4. Введение.

Аналитическая химия (аналитика)это раздел химической науки, разрабатывающий на основе фундаментальных законов химии и физики, принципиальные методы и приемы, а также средства химического анализа. На современном этапе развития общества химический анализ играет важную роль в решении множества проблем. В ходе анализа вещества применяют разнообразные химические реакции и физические процессы, а исследование свойств объекта выполняют в различных средах. В группу классических химических методов относяткачественный анализи два видаколичественного химического анализа:титриметрический и гравиметрический. Эти методы основаны напроведение аналитических реакций со специально подобранными реагентами. Химические методы достаточно широко применяются в производственных аналитических лабораториях. В основеинструментальных методов анализавзаимосвязь физических параметров объекта и его химических свойств. Эти методы условно разделены на физико-химический и физический анализ и выполняются с применением различных физических приборов и устройств.

Качественная подготовка проб и выполнение самого анализа требует таких умений, как расчет и приготовление растворов, выполнение расчетов с использованием различных методик анализа; расчет кислотности среды и т.д., а также знания теоретических основ методов анализа и очистки веществ, умения работать со справочной литературой. Поэтому содержание контрольной работы включает следующие темы:

1. Определение чувствительности реакций на примере качественного анализа.

2. Классификация катионов и анионов в качественном анализе.

3. Расчеты при приготовлении растворов.

4. Титры и их взаимосвязь с другими концентрациями.

5. Расчеты в прямом кислотно-основном титровании.

6. Расчет рН и состава буферных растворов (буферов).

7. Уравнения ОВР и расчет молярной массы эквивалента в реакциях ОВР.

8. Расчет содержания вещества и массы навески с использованием факторного множителя (гравиметрия).

9. Расчет массы неосажденного вещества по его растворимости в водных растворах.

10. Общетеоретические вопросы анализа веществ.

Для выполнения контрольной работы необходимо изучить материал электронного учебного курса (ЭУК) по дисциплине «Аналитическая химия и методы ФХМА», а также материал данных методических указаний. Необходимые справочные данные и список используемых формул приведены в приложениях к МУ.

5. Определение чувствительности реакций на примере качественного анализа.

Любую аналитическую реакцию можно численно охарактеризовать пределом ее обнаруженияоткрываемым минимумом, а также попредельномуразбавлению(V_lim),предельнойконцентрации(С_min) иминимальномуобъемупредельноразбавленногораствора(V_min).Аналитическая реакция темчувствительнее, чем меньше ее открываемый минимум и больше предельное разбавление.

Под открываемым минимумом m (мкг) понимают наименьшую массу определяемого вещества, которое достоверно открывается данной аналитической реакцией в минимальном (1 капля) объеме предельно разбавленного раствора. Величина открываемого минимума связана спредельной концентрациейС_min и минимальным объемом предельно разбавленного раствора V_min или предельным разбавлением V_lim соотношением:

m = C_minV_min 10⁶ (5.1)

m= V_min 10⁶/ V_lim (5.2)

Под предельной концентрациейС_minпонимают ту наименьшую концентрацию определяемого вещества, которая может быть обнаружена в растворе данной аналитической реакцией.С_minиногда называютчувствительностью реакциии выражают в [мкг/мл]. Значение С_minрассчитывают по формуле:

С_min= 1/ V_lim(5.3)

Так, ионы K⁺в водном растворе могут быть открыты с помощью реактиваNa₃[Co(NO₂)₆] 1-й каплей реагента в виде кристаллического желтого осадка при значении С_min= 10^5г/мл. Если концентрация вещества в растворе окажется ниже, чем С_min = 10^5г/мл, то аналитический признак реакции либо вовсе не фиксируется (осадок не выделяется), либо настолько не четок, что его оценку нельзя считать достоверной при данных условиях.

Предельное разбавление V_lim (мл/г)– это максимальный объем раствора содержащий1 гопределяемого вещества или ионов, в котором можно еще их достоверно обнаружить данной реакцией. Так, ионы меди по образованию аммиачного комплекса [Cu(NH₃)₄]²⁺ярко-синего цвета можно открыть при значенииV_lim = 2,510⁵ мл/г. Это означает, что данной реакцией можно достоверно определять присутствие ионовCu²⁺в том случае, если1г ионов меди содержится в 250 000 млводного раствора. При меньшей концентрации ионов меди в растворе, например 2,510⁶мл/г, применение данной реакции невозможно.

Минимальный объем предельно разбавленного раствора (V_min)– это тот минимальный объем (мл) анализируемого раствора, который нужно взять для анализа, чтобы получить достоверный аналитический признак. Его можно определить эмпирически, анализируя предельно разбавленный раствор с известным значением величины открываемого минимума. Обычно при проведении пробирного анализа используют пробу объемом 0,5 – 1 мл и 2 -3 капли реагента, что позволяет хорошо различать изменение цвета раствора или зафиксировать выделение осадка. В капельном анализе используют 1 – 3 капли определяемого раствора при объеме реагента – 2 – 3 капли.

Примеры расчетов.

1.Открываемый минимум ионовAg⁺соляной кислотой равен 0,1 мкг. Предельное разбавление раствора составляет 110⁴мл/г. Вычислить минимальный объем предельно разбавленного раствора, необходимый для проведения качественной реакции.

Решение.Величина минимального объема предельно разбавленного раствораV_linсвязана с предельным разбавлением V_mimи величиной открываемого минимумаmсоотношением : m = V_min10⁶/ V_lim,

откуда имеем: V_min= V_limm / 10⁶

или V_min=110⁴0,1 /10⁶=110^3(мл) = 0,001 мл.

Следовательно, для открытия ионов Ag⁺с использованием HCl при заданных условиях достаточно0,001 мл раствора.

2. Предельное разбавление для ионов Ca²⁺ составляет в растворе 510⁴мл/г, а минимальный объем раствора при использовании в качестве реагента оксалата аммония – 0,03 мл. Определить открываемый минимум m.

Решение.Воспользуемся формулой связи : m = V_min10⁶/ V_lim,

где V_lim= 510⁴мл/г, а значение V_min= 0,03 мл,

тогда m = 0,0310⁶/510⁴= 0,6 (мкг).

Открываемый минимум для ионов Ca²⁺при использовании оксалата аммония в заданных условиях составляет m = 0,6 (мкг).

3. Открытие ионов Ba²⁺ с помощью микрокристаллоскопической реакции действием серной кислоты возможно при значении минимального объема предельно разбавленного раствора равного 0,001мл. Вычислить открываемый минимум этой реакции, если предельная концентрация раствора составляет 510^5 г /мл.

Решение.Величину открываемого минимума вычислим по формуле:

m = C_minV_min10⁶,

где C_min= 510^5г /мл; V_min= 0,001мл,

откуда при подстановке данных получим: m = 510^50,00110⁶= 0,05 (мкг).

Открываемый минимум при определении ионов Ba²⁺с помощью серной кислоты в заданном объеме составляет m = 0,05 мкг.

Задание 1: Выполните следующие расчеты

1.1. Предельная концентрация при реакции ионов Hg²⁺в виде Hg[Co(CNS)₄] равна 1:50000 г/мл, минимальный объем составляет 0,002 мл. Вычислить открываемый минимум.

1.2. Открываемый минимум реакции иона К⁺с кобальтонитритом натрия Na₃[Co(NO₂)₆] составляет 0,12 мкг, предельная концентрация раствора равна 1:8000 г/мл. Вычислить минимальный объем.

1.3. Микрокристаллоскопическая реакция открытия ионов Ва²⁺с раствором серной кислоты удается с объемом раствора 0,001 мл. Предельное разбавление равно 20 000 мл/г. Вычислить открываемый минимум.

1.4. Предельная концентрация ионов Са²⁺в реакции с оксалатом аммония равна 1:20000. Минимальный объем исследуемого раствора 110^-3мл. Вычислить открываемый минимум ионов кальция в данной реакции.

1.5. Предельная концентрация ионов CN^-в реакции с AgNO₃составляет 1:50000 г/мл. Вычислить открываемый минимум, если реакция удается с каплей объемом 310^-4мл.

1.6. Реакция на катион Cd²⁺с тетрародано-(П)-меркуратом аммония (NH₄)₂[Hg(CNS)₄] удается с раствором в 110^-3мл. Предельное разбавление равно 1000 мл/г. Вычислить открываемый минимум.

1.7. Минимальный объем исследуемого раствора, необходимый для открытия ионов меди действием раствора аммиака, равен 0,05 мл. Открываемый минимум – 0,2 мкг. Определить предельную концентрацию ионов меди в растворе.

1.8.Открываемый минимум реакции Ni²⁺c диметилглиоксимом равен 0,16 мкг, предельное разбавление составляет 300000 мл/г. Вычислить минимальный объем.

1.9. Открываемый минимум ионов Cu²⁺в растворе объемом 0,05 мл составляет 0,2 мкг. Вычислить предельное разбавление раствора.

1.10. Предельная концентрация при реакции ионов Hg²⁺в виде Hg[Co(CNS)₄] равна 1:50000 г/мл, минимальный объем составляет 0,002 мл. Вычислить открываемый минимум.

1.11. Реакция на катион Cd²⁺с тетрародано-(П)-меркуратом аммония (NH₄)₂[Hg(CNS)₄] удается с раствором в 110^-3мл. Предельное разбавление равно 1000 мл/г. Вычислить открываемый минимум.

1.12. Микрокристаллоскопическая реакция в виде K₂PbCu(NO₂)₆характеризуется открываемым минимумом в 0,03 мкг Сu²⁺в капле, равной 0,001 мл. Вычислить предельную концентрацию.

1.13. Предельная концентрация открытия иона Са²⁺с пикриновой кислотой составляет 1:6500 г/мл, открываемый минимум 0,3 мкг. Вычислить минимальный объем.