Кафедра аналітичної хімії. Кафедра аналітичної хімії хімічного факультету МГУ ІІІ. кількісний аналіз

Академік Ю.А.Золотов

ПРО КАФЕДР АНАЛІТИЧНОЇ ХІМІЇ

Кафедра була створена разом з хімічним факультетом у 1929 р. на базі лабораторії органічної та аналітичної хімії фізико-математичного факультету, яка існувала в Московському університеті з 1884 р. Кафедрою завідували: у 1929 – 1931 рр. - Професор А.Є. Успенський, 1931-1953 рр. – професор Є.С. Пржевальський, 1953-1989 рр. – академік І.П. Алімарін. З 1989 р. кафедрою завідує академік Ю.О. Золотів.
Нині у колективі кафедри понад 80 співробітників (6 докторів, 42 кандидати наук).

Передісторія

У навчальні курси питання хімічного аналізу запроваджували принаймні протягом усього 19 століття. У 1827 р. співробітник університету А.А. Іовський випустив книгу "Хімічні рівняння з описом різних способів визначати кількісний вміст хімічних речовин". Аналітичну хімію до революції викладали в університеті визначні хіміки: В.В. Марковніков, М.М. Коновалов, І.А. Каблуков, Н.М. Кіжнер, Н.А. Шилов, Н.Д. Зелінський. Однак підготовку професійних хіміків-аналітиків розпочато пізніше, перша дипломна робота з аналітичної хімії була захищена в 1928 р. В.В. Іпатьєвим.

Наукове обслуговування у галузі хімічного аналізу здійснювалося з перших років існування Московського університету; перша хімічна лабораторія відкрилася в 1760 р. Наприкінці 18-го століття багато уваги приділялося виявленню та визначенню дорогоцінних металів (пробірної хімії), потім - аналізу мінеральних вод (Ф. Шмідт, 1807-1882). У другій половині 19 століття в університеті стали часто робити аналізи для промисловості, головним чином на замовлення московських фабрикантів.

З робіт пізнішого періоду, які можна вважати науковими, слід зазначити аналіз сечі (книга В.С. Гулевича, 1901 р.). Після революції чимало зусиль витрачено аналіз хімічних реактивів, виробництво яких налагоджувалося країни. Ці роботи проводилися тривалий час у співпраці з Інститутом реактивів (ІРЕА). На дослідженнях з аналітичної хімії чистих реактивів, у яких потрібно було визначати домішки, зросли майбутні провідні співробітники кафедри - О.С. Пржевальський, В.М. Пєшкова та інші. Професор К.Л. Маляров проводив роботи з мікрохімії та аналітичної гідрохімії.

Наприкінці 20-х, коли створювалася кафедра, аналітична хімія використовувала переважно хімічні ( " мокрі " ) методи - гравіметричні (тоді вони називалися ваговими), титриметричні (об'ємні), класичні методи газового аналізу. У дуже невеликому масштабі застосовувалися деякі фізико-хімічні та фізичні методи – кондуктометрія, потенціометрія, колориметрія, спектральний аналіз. Щоправда, вже були відомі мас-спектроскопія, полярографія, мікрометоди органічного елементного аналізу (Нобелівська премія 1923 р. австрійському вченому Ф. Преглю), навіть хроматографія, але вони не мали широкого застосування.

Дуже суттєво, що наприкінці минулого - початку нинішнього століття сформувався теоретичний базис "розчинної", "мокрої" аналітичної хімії. Початок було покладено В. Оствальдом у його книзі (1894) "Наукові основи аналітичної хімії". Цей теоретичний фундамент базувався головним чином на вченні про хімічну рівновагу в розчинах (закон дії мас, електролітична дисоціація, добуток розчинності тощо).

З історії кафедри

Після утворення кафедри хімічний факультет, весь університет, та й вся система вищої школи в СРСР піддавалися деякий час різним перебудовам та реорганізаціям. Однак у передвоєнні роки становище стабілізувалося.

Важливе місце на кафедрі у передвоєнні, військові та перші повоєнні роки займав її завідувач Євген Степанович Пржевальський, який деякий час був також деканом хімічного факультету та директором існуючого до 1953 р. Науково-дослідного інституту хімії Московського університету. Інші провідні співробітники та викладачі тих часів – В.М. Пєшкова, Н.В. Костін (теж був деканом), П.К. Агасян. Викладацька робота була поставлена добре, а в науковому відношенні кафедра, можливо, не займала тоді передового місця.

У 1953 р. завідувати кафедрою був запрошений професор Іван Павлович Алімарін, який згодом став академіком. Під його керівництвом, а Іван Павлович був на посаді завідувача 36 років, кафедра стала одним із провідних центрів досліджень у галузі аналітичної хімії.

Академік Алімарін (1903-1989) був найбільш відомим у нашій країні вченим-аналітиком. Він зробив внесок у аналіз мінеральної сировини, радіохімічні аналітичні методи, нові методи поділу речовин; багато уваги приділяв органічним аналітичним реагентам. І.П.Алімарин тривалий час керував Науковою радою АН СРСР з аналітичної хімії, був головним редактором "Журналу аналітичної хімії", працював у Міжнародному союзі теоретичної та прикладної хімії. Академіка обрали своїм почесним доктором три зарубіжні університети, він був іноземним членом академії наук Фінляндії (див. книгу: Іван Павлович Алімарін. Статті. Спогади. Матеріали. М.: Наука, 1992).

Основні напрями наукових праць кафедри у 50-80 рр. - Визначення домішок у неорганічних речовинах, у тому числі високочистих; органічні аналітичні реагенти; екстракція іонів металів; іонообмінна, потім екстракційна хроматографія; полярографія, потенціометрія; атомно-емісійний аналіз, пізніше лазерна спектрометрія, кінетичні методи, газовий аналіз.

Популярність мали роботи професорів А.І. Бусєва, В.М. Пєшкова, В.М. Іванова та ін. з органічних аналітичних реагентів, професора П.К. Агасяна, доцентів О.М. Виноградової, З.А. Галлай з електрохімічних методів, доцента Н.І. Тарасевича з спектрального аналізу. Професора Ю.Я. Кузяков, Н.Є. Кузьменко та Ф.А. Гімельфарб, які очолювали після Н.І. Тарасевичу лабораторію спектроскопічних методів привнесли – кожен – щось нове до цієї галузі.

Було видано чимало навчальних посібників та посібників.

Випускники кафедри займали та займають провідні позиції у дослідницьких інститутах, вузах, частково на підприємствах країни; Дехто з випускників працює і за кордоном.

Аналітична хімія наших днів

Нині аналітична хімія як галузь науки перестає бути лише частиною хімії, вона перетворюється на велику самостійну мегадисципліну. Пов'язано це з потужним розширенням арсеналу методів аналізу, серед яких хімічні, фізичні, біологічні. Розвивається нова загальна теорія, куди входять, наприклад, метрологію аналізу.

Різко зросли можливості хімічного аналізу щодо чутливості і швидкості. Багато методів дозволяють одночасно визначати кілька десятків компонентів. Звичайними стають аналізи без руйнування зразка, що аналізується, на великій відстані, в потоці, в окремій мікроскопічній точці або на поверхні. Математизація та комп'ютеризація значно розширили можливості відомих методів та дозволили створити принципово нові.

Аналітична хімія, аналітична служба вирішують, чи мають вирішувати, безліч життєво важливих завдань у державі та суспільстві. Це контроль виробничих процесів, діагностика у медицині (аналіз крові, сечі тощо), моніторинг об'єктів довкілля, забезпечення потреб військових, криміналістів, археологів.

Основні напрямки досліджень на кафедрі

Якщо говорити про об'єкти аналізу, про сферу застосування методів та засобів хімічного аналізу, то зараз на першому місці об'єкти навколишнього середовища, насамперед води. Багато досліджень кафедри націлені на створення нових та ефективних способів оцінки якості води, методів визначення домішок у природних чи стічних водах. Приділяється увага й іншим об'єктам - біологічним, технологічним та іншим; наприклад, розробляються способи аналізу напівпровідникових речовин.

На кафедрі представлено практично всі сучасні методи аналізу. Основні методи, що розвиваються - сорбційне та екстракційне концентрування неорганічних та органічних мікро- та ультрамікро-компонентів, включаючи методи, що здійснюються автоматично в потоці; хроматографічні методи поділу речовин та їх визначення з різними детекторами, включаючи мас-спектрометричні (рідинна, у тому числі іонна, газова хроматографія); спектроскопічні методи аналізу - спектрофотометричні у видимій та ультрафіолетовій областях спектру, включаючи відбивний варіант; люмінесцентні; термолінзова спектрометрія та ін; електрохімічні методи, особливо вольтамперометрія та пряма потенціометрія (іоноселективні електроди); кінетичні та ферментативні методи.

Кафедра добре оснащена обладнанням. У загальному практикумі понад двісті приладів, у спецпрактикумах – близько ста. Парк приладів наукових лабораторій дуже різноманітний та багатий. Так, серед спектральних приладів - лазерні установки для термолінзових вимірювань фірми Когерент (США), електронний спектрометр фірми Лейболд (Німеччина), рентгенофлуоресцентні аналізатори Спарк та Спектроскан (Росія), лазерний мікрозондовий аналізатор ЛАММА (Німеччина) та ін. Кафедра має чудове наприклад, капілярні газові хроматографи, хроматомасоспектрометр, надкритичний флюїдний хроматограф, іонні хроматографи двох фірм, різні рідинні хроматографи. На сучасному рівні та електро-хімічні прилади – вольтамперометричний аналізатор, полярографи та інші, наприклад установки для електрохімічних досліджень виробництва США та Швейцарії. Серед інших інструментів для хімічного аналізу - надкритичний флюїдний екстрактор (Італія), прилад для капілярного електрофорезу (США) та ізотахофорезу (Словаччина-Росія).

Деякі наукові проблеми, які вирішуються на кафедрі

Розглянемо як приклад кілька робіт, що виконуються на кафедрі, більш детально.

Тест-методи. Протягом століть з часів алхіміків хімічний аналіз здійснювався в лабораторіях. І зараз сотні тисяч, мільйони аналізів проводяться в умовах аналітичних лабораторій, причому тепер не лише хімічних. Однак останнім часом становище змінюється: хімічний аналіз поступово переміщається до тих місць, де знаходиться аналізований об'єкт - у полі, в цех, аеропорт, до ліжка хворого, навіть у звичайні квартири. Справа в тому, що існують величезні потреби в позалабораторному аналізі і в тому, що тепер з'являються можливості створювати ефективні засоби такого аналізу "на місці". До таких засобів належать і засоби для тест-методів хімічного аналізу.

Тест-методи аналізу - це експресні, прості та відносно дешеві прийоми виявлення та визначення речовин, які зазвичай не вимагають суттєвої підготовки проби, використання складних стаціонарних приладів, лабораторного обладнання та взагалі умов лабораторії, а головне - не потребують кваліфікованого персоналу.

На кафедрі розробляються суто хімічні та ферментативні тест-методи. Спеціально підібрані реакції та реагенти використовуються у "готових" формах - на індикаторних папірцях, у вигляді таблеток, порошків, індикаторних трубок тощо. За інтенсивністю або тоном, що з'являється при аналізі забарвлення або по довжині забарвленого шару в трубці можна виявити і кількісно визначити потрібний компонент. Можлива не лише візуальна реєстрація, а й з використанням найпростіших приладчиків кишенькового типу.

Наприклад, створено виключно чутливий ферментативний метод визначення ртуті, особливо в об'єктах навколишнього середовища. Або можна назвати серію робіт, в яких запропоновані індикаторні трубки для визначення в природних та питних водах інших важких токсичних металів. Ще один простий засіб - таблетки з пінополіуретану (поролону), на які заздалегідь наносяться аналітичні реагенти або які можуть сорбувати забарвлені продукти, що утворилися реакції з розчину. Поява або зміна забарвлення на пігулках порівнюється зі шкалою. Можна визначати феноли, поверхнево-активні речовини, низку іонів металів.

Способи здійснення тест-методів, як говорилося, дуже прості. Однак ця простота недешево дається: її досягнення потребує гарної науки для створення відповідних засобів. Тут, як завжди, діє правило зворотної пропорційності: для розробки найбільш простого і ефективного тест-кошту потрібно вкласти максимум творчої енергії, винахідливості, знань, та й чимало коштів.

Нові підходи щодо визначення органічних токсикантів в об'єктах навколишнього середовища. У природних водах нормується вміст понад тисячу речовин, серед яких чимало токсичних та канцерогенних. Якщо концентрація речовини нормується, її слід контролювати. Це означає, що мають бути надійні методи такого контролю на всі ці речовини та відповідні засоби – прилади, реактиви, стандартні зразки тощо. Це майже нереальне завдання - надто вже великий перелік "контрольованих" компонентів. У реальній практиці аналіз проводять максимум на 100-150 речовин, а зазвичай на меншу кількість компонентів.

Як же бути?

На кафедрі розвивається ідея зміни самої методології аналізу. Йдеться про відмову від спроб дотримуватися підходу "кожній речовині - своя методика" на користь систематичного аналізу з широким використанням узагальнених показників. Наприклад, такими узагальненими показниками можуть бути вміст органічних хлору, фосфору або сірки в аналізованому об'єкті. Безглуздо випробовувати воду нарізно на десятки можливих токсичних хлорорганічних сполук, якщо первинний експеримент показав, що органічного хлору в пробі взагалі немає. Створюються нові методи такого "валового" аналізу, причому дуже чутливі.

Найкращий метод визначення аніонів. Таким методом є іонна хроматографія. Кафедра була першим центром колишнього СРСР, де почали розвивати цей ефективний спосіб аналізу. Наразі відповідна лабораторія має великий парк найсучасніших іонних хроматографів. Розробляються прискорені методи одночасного визначення 10-12 аніонів, одночасного визначення катіонів та аніонів в об'єктах навколишнього середовища, у харчових продуктах та інших зразках. Склалася школа фахівців із іонної хроматографії, проведено перший вітчизняний симпозіум за цим методом, написано книги.

Іоноселективні електроди (ІСЕ). Особливістю робіт кафедри у цьому напрямі є створення ІСЕ на органічні речовини з використанням комплексоутворення за схемою "гость-господар", або "ключ-замок".

Рентгенофлуоресцентний аналіз із концентруванням. РФА – чудовий метод. Він дозволяє визначати одночасно велику кількість елементів, за винятком елементів початку періодичної системи, причому без руйнування аналізованого зразка. Але метод не дуже чутливий, важко визначати концентрації нижче 0,01 відсотка. На допомогу приходить сорбційне концентрування на целюлозних фільтрах, причому до целюлози щеплені комплексні атомні угруповання. Межі виявлення при цьому дуже значно знижуються, метод рентгенофлуоресцентної спектрометрії набуває нового звучання.

Використання ферментів. Іммобілізовані ферменти - особливі та дуже ефективні аналітичні реагенти: вони забезпечують високу селективність взаємодії з визначальними компонентами. З використанням ферменту пероксидази створено дуже чутливий та вибірковий метод визначення ртуті.

Термолінзова спектроскопія. Установка, що використовується в цьому методі, займає багато місця і не проста у використанні. Однак клопіт щодо створення установки та підтримки її в робочому стані цілком виправдані: порівняно із звичайною спектрофото-метрією межі виявлення речовин можна знизити на 2-3 порядки!

Мікрохвильова пробопідготовка та інші застосування мікрохвильового випромінювання. Дуже цікаво, що таке випромінювання дозволяє суттєво прискорити багато повільно протікаючих хіміко-аналітичних реакцій. Прикладом можуть бути реакції комплексоутворення платинових металів: відомо, що ці метали часто утворюють кінетично інертні комплекси, заміщення лігандів у них проходить дуже уповільнено. У мікрохвильовій печі картина різко змінюється; це має значення для практики аналізу.

Навчально-методична робота

Співробітники кафедри викладають аналітичну хімію студентам хімічного, геологічного, географічного, біологічного, ґрунтового факультетів, факультету фундаментальної медицини, Вищого хімічного коледжу РАН, Вищого коледжу наук про матеріали, а також учням шкіл з хімічним ухилом. Це величезна і дуже відповідальна робота, на ній виросли прекрасні викладачі, які знають свою справу, серед яких чимало молодих. Практикум з аналітичної хімії - один із найкращих на хімічному факультеті, студенти з інтересом виконують численні навчальні завдання, курсові роботи, беруть участь у олімпіадах з аналітичної хімії, що щорічно проводяться. Протягом року через загальний практикум проходить близько тисячі студентів хімічного та суміжних факультетів, через спецпрактикуми – понад п'ятдесят студентів 4-го та 5-го курсів хімічного факультету.

Загальний курс аналітичної хімії, читаний студентам 2-го курсу хімічного факультету, супроводжується семінарами та широкими, насиченими та дуже цікавими лабораторними роботами. 1999 р. другим виданням вийшов двотомний підручник, написаний співробітниками кафедри, - "Основи аналітичної хімії". Постійно видаються різноманітні посібники, посібники, задачники.

Багато студентів хімічного факультету обирають аналітичну хімію в якості галузі спеціалізації; за кількістю студентів кафедра займає одне з перших місць на факультеті (від 20 до 40 третьокурсників щорічно). Підготовка фахівців-аналітиків включає прослуховування великої кількості спецкурсів, виконання практичних робіт, виступи на семінарах та конференціях. Студенти отримують хорошу підготовку з методів концентрування речовин, спектроскопічних, електрохімічних, хроматографічних та інших методів аналізу, в деталях знайомляться з метрологією хімічного аналізу, слухають лекції з загальних питань аналітичної хімії.

До аспірантури кафедри щорічно надходить 10-15 випускників МДУ та інших вузів. Для аспірантів читаються спеціальні курси, у тому числі курси на вибір.

Кафедра щороку присуджує аспірантам та студентам премію чи стипендію імені І.П. Алімаріна.

Зовнішні зв'язки кафедри

Кафедра тісно співпрацює з інститутами Російської академії наук, особливо з Інститутом загальної та неорганічної хімії ім. Н.С. Курнакова та Інститутом геохімії та аналітичної хімії ім. В.І. Вернадського. У 1996 р. створено Науково-навчальний центр з аналітичної хімії Московського державного університету ім. М.В. Ломоносова та Російської академії наук; Центр базується на кафедрі.

Кафедра є також базою Всеросійської екологоаналітичної асоціації "Екоаналітика"; через асоціацію здійснюються численні контакти у сфері аналізу об'єктів довкілля. Кафедра, наприклад, брала активну участь у виконанні проектів за програмою "Екологічна безпека Росії" та інших екологічних програмах, виступає одним з організаторів всеросійських конференцій з аналізу об'єктів навколишнього середовища.

Проводяться численні спільні наукові роботи з низкою галузевих дослідницьких інститутів та вузів Росії. Так, наприклад, протягом тривалого часу кафедра щільно співпрацює з НВО "Буревісник" (Санкт-Петербург) у галузі рентгеноспектрального та електрохімічного обладнання.

Міжнародні зв'язки здійснюються за кількома напрямками. Існують спільні дослідні проекти, що виконуються в рамках програми ІНТАС, а також на базі двосторонніх угод. Реалізуються договори з приладобудівними фірмами, внаслідок чого кафедра має можливість мати сучасні прилади, не купуючи їх. Можна назвати контакти з фірмами "Карло Ерба" (Італія) та "Біотронік" (Німеччина) у галузі хроматографії та хромато-мас-спектрометрії, з фірмою "Майлстоун" (Італія) в галузі мікрохвильової техніки, з фірмою "Інтертех" (США) за спектроскопічними приладами.

У 1995 р. кафедра провела V Міжнародний симпозіум з кінетичних методів аналізу, у 1997 р. – Міжнародний конгрес з аналітичної хімії.

ЗОЛОТІВ ЮРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (нар. 1932).Завідувач кафедри аналітичної хімії (з 1989), дійсний член РАН (1987), професор (1970), доктор хімічних наук (1966). Директор Інституту загальної та неорганічної хімії РАН (з 1989), зав.лабораторією аналітичної хімії платинових металів цього інституту. Президент Російського хімічного товариства ім. Д.І. Менделєєва (1991-1995).

Області наукових досліджень про. Екстракція неорганічних сполук, концентрування мікроелементів, проточний аналіз, тест-методи аналізу. Методологічні проблеми аналітичної хімії.

Основні наукові здобутки. Розвинув теорію екстракції хелатів металів та комплексних кислот; виявив, досліджував та використав на практиці явище придушення екстракції одного елемента іншим; запропонував низку нових ефективних екстрагентів; створив велику кількість екстракційних методів поділу складних сумішей елементів для цілей аналітичної хімії та радіохімії. Розробив загальну методологію концентрування мікроелементів, запропонував ряд методів концентрування та використав їх при аналізі речовин високої чистоти, геологічних об'єктів та об'єктів навколишнього середовища; разом із співробітниками створив нові сорбенти з метою концентрування. Ввів поняття про гібридні методи аналізу (1975), розробив велику кількість таких методів. Сформував широкий науковий напрямок - створення тест-методів та відповідних засобів хімічного аналізу. Організував дослідження з іонної хроматографії та проточно-інжекційного аналізу.

Завідувач кафедри є членом кількох міжнародних організацій, входив або входить до складу редакційних рад основних міжнародних журналів з аналітичної хімії, запрошується доповідачем на міжнародні конференції.

Завідувач кафедри: академік

Колектив кафедри включає 80 співробітників, у тому числі 17 докторів та 30 кандидатів наук. На кафедрі працює шість науково-дослідних лабораторій та практикум з аналітичної хімії.

Щорічно публікується близько 100 статей у вітчизняних та міжнародних (близько 20%) журналах, понад 120 тез доповідей. Співробітники кафедри виступають із доповідями (понад 100 на рік) на російських та міжнародних (близько 30%) конференціях.

Курс аналітичної хімії на хімічному факультеті вивчається в 3-4 семестрі (2 курс), включає лекції, семінари, заняття на практиці. Після закінчення 3 семестру сдається залікове завдання, після закінчення курсу (4 семестр) - іспит та захист курсової роботи. За результатами рейтингу є можливість отримати "автомат" - добре і добре.

З історії кафедри

У зв'язку з реформою вищої школи 13 серпня 1929 року було прийнято постанову РНК СРСР про реорганізацію хімічних відділень фізико-математичних факультетів університетів на самостійні хімічні факультети. Фактично хімічний факультет було оформлено у 1930 році і до перших п'яти кафедр до нього увійшла кафедра аналітичної хімії. Завідувачем кафедри став проф. А.Є. Успенський, який завідував кафедрою до 1931 року. У рамках кафедри було утворено лабораторію аналітичної хімії, завідувачем якої став доцент Є.С. Пржевальський.

На кафедрі аналітичної хімії працювало багато видатних учених. Професор К.Л. Маляров, який займався мікроаналізом ще у відновлювальний період та у перші роки індустріалізації. Мікроаналізом займалися також Є.С. Пржевальський та В.М. Пєшкова. З 1934 року Пєшкова розпочала дослідження щодо застосування в аналітичній практиці нових органічних реагентів (зокрема вона розробила методику кількісного визначення нікелю щодо реакції з диметилгліоксимом). З.Ф. Шахова розширила дослідження щодо застосування комплексних сполук у хімічному аналізі. В.М. Шавлєєв вів дослідження з електроаналізу.

Повною мірою навчальна та наукова робота на кафедрі розгорнулася після переїзду у 1953 році до нової будівлі. На завідування кафедрою було запрошено І.П. Алімарін. З 1989 р. завідувачем кафедри став Ю.О. Золотів. Ю.А. Золотов – визнаний фахівець у галузі аналітичної хімії та екстракції металів. Їм введено (1977) поняття про гібридні методи аналізу. У 1972 р. присуджено Державну премію за розробку теорії та нових фізико-хімічних методів аналізу високочистих металів, напівпровідникових матеріалів та хімічних реактивів. Першим у країні у 1980-ті роки він розгорнув роботи з іонної хроматографії (найважливіший результат - використання амфотерних амінокислот як елюентів (1985) та зниження межі виявлення за рахунок використання
кондуктометричного детектора).

Завідувачі кафедри:
1929-1931 – проф. А.Є.Успенський
1933-1953 – проф. Є.С.Пржевальський
1953-1989 – акад. І.П.Алімарін
з 1989 – акад. Ю.А.Золотов

Лабораторії кафедри:

Лабораторія концентрування
академік, проф. Ю.А. Золотов

група в. н. Г.І. Цизіна
група проф. Є.І. Моросанової
група проф. С.Г. Дмитрієнко
група в. н. І.В. Плетньова

Лабораторія хроматографії
член-кор. РАН, проф. О.А. Шпигун

група доц. О.М. Шаповаловий
група в. н. А.В. Пирогова
група в. н. А.В. Смоленкова
навчальна робота лабораторії хроматографії

Лабораторія спектроскопічних методів аналізу
д.х.н., проф. М.А. Проскурнін

група доц. А.Г. Борзенка
група проф. В.М. Іванова
група ст.н.с. Н.В. Алова
група проф. М.А. Проскурніна
група доц. А.В. Гармаша

Лабораторія електрохімічних методів
д.х.н., проф. А.А. Каракін

група проф. А.А. Каракіна
група доц. А.І. Каменєва
група доц. Н.В. Шведене

Лабораторія кінетичних методів аналізу
д.х.н., проф. Т.М. Шеховцова

група проф. Т.М. Шеховцова
група в. н. М.К. Беклемішева

Усі ми постійно стикаємося із хімічним аналізом. Наприклад, у поліклініці чи, на жаль, у лікарні. Якщо подумати, інші приклади аналізу прийдуть самі. Щоб вода з водопроводу була придатна для пиття, її склад ретельно контролюють. Визначають кислотність ґрунту. Оцінюють вміст цукру у крові діабетиків. А виявлення парів алкоголю в повітрі, яке видихає водій? А контроль концентрації хлору у плавальному басейні? Все це приклади важливих та необхідних хімічних аналізів.

Робляться такі аналізи мільйонами. У принципі, масові випробування такого роду можуть робити не дуже кваліфіковані люди. Але за однієї очевидної умови: потрібно мати відповідні методи та засоби для аналізу (під коштами тут розуміються зовсім не гроші, а прилади, реактиви, посуд тощо). А ось методи та засоби вигадують, розробляють фахівці вже зовсім іншого рівня, вчені-аналітики. Цих фахівців готують найкращі виші.

Кафедра аналітичної хімії МДУ – один із найвідоміших центрів такої підготовки. Але вона є ще й великим науковим центром, де ведуться дуже цікаві дослідження. Кафедра популярна серед студентів хімічного факультету. Попит на випускників-аналітиків дуже великий.

Серед співробітників кафедри – завідувач кафедри, академік Ю.О. Золотов, заступник завідувача, член-кореспондент РАН О.О. Шпігун, ще вісім професорів. Усі вони – провідні вчені у своїх галузях, широко відомі спеціалісти. При кафедрі працює Аналітичний центр факультету, Всеросійська Еколого-аналітична асоціація, три малі підприємства, спільні лабораторії з приладобудівними фірмами. Кафедра проводить викладання аналітичної хімії на 8 факультетах.

Але найголовніше, найцікавіше – це наукові проблеми, що вирішуються на кафедрі. Тут успішно розробляються оригінальні методи хімічного аналізу, вирішуються завдання аналізу екологічних, біомедичних, технічних об'єктів. У лабораторії багато сучасних приладів, на яких працюють дипломники та аспіранти, а часто й студенти молодших курсів, не говорячи вже про кадрових співробітників.

Хіба не цікаво створити методи, що дозволяють виявити шкідливі елементи в природній воді, розділити на окремі компоненти найскладніші суміші органічних сполук або діагностувати легеневі захворювання за складом повітря, що видихається? Багато на кафедрі робиться з хімічного аналізу різноманітних матеріалів, особливо напівпровідникових.

Групи вчених, очолювані молодими докторами та кандидатами наук, працюють на передньому краї науки, у діловій, творчій, доброзичливій обстановці.

Усі ми постійно стикаємось із хімічним аналізом. Наприклад, у поліклініці чи, на жаль, у лікарні. Якщо подумати, інші приклади аналізу прийдуть самі. Щоб вода з водопроводу була придатна для пиття, її склад ретельно контролюють. Визначають кислотність ґрунту. Оцінюють вміст цукру у крові діабетиків. А виявлення парів алкоголю в повітрі, яке видихає водій? А контроль концентрації хлору у плавальному басейні? Все це приклади важливих та необхідних хімічних аналізів.

«Кафедра аналітичної хімії Затверджено методичною комісією кафедри аналітичної хімії А.В. Іванов

Московський державний університет імені М.В. Ломоносова

Хімічний факультет

Кафедра аналітичної хімії

Затверджено методичною комісією

кафедри аналітичної хімії

А.В.Іванов

МЕТОДИЧНЕ КЕРІВНИЦТВО

ЗА ЯКІСНОМУ І КІЛЬКІСНОМУ

АНАЛІЗУ

ДЛЯ СТУДЕНТІВ 2 КУРСУ ГЕОГРАФІЧНОГО

ФАКУЛЬТЕТА

Під редакцією професора В.М.Іванова Москва 2001 Введення Методичний посібник призначений як посібник до практичних занять за курсом "Якісний та кількісний аналіз" для студентів 2 курсу географічного факультету, що спеціалізуються на кафедрі географії ґрунтів. Програма дисципліни "Якісний та кількісний аналіз для географічного факультету МДУ" ставить за мету вивчення теоретичних основ хімічних (титриметричних та гравіметричних) та інструментальних (спектроскопічних та електрохімічних) методів аналізу та ознайомлення з можливостями їх практичного застосування. Методичне керівництво складається з трьох частин, перша включає календарний план лекцій та практичних занять та питання до колоквіумів. Наведено шкалу рейтингової оцінки знань щодо позицій, передбачених навчальним планом. Друга частина містить методики проведення якісних реакцій окремих катіонів і аніонів, третя "Кількісний аналіз" - включає методики гравіметричного і титриметричного визначення ряду елементів у чистих розчинах і в реальних об'єктах. Коротко викладено теоретичні основи методів. факультету МДУ.

Першу частину посібника складено за участю професора, д.х.н.

Т.Н.Шеховцової.

Зауваження та побажання викладачів та студентів будуть сприйняті автором із глибокою подякою.

I. ПРОГРАМА КУРСУ

Календарний план занять включає 14 лекцій, 16 практичних занять, 3 рубіжні контрольні роботи (у лекційний годинник) та 3 колоквіуми. Після закінчення семестру передбачено іспит.

План лекцій та контрольних робіт Лекція 1 Предмет та методи аналітичної хімії. Хімічна рівновага.

Чинники, що впливають на хімічну рівновагу.

Константи рівноваги.

Лекція 2. Кислотно-основна рівновага.

Лекція 3 Розрахунок рН у різних системах Лекція 4 Хімічна рівновага в гетерогенній системі.

Лекція 5 Розрахунок умов розчинення та осадження опадів. Розрахунок добутку розчинності за даними про розчинність.

I рубіжна контрольна робота "Кислотно-основна рівновага та рівновага в гетерогенній системі".

Лекція 6. Реакції комплексоутворення. Комплексні з'єднання.

Лекція 7. Органічні реагенти в аналітичній хімії.

Лекція 8 Рівнавага в окислювально-відновних реакціях.

Розрахунок окисно-відновних потенціалів.

Напрямок реакцій окислення-відновлення.

Лекція 9 Гравіметричний метод аналізу ІІ рубежна контрольна робота "Окислювально-відновлювальні реакції та реакції комплексоутворення".

Лекція 10 Титриметричні методи аналізу, їх застосування. Кислотноосновне титрування.

Лекція 11 Комплексонометричне та окислювально-відновне титрування.

Лекція 12. Метрологічні основи аналітичної хімії. Статистична обробка результатів аналізу.

III рубіжна контрольна робота "Титриметричні методи аналізу, метрологічні засади аналітичної хімії".

Лекція 13 Введення у спектроскопічні методи аналізу.

Лекція 14. Введення у електрохімічні методи аналізу.

План практичних занять

Заняття 1 Вступна розмова щодо якісного аналізу. Якісні реакції катіонів І-ІІІ груп: К+, Na+, NH4+, Mg2+, Ba2+, Ca2+, Pb2+ та аніонів: SO42-, CO32-, Cl-, NO3-, PO43Якісні реакції катіонів IV - VI груп: Al3+, Cr3+, Zn2+ , Fe2+, Заняття 2 Fe3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Cu2+.

Домашнє завдання: розрахунок констант рівноваги.

Поділ суміші катіонів методом паперової хроматографії. Бесіда Заняття 3 за схемами якісного аналізу.

Домашнє завдання: розрахунок рН у розчинах кислот, основ, амфолітів та в буферних сумішах.

Заняття 4 Контрольне завдання №1: аналіз суміші катіонів I-VI груп та аніонів (розчин).

Домашнє завдання: розрахунок розчинності малорозчинних сполук, утворення осадів.

Контрольне завдання №2: аналіз твердої суміші катіонів та аніонів Заняття 5 або природного об'єкта.

Заняття 7 Колоквіум №1: Хімічна рівновага. Кислотноосновна рівновага. рівновагу в гетерогенній системі.

Заняття 8- Вступна розмова з гравіметрії.

10 Контрольне завдання №3: визначення сульфат-іонів у суміші сульфату натрію та хлориду натрію.

Домашнє завдання: реакції комплексоутворення;

розрахунок окисно-відновних потенціалів.

Заняття 11 Вступна бесіда щодо кислотно-основного титрування.

Приготування розчинів - первинного стандартного розчину карбонату натрію (Na2CO3) та вторинних стандартних розчинів - хлороводневої кислоти (HCl) та гідроксиду натрію (NaOH). Стандартизація HCl та NaOH.

Заняття 12 Контрольне завдання №4: визначення HCl.

Домашнє завдання: побудова кривих титрування.

Заняття 13 Вступна бесіда щодо комплексонометричного титрування.

Контрольне завдання №5 - комплексонометричне визначення кальцію та магнію при спільній присутності.

Заняття 14 Колоквіум №2. Реакція комплексоутворення.

Органічні реагенти. Кислотно-основне та комплексометричне титрування.

Заняття 15 Вступна бесіда щодо окислювально-відновної рівноваги та титрування. Приготування первинного стандартного розчину дихромату калію (K2Cr2O7) або щавлевої кислоти (H2C2O4) та вторинного стандартного розчину калію перманганату (КМnO4).

Контрольне завдання №6: визначення заліза або окислюваності води Заняття 16 Вступна бесіда методом полум'яної фотометрії. Визначення калію та натрію.

Колоквіум №3. Окисно-відновні реакції.

– – –

Хімічна рівновага у гомогенній системі. Основні його типи:

кислотно-основне, рівноваги комплексоутворення та окислення відновлення. Чинники, що впливають хімічну рівновагу: концентрації реагуючих речовин, природа розчинника, іонна сила розчину, температура.

Активність та коефіцієнт активності. Загальна та рівноважна концентрації.

Конкуруючі реакції, коефіцієнт конкуруючої реакції.

Термодинамічна, реальна та умовна константи рівноваги.

Кислотно-основна рівновага. Сучасні уявлення про кислоти та основи. Основні положення теорії Бренстед-Лоурі. Кислотно-основні пари. Вплив природи розчинника на силу кислот та основ.

Константа автопротолізу. Нивелирующий і диференціюючий ефекти розчинника. Буферні розчини. Розрахунок рН водних розчинів сильних та слабких кислот та основ, амфолітів, буферних розчинів.

Хімічна рівновага у гетерогенній системі. Основні типи хімічної рівноваги в гетерогенній системі: рідина-тверда фаза (розчиносадок), рідина-рідина. Константа рівноваги реакції осадження розчинення (твір розчинності). Термодинамічна, реальна та умовна константи рівноваги. Умови осадження та розчинення опадів. Розрахунок розчинності опадів у різних умовах.

Колоквіум №2.

Реакція комплексоутворення. Органічні реагенти.

Кислотно-основне та комплексометричне титрування.

Комплексні сполуки та органічні реагенти. Типи та властивості комплексних сполук, що використовуються в аналітичній хімії. Ступінчасте комплексоутворення. Термодинамічна та кінетична стійкість комплексних сполук. Вплив комплексоутворення на розчинність сполук та окислювально-відновний потенціал системи.

Теоретичні основи взаємодії органічних реагентів із неорганічними іонами. Функціонально-аналітичні групи. Теорія аналогій взаємодії іонів металів з неорганічними реагентами типу H2O, NH3, H2S і кисень-, азот-, органами, що містять сірки. Хелати, внутрішньокомплексні сполуки. Використання комплексних сполук в аналізі для виявлення, поділу, маскування та визначення іонів.

Титриметричні методи аналізу. Способи титрування: пряме, зворотне, витіснювальне, опосередковане. Кислотно-основне титрування. Вимоги до реакцій у кислотно-основному титруванні. Криві титрування, точка еквівалентності, кінцева точка титрування. Індикатори Первинні та вторинні стандарти, робочі розчини. Побудова кривих титрування, вибір індикатора, похибка титрування. Приклади практичного застосування кислотно-основного титрування – визначення HCl, NaOH, Na2CO3.

Комплексометричне титрування. Вимоги до реакцій комплексоутворення, що застосовуються у титриметрії. Застосування амінополікарбонових кислот. Металохромні індикатори та вимоги до них.

Побудова кривих титрування.

Колоквіум №3.

Окисно-відновні реакції.

Практичне застосування у титриметрії. Інструментальні методи аналізу.

Окисно-відновні реакції. Оборотні окислювально-відновні системи та їх потенціали. Рівноважний електродний потенціал. Рівняння Нернста. Стандартні та формальні окислювально-відновні потенціали. Вплив різних факторів на формальний потенціал: рН розчину, іонної сили розчину, процесів комплексоутворення та утворення опадів, концентрації комплексоутворюючих речовин та осадників. Константа рівноваги окислювально-відновних реакцій та напрямок реакцій окислення-відновлення.

Окисно-відновне титрування. Побудова кривих титрування. Способи фіксування кінцевої точки титрування в окислювально-відновному титруванні. Методи: перманганатометричний, йодометричний, дихроматометричний.

Спектроскопічні методи аналізу. Основні характеристики електромагнітного випромінювання (довжина хвилі, частота, хвильове число, інтенсивність). Спектри атомів. Методи атомно-емісійної та атомноабсорбційної спектроскопії. Спектри молекул. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

Методи визначення концентрації речовин. Спектрофотометричний та люмінесцентний методи.

Електрохімічні методи. Електрохімічний осередок, індикаторний електрод та електрод порівняння. Іонометрія, потенціометричне титрування.

Кулонометрія: пряма та кулонометричне титрування; закон Фарадея.

Класична вольтамперометрія. Кондуктометрія: пряма та кондуктометричне титрування, можливості контролю в потоці.

Література

1. Основи аналітичної хімії. У 2-х тт. П/ред. Ю.А.Золотова. М: Вищ. школа, 2000.

2. Основи аналітичної хімії. Практичний посібник. П/ред. Ю.А.Золотова.

М: Вищ. школа, 2001.

3. Методи виявлення та поділу елементів. Практичний посібник.

П/ред. І.П.Алімаріна. М: МДУ, 1984.

4. Білявська Т.А. Практичний посібник з гравіметрії та титриметрії. М.:

5. Дорохова Є.М., Ніколаєва Є.Р., Шеховцова Т.М. Аналітична хімія (методичні вказівки). М: МДУ, 1988.

6. Довідковий посібник з аналітичної хімії. П/ред. І.П.Алімаріна та Н.Н.Ушакової. М: МДУ, 1975.

7. Ушакова Н.М. Курс аналітичної хімії для ґрунтознавців. М: МДУ, 1984.

8. Дорохова О.М., Прохорова Г.В. Завдання та питання з аналітичної хімії. М.:

Мир, 1984 чи М.: Академсервіс, 1997.

– – –

1. Аналітичні реакції катіонів І групи.

Реакція іонів калію.

1. Гідротартрат натрію NaHC4H4O6. До 3-4 крапель розчину солі К+ у пробірці додають 3-4 краплі розчину NaHC4H4O6. Перемішують вміст пробірки скляною паличкою, якщо осад не випадає відразу - злегка потирають паличкою стінки пробірки. Білий кристалічний осад гідротартрату калію розчинний у гарячій воді, у сильних кислотах, лугах, нерозчинний в оцтовій кислоті.

2. Гексанітрокобальтат натрію Na3. До краплі розчину солі К+ при рН 4-5 додають 1-2 краплі реагенту і якщо осад відразу не випадає, дають розчину постояти або злегка нагрівають на водяній бані. Випадає яскраво-жовтий кристалічний осад, розчинний у сильних кислотах, але нерозчинний в оцтовій кислоті. При дії лугів осад розкладається із заснуванням темно-бурого осаду.

3. Мікрокристаллоскопічна реакція з гексанітрокупратом свинцю Na2PbCu(NO2)6. На предметне скло поміщають краплю розчину солі К+, поруч поміщають краплю розчину Na2PbCu(NO2)6 ("реагент К+") і з'єднують краплі скляною паличкою. Дають постояти, після чого розглядають під мікроскопом кристали кубічної форми, що утворилися.

4. Фарбування полум'я. Летючі солі К+ (наприклад, KCl) забарвлюють полум'я пальника у блідо-фіолетовий колір. У спектроскоп прямого зору спостерігають темно-червону лінію при 769 нм. Краще розглядати полум'я через синє скло чи розчин індиго - у умовах можна виявити калій у присутності натрію, т.к. синє скло чи розчин індиго поглинають жовтий колір натрію.

Реакція іонів натрію.

1. Антимонат калію K. До 2-3 крапель розчину солі Na+ додають 2-3 краплі розчину K і потирають стінки пробірки скляною паличкою при охолодженні пробірки під струменем води. Залишають розчин на деякий час і переконуються, що кристалічний осад: закривши пробірку гумовою пробкою, її перевертають. На стінах будуть помітні великі кристали кубічної форми. Осад розкладається під дією кислот, розчиняється у лугах.

Реакція малочутлива.

2. Мікрокристаллоскопічна реакція з цинкуранілацетатом Zn(UO2)3(CH3COO)8. На предметне скло поміщають краплю розчину солі Na+, поруч поміщають краплю розчину Zn(UO2)3(CH3COO)8 і з'єднують скляною паличкою краплі. Дають постояти і розглядають кристали, що утворилися під мікроскопом.

3. Фарбування полум'я. Летючі солі Na+ (наприклад, NaCl) забарвлюють полум'я пальника у жовтий колір. У спектроскоп прямого зору спостерігають жовту лінію при 590 нм.

Реакція іонів амонію.

1. Сильні луги. Реакцію виконують у газовій камері. На предметне скло поміщають скляний циліндр, всередину якого вносять 1-2 краплі розчину солі NH4+ і 1-2 краплі 2 М розчину NaOH або KOH, слідкуючи, щоб розчин лугу не потрапив на верхній край циліндра. Накривають циліндр іншим предметним склом, прикріпивши до його внутрішньої сторони вологий індикаторний папір (універсальний індикаторний або лакмусовий) або фільтрувальний папір, змочений розчином Hg2(NO3)2. Спостерігають зміну фарбування індикаторного паперу.

2. Реагент Несслер K2. До 1-2 крапель розчину солі NH4+ у пробірці додають 1-2 краплі реагенту Несслера. Утворюється оранжевий осад.

Реакція іонів магнію.

1. Сильні луги. До 2 крапель розчину солі Mg2+ додають 1-2 краплі розчину NaOH. Випадає білий аморфний осад, розчинний у кислотах та солях амонію. Реакція може бути використана для відокремлення Mg2+ від інших катіонів 1 групи, оскільки їх гідроксиди розчиняються у воді.

2. Гідрофосфат натрію Na2HPO4. До 1-2 крапель розчину солі Mg2+ у пробірці додають 2-3 краплі 2 М розчину HCl і 1-2 краплі розчину Na2HPO4. Після цього додають по краплях 2 М розчин NH3, перемішуючи вміст пробірки після кожної краплі, до виразного запаху або слаболужної реакції по фенолфталеїну (рН~9). Випадає білий кристалічний осад, розчинний у сильних кислотах та в оцтовій кислоті.

3. Хіналізарин. До 1-2 крапель розчину солі Mg2+ додають краплю розчину хіналізарину та 2 краплі 30%-ного розчину NaOH. Утворюється осад синього кольору.

4. Мікрокристаллоскопічна реакція. На предметне скло поміщають 1 краплю розчину солі Mg2+, поряд наносять краплю розчину реагенту - суміші Na2HPO4, NH4Cl, NH3. Скляною паличкою з'єднують краплі і розглядають кристали, що утворилися під мікроскопом.

2. Аналітичні реакції катіонів ІІ групи.

Реакції іонів барію.

1. Дихромат калію K2Cr2O7. До 1-2 крапель розчину солі Ba2+ у пробірці додають 3-4 краплі розчину CH3COONa та 1-2 краплі розчину K2Cr2O7.

Випадає жовтий кристалічний осад BaCrO4, нерозчинний в оцтовій кислоті, розчинний у сильних кислотах. Реакцію застосовують відділення іонів Ba2+ від інших катіонів II групи.

2. Сірчана кислота H2SO4. До 1-2 крапель розчину солі Ba2+ додають 2-3 краплі розведеної сірчаної кислоти. Випадає білий кристалічний осад, нерозчинний у кислотах. Для переведення BaSO4 у розчин його переводять у BaCO3, проводячи багаторазову обробку BaSO4 насиченим розчином Na2CO3, щоразу зливаючи рідину з осаду, який потім розчиняють у кислоті.

3. Фарбування полум'я. Летючі солі Ba2+ забарвлюють полум'я пальника у жовто-зелений колір. У спектроскопі прямого зору спостерігають групу зелених ліній області довжин хвиль 510-580 нм.

Реакція іонів кальцію.

1. Оксалат амонію (NH4)2C2O4. До 2-3 крапель розчину солі Ca2+ додають 2-3 краплі розчину (NH4)2C2O4. Випадає білий кристалічний осад, розчинний у сильних кислотах, але нерозчинний в оцтовій кислоті.

2. Мікрокристаллоскопічна реакція. На предметне скло наносять краплю розчину солі Са2+, поряд поміщають краплю розчину H2SO4 (1:4). Скляною паличкою з'єднують краплі, дають постояти і розглядають голчасті кристали, що утворилися, під мікроскопом (головним чином по краях краплі).

3. Фарбування полум'я. Летючі солі Са2+ забарвлюють полум'я пальника в цегляно-червоний колір. У спектроскопі прямого зору спостерігають зелену лінію при 554 нм та червону лінію при 622 нм. Лінії розташовані симетрично щодо лінії натрію за 590 нм.

3. Аналітичні реакції катіонів ІІІ групи.

Реакція іонів свинцю.

1. Дихромат калію K2Cr2O7. До 1-2 крапель розчину солі Pb2+ у пробірці додають 2-3 краплі 2 М розчину CH3COOH, 2-3 краплі розчину CH3COONa та 2 краплі розчину K2Cr2O7. Випадає жовтий осад PbCrO4. Центрифугують, відокремлюють осад від розчину і до осаду додають 2-3 краплі 2 М розчину NaOH.

Осад розчиняється. Ця реакція дозволяє відрізнити PbCrO4 від BaCrO4, який нерозчинний у NaOH.

2. Соляна кислота HCl. До 3-4 крапель розчину солі Pb2+ у пробірці додають 3 краплі розведеної HCl. Випадає білий осад, розчинний у лугах, а також надлишку HCl або хлоридів лужних металів. PbCl2 добре розчинний у воді, особливо при нагріванні, що використовують при відділенні його від AgCl та Hg2Cl2.

3. Йодід калію KI. До 1-2 крапель розчину солі Pb2+ у пробірці додають 1-2 краплі розчину KI. Випадає жовтий осад. У пробірку додають кілька крапель води та 2 М розчину CH3COOH, нагрівають, при цьому осад розчиняється.

Занурюють пробірку в холодну воду та спостерігають випадання золотистих кристалів ("золотий дощ").

4. Сірчана кислота H2SO4. До 2-3 крапель розчину солі Pb2+ додають 3-4 краплі розведеної H2SO4, випадає білий осад, розчинний у розчинах сильних лугів або концентрованих розчинах CH3COONH4 або C4H4O6(NH4)2.

4. Аналітичні реакції катіонів IV групи.

Реакція іонів алюмінію.

1. Луги чи аміак. До 3-4 крапель розчину солі Al3+ обережно по краплях додають 2 М розчин лугу до утворення білого аморфного осаду гідроксиду алюмінію Al2O3.mH2O. При додаванні надлишку лугу осад розчиняється. Якщо додати твердий NH4Cl і нагріти, знову утворюється осад гідроксиду алюмінію.

2. Алізариновий червоний. 1). На фільтрувальну наносять 1 краплю розчину солі Al3+, торкаючись паперу кінчиком капіляра, 1 краплю алізаринового червоного і обробляють пляму газоподібним аміаком, поміщаючи папір над отвором склянки з концентрованим розчином аміаку. Утворюється фіолетова пляма.

Фіолетовий колір представляє забарвлення алізарину, яке він приймає в лужному середовищі. Папір обережно висушують, тримаючи високо над полум'ям пальника. При цьому аміак випаровується, і фіолетове забарвлення алізарину переходить у жовте, не заважає спостереженню червоного забарвлення алюмінієвого лаку.

Реакція застосовується для дробового виявлення Al3+ у присутності інших катіонів. Для цього на фільтрувальний папір наносять краплю розчину K4 і тільки потім центр вологої плями поміщають краплю розчину солі Al3+. Катіони, що заважають реакції, наприклад, Fe3+, дають малорозчинні гексаціаноферати (II) і залишаються, таким чином, в центрі плями. Іони Al3+, які не осаджуються K4, дифундують на периферію плями, де і можуть бути виявлені реакції з алізариновим червоним у присутності аміаку.

2). У пробірці до 1-2 крапель розчину солі Al3+ додають 2-3 краплі розчину алізарину розчин NH3 до лужної реакції. Вміст пробірки нагрівають на водяній бані. Випадає червоний пластівцевий осад.

3. Алюмінон. До 2 крапель розчину солі Al3+ додають 1-2 краплі розчину алюмінону та нагрівають на водяній бані. Потім додають розчин NH3 (до появи запаху) та 2-3 краплі (NH4)2CO3. Утворюються червоні пластівці алюмінієвого лаку.

Реакції іонів хрому (ІІІ).

1. Їдкі луги. До 2-3 крапель розчину солі Cr3+ додають 2-3 краплі 2 М розчину NaOH. Випадає сіро-зелений осад. Осад розчинний у кислотах та лугах.

2. Пероксид водню H2O2. До 2-3 крапель розчину солі Cr3+ додають 4-5 крапель 2 М розчину NaOH, 2-3 краплі 3%-ного розчину H2O2 і нагрівають кілька хвилин доти, поки зелене забарвлення розчину не перейде в жовте.

Розчин зберігають для подальших дослідів (виявлення CrO42-).

3. Персульфат амонію (NH4)2S2O8. До 5-6 крапель розчину (NH4)2S2O8 додають по 1 краплі 1 М розчину H2SO4 та AgNO3 (каталізатор). В отриману окисну суміш вводять 2-3 краплі розчину Cr2(SO4)3 або Cr(NO3)3 і нагрівають. Розчин забарвлюється в жовто-жовтогарячий колір. Його зберігають для подальших дослідів (Cr2O72-).

4. Етилендіамінтетраацетат натрію (ЕДТА). До 3-4 крапель розчину солі Cr3+ додають 3-5 крапель 30%-ного розчину CH3COOH, 12-15 крапель розчину ЕДТА (надлишок ЕДТА обов'язковий), перевіряють рН розчину (рН 4-5) і нагрівають на водяній бані. У присутності Cr3+ з'являється фіолетове забарвлення.

Реакція іонів Cr(VI).

1. Утворення надхромової кислоти H2CrO6. У пробірку поміщають 5-6 крапель розчину хромату, отриманого раніше. Кип'ятінням на водяній бані видаляють надлишок H2O2, пробірку охолоджують під струменем водопровідної води. До розчину додають кілька крапель ефіру, 1 краплю 3%-ного розчину H2O2 і краплями при струшуванні H2SO4 (1:4). Пероксидна сполука хрому, що утворюється, екстрагується ефіром, ефірний шар забарвлюється в синій колір.

Реакція іонів цинку.

1. Їдкі луги. До 2-3 крапель розчину солі Zn2+ додають 2-3 краплі 2 М розчину NaOH, випадає білий осад, розчинний у кислотах, лугах та солях амонію (на відміну від гідроксиду алюмінію).

2. Тетрароданомеркуріат амонію (NH4)2 утворює з розчинами солей Zn2+ білий кристалічний осад Zn. Зазвичай реакцію проводять у присутності невеликої кількості солі Co2+. Роль Zn2+ полягає в тому, що утворюваний ним осад Zn прискорює - як затравка випадання синього осаду Co, який без Zn може не випадати годинами (утворення пересиченого розчину).

У пробірці до 1-2 крапель солі Co2+ додають 1-2 краплі води та 3-4 краплі (NH4)2. Стінки пробірки потирають скляною паличкою, не повинен з'явитися синій осад. Потім ту ж пробірку додають краплю розчину солі Zn2+ і знову потирають стінки скляною паличкою. При цьому утворюються змішані кристали обох сполук, пофарбовані в блідо-блакитний або темно-синій колір, залежно від кількості Co2+.

3. Сірководень та розчинні сульфіди. До 1-2 крапель розчину солі Zn2+ додають 1-2 краплі сірководневої води (або краплю Na2S). Випадає білий осад, розчинний у сильних кислотах.

4. Мікрокристаллоскопічна реакція. На предметне скло поміщають краплю розчину солі Zn2+, поруч поміщають краплю реагенту (NH4)2 і краплі з'єднують скляною паличкою. Розглядають під мікроскопом характерні дендрити.

5. Реакції катіонів V групи.

Реакції іонів заліза (ІІ).

1. Гексаціаноферрат(ІІІ) калію K3. До 1-2 крапель розчину солі Fe2+ додають 1-2 краплі розчину реагенту. Утворюється темно-синій осад ("берлінська блакить").

Реакції іонів заліза (ІІІ).

1. Гексаціаноферрат(II) калію K4. До 1-2 крапель розчину солі Fe3+ додають 1-2 краплі реагенту. Спостерігають утворення темно-синього осаду "Берлінської блакиті".

2. Тіоціанат амонію (калію) NH4SCN. До 1-2 крапель розчину солі Fe3+ додають кілька крапель розчину NH4SCN (або KSCN). Виникає темно-червоне фарбування.

Реакція іонів марганцю.

1. Дія сильних окислювачів.

а). Оксид свинцю (IV) PbO2. У пробірку поміщають трохи порошку PbO2, 4-5 крапель 6 М розчину HNO3, краплю розчину солі Mn2+ та нагрівають. Через 1-2 хв центрифугують і, не відокремлюючи осаду, розглядають забарвлення розчину. Розчин забарвлюється малиново-фіолетовий колір.

б). Персульфат амонію (NH4)2S2O8. До 5-6 крапель розчину (NH4)2S2O8 додають краплю 2 М розчину H2SO4, 1-2 краплі концентрованої H3PO4 (для запобігання розкладу перманганат-іонів), 1-2 краплі розчину AgNO3 (каталізатор) і нагрівають. У нагріту окисну суміш вносять за допомогою скляного шпателя мінімальну кількість розчину солі Mn2+, перемішують і спостерігають малиново-фіолетове забарвлення розчину.

в). Висмутат натрію NaBiO3. До 1-2 крапель розчину солі Mn2+ додають 3-4 краплі 6 М розчину HNO3 і 5-6 крапель води, після чого вносять у розчин скляним шпателем трохи порошку NaBiO3. Перемішавши, центрифугують надлишок реагенту та спостерігають малинове фарбування розчину.

2. Піриділазонафтол (ПАН). До 2-3 крапель розчину солі Mn2+ додають 5-7 крапель води, 4-5 крапель 0,1%-ного етанольного розчину ПАН, NH3 до рН 10 і екстрагують хлороформом. Органічна фаза забарвлюється у червоний колір.

6. Реакції катіонів VI групи.

Реакція іонів кобальту.

1. Тіоціанат амонію (калію) NH4SCN. До 2-3 крапель розчину солі Co2+ додають твердий NH4SCN (КSCN), твердий NH4F для зв'язування Fe3+ у стійкий безбарвний комплекс, 5-7 крапель ізоамілового спирту і струшують.

Шар ізоамілового спирту забарвлюється у синій колір.

2. Аміак NH3. До 1-2 крапель розчину солі Co2+ додають 3-4 краплі розчину NH3. Випадає синій осад основної солі кобальту, який при надлишку NH3 розчиняється з утворенням комплексного з'єднання брудножовтого кольору.

3. Гідроксид натрію NaOH. До 2-3 крапель розчину солі Co2+ додають 2-3 краплі 2 М великого розчину NaOH, випадає синій осад. Осад розчиняється у мінеральних кислотах.

4. Мікрокристаллоскопічна реакція. На предметне скло поміщають краплю розчину солі Co2+, поруч поміщають краплю розчину реагенту (NH4)2, з'єднують краплі скляною паличкою і розглядають яркосині кристали, що утворилися під мікроскопом.

Реакція іонів нікелю.

1. Диметилгліоксим. У пробірці до 1-2 крапель розчину солі Ni2+ додають 1-2 краплі розчину диметилгліоксиму та 1-2 краплі 2 М NH3. Випадає характерний червоно-червоний осад.

2. Аміак NH3. До 1-2 крапель розчину солі Ni2+ у пробірці краплями додають розчин NH3 до утворення розчину синього кольору.

3. Гідроксид натрію NaOH. До 2-3 крапель розчину солі Ni2+ додають 2-3 краплі 2 М розчину NaOH, випадає зелений осад, розчинний у кислотах.

Реакція іонів міді.

1. Аміак NH3. До 1-2 крапель розчину солі Cu2+ додають по краплях розчин NH3. Випадає зелений осад основної солі змінного складу, легко розчинний надлишку NH3 з утворенням комплексного з'єднання синього кольору.

2. Гексаціаноферрат(II) калію K4. До 1-2 крапель розчину солі Cu2+ (рН

7) додають 1-2 краплі розчину K4. Випадає червоно-бурий осад.

3. Йодід калію KI. До 2-3 крапель розчину солі Cu2+ додають 1 краплю 1 М розчину H2SO4 і 5-6 крапель 5%-ного розчину KI, випадає білий осад.

Внаслідок виділення йоду суспензія має жовте забарвлення.

Реакція іонів кадмію.

1. Сірководень або сульфід натрію Na2S. До 1-2 крапель розчину солі Cd2+ додають 1 краплю розчину Na2S, випадає жовтий осад.

2. Дифенілкарбазид. На фільтрувальний папір наносять 1 краплю насиченого розчину дифенілкарбазиду, краплю розчину солі Cd2+ та тримають її 2-3 хв над концентрованим розчином NH3. З'являється синьо-фіолетове забарвлення. У присутності іонів, що заважають, до етанольного розчину дифенілкарбазиду попередньо додають тверді KSCN і KI.

7. Реакції аніонів Реакції сульфат-іонів.

1. Хлорид барію BaCl2. До 1-2 крапель розчину SO42 додають 2-3 краплі розчину BaCl2. Випадає білий кристалічний осад, нерозчинний у кислотах. Цим осад BaSO4 відрізняється від солей Ba2+ з іншими аніонами, чим і користуються при виявленні SO42-.

Реакції карбонат-іонів.

1. Кислоти. Реакції проводять у приладі виявлення газів. У пробірку поміщають трохи карбонату (сухий препарат) або 5-6 крапель розчину CaCO3, доливають 5-6 крапель 2 М HCl розчину. Закривають пробкою з газовідвідною трубкою, другий кінець якої опущений у пробірку з вапняною водою [насичений розчин Ca(OH)2] та спостерігають помутніння вапняної води.

Реакції хлорид-іонів.

1. Нітрат срібла AgNO3. До 2-3 крапель розчину Cl-додають 2-3 краплі розчину AgNO3. Випадає білий сирний осад. AgCl нерозчинний у HNO3; легко розчиняється при дії речовин, здатних зв'язувати Ag+ комплекс, наприклад, NH3; (NH4)2CO3 (на відміну від AgBr, AgI); KCN, Na2S2O3.

Реакції нітрат-іонів.

1. Сульфат заліза(II) FeSO4. У краплю досліджуваного розчину NO3-, поміщену на краплинну пластинку або годинникове скло, вносять невеликий кристал FeSO4, додають краплю концентрованого розчину H2SO4, навколо кристала з'являється буре кільце.

2. Алюміній чи цинк. У пробірку з 3-4 краплями розчину NO3 додають 3-4 краплі 2 М розчину NaOH і вносять 1-2 шматочки металевого алюмінію або цинку. Пробірку закривають не дуже щільно ватою, поверх якої поміщають вологий червоний лакмусовий папір і нагрівають на водяній бані. Лакмусовий папір синіє.

3. Дифеніламін (C6H5)2NH. На ретельно вимите і насухо витерте годинникове скло або у порцелянову чашку поміщають 2-3 краплі розчину дифеніламіну в концентрованій H2SO4. (Якщо розчин синіє, скло або філіжанка були недостатньо чистими). Вносять туди ж на кінчику чистої скляної палички трохи досліджуваного розчину NO3- і перемішують. З'являється інтенсивно-синє забарвлення.

Реакції фосфат-іонів.

1. Молібденова рідина (розчин (NH4)2MoO4 в HNO3). До 1-2 крапель розчину PO43 додають 8-10 крапель молібденової рідини і злегка нагрівають до 40оС. Випадає жовтий кристалічний осад, нерозчинний у HNO3, легко розчинний у їдких лугах та NH3.

ІІІ. Кількісний аналіз

Визначення кількості речовини засноване на фізичному вимірі будь-якої фізичної або хімічної властивості цієї речовини, що є функцією її маси або концентрації. Існує багато методів кількісного аналізу.

Їх можна поділити на дві групи:

1) методи, засновані на безпосередньому вимірі маси визначається речовини, тобто засновані на безпосередньому зважуванні на терезах;

2) непрямі методи визначення маси, засновані на вимірі тих чи інших властивостей, пов'язаних з масою компонента, що визначається.

Залежно від вимірюваних властивостей методи кількісного аналізу поділяють на хімічні, фізико-хімічні та фізичні. До хімічних методів відносять гравіметрію та титриметрію з візуальною індикацією кінцевої точки титрування.

1. Гравіметричні методи Гравіметрія є найпростішим і найточнішим, хоча досить тривалим методом аналізу. Сутність гравіметрії полягає в тому, що визначувану складову частину аналізованої речовини ізолюють або в чистому вигляді, або у вигляді сполуки певного складу, яку зважують. Гравіметричні методи поділяють на методи відгону та методи осадження. Найбільшого значення мають методи осадження. У цих методах визначається компонент виділяють в осад у вигляді малорозчинної сполуки, яку після відповідної обробки (відділення від розчину, промивання, висушування або прожарювання) зважують. При осадженні потрібно брати деякий надлишок осадника. Для отримання чистих, однорідних за дисперсністю, можливо великокристалічних опадів (якщо речовина кристалічна), або добре скоагульованих опадів (якщо речовина аморфна) необхідно дотримуватися ряду правил. Склад речовини, що підлягає зважуванню (гравіметрична форма), повинен відповідати певній хімічній формулі.

Визначення сірчаної кислоти або сульфату засноване на утворенні кристалічного осаду BaSO4 за реакцією:

SO42- + Ba2+ = BaSO4 Осаджувана форма - BaSO4. Осад виділяють із нагрітого слабокислого розчину.

Прожарюють осад при температурі близько 800oС (газовий пальник).

Гравіметрична форма – BaSO4.

Реагенти: Соляна кислота, HCl, 2 М розчин.

Хлорид барію, BaCl2. 2H2O, 5%-ний розчин.

Нітрат срібла, AgNO3, 1% розчин.

Азотна кислота, HNO3, 2 М розчин.

Виконання визначення. Розчин H2SO4, отриманий від викладача у склянці ємк. 300 мл, попередньо вимитому до абсолютної стіканості, розбавляють дистильованою водою до 100-150 мл, додають до розчину 2-3 мл 2 М НСl, нагрівають розчин майже до кипіння і доливають до нього по краплях з бюретки розрахований об'єм розчину хлориду барію. Кількість осадника розраховують з урахуванням 10% надлишку. Під час додавання осаду розчин перемішують скляною паличкою. Дають осаду зібратися на дні склянки та перевіряють повноту осадження, додавши кілька крапель осадника.

Якщо повноту осадження не досягнуто, додають ще кілька мілілітрів розчину барію хлориду. Виймають паличку зі склянки, закривають склянку годинниковим склом (можна чистим аркушем паперу) і залишають стояти щонайменше 12 год.

Дозрівання осаду можна прискорити, якщо перед осадженням додати досліджуваний розчин 2 - 3 мл 1% розчину пікринової кислоти. В цьому випадку розчин з осадом достатньо залишити перед фільтруванням на 1 - 2 години в теплому місці (наприклад, на водяній бані).

Осад фільтрують на фільтрі "синя стрічка", зливаючи спочатку на фільтр прозору рідину та збираючи фільтрат у чисту склянку. Перші порції фільтрату корисно перевірити повноту осадження. Коли більшість прозорої рідини пройде крізь фільтр, а осад майже весь залишиться в склянці, де проводили осадження, виливають фільтрат і ставлять під лійку порожню склянку. Потім осад переносять на фільтр невеликими порціями холодної дистильованої води з промивалки. Частинки осаду, що пристали до стін склянки, знімають паличкою з гумовим наконечником. Шматком вологого фільтра ретельно протирають скляну паличку, і потім цей шматочок фільтра поміщають у вирву. Можна протерти склянку зсередини шматочком вологого фільтра. Коли весь осад буде перенесений на фільтр, його фільтрі промивають 3 - 4 рази холодною водою порціями по 10 - 15 мл. Останні промивні води перевіряють на повноту промивання розчином AgNO3 у середовищі 2 М HNO3 (допустима лише слабка опалесценція). Потім воронку з фільтром поміщають на кілька хвилин в сушильний шафа, підсушують фільтр з осадом і, зігнувши краю фільтра до центру, злегка вологий фільтр з осадом доведений до постійної маси порцеляновий тигель (чистий порожній тигель прожарюють на повному полум'ї газової горі). Вставляють тигель у трикутник і, тримаючи його над маленьким полум'ям пальника, досушують фільтр і обвуглюють його.

Коли обвуглювання закінчиться, збільшують полум'я пальника, опускають трикутник з тиглем, дають вигоріти вугілля, після чого прожарюють осад на повному полум'ї пальника 10 - 15 хв. Після охолодження в ексикаторі тигель з осадом зважують.

Повторюють 10-хвилинне прожарювання до досягнення постійної маси (±0,2 мг).

Розраховують вміст H2SO4 у розчині:

– – –

У титриметричному аналізі кількість хімічних речовин визначають найчастіше шляхом точного вимірювання об'ємів розчинів двох речовин, що вступають між собою певну реакцію. На відміну від гравіметрії, реагент беруть у кількості, еквівалентній визначеній речовині. Методи титриметричного аналізу можна класифікувати характером хімічної реакції, що лежить в основі визначення речовин. Ці реакції відносяться до різних типів - реакцій сполуки іонів та реакцій окислення відновлення. Відповідно до цього титриметричні визначення поділяють такі основні методи: метод кислотно-основного титрування, методи комплексометричного і осадительного титрування, методи окислювально-відновного титрування.

Деякі загальні вказівки до роботи

1. Після того, як бюретки або піпетки будуть ретельно вимиті, перед наповненням їх слід проминути (2-3 рази по 5 мл) тим розчином, яким їх наповнюватимуть.

2. Титрувати кожен розчин слід не менше трьох разів. Розкид результатів трьох титрувань не повинен перевищувати 0,1 мл.

3. При визначенні об'єму краплі бюретки наповнюють її до нуля дистильованою водою, випускають 100 крапель (краплі повинні капати рівномірно зі швидкістю 2 - 3 за секунду) і помічають на бюретці об'єм (відлік проводять не раніше, ніж через 30 секунд після виливання води). Отриманий обсяг ділять на 100. Визначення повторюють щонайменше три рази, щоразу обчислюючи обсяг краплі до 0,001 мл. Розбіжності між трьома визначеннями повинні перевищувати 0,01 мл.

Розрахунки у титриметричному аналізі Речовини реагують між собою в еквівалентних кількостях (n1 = n2).

Еквівалент - умовна або реальна частка, яка може приєднувати, вивільняти, заміщати один протон у кислотно-основних реакціях або бути еквівалентною одному електрону в окисно-відновних реакціях.

Якщо речовина А, що визначається, реагує з титрантом В за рівнянням:

аА + вВ = cC + dD, то з цього рівняння випливає, що одна частка А еквівалентна в/а часткам речовини В. Відношення в/а називають фактором еквівалентності і позначають fекв.

Наприклад, для кислотно-основної реакції H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 fекв(H3PO4) = 1, а для реакції:

H3PO4 + 2 NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O fекв(H3PO4) = 1/2.

В окисно-відновній напівреакції:

MnO4- + 8 H+ + 5 e = Mn2+ + 5 H2O fекв(KMnO4) = 1/5, але в напівреакції:

MnO4- + 4 H+ + 3 e = MnO(OH)2 + H2O fекв(KMnO4) = 1/3.

Молекулярною масою еквівалента речовини називають масу одного моля еквівалента цієї речовини, яка дорівнює добутку фактора еквівалентності на молекулярну масу речовини.

Так як число еквівалентів речовин, що вступають до реакцію, дорівнює n = сVx10-3, де с - молярна концентрація, а V об'єм, то для двох стехіометрично реагують речовин справедлива рівність:

Якщо молярна концентрація однієї речовини відома, вимірюючи обсяги реагуючих речовин, можна розрахувати невідому концентрацію другої речовини.

Молярна концентрація - відношення числа молей розчиненої речовини до об'єму. Наприклад, с(1/2 H2SO4) = 0,1 моль/л або с(1/2 H2SO4) = 0,1 М; це означає, що в 1 л розчину міститься 6,02.10-23x0,1 умовних частинок 1/2 H2SO4 або 1 л розчинено 4,9 г H2SO4.

Наприклад, розчин (ОН)2 стандартизували по 0,1280 М розчину НСl. Для титрування 46,25 мл розчину кислоти потрібно 31,76 мл розчину основи.

Отже, c(1/2 Ba(OH)2) = (46,25 x 0,1280)/31,76 = 0,1864 M і m = x M x f екв = 0,1864 x 171,34 x 1 / 2 = 15,97 г/л.

У реакціях комплексоутворення речовини досить важко визначити поняття "молекулярна маса еквівалента". В даному випадку зазвичай виходять із стехіометрії реакції. Наприклад, в комплексонометрії незалежно від заряду катіону реакції протікають за рівнянням Mn2+ H2Y2- = MY(n - 4)+ + 2 H+, тобто з утворенням комплексів складу 1:1. Тому компонентів, що у даної реакції, молекулярні маси еквівалентів рівні молекулярним масам.

– – –

Приготування первинного стандарту (Na2СО3) та робочих розчинів (0,1 M HCl та 0,1 М NaOH) Розраховують навішування Na2СО3 з точністю до 0,0001 г для приготування 250 мл 0,1000 М розчину. На технічних терезах у ваговому стаканчику зважують близьку до розрахованої кількість Na2СО3 і уточнюють масу стаканчика з наважкою на аналітичних терезах. Через суху вирву переносять Na2СО3 у мірну колбу ємк. 250 мл, а стаканчик зважують на аналітичних терезах і навішення знаходять по різниці. Воронку промивають дистильованою водою, розчиняють соду в невеликій кількості дистильованої води, після чого розчин доводять до мітки і ретельно перемішують. Робочі розчини - 0,1 М HCl і 0,1 М NaOH - готують у суліях, що містять 2 л дистильованої води, вносячи за допомогою мірного циліндра розраховані кількості конц.HCl (пл. 1,19) і 2 М розчину NaOH відповідно. Розчини ретельно перемішують, закривають пляшки сифонами та приклеюють етикетку. У разі розчину NaOH сифон закривають хлоридкальцієвою трубкою.

Стандартизація соляної кислоти по карбонату натрію Іон CO32 є підставою, здатною послідовно приєднувати протони:

CO32- + H+ = HCO3HCO3- + H+ = H2CO3 Титрувати кислотою можна або до утворення в розчині НСО3-(NaHCO3), або до Н2СО3. У першому випадку відтитрують половину карбонату натрію, у другому

Весь карбонат натрію. Природно, якщо титрують до NаНСО3 (рН цього розчину дорівнює 8,34, тому титрування проводять у присутності фенолфталеїну як індикатора), то розрахунку кількості Na2СО3 в досліджуваному розчині потрібно подвоїти число мл соляної кислоти, що пішла на титрування.

Якщо титрують до Н2СO3 (рН розчину дорівнює 4,25), то застосовуючи як індикатор метиловий помаранчевий, відтитрують весь карбонат натрію Реагенти Соляна кислота, HCl, 0,1 М розчин.

Карбонат натрію, Na2CO3, 0,1 М (1/2 Na2CO3) розчин.

Індикатор метиловий помаранчевий, 0,1% водний розчин.

Виконання визначення. У бюретку наливають розчин соляної кислоти.

Відбирають піпеткою 10 мл розчину карбонату натрію, переносять у конічну колбу для титрування ємк. 100 мл, додають 20 мл дистильованої води і 1 краплю метилового помаранчевого і титрують соляною кислотою до зміни забарвлення розчину з жовтого помаранчевого.

При титруванні з помаранчевим метиловим зручно користуватися свідком, тобто розчином, який має забарвлення, до якої слід титрувати досліджуваний розчин. Для приготування свідка в конічну колбу для титрування ємк.100 мл вносять мірним циліндром 40 мл дистильованої води, одну краплю метилового помаранчевого і 1 - 2 краплі 0,1 М розчину кислоти до появи помаранчевого забарвлення.

Стандартизація розчину гідроксиду натрію по соляній кислоті Завдяки великому стрибку рН на кривій титрування і тому, що точка еквівалентності відповідає рН 7, сильні кислоти можна титрувати сильними основами з індикаторами, значення рТ яких лежать як при рН 7 так і рН 7.

Реагенти: Соляна кислота, НСl, 0,1 М розчин.

Гідроксид натрію, NaаОН, 0,1 М розчин.

Виконання визначення. 1. Титрування з метиловим помаранчевим. У ретельно вимиту і потім промиті розчином гідроксиду натрію бюретку наливають розчин гідроксиду натрію і закривають бюретку хлоридкальциевой трубкою. Ополоснув піпетку розчином соляної кислоти, відбирають піпеткою 10 мл цього розчину і переносять в конічну колбу для титрування ємк. помаранчеву в чисто-жовту. Титрують не менше трьох разів. Результати трьох титрувань повинні відрізнятися один від одного не більше ніж на 0,1 мл.

2. Титрування з фенолфталеїном. У колбу для титрування поміщають піпеткою 10 мл розчину соляної кислоти, 2 - 3 краплі фенолфталеїну і титрують розчином гідроксиду натрію до блідо-рожевого забарвлення, стійким протягом 30 с. Титрувати потрібно по можливості швидко, розчин не слід перемішувати занадто інтенсивно, щоб уникнути поглинання розчином СО2 з повітря.

Визначення хлороводневої кислоти Реагенти Гідроксид натрію, NaОН, 0,1 М розчин.

Індикатори: метиловий помаранчевий, 0,1% водний розчин; або фенолфталеїн, 0,1%-ний розчин у 60%-му етанолі.

Виконання визначення. Отриманий розчинник у мірній колбі доводять до мітки дистильованою водою, ретельно перемішують, відбирають піпеткою аліквотну частину (10 мл) і переносять у конічну колбу для титрування. Додають 1-2 краплі індикатора, і титрують розчином NaOH з бюретки, закритою хлоридкальцієвою трубкою. до зміни забарвлення індикатора (див. "Стандартизація гідроксиду натрію за соляною кислотою").

Розраховують вміст HCl у розчині за формулою:

– – –

Комплексонометричне титрування засноване на реакціях утворення комплексів іонів металів з амінополікарбоновими кислотами (комплексонами). З численних амінополікарбонових кислот найчастіше використовують етилендіамінтетраоцтову кислоту (Н4Y) HOOC H2C CH2 COOH N CH2 CH2 N НOOC H2C CH2 COOН Внаслідок низької розчинності у воді сама кислота не підходить для приготування розчину титранту. Для цього зазвичай використовують дигідрат її двонатрієвої солі Na2Н2Y.2Н2O (ЕДТА). Цю сіль можна отримати додаванням до суспензії кислоти натрію гідроксиду до рН ~ 5. У більшості випадків для приготування розчину ЕДТА використовують комерційний препарат, а потім розчин стандартизують. Також можна використовувати фіксанал ЕДТА.

Реакції взаємодії катіонів з різним зарядом з ЕДТА в розчині можна уявити рівняннями:

Ca2+ + H2Y2- = CaY2- + 2 H+ Bi3+ + H2Y2- = BiY- + 2 H+ Th4+ + H2Y2- = ThY + 2 H+ Видно, що незалежно від заряду катіону утворюються комплекси із співвідношенням компонентів 1:1. Отже, молекулярна маса еквівалента ЕДТА та обумовленого іона металу дорівнюють їх молекулярним масам. Ступінь перебігу реакції залежить від рН та константи стійкості комплексонату.

Катіони, що утворюють стійкі комплексонати, наприклад Fе(III), можуть бути відтитровані в кислих розчинах. Іони Са2+, Мg2+ та інші, що утворюють порівняно менш стійкі комплексонати, титрують при рН 9 та вище.

Кінцеву точку титрування визначають за допомогою металоіндикаторів хромофорних органічних речовин, що утворюють з іонами металів інтенсивно забарвлені комплекси.

Визначення кальцію та магнію при спільній присутності Константи стійкості комплексонатів кальцію та магнію розрізняються на 2 порядку (логарифми констант стійкості дорівнюють 10,7 та 8,7 для кальцію та магнію відповідно при 20о С та іонній силі 0,1). Тому ці іони не можна відтитрувати окремо, використовуючи лише відмінність у константах стійкості комплексонатів. При рНопт ~ 9 - 10 як металоіндикатор використовують ериохромовий чорний Т. За цих умов визначають суму кальцію та магнію.

В іншій аліквотній частині створюють рН 12, вводячи NaОН, при цьому магній осаджується у вигляді гідроксиду, його не відфільтровують, і в розчині визначають комплексонометрично кальцій у присутності мурексиду, флуорексону або кальціону, що є металоіндикаторами на кальцій. Магній визначають по різниці.

Метод придатний визначення жорсткості води. Сліди важких металів титруються спільно з кальцієм та магнієм; тому їх маскують перед титруванням ціанідом калію або осаджують сульфідом натрію або діетілдітіокарбамінатом натрію. Практично всі іони, присутні у воді, можна замаскувати ціанідом калію та триетаноламіном; не маскуються лужні метали, кальцій та магній.

1,0 мл 0,0100 М розчину ЕДТА еквівалентний вмісту 0,408 мг Са;

0,561 мг СаО; 0,243 мг Мg; 0,403 мг МgО.

Реагенти ЕДТА 0,05 М розчин.

Аміачний буферний розчин з рН 10 (67 г NH4Cl і 570 мл 25%-ного NH3 в 1 л розчину).

NaОН або КОН, 2 М розчини.

Металоіндикатори: чорний ериохромовий Т; мурексид (замість мурексиду можна використовувати флуорексон або кальціон) (суміші з хлоридом натрію у співвідношенні 1:100).

Виконання визначення.1. Визначення суми кальцію та магнію.

Відбирають піпеткою 10 мл аналізованого розчину з мірної колби ємк.

30 мг суміші ериохромового чорного Т та хлориду натрію. Перемішують до повного розчинення індикаторної суміші і титрують розчином ЕДТА до зміни фарбування розчину з винно-червоного в синю.

2. Визначення кальцію. Відбирають піпеткою 10 мл аналізованого розчину в конічну колбу ємності. до зміни фарбування розчину від однієї краплі розчину ЕДТА.

Зміна забарвлення у кінцевій точці титрування залежить від вибраного металоіндикатора. При використанні мурексиду забарвлення змінюється з рожевого в лілово-фіолетове; при використанні флуорексону - із жовтої із зеленою флуоресценцією в безбарвну або рожеву з різким зменшенням інтенсивності флуоресценції; при використанні кальціону - з блідо-жовтої до помаранчевої. В останньому випадку лужне середовище виробляють лише 2 М розчином КОН.

3. Визначення магнію. Обсяг титранта, витрачений на титрування магнію, обчислюють по різниці обсягів ЕДТА, що пішла на титрування при рН 10 при рН 12.

a cV MV m= CaO EDTA EDTA k

– – –

2.3. Окисно-відновне титрування Методи, що використовуються, засновані на реакціях окислення-відновлення. Їх називають зазвичай за застосовуваним титрантом, наприклад, дихроматометрію, йодометрію, перманганатометрію, броматометрію. У цих методах як титровані розчини застосовують відповідно К2Сr2O7, I2, КМnО4, КВrО3 і т.п.

2.3.1. Дихроматометрія

У дихроматометрії первинним стандартом є дихромат калію. Його можна приготувати за точним навішуванням, так як він легко очищається перекристалізація з водного розчину і довго зберігає концентрацію постійної.

У кислому середовищі дихромат є сильним окислювачем і застосовується визначення відновників, сам він відновлюється до хрому(III):

Cr2O72- + 14 H+ + 6e = 2 Cr3+ + 7 H2O Еo(Cr2O72-/2 Cr3+) = 1,33 В При титруванні дихроматом калію застосовують окислювально-відновні індикатори - дифеніламін, дифенілбензидин і т.п.

Визначення заліза (ІІ)

Титрування заліза(II) засноване на реакції:

6 Fe2+ + Cr2O72- + 14 H+ = 6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H2O У процесі титрування підвищується концентрація іонів заліза(III) і потенціал системи Fе3+/Fе2+ зростає, що призводить до передчасного окислення індикатора дифеніламіну. Якщо додати до розчину, що титрується, фосфорну кислоту, то забарвлення індикатора різко змінюється в кінцевій точці титрування.

Фосфорна кислота знижує окислювально-відновний потенціал системи Fе3+/Fе2+, утворюючи стійкий комплекс із іонами заліза(III).

Розчини солей заліза(II) часто містять іони заліза(III), тому перед титруванням іони заліза(III) необхідно відновити. Для відновлення застосовують метали (цинк, кадмій та ін.), SnCl2, Н2S, SO2 та інші відновники.

Реагенти Дихромат калію, K2Cr2O7, 0,05 М (1/6 K2Cr2O7) розчин.

Соляна кислота, HCl, концентрована з пл. 1,17.

Сірчана кислота H2SO4, концентрована з пл.1,84.

Фосфорна кислота, Н3РО4, концентрована з пл.1,7.

Цинк металевий, гранульований.

Індикатор дифеніламін, 1%-ний розчин у конц.Н2SО4.

Виконання визначення. Аліквотну частину розчину 10 мл піпеткою переносять у конічну колбу для титрування ємк. 100 мл додають 5 мл конц.

НСl. Закривають колбу маленькою лійкою, вносять 3 - 4 гранули металевого цинку і нагрівають на пісочній бані (реакція повинна йти не дуже бурхливо) до знебарвлення розчину та повного розчинення цинку. Охолоджують під струменем холодної води, додають 3 - 4 мл Н2SО4, охолоджують, додають 5 мл Н3РО4, 15

20 мл дистильованої води, 2 краплі розчину дифеніламіну та титрують розчином дихромату калію до появи синього забарвлення.

Знаходять зміст за формулою:

– – –

У сильнокислому середовищі перманганат-іони мають високий окислювально-відновний потенціал, відновлюючись до Мп2+, і їх застосовують для визначення багатьох відновників:

MnO4- + 5 e + 8 H+ = Mn2+ + 4 H2O Eo(MnO4-/Mn2+) = 1,51 B.

При титруванні перманганатом, як правило, не застосовують індикатори, оскільки реагент сам забарвлений і є чутливим індикатором: 0,1 мл 0,01 М розчину КМпО4 забарвлює 100 мл води у блідо-рожевий колір.

Стандартний розчин Nа2С2О4 готують або за навішуванням (точність до 0,0001 г), або з фіксаналу. Робочий розчин КМпО4 готують у бутлі, що містить 2 л дистильованої води, розведенням розрахованої кількості 1 М розчину;

одержаний розчин ретельно перемішують і закривають сифоном з хлоридкальцієвою трубкою.

Стандартизація розчину перманганату калію по оксалату натрію Реакція між оксалат-іонами і перманганат-іонами протікає складно і не описується рівнянням, що часто наводиться:

5 C2O42- + 2 MnO4- + 16 H+ = 2 Mn2+ + 8 H2O + 10 CO2, хоча вихідні та кінцеві продукти відповідають наведеним у написаному рівнянні. Насправді реакція протікає в кілька стадій, і для її початку потрібна присутність у розчині хоча б слідів Мп2+:

MnO4- + MnC2O4 = MnO42- + MnC2O4+

Манганат-іон у кислому розчині швидко диспропорціонує:

Mn(VI) + Mn(II) = 2 Mn(IV) Mn(IV) + Mn(II) = 2 Mn(III) Марганець(III) утворює оксалатні комплекси складу Мп(С2О4)n(3-2n)+, де n = 1, 2, 3; вони повільно розкладаються з утворенням Мп(II) та СО2. Таким чином, поки в розчині не накопичиться в достатніх концентраціях марганець(II), реакція між МпО4- та С2О42-протікає дуже повільно. Коли концентрація марганцю(II) досягає певної величини, реакція починає протікати з великою швидкістю.

Сірчана кислота, Н2SO4, 2 М розчин.

Виконання визначення. У колбу для титрування ємк.100 мл наливають 20 мл Н2SО4 і нагрівають до 80 - 90oС. У гарячий розчин піпеткою вносять 10 мл розчину оксалату натрію і титрують розчином перманганату, причому на початку титрування наступну краплю розчину КМпО4 додають лише після того, як зовсім зникло забарвлення від попередньої краплі. Потім, збільшивши швидкість титрування, титрують до появи блідо-рожевого забарвлення, стійкого протягом 30 с.

Перманганатометричне визначення окислюваності води (або водної витяжки з ґрунту) Окислюваність води або ґрунту обумовлена присутністю воднорозчинних органічних речовин, здатних до окислення. Окислюваність води або водної витяжки з ґрунтів визначають непрямим окислювально-відновним титруванням, для чого відтитрують надлишок окислювача, що не прореагував з органічними речовинами. Так, органічні речовини окислюють перманганатом у кислому середовищі, надлишок перманганату вводять у реакцію з оксалатом натрію, яке надлишок відтитрують перманганатом калію. Помітне виділення оксиду марганцю(IV) заважає безпосередньому відтитрування надлишку перманганату точним обсягом оксалату натрію.

Реагенти Перманганат калію, КМпО4, 0,05 М (1/5 КМпО4) розчин.

Оксалат натрію, Na2C2O4, 0,05 М (1/2 Na2C2O4) розчин.

Сірчана кислота H2SO4, 1 М розчин.

Виконання визначення. Аліквотну частину аналізованого розчину (10 мл) переносять у конічну колбу для титрування, додають 20 мл сірчаної кислоти, нагрівають до 70-80оС і з бюретки вводять 10 мл стандартного розчину КМпО4. Розчин повинен при цьому залишатися забарвленим. Якщо розчин знесвітився, слід додати ще 5 мл розчину КМпО4. У нагрітий розчин

– – –

де c1 - концентрація розчину 1/5 КМпО4, М c2 - концентрація розчину 1/2 Nа2С2О4, М V1 - об'єм розчину КМпО4, доданий до аліквотної частини, мл, V2 - об'єм розчину КМпО4, що пішов на титрування надлишку Nа2С2О4, мл, V3 обсяг доданого стандартного розчину Na2С2О4, мл.

Іноді окислюваність виражають у вуглецевих одиницях: 3n(моль)/1000 (г).

– – –

Пояснювальна записка Робоча програма з алгебри складена з урахуванням федерального компонента державного стандарту основного загальної освіти. Ця робоча програма спрямовано учнів 7 9 класів, які навчаються УМК А.Г. Мордк...»

«Московська олімпіада з фізики, 2015/2016, нульовий тур, заочне завдання (грудень), 10 клас Заочне завдання (грудень) складається з п'яти завдань. За вирішення кожного завдання учасник отримує до 4 балів за результатами автоматичної перевірки відповідей та до 6 балів на підставі перевірки розгорнутої відповіді. Усього учасник може пів...»

«Г.Я. Мартиненко Мова послідовностей Фібоначчі 1. Введення Числові послідовності Фібоначчі можуть розглядатися не тільки як математичний, але і як семіотичний і навіть естетичний об'єкт, причому рефлексія таких послідовностей може здійснюватися з використанням методів, властивих гуманітарним...»

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математично...» ВИРОБНИЧІ ФУЛЕРЕНІВ С60 І С70 02.00.03 – органічна хімія ДИСЕРТАЦІЯ на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук Науковий керівник: кандидат хімічних наук

2017 www.сайт - «Безкоштовна електронна бібліотека - різні матріали»

Матеріали цього сайту розміщені для ознайомлення, всі права належать їхнім авторам.
Якщо Ви не згодні з тим, що Ваш матеріал розміщений на цьому сайті, будь ласка, напишіть нам, ми протягом 1-2 робочих днів видалимо його.

Ремонт

Тюнінг

Експлуатація

Пристрій

Регулювання

Ваз 2106

Сонник: болото наснилося

У світі сновидінь можливо все - ми потрапляємо в різні ситуації, зовсім неприпустимі наяву, і в різні місця.

Навіщо сниться сік по соннику Сонник яблучний сік

Сік, що пригрівся в нічних мріях, - сигнал про те, що ваші сили закінчилися, і їх потрібно терміново відновлювати, або життєвий тонус настільки підвищений, що настав час надати організму тайм - аут, щоб не спровокувати депресії. До чого сниться сік,

До чого сниться спостерігати за людьми

Сонник спостерігати Думаєте, до чого сниться спостерігати уві сні, і не вдається знайти відповідну ідею? Нічне споглядання свідчить про заняття виграшної позиції, особливо якщо сновидець не відноситься до побаченого надто емоційно. Деякі тлумачі сн

Найпопулярніші матеріали

Сонник: болото наснилося

Навіщо сниться сік по соннику Сонник яблучний сік

До чого сниться спостерігати за людьми

До чого сниться слід по соннику Залишити свій слід від взуття сонник

Наснилася ніч — що це за знак, особливості розшифрування Хто побачив сон: дівчина, жінка, чоловік

«Челюскін» – порятунок із крижаного полону Льотчики врятували челюскінців

Росіяни під санкціями можуть звільнити від податків

Останні матеріали

До чого сниться слід по соннику Залишити свій слід від взуття сонник

Найдокладніший опис: "сонник сліди на снігу" - все від професіоналів, що актуально в 2019 році. Наснилися сліди - бачення відображає вашу несамостійність, бажання слідувати чужим шляхом розвитку. Бачили свої сліди – у справах чекає успіх та успіх. н.

Наснилася ніч — що це за знак, особливості розшифрування Хто побачив сон: дівчина, жінка, чоловік

Без будь-яких перебільшень можна сказати, що наш ексклюзивний сервіс Сонник Юнони онлайн – з понад 75 сонників – це на даний момент найбільший сонник у Рунеті. З жовтня місяця 2008 року і до цього дня він включає найбільшу кількість.

«Челюскін» – порятунок із крижаного полону Льотчики врятували челюскінців

Екстремальний світ Інфо-довідка Файловий архів Дискусії Послуги Інфофронт Інформація НФ ОКО Експорт RSS Корисні посилання Важливі теми Наскрізний рейс пароплава «Челюскін» Сівм.

Росіяни під санкціями можуть звільнити від податків

Президент Росії Володимир Путін підписав закон про податкове резидентство тих росіян, хто потрапив у списки санкцій. Відповідний документ було опубліковано на офіційному порталі правової інформації. Чому влада зважилася на такий крок і чого в цій галузі.

atchercules.ru

Автомобільний портал про тюнінг та ремонт 2024

Поставити запитання експерту Зв'язок із адміністрацією