием Ac и относящихся, как и актиний, к III группе системы. К А. принадлежат: торий, протактиний , уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, элемент № 102, не имеющий пока общепринятого названия, и лоуренсий. Все А. радиоактивны, т. е. не имеют стабильных изотопов. Получение: Чаще всего для выделения чистых соединений актиноидов используют фториды, поскольку они плохо растворяются в воде и могут быть легче удалены путём обменной реакции. Фториды актиноидов восстанавливают кальцием, магнием или барием, так как они сравнительно более активны по сравнению с третьей и последующими подгруппами. Среди актиноидов наиболее легко добываются торий и уран. Иногда торий добывают электролизом нагретого фторида в смеси хлоридов натрия и калия. Электролиз проводят при 700—800 °С в графитовом тигле. Очень чистый торий добывают разложением его йодида с помощью метода Ван Аркеля и де Бура. Химич.св-ва: Все актиноиды являются химически активными металлами. Подобно лантаноидам, 5f-элементы обладают высокой химической активностью по отношению к кислороду, галогенам, азоту, сере. Торий, уран и нептуний уже при комнатной температуре медленно окисляются на воздухе. Чистый плутоний, оставленный на воздухе является пирофорным. Различие химических свойств актиноидов и лантаноидов проявляется в том, что актиноиды легче вступают в реакции и имеют разные валентные состояния. Это объясняется меньшим размером 5f-орбиталей по сравнению с 4f-орбиталями, их экранированностью внешними электронами и поэтому способностью к более легкому расширению за пределы 6s- и 6p-орбиталей. Актиноиды склонны к гибридизации. Особенно это характерно для тех элементов, атомы которых имеют малое количество 5f-электронов. Объясняется это тем, что энергии 5f-, 7s- и 6d-подуровней очень близки ..Физ.св-ва: Все они мягкие, имеют серебристый цвет, достаточно высокую плотность и пластичность. Некоторые из этих металлов можно разрезать ножом. Торий по твёрдости подобен мягкой стали. Из нагретого чистого тория можно раскатывать листы, вытягивать проволоку. Торий почти вдвое легче урана и плутония, но твёрже их обоих. Все актиноиды в той или иной степени радиоактивны. Из них только торий и уран встречаются в природе в заметных количествах.Степени окисления: актиний— +3

торий — +4

протактиний — +5

уран — +6

нептуний — +5

плутоний — +4

америций и остальные актиноиды — +3

Билет 47. Соединения тория, урана и плутония.

Торий. – Th, химический элемент III группы периодической системы элементов, металл, относится к актиноидам. Торий радиоактивен, стабильных изотопов не имеет. Физ.св-ва: серебристо-белый пластичный металл, образует сплавы со многими металлами. Температура плавления – 1750° С, температура кипения – 4200° С, плотность – 7,24 г/см3, при температуре ниже 1,4 К становится сверхпроводником. Хим.св-ва: Торий весьма реакционноспособен – быстро тускнеет на воздухе, в кипящей воде покрывается пленкой ThO2. Мелкодисперсный металлический торий вспыхивает на воздухе из-за энергичного окисления. Торий растворим в разбавленных минеральных кислотах: соляной, азотной, серной; концентрированной азотной кислотой он пассивируется, не реагирует со щелочами. Получение: Содержащие торий минералы, например, монацитовый песок, подвергают сернокислотному расщеплению, полученную пасту нейтрализуют и затем обрабатывают соляной кислотой. Отделение сопутствующих элементов основано на различной растворимости полученных хлоридов. Иногда используют экстракцию трибутилфосфатом, позволяющую более тонко отделить примеси. Соединения: При нагревании тория в атмосфере водорода при 400–600 °С образуется гидрид ThH2 Темно-серые кристаллы, быстро разлагающиеся при действии влаги воздуха с образованием диоксида. Диоксид ТhO2 образуется при сгорании металла на воздухе, при прокаливании гидроксида, а также некоторых солей – нитрата, карбоната. Это исключительно высокоплавкое; реагирует с оксидами металлов при 600–800° С, образуя двойные оксиды (тораты), ТhO2устойчив к действию кислот и восстановителей. Применение: Торий используется в качестве легирующей добавки, упрочняющей магниевые сплавы, введение тория в состав вольфрамовых нитей для электроламп накаливания увеличивает срок их службы. Оксид тория применяется как огнеупорный материал, в качестве компонента катализаторов, его также добавляют в состав дуговых углей для увеличения яркости электрической дуги, используемой в прожекторах.

Уран, металлический химический элемент семейства актиноидов. Уран приобрел известность благодаря использованию его в ядерном оружии и атомной энергетике. Оксиды урана применяются также для окрашивания стекла и керамики. Применение: раньше использование было сосредоточено в основном в технологии керамики и в металлургии; оксиды урана широко применяли для окраски стекла в цвета от бледножелтого до темнозеленого, что способствовало развитию недорогих стекольных производств.Сейчас лидирует Военное значение урана для производства атомной бомбы и использование в качестве топлива в ядерных реакторах. Cв-ва: один из наиболее тяжелых элементов, встречающихся в природе. Чистый металл очень плотный, пластичный, электроположительный с малой электропроводностью и высокореакционноспособный. Уран имеет три аллотропные модификации: a-уран (орторомбическая кристаллическая решетка), существует в интервале от комнатной температуры до 668° С; b-уран (сложная кристаллическая решетка тетрагонального типа), устойчивый в интервале 668–774° С; g-уран (объемноцентрированная кубическая кристаллическая решетка), устойчивый от 774° С вплоть до температуры плавления (1132° С). Поскольку все изотопы урана нестабильны, все его соединения проявляют радиоактивность. Соединения: высокореакционноспособный металл – имеет степени окисления от +3 до +6, близок бериллию в ряду активности, взаимодействует со всеми неметаллами и образует интерметаллические соединения с Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg, Mg, Ni, Pb, Sn и Zn.

Плутоний.Cв-ва: стабильных изотопов не имеет, хрупкий серебристый металл. на воздухе окисляется, меняя свой цвет сначала на бронзовый, затем на синий цвет закаленного металла и после превращается в тусклый черный или зеленый цвета из-за образования рыхлого окисного покрытия. Существует в шести кристаллич. модификациях. имеет аномально низкую для металлов температуру плавления и необычно высокую температуру кипения.Компактный плутоний медленно окисляется на воздухе, порошок и стружка пирофорны; медленно взаимод. с водой, раств-ся в соляной к-те, HClO4, HBr и H3PO4, пассивируется конц. HNO3, CH3COOH и H2SO4; в р-рах щелочей заметно не растворяется. Применение: используют в качестве ядерного топлива энергетич. реакторов, работающих на тепловых и особенно на быстрых нейтронах, а также при изготовлении ядерного оружия. Соединения: Он реагирует с кислотами, кислородом и их парами, но только не с щелочами. Быстро растворяется в хлороводороде, иодоводороде, бромоводороде, 72 % хлорной кислоте, 85 % ортофосфорной кислоте, концентрированной CCl3COOH, сульфаминовой кислоте и кипящей концентрированной азотной кислоте. Плутоний инертен к концентрированным серной и уксусной кислотам; в их растворах медленно растворяется, то есть реагирует и образует соответствующие соли. При температуре 135 °C металл самовоспламенится благодаря реакции с кислородом, а если его поместить в атмосферу тетрахлорметана, то взорвётся.

Билет48.

Общая хар-ка элементов 4 гр.

VI группа периодической системы элементов состоит из 2-х подгрупп: главной - кислород, сера, селен, теллур и полоний - и побочной - хром, молибден и вольфрам. В главной подгруппе выделяют подгруппу селена (селен, теллур и полоний), побочную подгруппу называют подгруппой хрома. Все элементы главной подгруппы, кроме кислорода, могут присоединять по 2 электрона, образуя электроотрицательные ионы. Элементы главной подгруппы имеют на внешнем электронном уровне по 6 электронов (s2р4). В элементах подгруппы хрома идет заполнение d-уровня, поэтому на s-уровне их атомов - по 1 (у хрома и молибдена) или 2 (у вольфрама) электрона. Все они проявляют максимальную степень окисления +6, но для молибдена, и особенно для хрома, характерны соединения, в которых они имеют более низкую степень окисления (+4 для молибдена и +3 или +2 для хрома).

Цирконий — блестящий металл серебристо-серого цвета. Обладает высокой пластичностью, устойчив к коррозии. Получение-Основные методы металлического циркония из концентратом — хлоридный, фторидный и щелочной процессы. Свойства: Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °CНе реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты.

Гафний — тяжёлый тугоплавкий серебристо-белый металл, 72 элемент периодической системы. Свойства: обладает высоким сечением захвата тепловых нейтронов, достаточно инертный материал из-за образования тонкой пассивной плёнки оксидов на поверхности. химическая стойкость гафния гораздо больше, чем у его аналога — циркония. Лучшим растворителем гафния является фтороводородная кислота (HF), или смесь фтороводородной и азотной кислот, а также царская водка. При высоких температурах (свыше 1000 К) гафний окисляется на воздухе, а в кислороде сгорает. Реагирует с галогенами. По стойкости к кислотам подобен стеклу. Также как и цирконий, обладает гидрофобными свойствами (не смачивается водой). Получение: Среднее содержание гафния в земной коре около 4 г/т. Ввиду отсутствия у гафния собственных минералов и постоянного сопутствия его цирконию, его получают путём переработки циркониевых руд, где он содержится в количестве 2,5 % от веса циркония

Билет 49.

Свойства химических соединений циркония и гафния весьма близки. Они образуют однотипные соединения, отличающиеся одно от другого лишь некоторыми физико-химическими характеристикам.Для циркония и гафния наиболее характерна валентность «4+».В водных растворах соединения циркония и гафния со степенью окисления меньше четырех не известны.

Применение: цирконий- наряду с танталом используют для производства кровоостанавливающих зажимов, применяемых в нейрохирургии при операциях мозга. Добавка циркония к другим металлам придает им особые свойства (кислотоупорность, термостойкость и пр.). Цирконий обладает повышенной коррозионной устойчивостью. применяется также в пиротехнике и производстве боеприпасов. Порошки циркония, имеющие низкую температуру воспламенения и высокую скорость сгорания, применяют в качестве воспламенителя в смесях капсюлей-детонаторов, а также в смесях для фотовспышек, искрящихся смесях для трассирующих боеприпасов и в пиротехнике .Применение соединений: Цирконий и его соединения из-за тугоплавкости нашли применение в производстве огнеупоров, фарфора, эмалей и стекла. В качестве огнеупора применяют минерал циркон и диоксид циркония . Последний обычно стабилизируют добавками оксидов кальция, магния или иттрия, исключающих растрескивание изделий при нагревании вследствие стабилизации высокотемпературной кубической модификации. Из диоксида циркония и циркона изготовляют кирпич для металлургических печей, тигли и другие изделия.

Применение гафния: используют в регулирующих и защитных устройствах ядерных реакторов. Также гафний используется в качестве электрода в плазменной резке из-за своей способности излучать электроны в воздухе. Применение соединений: Твердый раствор карбидов Гафния и тантала, плавящийся выше 4000 °С, - самый тугоплавкий керамический материал; из него изготовляют тигли для плавки тугоплавких металлов, детали реактивных двигателей. В электронике соединения на основе гафния используются при производстве микросхем.

Влияние: Гафний и его соединения повреждают печень. Хлорид гафния при 10 мг/кг вызывает кардиоваскулярный коллапс и задержку дыхания у кошек таким же образом, как и растворимые соли циркония. Эксперименты на животных показали, что воздействие лактата циркония и цирконата бария приводит к развитию тяжелой формы постоянной хронической пневмонии при концентрации циркония в воздухе около 5мг/м^3 . У людей, систематически применявших в качестве лосьонов и дезодорантов препараты, содержащие соли Ц., наблюдались аллергические кожные реакции.

Соединения гафния:1)2хвалентный: Бромид гафния (II) HfBr2. Твердое вещество черного цвета.

Гидрофосфат гафния (II) Hf(HPO4)2. Белый осадок

2)3хвалентный: Бромид гафния (III) HfBr3. Черно-синее твердое вещество

3)4х: Оксид гафния (IV) HfO2. Порошок, бесцветные моноклинные кристаллы

Гидроксид гафния (IV) Hf(OH)4. Белый осадок

Фторид гафния (IV) HfF4. Бесцветные кристаллы

Хлорид гафния (IV) HfCl4. Белый порошок

Бромид гафния (IV) HfBr4. Бесцветные кристаллы

Иодид гафния (IV) HfI4. Желтые кристаллы

Соединения циркония: При 400-500°C Zr реагирует с кислородом:Zr + O2 = ZrO2

в смеси азотной и плавиковой кислот:3Zr + 4HNO3 + 18HF = 3H2[ZrF6] + 4NO + 8H2O

в царской водке:3Zr + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[ZrCl6] + 4NO + 8H2O

Цирконий устойчив к растворам щелочей.

Диоксид ZrO2 не реагирует с водой, концентр.соляной HCl и азотной HNO3 к-ми. С расплавленными щелочами ZrO2 реагирует с образованием солей — цирконатов:ZrO2 + 2КOH = К2ZrO3 + H2O.

При подкислении растворов цирконатов выделяется гидратированный гелеобразный оксид ZrO2·xH2O (гидроксид циркония):Na2ZrO3 + HCl = NaCl + ZrO2·xH2O.

Билет 50.

Разделение – это операция (процесс), в результате которого компоненты, составляющие исходную смесь, отделяются один от другого.

Концентрирование – операция (процесс), в результате которого повышается отношение концентрации или количества микрокомпонентов к концентрации или количеству макрокомпонентов.

Экстра́кция— метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя (экстраге́нта). Для извлечения из раствора применяются растворители, не смешивающиеся с этим раствором, но в которых вещество растворяется лучше, чем в первом растворителе. Простейший способ экстракции из раствора — однократная или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке. Делительная воронка представляет собой сосуд с пробкой и краном для слива нижнего слоя жидкости.

Сорбция — поглощение твердым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твердое тело или жидкость - сорбентом.По характеру поглощения сорбата сорбционные явления делятся на два типа: адсорбцию - концентрирование сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию - объемное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объему сорбента.В свою очередь, различают два типа адсорбции - физическую адсорбцию, в при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбента с веществом поверхности сорбата

Методы осаждения, соосаждения, адсорбции и связанные с ними процессы-Все эти методы имеют общую особенность: раствор пробы подвергается такой обработке, в результате которой образуются две фазы: одна - раствор, содержащий макрокомпоненты пробы, другая - твердая фаза, которая целиком или частично состоит из определяемого вещества.

Билет 51.

ГИБРИДНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА, основаны на сочетании методов разделения смесей и определения (обнаружения) компонентов. Часто реализуются в одном аналит. приборе. К гибридным методам анализа относятся, напр., газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионная хроматография, хромато-масс-спектрометрия, в к-рых разделенные на хромагографич. колонке компоненты определяют с помощью разл. детекторов, а также методы, включающие экстракционное разделение ионов металлов с последующим анализом экстракта физ.-хим. или физ. методами-атомно-абсорбционным, полярографич., фотометрич. и другими.

Константа распределения-Постоянная величина, выражающая отношение концентраций распределяемого вещества, находящегося в обеих фазах (после наступления равновесия) в одной и той же форме, называется константой распределения:

где Р о — константа распределения: [А] о —концентрация вещества в фазе органического растворителя, моль/л; [А] В — концентрация вещества в водной фазе, моль/л. Величина константы распределения зависит от природы распределяемого вещества, состава и свойств применяемого экстрагента, температуры, при которой производится экстракция.

Главной характеристикой любого экстракционного процесса, является коэффициент распределения (D). Коэффициент распределения определяется отношением концентрации экстрагирующегося вещества в органической фазе к концентрации вещества в водной фазе после того, как насстепень извлечения (R, %) фенолов рассчитывают по следующим формулам:

Степень извлечения R = (D · 100)/(D+K), где

K - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз;

D = Cорг / Сводн –коэф.рапределения

фактор разделения (rрт - макс. внутр. радиус ротора), отражающий интенсивность центробежного поля. параметр центрифугирования( разделение в поле центробежных сил жидких дисперсных систем с частицами размером более 100 нм. Используют для выделения составляющих фаз из двухкомпонентных и трехкомпонентных систем.)

Коэффициент концентрирования - отношение содержания компонента в концентрате к его содержанию в исходной смеси. Обозначается Кк.

Билет 52

ОСАЖДЕНИЕ, выделение в виде твердого осадка из газа (пара), р-ра или расплава одного или неск. компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы. О. из пара (десублимация) достигается понижением т-ры (напр., при охлаждении паров иода возникают кристаллы иода) или хим. превращ. паров, к к-рому приводят нагревание, воздействие радиации и т. д. Соосаждение, переход в осадок примесей (микрокомпонентов), сопутствующий осаждению основного вещества (макрокомпонента) из раствора, расплава или пара, содержащих несколько веществ. С. происходит тогда, когда раствор (пар) пересыщен в отношении вещества, образующего осадок, или расплав переохлаждён.

Широко применяют для осаждения разл. хим. реагенты-осадители, взаимодействующие с выделяемыми элементами с образованием малорастворимых соед., к-рые выпадают в осадок. Органические реагенты, используемые для осаждения, обладают более высокой селективностью по сравнению с неорганическими осадителями. Неорганические реагенты хорошо отделяются от осадка.Наиболее распространенными неорганическими осадителями являются: NaOH, NH4OH, Na2CO3, H2S, Na3PO4; органическими осадителями - ди-тизон, о-оксихинолин, купферон и др.

Билет 53.

Экстракция -процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов).

Процесс Э. включает 3 последовательные стадии: смешение исходной смеси веществ с экстрагентом; механическое разделение (расслаивание) двух образующихся фаз; удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования. После механического разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт) и остаток исходного раствора (рафинат) или твёрдого вещества. Выделение экстрагированного вещества из экстракта и одновременно регенерация экстрагента производится дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, высаливанием и т. п.

Экстрагирование из жидкостей основано на законе распределения, согласно которому

где: m0 — количество извлекаемого вещества, содержащегося в объеме растворителя VA до экстракции; mn — количество этого вещества, оставшееся в том же объеме после n-кратной экстракции; VB — объем растворителя (экстрагента), которым каждый раз производится экстракция; К — коэффициент распределения извлекаемого вещества между двумя растворителями.

Скорость экстракции, или кол-во в-ва, переходящего в единицу времени из одной фазы в другую, определяется по ф-ле:

где К - коэф. массопередачи; F - площадь межфазной пов-сти; - движущая сила процесса.

РЕЭКСТРАКЦИЯ— процесс, обратный экстракции, сост. в переводе экстрагир. соед. из органич. фазы в водную — реэкстракт. Р. в большинстве случаев осущ. в противотоке при контакте только двух фаз — водного и органич. р-ра, не смешив, с водным. Реэкстракция может быть осуществлена путем изменения кислотности водного раствора, при помощи растворов, не содержащих высаливателя, путем изменения валентности при помощи окислителей и восстановителей, образования нерастворимых в органическом растворителе комплексов.

Достоинствами Э. являются низкие рабочие температуры, рентабельность извлечения веществ из разбавленных растворов, возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов, и азеотропных смесей, возможность сочетания с другими технологическими процессами (ректификацией, кристаллизацией), простота аппаратуры и доступность её автоматизации. Недостатком Э. в ряде случаев является трудность полного удаления экстрагента из экстрагируемых веществ.

Э. подчиняется законам диффузии и равновесного распределения.

Билет 54.

Сорбция — поглощение твердым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твердое тело или жидкость - сорбентом.По характеру поглощения сорбата сорбционные явления делятся на два типа: адсорбцию - концентрирование сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию - объемное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объему сорбента.В свою очередь, различают два типа адсорбции - физическую адсорбцию, в при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбента с веществом поверхности сорбата

ИОНИТЫ (ионообменники, ионообменные сорбенты), полимерные в-ва и материалы, содержащие ионогенные и (или) комплексообразующие группы, способные к обмену ионов при контакте с р-рами электролитов. Большинство ионитов - твердые нерастворимые полиэлектролиты аморфной или кристаллич. структуры. Ионогенные группы закреплены на мол. каркасе (матрице) и диссоциируют, давая полиионы (фиксир. ионы) и подвижные противоионы, компенсирующие заряды полиионов.

Сорбенты – одним словом твердые тела или жидкости, сорбирующие (избирательно поглощающие) пары, газы или растворенные вещества из окружающей среды. К неорганическим сорбентам относятся: диатомитовые породы (рыхлый диатомит – кизельгур), различные виды глин, песок , пемза, туфы, цеолиты, перлит и т. п. Соответственно диатомиты и глина являются большей частью товара на рынке сорбентов, так как имеют низкую стоимость и возможность производства в больших объёмах, а так же широко используется песок , им засыпают небольшие участки разливов нефти и нефтепродуктов.

Хелатообразуующие: В настоящее время полимерные хелатные сорбенты находят широкое применение в промышленности для решения задач вторичной переработки сырья с целью полного извлечения драгоценных и цветных металлов (медь, кобальт, никель), в экологии – для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов, а так же в аналитической химии для решения задач разделения, концентрирования и определения микрокомпонентов в различных объектах.

Билет 55

Хроматография это метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении компонентов между подвижной фазой(подвижная фаза представляет собой жидкость или газ), называемой элюентом, и неподвижной(стационарной фазой обычно служит твердое вещество (его часто называют сорбентом) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество), через которую протекает элюент.

Для разделения раствор смеси веществ пропускают через твердый, нерастворимый, неорганический или органический материал, который представлен в как можно более измельченной форме (например, оксид алюминия).

Классификация хроматографических методов.

по агрегатному состоянию: хроматографию разделяют на газовую (подвижной фазой служит инертный газ, водород, гелий, азот и т.д.) и жидкостную (используется высокое давление и мелкозернистые сорбенты).

по механизму взаимодействия сорбента и сорбата:

распределительная хроматография (основана на различной растворимости разделяемых веществ в заданном растворителе), ионообменная хроматография (позволяет разделять ионы и полярные молекулы), адсорбционная хроматография (основанный на способности твёрдого вещества — неподвижной фазы — сорбировать примеси, находящиеся в подвижной фазе).

По технике выполнения:

выделяют колоночную хроматографию и плоскостную хроматографию.

По цели:

выделяют аналитическую хроматографию (качественный и количественный анализ); препаративную хроматографию (для получения веществ в чистом виде, для концентрирования и выделения микропримесей); промышленную (для автоматического управления процессом).

Хроматограмма - кривая, изображающая зависимость концентрации соединений, вы­ходящих из колонки с потоком подвижной фазы, от времени с момента начала разделения.

Фронтальный анализ состоит в непрерывном пропускании анализируемой смеси через слой сорбента в колонке. 

Вытеснительный анализ. В этом случае подвижная фаза обладает большим сродством к неподвижной фазе, чем разделяемое вещество. В неподвижную фазу вводят небольшую пробу. Но из-за большого сродства подвижная фаза вытесняет и проталкивает все компоненты. 

Элюентный анализ. Подвижную фазу для перемещения растворенного вещества пропускают через хроматографическую систему. Разделение происходит за счет различного сродства компонентов смеси к неподвижной фазе и, следовательно, за счет разных скоростей их перемещения. Пробу малого объема вводят в хроматографическую систему. В итоге зоны с компонентами будут постепенно образовывать отдельные участки, разделенные чистым элюентом.

Билет 56

 В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовую, флюидную и жидкостную хроматографию. 

По механизму разделения в-в различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную, аффинную, осадочную хроматографию.

По геометрии сорбционного слоя неподвижной фазы различают колоночную и плоскослойную хроматографию.

В зависимости от способа ввода пробы и способа перемещения хроматографических зон по слою сорбента различают след. варианты хроматографии: элюентный, фронтальный и вытеснительный.

Газовая хроматография (ГХ) - хроматография, в которой подвижная фаза находится в состоянии газа или пара. Неподвижной  фазой  является  высокомолекулярная  жидкость, закрепленная на пористый носитель или на стенки длинной капиллярной трубки, или только твердое пористое вещество, заполняющее колонку, вследствие чего газовая хроматография подразделяется на газо-жидкостную и газо-твердофазную.

Газо-твёрдофазная хроматография это метод разделения летучих компонентов, при котором подвижной фазой служит поток инертного газа-носителя (водород, гелий, азот, аргон, углекислый газ), а неподвижной — частицы твёрдого тела( активные угли, силикагели, пористое стекло, оксид алюминия). Распределение веществ между неподвижной и подвижной фазами определяется процессом адсорбции.

Газо-жидкостная хроматография – разделение газовой смеси вследствие различной растворимости компонентов пробы в жидкости или различной стабильности образующихся комплексов. Неподвижной фазой служит жидкость, нанесенная на инертный носитель, подвижной – газ.

Билет 57

Жидкостная хроматография

Вид хроматографии, в которой подвижной фазой служит жидкость. Неподвижной фазой может быть твердый сорбент, твердый носитель с нанесенной на его поверхность жидкостью или гель. Различают колоночную жидкостную хроматографию, в к-рой через колонку, заполненную неподвижной фазой, пропускают порцию разделяемой смеси в-в в потоке элюента (под давлением или под действием силы тяжести).

Адсорбционная жидкостная хроматография в зависимости от относит. полярности сорбента и элюента подразделяется на нормально-фазную и обращенно-фазную. В первом случае адсорбция в-в происходит на полярном сорбенте из неполярного элюента благодаря донорно-акцепторному взаимод. или образованию водородных связей. Во втором - на пов-сти  сорбента из полярного элюента благодаря дисперсионному взаимодействию разделяемых молекул с поверхностью.

В распределительной жидкостной хроматографии разделение основано на распределении в-в между двумя жидкими фазами: неподвижной, нанесенной на пов-сть носителя, и подвижной элюентом.

В ионообменной жидкостной хроматографии разделение основано на разл. способности разделяемых ионов к р-ции ионного обмена с фиксир. ионами сорбента, образующимися в результате диссоциации ионогенных групп последнего.

Эксклюзионная хроматография, в которой разделение происходит за счет распределения молекул между растворителем, находящимся внутри пор сорбента, и растворителем, протекающим между его частицами, т.е. неподвижной фазой служит пористое тело или гель, а различное удерживание веществ обусловлено различия в размерах молекул веществ, их форме и способности проникать в поры неподвижной фазы. 

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) – наиболее эффективный метод анализа органических проб сложного состава с использование высокого давления.

Билет 58

Плоскостная хроматография

Метод разделения, анализа и физико-химического исследования веществ, в котором перемещение подвижной фазы происходит благодаря капиллярным силам.

Плоскостная хрматография подразделяется на тонкослойную, в которой тонкий слой гранулированного сорбента или пористая плёнка наносится на стеклянную или металлическую пластинки, и бумажную, где для этого используют специальную хроматографическую бумагу.

Тонкослойная и бумажная хроматогррафии используются для анализа жиров, углеводов, белков и др. природных веществ и неорганических соединений.

На полоске хроматографической бумаги или на тонком слое сорбента проводят острым карандашом стартовую линию на расстоянии 1 см от нижнего края бумаги(пластинки). Пробу наносят микропипеткой на линию старта. Диаметр пятна не должен превышать 2-3 мм; чем меньше пятно, тем лучше разделение.

Качественный анализ.

Если на хромтограмме образуются окрашенные зоны, то проводят визуальные наблюдения. Невидимые хроматограммы проявляют соответствующими реагентами.

Количественный анализ.

Осуществляют непосредственно на хроматограмме по размеру пятна, спектрофотометрическим методом по спектрам поглощения и отражения.

Билет 59

Существует несколько классификаций объектов ананлиза: по агрегатному состоянию; по химической природе(неорганические, органические, биологические); по происхождению и принадлежности объекта.

Выбирая метод и схему анализа, необходимо руководствоваться задачей анализа:

1. полный или частичный анализ проводится;

2. определяются главные или побочные элементы;

3. каково число проб и есть ли возможность повторения определений;

4. какова требуемая точность;

5. предполагаемые затраты времени;

6. ожидаемая стоимость анализа.

Планирование анализа полезно начинать с изучения литературы. На основании систематизированных литературных данных с учётом конкретных целей анализа и условий намечают пути решения задачи.

Качественное обнаружение отличается от количественного определения лишь степенью точности, меньшим объёмом информации. При качественном обнаружении компонента необходим лишь ответ «да» или «нет».

Билет 60

Геологические объекты

Это руды, горные породы, минералы, нерудные полезные ископаемые. Результаты анализа объектов минеральной природы необходимы прежде всего геологической службе и отраслям промышленности, потребляющим минеральное сырьё. В результате аналитических исследований были решены важные геологические проблемы, в том числе открытие новых месторождений.

Использование физических методов анализа не возможно без стандартных образцов, и часто основным препятствием к применению того или иного метода является их отсутствие.

При анализе геологических объектов определяют общее содержание макро- и микрокомпонентов, также часто необходимо знать в какой форме они присутствуют. Определение микрокомпонентов в минеральном сырье – сложная задача из-за разнообразия состава объектов, форм макро – и микроэлементов и вытекающей из этого потребности в разнообразных стандартных образцах.