Лекция 4. Методы количественного анализа Краткая характеристика количественного анализа

Количественным анализом называют метод исследования вещества, который позволяет определить, в каких количественных соотношениях находятся входящие в него составные части.

Так, если методами качественного анализа установлено, что сплав состоит из меди и цинка, то методы количественного анализа позволят определить, сколько меди и цинка в процентах содержит этот сплав.

В основе любого количественного исследования лежит точное измерение. Такое измерение впервые ввел в практику химических лабораторий основоположник количественного анализа великий русский ученый М.В. Ломоносов.

Основным измерением является измерение массы вещества при помощи точнейшего лабораторного прибора – аналитических весов.

Кроме измерения массы, можно сделать заключение о количественном составе исследуемого вещества, измеряя объемы растворов или газов, оптические, электрические, магнитные и другие физические свойства.

Во всех методах количественного анализа прибегают к точному измерению определенной физической величины, например массы, объема, интенсивности окраски, электрической проводимости т. д.

Разнообразные количественные методы разделяют на три класса: химические, физико-химические и физические методы.

Наиболее хорошо разработанными методами химического анализа стали гравиметрический и титриметрический.

В первом из них решающее значение имеет точное измерение массы, во втором — точное измерение объема. Поэтому гравиметрический метод называли весовым, а титриметрический—объемным.

К недостаткам химических методов анализа относится сравнительно небольшой предел их чувствительности, несмотря на относительно большую точность определений.

В физических методах измеряют непосредственно определяемое физическое свойство без проведения химических реакций. Например, для определения содержания различных веществ (кислот, щелочей и др.) иногда достаточно измерить их плотность. На основе измерения электрической проводимости можно определить содержание воды в концентрированной серной или уксусной кислотах. Измеряемые свойства зависят от концентрации раствора, но не зависят от массы или объема анализируемого вещества. Поэтому при анализе физическими методами нет необходимости брать строго определенное количество данного вещества, т. е. не нужно брать навеску или отмерять строго определенный объем раствора.

Физико-химические методы количественного анализа, основанные на измерениях физических свойств исследуемой системы, происходящих в результате определенных химических реакций.

Физические и физико-химические методы анализа отличаются большой избирательностью, чувствительностью и быстротой выполнения аналитических определений. Время, требуемое для выполнения анализа указанными методами, измеряется минутами, а для химического анализа необходимо большое количество времени.

Методы химического анализа

В основе всех химических методов количественного анализа лежат важнейшие химические законы:

Закон эквивалентов: Объемы двух растворов разных веществ, нацело реагирующих между собой, обратно пропорциональны нормальностям этих растворов.

или , (1)

где – нормальность первого раствора,

– нормальность второго раствора,

– объем первого раствора,

– объем второго раствора.

Закон постоянства состава веществ (К.-Л. Пруст, 1799 г.): Химически чистые вещества имеют один и тот же количественный состав независимо от того, каким способом они получены.

Закон сохранения массы веществ (М.В. Ломоносов, 1748-1756 гг.; А.-Л.Лавуазье, 1789 г.):

Масса веществ, вступивших в реакцию (реагентов) равна массе веществ, получившихся в результате реакции (продуктов).

В химическом количественном анализе различают два метода: гравиметрический (весовой) анализ и объемный анализ, основанные на определении положения химического равновесия.

Весовые (гравиметрические) методы предусматривают весовое определение продуктов химической реакции. При проведении весового анализа проводят ряд химических операций, в итоге которых получается осадок. Количество осадка обычно эквивалентно количеству вещества, вступившего в реакцию, поэтому по количеству осадка можно рассчитать количество исходного вещества в анализируемой пробе.

Объемный анализ объединяет разнообразные методы количественных определений, основанные на измерении массы вещества путем измерения объемов растворов взаимодействующих веществ.

В объемных (титриметрических) методах анализа содержание вещества определяют путем точного измерения объема раствора реагента (титранта), вступившего в химическую реакцию с определяемым веществом.

Так как измерять объемы растворов гораздо легче и быстрее, чем непосредственно взвешивать вещества, в аналитических лабораториях чаще применяют объемные – титриметрические методы.

Гравиметрический и объемный методы химического анализа дают возможность определять количественный состав самых разнообразных веществ. Однако выполнение определений этими методами иногда бывает связано с большими трудностями, возникающими главным образом в тех случаях, когда при анализе определяемую составную часть необходимо предварительно отделить от примесей или других присутствующих компонентов или когда анализируемое вещество содержит только следы определяемого компонента. Особенно трудно выделить индивидуальные вещества из очень сложных смесей или из таких смесей, компоненты которых обладают близкими свойствами. В некоторых случаях определяемая составная часть содержится в анализируемом веществе в столь ничтожно малых количествах, что выделить ее химическими методами невозможно.

РАСЧЕТЫ В КОЛИЧЕСТВЕННОМ АНАЛИЗЕ