Раздел 4. Типы реакций и процессов в аналитической химии. Закон действующих масс и его значение в химическом анализе

Химическое равновесие и его использование в анализе. Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье в применении к химическому анализу равновесных систем и его использование для выбора оптимальных условий осуществления аналитических реакций. Закон действующих масс в приложении к аналитической химии: кинетический и термодинамический подходы. Сильные и слабые электролиты. Основные положения теории электролитов Дебая-Хюккеля. Активность ионов, коэффициент активности, ионная сила раствора. Предельное и расширенное уравнение Дебая-Хюккеля. Расчет концентраций и активностей ионов. Термодинамические и концентрационные константы равновесия, связь между ними. Зависимость константы равновесия от температуры. Скорость и направление аналитической реакции, их роль в химическом анализе. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Примеры ускорения, замедления аналитических реакций и процессов, используемых в химическом анализе.

Основные типы химических реакций, используемых в аналитической химии. Кислотно-основное равновесие. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория кислот и оснований. Протолитическая теория Бренстеда-Лоури. Протолитические равновесия и растворимость веществ. Автопротолиз воды, образование ионов гидроксония. Диссоциация электролитов. Равновесие в системах кислота – сопряжённое основание. Константа кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Сила кислот и оснований. Кислотно-основные свойства в многокомпонентных системах. Буферные растворы, их свойства. Буферная ёмкость. Расчёт рН растворов сильных и слабых электролитов.

Растворение в аналитической химии. Водные растворы. Равновесия в однофазных гомогенных системах. Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов. Массовая доля растворенного вещества. Молярная концентрация и молярная концентрация эквивалента раствора. Титры растворов. Расчёты для приготовления растворов различной концентрации.

Комплексообразование в химическом анализе. Основные понятия. Классификация, типы и свойства комплексных соединений. Количественные физико-химические характеристики комплексных соединений, константы устойчивости и нестойкости. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений. Факторы, влияющие на устойчивость комплексов. Электролитическая диссоциация комплексных соединений, образование и разрушение комплексных ионов. Использование в химическом анализе комплексных неорганических соединений и органических реагентов – комплексообразователей.

Окислительно-восстановительное равновесие. Уравнения окислительно-восстановительных реакций. Оценка окислительно-восстановительной способности ионов, ионные пары. Уравнение Нернста. Стандартный, реальный и формальный потенциалы. Константы окислительно-восстановительных реакций. Влияние различных факторов на силу окислителя и восстановителя. Влияние ионной силы и температуры на протекание реакций окисления – восстановления. Важнейшие окислители и восстановители. Роль среды в протекании окислительно-восстановительных процессов. Эквиваленты окислителя и восстановителя, расчёт молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя.

Равновесие в системе осадок – раствор. Растворимость и константа растворимости (произведение растворимости). Концентрационная и термодинамическая константы растворимости. Факторы, влияющие на растворимость анализируемых соединений. Осаждение. Растворимость малорастворимых электролитов. Условия образования и растворения осадков. Механизм и кинетика образования осадков. Влияние природы, количества осадителя, рН и комплексообразующих ионов на полноту осаждения. Реакции гидролиза. Гидролиз солей, различные случаи гидролиза, гидролиз по катиону и аниону. Реакция среды в водных растворах солей. Обратимый и необратимый гидролиз солей. Степень и константа гидролиза. Факторы, смещающие равновесие гидролиза. Роль гидролиза в химико-аналитических и биологических процессах.