Вопросы для самопроверки:

1. Что такое комплексные соединения? Охарактеризовать составные части комплексного соединения: внешняя и внутренняя сферы, комплексообразователь, лиганды, координаци-онное число.

2. Как произвести разделение катионов IV группы на подгруппы?

3. Как отделить катион серебра от катиона свинца? Подтвердите уравнениями реакций.

4. Как действует на ион меди гидроксид аммония? За счет каких ионов раствор окрашивается в темно-синий цвет? Подтвердите уравнениями реакций в молекулярной и ионной формах.

5. Какую роль играет серебро в организме человека и в технохимическом контроле продуктов питания?

6. Каково влияние меди и свинца на организм человека?

Лекция 5. Классификация анионов.

Классификация анионов на аналитические группы:

Первая аналитическая группа анионов:SO42-, SO32-. S2O32-, CO32-, SiO32-, PO43-

Все анионы первой группы образуют соли бария, нерастворимые в воде, но растворимые в разбавленных кислотах ( за исключением сульфата бария).Поэтому групповым реактивом первой группы является хлорид бария в нейтральном или слабо щелочном растворе. Серебряные соли, образуемые анионами 1 группы, в отличие от 2 группы растворимы в разбавленных кислотах, а сульфат серебра даже в воде.

Большинство солей серной кислоты хорошо растворяется в воде. К нерастворимым относятся только сульфаты бария, стронция, кальция, свинца. Сульфит-ион в растворе неустойчив и постепенно окисляется до сульфат-иона. К растворимым тиосульфатам относятся соли щелочных металлов, стронция, цинка, кадмия. Из средних солей угольной кислоты растворимы только карбонаты натрия, кадмия и аммония. Соли фосфорной кислоты в основном в воде нерастворимы. Исключение составляют фосфаты щелочных металлов и аммония и дигидрофосфаты щелочноземельных металлов. Все фосфаты растворяются в минеральных кислотах, а многие (кроме фосфатов железа и аммония) также в уксусной кислоте. Из силикатов растворимы в воде лишь соли щелочных металлов метакремниевой кислоты, которые называются "растворимыми стеклами". Водные растворы этих солей вследствие гидролиза имеют сильно щелочную реакцию. Часть нерастворимых силикатов разлагается минеральными кислотами с образованием свободных кремниевых кислот. Все анионы первой группы в растворах бесцвет.

Объектами качественного анализа на присутствие анионов 1 группы являются почвы, природные воды, растения, биологические жидкости.

Реакции анионов первой группы:

Анионы второй аналитической группы: Cl-, Br-, I-, S2-

Большинство солей, образуемых анионами второй группы, растворимы в воде.

Исключение составляют соли серебра, ртути и свинца. Групповой реактив на вторую группу анионов - нитрат серебра в присутствии азотной кислоты, который образует с анионами второй группы серебряные соли, не растворимые в воде и, в отличие от анионов первой группы, не растворимые в разбавленной азотной кислоте.

Хлорид бария, групповой реактив анионов первой группы, анионы второй группы не осаждает. Все анионы второй группы бесцветны.

Хлорид - ионы всегда присутствуют в почвах и в природных водах. Количество хлорид-ионов в питьевой воде не должно превышать 40мг на 1 литр. Многие хлориды используются в качестве удобрений: хлорид аммония и калия, сильвинит (KCI•NaCI) каинит (КСI•МgSО4•ЗН2О). Хлорид натрия (поваренная соль) обязательный компонент рациона человека и животных, является активатором многих пищеварительных ферментов. Соляная кислота, содержащаяся в желудочном соке млекопитающих, участвует в процессе переваривания белков, активируя фермент пепсин. Хлориды бария и ртути (II) применяют как сельскохозяйственные яды. Иодид-ионы содержатся в питьевой воде и продуктах питания и играют огромную роль в процессах жизнедеятельности. Большое количество йода накапливается в щитовидной железе, секретирующей йод¬содержащие гормоны. Бромиды используются в медицине как средства, успокаивающие центральную нервную систему. Сероводород образуется при разложении белковых соединений. Он очень ядовит, его вдыхание может вызвать потерю сознания и паралич дыхательного центра. Поэтому все работы с сероводородом проводятся под тягой.

Реакции анионов второй группы:

Анионы третьей аналитической группы: NO3-, NO2-

Соли анионов третьей аналитической группы, включая бариевые и серебряные, хорошо растворимы в воде. Поэтому группового реактива на анионы этой группы нет. Для открытия нитрат- и нитрит-ионов применяют не реакции осаждения, а окислительно-восстановительные реакции, в которых эти анионы выступают как активные окислители. Нитраты образуются в большом количестве в природе в результате нитрификации, т.е. процесса биологического превращения аммиака в окисленные неорганические соединения. Этот процесс происходит в почве и воде и осуществляется бактериями - нитрификаторами. Промежуточным продуктом химических реакций окисления аммиака являются нитриты, а конечным - нитраты. В результате этого нитраты всегда содержатся в природных водах. Предельно допустимое содержание нитратов в питьевой воде составляет 20 мг/л. Содержание нитритов в питьевой воде вообще не допустимо. Однако в результате применения больших количеств аммонийных удобрений происходит накопление и нитратов и нитритов в почвах, водах и продукции растениеводства. Кроме того, нитраты широко используются в консервной и мясоперерабатывающей промышленности в качестве добавок, сохраняющих цвет продукции. Токсическое действие нитратов и нитритов обусловлено блокадой железа в железосодержащих дыхательных ферментах, что приводит к острой гипоксии тканей и может закончиться летально. Поэтому овощи, фрукты, колбасы, копчености, консервы мясные и плодоовощные подлежат обязательному анализу на содержание нитратов и нитритов.

Реакции анионов 3 группы:

Вопросы для самопроверки:

1. Что лежит в основе разделения анионов на группы и чем каждая характеризуется?

2. Чем существенно отличается анализ катионов от анализа анионов, какую роль играют групповые реактивы?

3. Как открывается ион SO42- в присутствии других ионов первой группы? Ответ пояснить.

4. Как открыть ион Cl- ? Ответ подтвердить уравнениями реакций.

5. Расставить коэффициенты в уравнениях:

Лекция 6. Гравиметрический метод анализа.

Количественное определение вещества, основанное на точном измерении массы компонента пробы, выделенного либо в элементарном виде, либо в виде соединения определенного и постоянного состава, называется гравиметрическим (весовым) методом анализа.

Выделяют весы трех классов:

1) 3 класс- торговые весы с допустимой погрешностью до 1гр.;

2) 2 класс- технохимические (лабораторные) весы с допустимой погрешностью до 0,01гр.;

3) 1 класс- аналитические весы с допустимой погрешностью до 0,001гр.

Приступая к взвешиванию, нужно помнить, что аналитические весы представляют собой чувст-вительный физический прибор, обращение с которым требует весьма большой аккуратности и осторожности. Чтобы весы не портились и взвешивание давало точный результат, строго со-блюдайте следующие правила:

- перед каждым взвешиванием проверьте состояние весов;

- какие бы неисправности не были замечены при осмотре весов, чтобы ни случилось с ними во время работы, ни в коем случае не пытайтесь исправлять весы самостоятельно, а обязательно об-ращайтесь к преподавателю;

- не сдвигайте весы с занимаемого места;

- не ставьте на чашки весов влажных и грязных предметов;

- не взвешивайте горячих (или слишком холодных) предметов, что может вызывать изменение длины коромысла весов и привести к неправильным показаниям;

- для уменьшения влияния погрешностей взвешивания на результаты анализа все взвешивания желательно проводить на одних и тех же весах, пользуясь одним и тем же набором разновесов (гирь).

- не опирайтесь на полку, на которой установлены весы во избежание нарушения условий их работы.

Навеска- масса порции анализируемого вещества (А).

Гравиметрическое определение состоит из нескольких этапов. После отбора и растворения про-бы, содержащей анализируемое вещество, выполняются следующие операции:

1) Осаждение осадка- обычно проводят из горячих растворов, их высокая тем-пература способствует образованию крупнокристаллического осадка. Раствор осади-теля большей частью вливают небольшой струей, непрерывно помешивая.

2) Фильтрование и промывание осадка- фильтрую ч/з бумажный фильтр, а так же ч/з воронки с пористым дном.

3) Промывание осадка- промывание проводят методом декантации.

4) Высушивание осадка- проводят в сушильном шкафу в бюксах (стеклянных колбах с крышкой).

5) Прокаливание осадка- выполняют в фарфоровых тиглях, используя для это-го муфельную печь. Прокаливание проводят несколько раз, пока масса осадка не ста-нет постоянной.

Весовая форма – масса окончательно полученного осадка после операций (В).

6)Вычисление результатов осадков.

Вычисление в гравиметрическом анализе:

1. Определение влажности - содержания гигроскопической воды в анализируемом веществе ( в процентах) по формуле: X=((A-B)/A)*100% , где Х- влажность, %; А- масса навески до высушивания, г; В- масса весовой формы после высушивания, г.

2. Определение зольности - содержания неорганической части анализируемого вещества (в процентах) по формуле: X=(B/A)*100%, где Х- зольность, %; А- масса навески до прокаливания, г; В- масса весовой формы после прокаливания, г.

3. Определение содержания элемента в веществе при процедурах по формуле: X=((n*Ar*B)/(Mr*A))*100%, где Х – содержание элемента, %; n- число атомов элемента в веществе; Ar- атомная масса элемента; Mr- молекулярная масса вещества; А- масса навески, г; В- масса весовой формы, г.

Вопросы для самопроверки:

1. В чем сущность гравиметрического метода анализа?

2. Какими весами пользуются при лабораторных исследованиях?

3. Что такое навеска, весовая форма?

4. Какими операциями пользуются при весовом анализе?

5. Какими приборами и посудой пользуются при высушивании?

6. Какими приборами и посудой пользуются при прокаливании?

7. Как вычислить влажность вещества?

8. Как вычислить зольность вещества?

9. С помощью какой формулы возможно определение содержания химического элемента в исследуемом веществе?

Лекция 7. Окислительно- восстановительные реакции. Амфотерность. Третья аналитическая группа катионов.

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) химические реакции, протекающие с измене-нием степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся пу-тём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.

Степень окисления (ст.ок.)- условный заряд атома элемента в веществах.

Правила определения степени окисления в веществах:

1. Степень окисления атома элемента в простом веществе равна нулю.

2. Сумма степеней окисления атомов в сложном веществе равна нулю.

3. Степень окисления фтора в любом сложном веществе всегда равна -1.

4. Степень окисления кислорода в сложных веществах равна -2, кроме оксида фтора (+2), перок-сидах (+1).

5. Степень окисления водорода с металлами равна -1, с неметаллами равна +1.

6. Степень окисления металлов главных подгрупп равна +№ группы.

7. Степень окисления неметаллов переменная: высшая равна +№ группы, низшая определяется по формуле – (8-№ группы).

8. В формуле сложного вещества лишь один элемент имеет отрицательную степень окисления, он находится на последнем месте.

В процессе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдаёт электроны, то есть окисляется; окислитель присоединяет электроны, то есть восстанавливается. Причём любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных превращений — окисления и восстановления, происходящих одновременно и без отрыва одного от другого.

Окисление — процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.

При окислении вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества называются донорами электронов, а атомы окислителя — акцепторами электронов.

Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом вещества, при этом его степень окисления понижается.

При восстановлении атомы или ионы присоединяют электроны. При этом происходит пониже ние степени окисления элемента.

Окислитель и его восстановленная форма, либо восстановитель и его окисленная форма составляет сопряжённую окислительно-восстановительную пару, а их взаимопревращения являются окислительно-восстановительными полуреакциями. В любой окислительно-восстановительной реакции принимают участие две сопряжённые окислительно-восстановительные пары, между которыми имеет место конкуренция за электроны, в результате чего протекают две полуреакции: одна связана с присоединением электронов, то есть восстановлением, другая — с отдачей электронов, то есть окислением.

Виды окислительно - восстановительных реакций:

1) Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ,

например: Н2S + Cl2 > S + 2HCl

2) Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества,

например: 2H2O > 2H2 + O2

3) Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых один и тот же элемент выступает и как окислитель, и как восстановитель,

например: Cl2 + H2O > HClO + HCl

4) Репропорционирование — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления,

например: NH4NO3 > N2O + 2H2O.

Амфотерность — способность некоторых соединений проявлять в зависимости от условий как кислотные, так и основные свойства.

Амфотерны гидроксиды таких элементов главных подгрупп, как бор, алюминий, галлий, мышьяк, сурьма, селен и др., таких элементов побочных подгрупп как хром, цинк, молибден, вольфрам и многих других. Обычно в химическом поведении гидроксидов преобладает или кислотный, или основный характер.

Например, гидроксид цинка Zn(OH)2, обладая кислотными свойствами выступает как цинковая кислота H2ZnO2:

Zn(OH)2+ 2HCl= ZnCl2+ 2H2O; образуется средняя соль хлорида цинка

К третьей группе относят катионы Zn2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, гидроксиды которых проявляют амфотерные свойства. Групповым реактивом является водный раствор сульфида аммония (NH4)2S . Гидроксиды катионов III группы растворяются в избытке щелочи и переходят в раствор в виде комплексных ионов Zn(OH)42–, А1(ОН)4– , Сr(ОН)4– , Sn(OH)42–, Sn(OH)62– (при иной форме записи реакций эти ионы записывают соответственно ZnO22–, AlO2–, CrO2–, SnO22–, SnO32–). Эти анионы устойчивы только в сильнощелочной среде. В кислой среде ионы III группы существуют в виде гидратированных катионов Zn2+, A13+, Cr3+, Sn2+, Sn4+. Соли катионов III группы подвергаются гидролизу, при этом соли катионов А13+ и Сг3+ и очень слабых летучих кислот (сульфиды, карбонаты) гидролизуются полностью и не могут существовать в водных растворах. Хлориды, нитраты, сульфаты катионов III группы растворимы в воде. Соединения катионов Zn2+, Al3+, Sn2+, Sn4+ бесцветны, все соединения хрома окрашены в цвет соответствующего иона: CrO42– – желтого цвета, Сr2О72– – оранжевого, Сr3+ – сине-зеленого. Железо является важнейшим микроэлементом, принимает участие в дыхании, кроветворении, иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях, входит в состав более 100 ферментов, является незаменимой составной частью гемоглобина и миогемоглобина. Основными источниками железа служат: крупа, печень, мясо.

Наличие микроэлемента цинка в организме человека способствует нормальному протеканию процессов развития костной ткани, стимулирует рост и деление клеток, регенерацию тканей, репродуктивную функцию, развитие мозга. Цинк содержится в яблоках, апельсинах, лимо-нах, инжире, грейпфрутах, зеленых овощах, черной смородине малине, большинстве овощей, мясе большинства морских рыб, постной говядине, молоке, очищенном рисе, хлебе.

Действие алюминия на организм до конца не выяснено, но установлено, что он способствует развитию и регенерации эпителиальной, соединительной и костной ткани. Алюминий входит в состав препаратов (Альмагель, Маалокс и др.), применяемых при гиперацидном гастрите, язвенной болезни желудка и двенадцатитиперстной кишки. Эти препараты обладают антацидной активностью (снижают кислотность желудочного сока) и обволакивающим действием, способствуя защите слизистой оболочки желудка. Однако, за счет обволакивающего действия нарушается всасывание из пищи минеральных веществ, при длительном приеме одного из препаратов может развиться недостаточность фосфора.

Не рекомендуется хранить блюда с кислой средой ( борщ, щи, свекольник, кислая капуста и др.) в алюминиевой посуде из- за химической активности алюминия.

Хром жизненно необходим организму, т.к. входит в состав всех клеток, способствует усвоению сахара, транспортировке белков, регулирует углеводный обмен, уровень холестерина в крови, нормализует работу щитовидной железы, выводит токсины и соли тяжелых металлов. Основны-ми источниками хрома являются пивные дрожжи, печень, отварной картофель в кожуре, хлеб грубого помола, свежие овощи, сыр, куриное мясо, проросшие зерна пшеницы, морепродукты, зернобобовые, яблоки, виноград, сливы, вишня, черника, облепиха, рябина и др.

Марганец принимает участие во многих жизненно важных процессах в организме: нормализация работы нервной системы, работе иммунной системы.. Содержится в зерновых (пшеница, рожь, греча, пшено, рис, овес), укропе, фасоли, горохе, малине, черной смородине, землянике, моркови, шпинате, петрушке, зеленом чае, орехах.