Запитання для самоконтролю
1. Поясніть, у чому полягає сутність комплексонометричного титрування. Якого типу реакції лежать в основі цього методу?
2. За рахунок чого відбувається взаємодія іонів Mg2+ та Ca2+ з молекулами ЕДТА? Який із утворених комплексів є більш стійким? Складіть відповідні рівняння реакцій.
3. Наведіть основні методи і прийоми хелатометричного титрування та вкажіть, за яких умов вони реалізуються.
4. Чому комплексонометричне визначення іонів Са2+, Fe2+, Zn2+ виконують у середовищі амоніачного буферного розчину? Яким є його pH?
5. Завдяки чому комплексонометрія має широке застосування для визначення металів у водних розчинах?
Тема 8 Фізико-хімічні методи аналізу
Фізико-хімічні і фізичні методи аналізу ґрунтуються на функціональній залежності фізичних властивостей речовини від їх природи та концентрації. Аналітичний сигнал, що вимірюється, може виникати внаслідок взаємодії речовини з різноманітними формами енергії: електричною, тепловою, електромагнітним випромінюванням. У фізико-хімічних методах часто для одержання сигналу виконують хімічні реакції за участі досліджуваної речовини, а саму речовину переводять із однієї хімічної форми в іншу; у фізичних методах – хімічна форма речовини, як правило, значення не має.
Чіткої межі між хімічними і фізико-хімічними, а також фізичними і фізико-хімічними методами не існує. Традиційно гравіметрію та титриметрію називають класичними методами аналізу, а фізичні та фізико-хімічні методи – інструментальними. Ці назви відображають способи спостереження і вимірювання аналітичного сигналу. Аналітичні вимірювання фізичними та фізико-хімічними методами вимагають наявності еталонів, стандартів і тому правильний результат визначення цілком залежить від їх якості та правильності приготування. Хімічні методи аналізу дозволяють безпосередньо визначати вміст речовини в об’єкті: у гравіметрії – за масою речовини, яка містить компонент, в титриметрії – за об’ємом витраченого розчину реагента (титранта).
Найбільше практичне значення і широке застосування мають фізико-хімічні методи аналізу, об’єднані у такі групи: електрохімічні методи (засновані на електрохімічних властивостях досліджуваної речовини); спектроскопічні методи (ґрунтуються на взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням); хроматографічні методи (засновані на процесах сорбції).
Електрохімічні методи
Електрохімічні методи ґрунтуються на використанні окисно-відновних процесів, які відбуваються на поверхні електродів та у міжелектродному просторі. Теоретичну основу електрохімічних методів складає функціональна залежність електричного параметру (сили струму, напруги, потенціалу електрода) від концентрації (активності) іонів у розчині або розплаві електролітів. В ідеальному випадку така залежність має вигляд рівняння Нернста:
.
Необхідним і основним елементом електрохімічних вимірювань є електрохімічна комірка – система, що складається із пари електродів, занурених у розчин електроліту. Один із електродів – індикаторний (або робочий), другий – електрод порівняння. Також може бути третій електрод – допоміжний. Електрод, потенціал якого залежить від активності (концентрації) досліджуваного іону, є індикаторним. Інший електрод, відносно якого вимірюють потенціал індикаторного електрода і власний потенціал якого не залежить від активності досліджуваного іону, є електродом порівняння. Як індикаторні використовують металеві електроди першого роду або іонселективні (мембранні) електроди. Як електрод порівняння найчастіше використовують електрод другого роду – хлорсрібний.
Потенціометричний аналіз поділяють на пряму потенціометрію (іонометрію) та потенціометричне титрування. В іонометрії безпосередньо визначають активність (концентрацію) іонів у розчині. Для цього за стандартними розчинами будують градуювальний графік або градуюють (калібрують) вимірювальний прилад. У потенціометричному титруванні здійснюється індикація точки еквівалентності хімічної реакції, поблизу якої відбувається стрибок потенціалу індикаторного електрода, що графічно реєструється. Для виконання потенціометричного титрування використовують хімічні реакції кислотно-основної взаємодії, окисно-відновні, комплексоутворення, осадження. Слід також зауважити, що хімічні реакції потенціометричного титрування повинні відбуватися стехіометрично, перебігати до кінця та мати високу швидкість.
Потенціометрія використовується не тільки у хімічному аналізі для визначення кількісного складу речовини. Потенціометричні вимірювання застосовують у фізико-хімічних дослідженнях реакцій у розчинах: для визначення констант дисоціації електролітів у водних і неводних розчинах, констант стійкості координаційних сполук, констант розчинності малорозчинних сполук, а також для встановлення термодинамічних характеристик хімічних процесів у розчинах.
Потенціометричні методи аналізу характеризуються високою чутливістю і точністю. До суттєвих переваг потенціометрії слід віднести практичні можливості методів: проведення титрування у розбавлених розчинах, аналіз багато-компонентних систем без попереднього розділення, титрування дисперсних систем і забарвлених розчинів, аналіз систем на основі змішаних і неводних розчинів. Важливою перевагою потенціометрії є можливість автоматизації та програмування процесу титрування, зокрема застосування автотитраторів.