Métodos de composición cuantitativa de análisis cuantitativo. precipitante detectable precipitado gravimétrico
El análisis cuantitativo es una gran rama de la química analítica que le permite determinar la composición cuantitativa (molecular o elemental) de un objeto. El análisis cuantitativo se ha generalizado. Se utiliza para determinar la composición de minerales (para evaluar el grado de purificación), la composición de suelos y objetos vegetales. En ecología se determina el contenido de toxinas en el agua, el aire y el suelo. En medicina, se utiliza para detectar medicamentos falsificados.
Objetivos y métodos de análisis cuantitativo.
La tarea principal del análisis cuantitativo es establecer la composición cuantitativa (porcentual o molecular) de las sustancias.
Dependiendo de cómo se resuelva este problema, se distinguen varios métodos de análisis cuantitativo. Hay tres grupos de ellos:
- Físico.
- Físico-químico.
- Químico.
Los primeros se basan en medir las propiedades físicas de las sustancias: radiactividad, viscosidad, densidad, etc. Los métodos físicos de análisis cuantitativo más comunes son la refractometría, el análisis espectral de rayos X y la radioactivación.
El segundo se basa en la medición de las propiedades fisicoquímicas de la sustancia que se está determinando. Éstas incluyen:
- Óptico - espectrofotometría, análisis espectral, colorimetría.
- Cromatográfico - cromatografía gas-líquido, intercambio iónico, distribución.
- Electroquímico: valoración conductimétrica, potenciométrica, culombimétrica, análisis gravimétrico eléctrico, polarografía.
El tercero en la lista de métodos se basa en las propiedades químicas de la sustancia en estudio, las reacciones químicas. Los métodos químicos se dividen en:
- Análisis de peso (gravimetría): basado en un pesaje preciso.
- Análisis volumétrico (titulación): se basa en la medición precisa de volúmenes.
Métodos de análisis químico cuantitativo.
Los más importantes son los gravimétricos y titrimétricos. Se denominan métodos clásicos de análisis cuantitativo químico.
Poco a poco, los métodos clásicos dan paso a los instrumentales. Sin embargo, siguen siendo los más precisos. El error relativo de estos métodos es sólo del 0,1 al 0,2%, mientras que el de los métodos instrumentales es del 2 al 5%.
Gravimetría
La esencia del análisis cuantitativo gravimétrico es el aislamiento de la sustancia de interés en su forma pura y su pesaje. El aislamiento de una sustancia se realiza con mayor frecuencia mediante precipitación. A veces es necesario obtener el componente a determinar en forma de sustancia volátil (método de destilación). De esta forma se puede determinar, por ejemplo, el contenido de agua de cristalización en hidratos cristalinos. El método de precipitación se utiliza para determinar el ácido silícico en el procesamiento de rocas, el hierro y el aluminio en el análisis de rocas, el potasio y el sodio, y los compuestos orgánicos.
La señal analítica en gravimetría es la masa.
El método de análisis cuantitativo por gravimetría incluye los siguientes pasos:
- Precipitación de un compuesto que contiene la sustancia de interés.
- Filtrar la mezcla resultante para eliminar el sedimento del sobrenadante.
- Lavar el sedimento para eliminar el sobrenadante y eliminar impurezas de su superficie.
- Secado a bajas temperaturas para eliminar el agua o a altas temperaturas para convertir el sedimento en una forma adecuada para pesar.
- Pesar el sedimento resultante.
Las desventajas del análisis cuantitativo gravimétrico son la duración de la determinación y la falta de selectividad (los reactivos precipitantes rara vez son específicos). Por tanto, es necesaria una separación preliminar.
Cálculos mediante el método gravimétrico.
Los resultados del análisis cuantitativo realizado por gravimetría se expresan en fracciones de masa (%). Para calcular, es necesario conocer la masa de la muestra de la sustancia en estudio - G, la masa del sedimento resultante - my su fórmula para determinar el factor de conversión F. Las fórmulas para calcular la fracción de masa y el factor de conversión son mostrado abajo.
Se puede calcular la masa de una sustancia en el sedimento, para ello se utiliza el factor de conversión F.
El factor gravimétrico es un valor constante para un determinado componente objeto de estudio y forma gravimétrica.
Análisis titrimétrico (volumétrico)
El análisis cuantitativo valorimétrico es una medición precisa del volumen de una solución reactiva que se consume para una reacción equivalente con la sustancia de interés. En este caso, la concentración del reactivo utilizado está preestablecida. Teniendo en cuenta el volumen y la concentración de la solución reactiva, se calcula el contenido del componente de interés.
El nombre "titrimétrico" proviene de la palabra "título", que hace referencia a una de las formas de expresar la concentración de una solución. El título muestra cuántos gramos de una sustancia se disuelven en 1 ml de solución.
La titulación es el proceso de agregar gradualmente una solución con una concentración conocida a un volumen específico de otra solución. Se continúa hasta que las sustancias reaccionen completamente entre sí. Este momento se llama punto de equivalencia y está determinado por el cambio de color del indicador.
- Base ácida.
- Redox.
- Precipitativo.
- Complexométrico.
Conceptos básicos del análisis titrimétrico.
Los siguientes términos y conceptos se utilizan en el análisis titrimétrico:
- El valorante es una solución que se vierte. Se conoce su concentración.
- Una solución titulada es un líquido al que se le añade el valorante. Es necesario determinar su concentración. La solución a titular generalmente se coloca en el matraz y el valorante en la bureta.
- El punto de equivalencia es el punto de la titulación en el que el número de equivalentes del valorante se vuelve igual al número de equivalentes de la sustancia de interés.
- Los indicadores son sustancias utilizadas para establecer el punto de equivalencia.
Soluciones estándar y de trabajo.
Los valoradores son estándar y funcionan.
Los estándar se obtienen disolviendo una porción pesada exacta de una sustancia en un volumen determinado (generalmente 100 ml o 1 l) de agua u otro disolvente. Así es como puedes preparar soluciones:
- Cloruro de sodio NaCl.
- Dicromato de potasio K 2 Cr 2 O 7.
- Tetraborato de sodio Na 2 B 4 O 7 ∙10H 2 O.
- Ácido oxálico H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O.
- Oxalato de sodio Na 2 C 2 O 4.
- Ácido succínico H 2 C 4 H 4 O 4.
En la práctica de laboratorio, las soluciones estándar se preparan utilizando fijadores. Se trata de una cierta cantidad de una sustancia (o su solución) contenida en una ampolla sellada. Esta cantidad está diseñada para preparar 1 litro de solución. Fixanal se puede almacenar durante mucho tiempo, ya que se mantiene sin acceso al aire, a excepción de los álcalis que reaccionan con el vidrio de la ampolla.
Algunas soluciones no se pueden preparar a concentraciones exactas. Por ejemplo, la concentración de permanganato de potasio y tiosulfato de sodio cambia incluso durante la disolución debido a su interacción con el vapor de agua. Como regla general, son estas soluciones las que se necesitan para determinar la cantidad de la sustancia deseada. Como se desconoce su concentración, debe determinarse antes de la valoración. Este proceso se llama estandarización. Esta es la determinación de la concentración de soluciones de trabajo mediante titulación preliminar con soluciones estándar.
La estandarización es necesaria para las soluciones:
- Ácidos: sulfúrico, clorhídrico, nítrico.
- Álcalis.
- Permanganato de potasio.
- Nitrato de plata.
Selección de indicadores
Para determinar con precisión el punto de equivalencia, es decir, el final de la titulación, es necesaria la elección correcta del indicador. Se trata de sustancias que cambian de color en función del valor del pH. Cada indicador cambia el color de su solución a diferentes valores de pH, lo que se denomina intervalo de transición. Para un indicador seleccionado correctamente, el intervalo de transición coincide con el cambio de pH en la región del punto de equivalencia, llamado salto de titulación. Para determinarlo es necesario construir curvas de titulación, para lo cual se realizan cálculos teóricos. Dependiendo de la fuerza del ácido y la base, existen cuatro tipos de curvas de titulación.
Cálculos en análisis titrimétricos.
Si el punto de equivalencia se determina correctamente, el valorante y la sustancia titulada reaccionarán en cantidades equivalentes, es decir, la cantidad de sustancia valorante (n e1) será igual a la cantidad de sustancia titulada (n e2): n e1 = norte e2. Dado que la cantidad de la sustancia equivalente es igual al producto de la concentración molar del equivalente por el volumen de la solución, la igualdad es verdadera.
C e1 ∙V 1 = C e2 ∙V 2, donde:
C e1 - concentración normal de valorante, valor conocido;
V 1 - volumen de solución valorante, valor conocido;
C e2: se debe determinar la concentración normal de la sustancia titulada;
V 2 es el volumen de la solución de la sustancia titulada, determinado durante la titulación.
C e2 = C e1 ∙V 1 / V 2
Realización de análisis titrimétricos
El método de análisis químico cuantitativo por titulación incluye los siguientes pasos:
- Preparación de una solución estándar 0,1 N a partir de una muestra de la sustancia.
- Preparación de una solución de trabajo aproximadamente 0,1 N.
- Estandarización de la solución de trabajo utilizando una solución estándar.
- Titulación de la solución de prueba con una solución de trabajo.
- Realización de los cálculos necesarios.
Estos son métodos gravimétricos y titrimétricos. Aunque están dando paso gradualmente a los métodos instrumentales, su precisión sigue siendo insuperable: su error relativo es inferior al 0,2%, mientras que los métodos instrumentales son del 2 al 5%. Siguen siendo estándar para evaluar la validez de los resultados de otros métodos. Aplicación principal: determinación precisa de cantidades grandes y medianas de sustancias.
método gravimétrico Consiste en aislar la sustancia en su forma pura y pesarla. Muy a menudo, el aislamiento se realiza mediante precipitación. El precipitado debe ser prácticamente insoluble. El componente a determinar debe precipitar casi por completo, de modo que la concentración del componente en la solución no exceda de 10 −6 M. Este precipitado debe ser lo más cristalino posible para que pueda lavarse fácilmente. El precipitado debe ser un compuesto estequiométrico de cierta composición. Durante la precipitación se capturan impurezas (coprecipitación), por lo que es necesario lavarlo. Luego el sedimento debe secarse y pesarse.
Aplicación de métodos gravimétricos:
Se pueden determinar la mayoría de los cationes, aniones y compuestos neutros inorgánicos. Para la precipitación se utilizan reactivos inorgánicos y orgánicos; estos últimos son más selectivos. Ejemplos:
AgNO3 +HCl=AgCl+HNO3
(determinación de iones de plata o cloruro),
BaCl 2 +H 2 SO 4 =BaSO 4 +2HCl
(determinación de iones de bario o sulfato).
Los cationes de níquel se precipitan con dimetilglioxima.
Métodos titrimétricos utilizar reacciones en soluciones. También se les llama volumétricos, ya que se basan en medir el volumen de una solución. Implican la adición gradual a una solución de una sustancia que se determina con una concentración desconocida de una solución de una sustancia que reacciona con ella (con una concentración conocida), lo que se llama valorante. Las sustancias reaccionan entre sí en cantidades equivalentes: n 1 = n 2.
Dado que n=CV, donde C es la concentración molar del equivalente, V es el volumen en el que se disuelve la sustancia, entonces para sustancias que reaccionan estequiométricamente se cumple lo siguiente:
C 1 V 1 = C 2 V 2
Por lo tanto, es posible encontrar la concentración desconocida de una de las sustancias (por ejemplo, C 2) si se conocen el volumen de su solución y el volumen y concentración de la sustancia que reaccionó con ella. Conociendo el peso molecular del equivalente M, se puede calcular la masa de la sustancia: m 2 = C 2 M.
Para determinar el final de una reacción (llamado punto de equivalencia), se utiliza un cambio en el color de la solución o se mide alguna propiedad fisicoquímica de la solución. Se utilizan reacciones de todo tipo: neutralización de ácidos y bases, oxidación y reducción, formación de complejos, precipitación. La clasificación de los métodos titrimétricos se da en la tabla:
|
Método de titulación, tipo de reacción. |
Subgrupos de métodos |
Sustancias valorantes |
|
Base ácida |
Acidimetría | |
|
Alcalimetría |
NaOH, Na2CO3 |
|
|
Redox |
Permanganatometria | |
|
Yodometria | ||
|
Dicromatometría | ||
|
Bromatometría | ||
|
Yodatometria | ||
|
complexométrico |
Complexometría | |
|
Precipitativo |
Argentometria |
La titulación puede ser directa o inversa. Si la velocidad de reacción es baja, se agrega un exceso conocido de valorante para completar la reacción y luego se determina la cantidad de valorante que no ha reaccionado mediante valoración con otro reactivo.
La titulación ácido-base se basa en una reacción de neutralización; durante la reacción, el pH de la solución cambia. La gráfica de pH versus volumen de valorante se llama curva de titulación y generalmente tiene el siguiente aspecto:
Para determinar el punto de equivalencia se utilizan mediciones de pH o indicadores que cambian de color a un determinado valor de pH. La sensibilidad y precisión de la titulación se caracterizan por la pendiente de la curva de titulación.
La complexometría se basa en la reacción de formación de complejos. El más utilizado es el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA).
(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)
o su) sal disódica. Estas sustancias suelen denominarse complexonas. Forman complejos fuertes con cationes de muchos metales, por lo que su uso para la valoración requiere separación.
La valoración redox va acompañada de un cambio en el potencial del sistema. El progreso de la titulación suele controlarse mediante el método potenciométrico, ver más adelante.
Titulación de precipitación - La argentometría se utiliza con mayor frecuencia como método para determinar los iones haluro. Estos últimos forman un precipitado prácticamente insoluble con cationes de plata.
Los métodos de análisis titrimétricos son muy precisos (error relativo de determinación: 0,1 - 0,3%), poca intensidad de mano de obra y una instrumentación sencilla. La valorimetría se utiliza para la determinación rápida de concentraciones altas y medias de sustancias en soluciones, incluidas las no acuosas.
Objetivos del análisis cuantitativo
El análisis cuantitativo permite establecer la composición elemental y molecular del objeto en estudio o el contenido de sus componentes individuales.
Dependiendo del objeto de estudio se distinguen los análisis inorgánicos y orgánicos. A su vez, se dividen en análisis elementales, cuya tarea es establecer cuántos elementos (iones) contiene el objeto analizado, en análisis moleculares y funcionales, que dan respuesta sobre el contenido cuantitativo de radicales, compuestos, como así como grupos funcionales de átomos en el objeto analizado.
Métodos de análisis cuantitativo.
Los métodos clásicos de análisis cuantitativo son el análisis gravimétrico (peso) y el análisis titrimétrico (volumen).
Para obtener una clasificación completa de los métodos de análisis cuantitativo, consulte el artículo. Química analítica.
Métodos instrumentales de análisis.
Para la clasificación de los métodos instrumentales de análisis, consulte el artículo. Métodos instrumentales de análisis.
Polarografía
POLAROGRAFÍA, un tipo de voltamperometría que utiliza un microelectrodo indicador fabricado de metal líquido cuya superficie se renueva periódica o continuamente. En este caso, no hay acumulación a largo plazo de productos de electrólisis en la interfaz electrodo-solución en la celda electrolítica. El electrodo indicador en polarografía suele ser un electrodo de gota de mercurio. También se utilizan electrodos de goteo de amalgamas líquidas y masas fundidas, electrodos de corriente de metales líquidos, electrodos de múltiples gotas, en los que se presiona metal líquido o masa fundida a través de discos de vidrio porosos, etc.
De acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC, se distinguen varias variantes de polarografía: polarografía de corriente continua (examina la dependencia de la corriente I del potencial E del microelectrodo indicador), oscilopolarografía (dependencia de dE/dt de t para un I(t) dado), donde t es el tiempo), polarografía con barrido I (dependencia de E de I), polarografía diferencial (dependencia de la diferencia de corriente en dos celdas de E), polarografía con un escaneo único o múltiple de E durante la vida de cada gota, cíclico polarografía con exploración triangular de E, polarografía con exploración escalonada de E, decl. tipos de corriente alterna y polarografía de pulsos, etc.
Fotometría y espectrofotometría.
El método se basa en el uso de la ley básica de absorción de luz. A=ELC. Donde A es la absorción de luz, E es el coeficiente molar de absorción de luz, L es la longitud de la capa absorbente en centímetros, C es la concentración de la solución. Existen varios métodos fotométricos:
- Espectroscopia de absorción atómica.
- Espectroscopia de emisión atómica.
- Espectroscopia molecular.
Espectroscopia de absorción atómica.
Para realizar análisis mediante este método, se requiere un espectrómetro. La esencia del análisis es iluminar una muestra atomizada con luz monocromática, luego descomponer la luz que pasa a través de la muestra utilizando cualquier dispersante de luz y registrar la absorción con un detector. Se utilizan atomizadores para atomizar la muestra. (llama, chispa de alto voltaje, plasma acoplado inductivamente). Cada uno de los atomizadores tiene sus pros y sus contras. Para descomponer la luz se utilizan dispersantes (rejilla de difracción, prisma, filtro de luz).
Espectroscopia de emisión atómica
Este método es ligeramente diferente del método de absorción atómica. Si en él la fuente de luz era una fuente separada, entonces en el método de emisión atómica la fuente de radiación es la propia muestra. Por lo demás todo es similar.
Análisis de fluorescencia de rayos X.
Análisis de activación
ver también
Literatura
Fundación Wikimedia. 2010.
Vea qué es "Análisis cuantitativo (química)" en otros diccionarios:
Conjunto de métodos químicos, fisicoquímicos y físicos para determinar la proporción cuantitativa de los componentes que componen la sustancia analizada. Junto con el análisis cualitativo de K. a. es una de las secciones principales... ...
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Este artículo debería ser wikificado. Formateelo de acuerdo con las reglas para formatear artículos... Wikipedia
Ver Química Analítica, Análisis Cualitativo, Análisis Cuantitativo... Gran enciclopedia soviética
Libros
- Química analítica. Analítica 2. Análisis cuantitativo. Métodos de análisis físico-químicos (instrumentales), Kharitonov Yuri Yakovlevich. El libro de texto fue elaborado de acuerdo con el estándar educativo estatal federal de tercera generación. El libro cubre los conceptos básicos de gravimetría, valoración química...
La tarea del análisis cuantitativo es obtener información sobre el contenido de elementos (iones), radicales, grupos funcionales, compuestos o fases en el objeto analizado, así como desarrollar métodos mediante los cuales se obtenga esta información. En el análisis cuantitativo se mide la intensidad de la señal analítica, es decir Encuentre el valor numérico de la densidad óptica de la solución, el consumo de solución para la titulación, la masa del precipitado calcinado, etc. A partir de los resultados de la medición cuantitativa de la señal, se calcula el contenido del componente determinado en la muestra. Los resultados de las determinaciones suelen expresarse en fracciones de masa, %.
Mediante análisis cuantitativo, encuentran proporciones de masa entre elementos en compuestos, determinan la cantidad de sustancia disuelta en un cierto volumen de solución y, a veces, descubren el contenido de un elemento en una mezcla homogénea de sustancias, por ejemplo, carbono en aceite o gas natural. En la práctica agrícola, el contenido de uno u otro componente en sustancias heterogéneas se determina con mayor frecuencia, por ejemplo: nitrógeno, P 2 O 5 o K 2 O - en fertilizantes de nitrógeno, fósforo o potasio, microelementos - en el suelo, azúcares - en las plantas. materiales, etc.
El análisis cuantitativo es necesario al evaluar depósitos minerales, para la metalurgia y la industria química, y es importante para la biología y la agroquímica, la ciencia del suelo, la fisiología vegetal, etc.
La economía nacional en desarrollo (industria y agricultura) plantea nuevos problemas para el análisis cuantitativo; como, por ejemplo, el desarrollo de métodos para la separación y determinación cuantitativa de elementos “raros” o oligoelementos (uranio, titanio, circonio, vanadio, molibdeno, tungsteno, etc.); determinación de cantidades insignificantes de impurezas de ciertos elementos (arsénico, fósforo, etc.) en muchos metales y microelementos en material biológico y suelos.
El análisis cuantitativo permite a los biólogos obtener la información necesaria sobre la composición de organismos animales y vegetales y estudiar la influencia de elementos individuales en su crecimiento, desarrollo y productividad.
Los principales objetos de la investigación cuantitativa en agricultura son el suelo, las plantas, los fertilizantes, los venenos agrícolas, los piensos, etc. Los suelos se analizan para determinar el nivel de suministro de nutrientes a las plantas. El análisis cuantitativo de fertilizantes minerales se utiliza para comprobar el contenido de componentes útiles para los cultivos agrícolas (nitrógeno, P 2 O 5, K 2 O), y el análisis de venenos agrícolas se utiliza para encontrar la cantidad del principio activo. Es necesario conocer la composición de los piensos para poder formular correctamente las dietas animales. También se analizan productos ganaderos y agrícolas.
Recientemente, debido al mayor contenido de nitratos en el suelo, el agua potable y los productos agrícolas, ha surgido la necesidad de controlar los productos alimenticios. El contenido de nitrato se determina mediante métodos ionométricos o fotométricos.
Los métodos modernos de análisis cuantitativo se clasifican según las propiedades medidas, como la masa de la sustancia, el volumen de la solución reactiva, la intensidad de las líneas espectrales de los elementos, la absorción de radiación visible, infrarroja o ultravioleta, la dispersión de luz por suspensiones, la rotación del plano de polarización, las propiedades de adsorción de los sorbentes, la conductividad eléctrica de la solución, el potencial del electrodo, la intensidad de la corriente difusa, el número de partículas radiactivas, etc.
Los métodos de análisis cuantitativo se dividen en químicos, físicos y fisicoquímicos.
Los métodos químicos incluyen análisis gravimétricos, titrimétricos y volumétricos de gases.
Los métodos de análisis físicos y fisicoquímicos se denominan convencionalmente instrumentales.
Además, existen los llamados métodos para separar mezclas de sustancias (o iones). Estos, además de varios tipos de cromatografía, incluyen extracción con disolventes orgánicos, sublimación (y sublimación), destilación (es decir, destilación de componentes volátiles), métodos químicos de precipitación fraccionada y coprecipitación.
Por supuesto, la clasificación anterior no cubre todos los métodos utilizados en el análisis cuantitativo moderno; Enumera sólo los más comunes.
2. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE DISOCIACIÓN
La disociación electrolítica es un proceso reversible que conduce al equilibrio entre moléculas e iones no disociados, por lo que se le aplica la ley de acción de masas. La ionización de un electrolito débil se produce según el esquema.
AB « A + + B —
Si denotamos la concentración de equilibrio de moléculas no disociadas [AB] y las concentraciones de iones como [A + ] y [B - ], entonces la constante de equilibrio tomará la forma
[A + ][B —
]/[AB] = K (*)
La cantidad K se llama constante de disociación de electrolitos. Caracteriza su tendencia a ionizarse. Cómo; Cuanto mayor sea el valor de K, más fuertemente se disociará el electrolito débil y mayor será la concentración de sus iones en la solución en equilibrio. El valor de la constante de disociación se calcula en función de la concentración molar de la solución y el grado de ionización del electrolito débil (a temperatura constante).
Esta ecuación es una expresión matemática de la ley de dilución de Ostwald, que establece la relación entre el grado de disociación de un electrolito débil y su concentración.
Para electrolitos bastante débiles en soluciones no demasiado diluidas, el grado de disociación a es muy pequeño y el valor (1 - α) es cercano a la unidad. Por lo tanto para ellos
Los patrones considerados permiten calcular las constantes de disociación de electrolitos débiles en función del grado de disociación encontrado experimentalmente, y viceversa.
La constante de disociación, así como el grado de disociación, caracterizan la fuerza de los ácidos y las bases. Cuanto mayor es la constante, más se disocia el electrolito en solución. Dado que la constante de disociación no depende de la concentración de la solución, caracteriza mejor la tendencia del electrolito a descomponerse en iones que el grado de disociación. Se ha demostrado experimentalmente que la ley de dilución sólo es válida para electrolitos débiles.
En soluciones de ácidos polibásicos que se disocian en varias etapas, se establecen varios equilibrios. Cada uno de estos grados se caracteriza por su propia constante de disociación.
Utilizando las constantes de disociación de los electrolitos débiles más importantes, se calculan los grados de su disociación.
a) Expresión de la constante de disociación del hidróxido de potasio.
ESTAFA« K + + OH -
b) Expresión de la constante de disociación del ácido acético:
Ecuación de disociación
CH 3 COOH « H + + CH 3 COOO -
Entonces la constante de disociación se puede escribir
c) Expresión de la constante de disociación
nsn « H + + CN —
3. NATURALEZA Y MÉTODOS DE ANÁLISIS VOLUMÉTRICO. CÁLCULOS EN ANÁLISIS GRAVIMETRIAL. OPERACIONES DEL MÉTODO DE ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO
El método "clásico" es un análisis titrimétrico (volumétrico). Se basa en medir los volúmenes de las soluciones que reaccionan, debiendo conocerse con precisión la concentración de la solución reactiva. En el análisis volumétrico, el reactivo se agrega a la solución de prueba hasta que reaccionan cantidades equivalentes de sustancias. Este momento se determina mediante indicadores u otros métodos. Conociendo la concentración y el volumen del reactivo utilizado para la reacción, se calcula el resultado de la determinación.
Según el tipo de reacciones químicas utilizadas, los métodos de análisis titrimétrico (volumétrico) se dividen en tres grupos: 1) métodos basados en reacciones de compuestos iónicos; 2) métodos basados en reacciones de oxidación-reducción; 3) métodos basados en reacciones de formación complejas. El primer grupo incluye métodos de titulación ácido-base y precipitación, el segundo, varios métodos de titulación redox y el tercero, métodos de titulación complexométrica (quelatométrica).
Método de valoración ácido-base(o neutralización) se basa en la interacción de ácidos con bases.
El método permite determinar en soluciones no solo la concentración de ácidos o bases, sino también la concentración de sales hidrolizadas.
Para determinar la concentración de bases o sales en soluciones que dan una reacción alcalina durante la protólisis, se utilizan soluciones tituladas de ácidos. Estas determinaciones se denominan acidimetría.
La concentración de ácidos o sales hidrolíticamente ácidas se determina utilizando soluciones tituladas de bases fuertes. Estas definiciones se relacionan con la alcalimetría.
El punto de equivalencia durante la neutralización está determinado por el cambio de color del indicador (naranja de metilo, rojo de metilo, fenolftaleína).
Método de titulación de precipitación. El elemento que se está determinando, al interactuar con la solución titulada, puede precipitar en forma de un compuesto ligeramente soluble. Este último, al cambiar las propiedades del entorno, permite a uno u otro determinar el punto de equivalencia.
Los métodos de precipitación valorimétrica reciben nombres dependiendo de lo que sirve como valorante.
Método de titulación complexométrica combina determinaciones titrimétricas basadas en la formación de iones (o moléculas) complejos de baja ionización.
Con estos métodos se determinan diversos cationes y aniones que tienen la propiedad de entrar en reacciones de formación complejas. Recientemente, se han generalizado los métodos analíticos basados en la interacción de cationes con reactivos orgánicos (complejos). Esta titulación se llama complexométrica o quelatométrica.
Métodos de valoración redox(métodos redox) se basan en reacciones redox entre el analito y la solución titulada.
Se utilizan para la determinación cuantitativa de diversos agentes reductores o agentes oxidantes en soluciones.
El método gravimétrico también se utiliza para determinar el agua de cristalización en sales y el agua higroscópica en el suelo, fertilizantes y material vegetal. El contenido de materia seca en frutas y verduras, fibra y cenizas "crudas" en material vegetal se determina gravimétricamente.
Durante la determinación gravimétrica se distinguen las siguientes operaciones: 1) tomar una muestra promedio de la sustancia y prepararla para el análisis; 2) tomar una muestra; 3) disolución; 4) deposición del elemento que se está determinando (con una prueba de integridad de la deposición); 5) filtrado; 6) lavar el sedimento (con una prueba para determinar si el lavado está completo); 7) secado y calcinación del sedimento; 8) pesaje; 9) cálculo de los resultados del análisis.
La implementación exitosa de la definición requiere, además de conocimientos teóricos, un buen dominio de la técnica de las operaciones individuales.
Las operaciones enumeradas pertenecen a los llamados métodos de sedimentación, muy utilizados en gravimetría.
Pero en gravimetría también se utilizan otros métodos.
El método de aislamiento se basa en aislar el analito del analito y pesarlo con precisión (por ejemplo, cenizas de combustible sólido).
En el método de destilación, el componente a determinar se aísla en forma de compuesto volátil mediante la acción de un ácido o una temperatura elevada sobre el analito. Así, al determinar el contenido de monóxido de carbono (IV) en una roca carbonatada, su muestra se trata con ácido clorhídrico, el gas liberado se pasa a través de tubos de absorción con reactivos especiales y se realiza un cálculo en función del aumento de su masa.
Normalmente, los resultados de las determinaciones gravimétricas se expresan en fracciones de masa (%). Para ello, es necesario conocer el tamaño de la muestra de la sustancia analizada, la masa del sedimento resultante y su fórmula química.
Las determinaciones gravimétricas tienen diferentes propósitos. En algunos casos, es necesario determinar el contenido de un elemento en una sustancia químicamente pura, por ejemplo, el contenido de bario en el cloruro de bario BaCl 2 * 2H 2 O. En otros casos, es necesario encontrar el contenido del activo principio en algún producto técnico o en general en una sustancia que tenga impurezas. Por ejemplo, es necesario determinar el contenido de cloruro de bario BaCl 2 * 2H 2 O en cloruro de bario comercial. La técnica de definición en ambos casos puede seguir siendo la misma, pero los cálculos son diferentes. Veamos los cálculos usando ejemplos.
A menudo, los factores de conversión, también llamados factores analíticos, se utilizan para los cálculos en el análisis gravimétrico. El factor de conversión (F) es la relación entre la masa molar (o Mg) del analito y la masa molar de la sustancia en el sedimento:
M de analito___
M de la sustancia en el sedimento.
El factor de conversión muestra cuántos gramos del analito están contenidos en 1 g de sedimento.
En la práctica del análisis técnico y agrícola, los cálculos generalmente se realizan utilizando fórmulas ya preparadas. Para todos los cálculos con números complejos se debe utilizar una microcomputadora.
Los registros en el diario de laboratorio son de gran importancia. Son un documento que confirma la finalización del análisis. Por tanto, la determinación cuantitativa se formaliza brevemente directamente en clase. En el diario se registran la fecha, el nombre del análisis, el método de determinación (con referencia al libro de texto), los datos de todos los pesajes u otras mediciones y el cálculo del resultado.
BIBLIOGRAFÍA
Kreshkov A.P. Fundamentos de química analítica.- M.: Química, 1991.
Clasificación de métodos de análisis cuantitativo. Principales etapas del análisis cuantitativo.
Análisis cuantitativo- un conjunto de métodos de química analítica, cuya tarea es determinar el contenido cuantitativo de componentes individuales en la sustancia en estudio.
Dependiendo del objeto de estudio se distinguen los análisis inorgánicos y orgánicos. A su vez, se dividen en análisis elemental, cuya tarea es establecer cuántos elementos están contenidos en el objeto analizado, en molecular Y funcional análisis que dan respuesta sobre el contenido cuantitativo de radicales, compuestos, así como grupos funcionales de átomos en el objeto analizado.
Los métodos de análisis cuantitativo se dividen en químico, físico-químico Y físico. Los métodos químicos clásicos de análisis cuantitativo incluyen gravimétrico Y análisis volumétrico.
Junto con los métodos químicos clásicos, se utilizan ampliamente métodos físicos y fisicoquímicos (instrumentales), basados en la medición de las características ópticas, eléctricas, de adsorción, catalíticas y otras de las sustancias analizadas, dependiendo de su cantidad (concentración). Normalmente estos métodos se dividen en los siguientes grupos: electroquímico(conductometría, polarografía, potenciometría, etc.); espectral, o óptico(análisis espectral de emisión y absorción, fotometría, análisis luminiscente, etc.); Radiografía; cromatográfico; radiométrico; espectrometría de masas. Los métodos enumerados, aunque son inferiores a los químicos en precisión, son significativamente superiores a ellos en sensibilidad, selectividad y velocidad de ejecución.
Este curso cubrirá únicamente los métodos químicos clásicos de análisis cuantitativo.
Análisis gravimétrico Se basa en una medición precisa de la masa del componente que se determina en su forma pura o en forma de su compuesto. El análisis volumétrico incluye análisis volumétrico valorimétrico- métodos para medir el volumen de una solución reactiva con una concentración conocida con precisión consumida en la reacción con el analito, y análisis volumétrico de gases- métodos para medir el volumen de productos gaseosos analizados.
Durante el análisis cuantitativo, se pueden distinguir las siguientes etapas principales.
1. Muestreo, promediado y pesaje. El muestreo a menudo determina el error general del análisis y hace inútil el uso de métodos de alta precisión. El objetivo del muestreo es obtener una cantidad relativamente pequeña de la sustancia de partida, en la que el contenido cuantitativo de todos los componentes debe ser igual a su contenido cuantitativo en toda la masa de la sustancia analizada. muestra primaria se selecciona directamente del objeto analizado combinando el número requerido de muestras puntuales. Los métodos de muestreo están determinados por los siguientes factores: el estado de agregación del objeto analizado (gas, líquido, sólido); heterogeneidad del material analizado; la precisión requerida para evaluar el contenido del componente en toda la masa del objeto analizado (un componente fisiológicamente activo en un medicamento tiene mayor precisión que un componente en un mineral para evaluar la rentabilidad del depósito), la posibilidad de cambiar la composición del objeto a lo largo del tiempo. Los materiales líquidos y gaseosos suelen ser homogéneos y sus muestras ya están promediadas. Los materiales sólidos tienen un volumen heterogéneo, por lo que para su análisis se seleccionan partes de la sustancia de diferentes zonas del material en estudio. La muestra primaria es bastante grande, generalmente de 1 a 50 kg, y para algunos objetos (por ejemplo, minerales), de 0,5 a 5 toneladas.
De la muestra primaria, reduciéndola, seleccione muestra promedio (representativa)(normalmente de 25 ga 1 kg). Para hacer esto, la muestra primaria se tritura, se mezcla y se promedia su composición, por ejemplo, acuartelamiento. Al descuartizar, el material triturado se esparce en una capa uniforme en forma de cuadrado (o círculo), se divide en cuatro sectores, se descarta el contenido de dos sectores opuestos y se unen los dos restantes. La operación de cuarteo se repite muchas veces hasta obtener la cantidad requerida de muestra promedio.
Del material homogéneo así obtenido se toman muestras para su análisis, una parte se guarda para posibles análisis de arbitraje ( muestra de control), el otro se utiliza directamente para el análisis ( muestra analizada).
La parte de la muestra analizada cuya masa se mide con precisión en una balanza analítica se llama colgante. La muestra a analizar debe ser lo suficientemente grande como para obtener varias muestras.
2. Descomposición (apertura) de la muestra. Esta etapa consiste en convertir la muestra analizada a un estado de agregación o compuesto conveniente para el análisis. Para transferir una muestra a solución mediante métodos químicos, se trata directamente con disolventes líquidos (agua, ácidos, álcalis) o después de la destrucción de la muestra (mediante calcinación, quemado, fusión o sinterización) se convierte en compuestos que se pueden disolver.
3. Separación, aislamiento del componente a determinar y su concentración. Dado que la mayoría de los métodos analíticos no son lo suficientemente selectivos, se utilizan métodos para separar la mezcla analizada o aislar el analito de ella. En el caso en que la concentración del analito sea menor que el límite de detección de un método determinado o menor que el límite inferior de su rango de trabajo, entonces se utiliza la concentración del analito. Para uso en separación, aislamiento y concentración. químico(enmascaramiento, precipitación y coprecipitación), físico(métodos de evaporación: destilación, destilación (destilación), sublimación (sublimación), etc.) y físico-químico métodos (extracción, sorción, intercambio iónico, cromatografía y diversos métodos electroquímicos, como electrólisis, electroforesis, electrodiálisis, etc.).
4. Cuantificación. Todas las etapas preliminares del análisis deben garantizar que se obtengan resultados confiables durante el análisis. La elección del método de análisis debe basarse en indicadores tales como velocidad, conveniencia, precisión, disponibilidad de equipo adecuado, número de análisis, tamaño de la muestra analizada y contenido del componente que se está determinando. Al comparar la sensibilidad de varios métodos y estimar el contenido aproximado de un componente en una muestra, el químico elige uno u otro método de análisis. Por ejemplo, para determinar el sodio en rocas de silicato se utiliza el método gravimétrico, que permite determinar miligramos y cantidades superiores de sodio; para determinar cantidades de microgramos del mismo elemento en plantas y objetos biológicos: el método de fotometría de llama; para la determinación de sodio en agua de pureza especial (cantidades de nano y picogramos) - método de espectroscopia láser.
5. Cálculos de los resultados de los análisis y evaluación de los resultados de las mediciones.- la etapa final del proceso analítico. Después de calcular los resultados del análisis, es importante evaluar su confiabilidad, teniendo en cuenta la exactitud del método utilizado y procesando estadísticamente los datos numéricos.
Preguntas de control
1. ¿Cuál es el propósito del análisis cuantitativo?
2. Enumere los métodos de análisis cuantitativo.
3. ¿Qué es el análisis gravimétrico?
4. ¿Cuál es la esencia del análisis titrimétrico?
5. Enumere las principales etapas del análisis y descríbalas.
6. ¿Cómo se toma la muestra promedio? ¿Qué es el cuarteo de muestras?
7. ¿Qué es un dosel?
8. ¿Qué técnicas se utilizan para abrir una muestra y aislar de ella el componente que se determina?
1. Vasiliev V.P. Química analítica. Libro 1. Métodos de análisis titrimétricos y gravimétricos. - M.: Avutarda, 2005. - P. 16 – 24.
SB Denisova, O.I. Mijailenko
