Лекция № 6 Физические методы анализа

1. Термические методы анализа

2. Хроматографические методы анализа

3. Масс-спектроскопия

1. Термические методы анализа

Термические методы анализа основаны на измерении температур разовых переходов и теплот химических реакций. Получили раз­витие несколько видов термического анализа:

1) термометрия – термоанализ – измерение температуры фазовых переходов – плав­ления, кипения, затвердевания веществ и их смесей; 2) термогра­виметрия – измерение массы веществ, подвергаемых нагреванию; 3) калориметрия, или энтальпиметрия – измерение теплоты хи­мических реакций; 4) термометрическое титрование – титрование, в котором определение точки эквивалентности проводят по измене­ниям температуры титруемой смеси.

По способу отсчета различают следующие виды термометричес­кого анализа – прямые, в которых определяют значение темпера­туры или количество теплоты, и дифференциальные, основанные на измерении разности температур .

В термометрических методах применяют специальные приборы. Основной их деталью является датчик температуры. Им может быть обычный химический термометр, термосопротивление, термо­пара, термоэлемент. Датчик температуры обычно подсоединяют к регистрирующему устройству типа автоматического самопишущего потенциометра. Измерение проводят в приборах, обеспечивающих нагрев или охлаждение образца или сохранение количества теплоты в системе. Таким прибором может быть термопечь, калориметри­ческая установка, титровальная ячейка и др. В ряде термометри­ческих методов измеряют массу, для чего применяют специальные термовесы, обеспечивающие взвешивание образца при его нагре­вании и регистрацию результатов измерений на самописце.

Термометрические методы обладают рядом существенных пре­имуществ по сравнению с другими инструментальными методами: они универсальны, поскольку любая химическая реакция сопровож­дается изменениями энергии в системе; обладают высокой чувстви­тельностью; позволяют надежно устанавливать присутствие при­месей; с их помощью определяют чистоту веществ; этими методами можно проводить идентификацию веществ по температурным кон­стантам и их изменениям, а также исследовать процессы нагрева­ния, сушки, плавления, кристаллизации, что важно для техноло­гических процессов.

 

1. 1 Термометрия

 

Термометрия – один из наиболее популярных и простых мето­дов установления ряда важных аналитических характеристик веществ. Термометрия включает измерение температур фазовых переходов веществ – плавления, кристаллизации, кипения. При нагреве или охлаждении вещества его температура меняется непрерывно, но в момент фазового перехода в некотором интервале наступает постоянство температуры, связанное с поглощением или выделением теплоты при изменении фазового состояния (рисунок ). Постоянная температура, сопровождающая плавление, затвердевание или кипе­ние вещества, остается стабильной до завершения фазового пере­хода и только после этого начинает изменяться дальше. Темпера­туры фазовых переходов являются константами веществ и исполь­зуются для определения их идентичности (по плавлению смешанных проб), проведения физико-химического анализа и определения мо­лекулярных масс веществ по изменениям температуры фазового перехода основы.

Константы фазовых переходов являются важнейшими физико-химическими и идентификационными характеристиками веществ. Обычно определяют следующие константы: температуру плавления; температуру затвердевания; температуру кипения. При измерениях используют шкалу Цельсия, в которой за нулевую отметку принята температура плавления льда, за 100°С – температура кипения воды. Вторая шкала температур, рекомендуемая к использованию СИ, – термодинамическая шкала (в Кельвинах К), за нулевую отметку принимают температуру абсолютного нуля – ОК пли –273,16°С. Температура плавления льда в этой шкале соответствует 273,16 К. Для перевода температуры из шкалы Цельсия в термодинамическую шкалу Кельвина достаточно к значению температуры по Цельсию прибавить 273,16°. Измерение темпера­туры проводят обычно с помощью ртутных термометров.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок – Изменения температуры в момент фазового перехода:

1 – испарение кристаллизационной воды; 2 – плавление примеси; 3 – плавление вещества