Запитання для самоконтролю

1. На чому базуються фізико-хімічні (інструментальні) методи хімічного аналізу? Як їх можна класифікувати?

2. Наведіть рівняння, яке встановлює залежність величини електродного потенціалу від активності іонів у розчині. У чому полягає його фізичний зміст?

3. Перелічіть основні переваги потенціометричного титрування порівняно з класичними титриметричними методами аналізу.

4. Який закон складає теоретичну основу спектрофотометрії? Наведіть його математичний вираз та поясніть, що таке оптична густина речовини.

5. Функціональні групи якого типу входять до складу типових катіонітів та аніонітів? Де застосовується іонообмінна хроматографія?

6. Що таке обмінна ємність іоніту? У яких одиницях вона вимірюється?

Короткий термінологічний словник

Хімічний аналіз

Аналіз – встановлення складу суміші речовин чи індивідуальної речовини. Розрізняють якісний та кількісний аналіз. У більш широкому сенсі до аналізу також відносять визначення будови речовин.

Кількісний аналіз – визначення кількісного співвідношення складових частин суміші речовин або чистої речовини. Для цього застосовують хімічні, електрохімічні, оптичні та хроматографічні методи.

Фізичні (інструментальні) методи використовуються сьогодні частіше, ніж чисто хімічні методи аналізу. Перш за все, широке застосування знаходять спектроскопічні та дифрактометричні методи. Порівняно з класичними хімічними методами інструментальна аналітична хімія має, як правило, більшу наглядовість; вона потребує для проведення аналізу дуже малих кількостей речовин та вимагає значно менших витрат часу.

Хімічні методи базуються на тому, що за допомогою спеціальних реагентів обирається такий тип реакцій, котрий дозволяє зробити висновок про наявність певних функціональних груп або іонів у досліджуваній речовині.

Якісний аналіз – визначення складових частин суміші речовин або чистої речовини за допомогою хімічних, спектроскопічних та хроматографічних методів аналізу.

Методи якісного аналізу (реакції відкриття)

Забарвлення полум’я газового пальника леткими солями металів, в більшості випадків галогенідів, використовується як попередня проба для якісного визначення катіонів.

Кольорові реакції – хімічні перетворення, при яких шляхом зливання розчинів чи занурення у розчин універсального індикаторного паперу відбувається зміна кольору, характерна для визначуваних іонів.

Реакції осадження – хімічні реакції, в результаті яких утворюється малорозчинна речовина, що випадає у осад.

Якісний елементний аналіз – відкриття елементів у речовині шляхом:

• встановлення вмісту іонів, котрі присутні у вихідних речовинах або утворюються за допомогою відповідних реакцій;

• взаємодії речовин (у більшості випадків реакції окиснення) з утворенням газоподібних продуктів, які також можуть бути відкриті.

Методи кількісного аналізу

Арґентометрія – метод осаджувального титрування, у якому арґентум (І) нітрат виступає в якості речовини титрованого розчину; використовується погана розчинність арґентум (І) галогенідів; встановлення кінцевої точки здійснюється потенціометричним методом або візуально за допомогою осадження з кольоровим індикатором (наприклад, хромат-іонами).

Гравіметрія – класичний метод кількісного аналізу, в якому визначуваний іон переводиться у малорозчинну сполуку постійного складу, що підлягає зважуванню. При цьому у осад повинна випадати тільки одна сполука. Виділення (осадження) визначуваних іонів можна також проводити за допомогою електролізу (електрогравіметричний аналіз), особливо за участю катодного відновлення на платинових електродах.

Кислотно-основне титрування – метод об’ємного аналізу, при якому концентрація кислоти чи основи у розчині визначається кількісно шляхом додавання титрованого розчину. Визначення точки еквівалентності здійснюється за допомогою індикаторів.

Колориметрія дозволяє встановлювати концентрацію у видимій частині спектра шляхом візуального порівняння забарвлених розчинів з такими ж еталонними розчинами.

Комплексонометрія – аналітичний метод, при якому визначувані катіони переводяться у стабільні хелатні сполуки. Для цього підходить етилендиамін-тетраоцтова кислота (H₄Edta), котра застосовується у вигляді динатрієвої солі. В якості індикаторів виступають еріохромові барвники, комплекси металів з якими мають яскраве забарвлення.

Кондуктометричне титрування – метод визначення точки еквівалентності за допомогою вимірювання електропровідності розчину. В точці еквівалентності електропровідність досягає свого мінімуму.

Окисно-відновне титрування – титрування, при якому спостерігається перенос електронів. Кінцева точка при використанні кольорових титрантів (наприклад, перманганат-іон, йод) може бути встановлена візуально. Її можна також визначити потенціометричним методом за допомогою платинового електрода порівняння.

Осаджувальне титрування – аналітичний метод, при якому визначувані іони за допомогою титрованого розчину переводяться у малорозчинні сполуки і тим самим осаджуються. В точці еквівалентності концентрація взаємодіючих іонів змінюється стрибкоподібно; точка визначається добутком розчинності.

Потенціометрія – метод визначення точки еквівалентності за залежністю електродного потенціалу від концентрації. Вимірюються напруги гальванічних ланцюгів – вимірювальних та еталонних електродів (електродів порівняння). В точці еквівалентності відбувається стрибок потенціалу.

Спектроскопічні методи аналізу ґрунтуються на взаємодії між молекулами речовини та електромагнітним випромінюванням. При цьому особливе значення для з’ясування будови мають:

• спектроскопія в ультрафіолетовому (УФ-) та видимому діапазонах спектру (абсорбційна спектроскопія);

• спектроскопія у інфрачервоному (ІЧ-) діапазоні та спектроскопія ядерного магнітного резонансу (ЯМР).

Титриметричний (об’ємний) аналіз – метод кількісного аналізу, заснований на тому, що до розчину визначуваної речовини поступово додають титрований розчин реактиву з відомою концентрацією (титрант), поки його кількість не стане еквівалентною кількості визначуваної речовини.

Фотометрія використовує залежність світлопоглинання від концентрації при певній довжині хвилі для оптичного дослідження у розчині. Вимірювання проводиться візуально або за допомогою фотоелементів.

Хроматографія – метод розділення, аналізу та фізико-хімічного вивчення речовин, заснований на відмінності у швидкостях руху концентраційних зон досліджуваних компонентів, котрі переміщуються у потоку рухомої фази (елюенту) вздовж шару нерухомої, причому досліджувані речовини розподілені між обома фазами. Зазвичай нерухома фаза являє собою сорбент з розгалуженою поверхнею, а рухома – потік газу чи рідини, що фільтрується крізь шар сорбенту. Різниця у рівноважному чи кінетичному розподілі компонентів суміші між фазами є необхідною умовою їх хроматографічного розділення.