Metodi di composizione quantitativa dell'analisi quantitativa. precipitante rilevabile precipitato gravimetrico

L'analisi quantitativa è un ampio ramo della chimica analitica che consente di determinare la composizione quantitativa (molecolare o elementare) di un oggetto. L’analisi quantitativa è diventata diffusa. Viene utilizzato per determinare la composizione dei minerali (per valutare il grado di purificazione), la composizione dei suoli e gli oggetti vegetali. In ecologia viene determinato il contenuto di tossine nell'acqua, nell'aria e nel suolo. In medicina viene utilizzato per individuare i farmaci contraffatti.

Obiettivi e metodi dell'analisi quantitativa

Il compito principale dell'analisi quantitativa è stabilire la composizione quantitativa (percentuale o molecolare) delle sostanze.

A seconda di come viene risolto questo problema, si distinguono diversi metodi di analisi quantitativa. Ne esistono tre gruppi:

• Fisico.
• Fisico-chimico.
• Chimico.

I primi si basano sulla misurazione delle proprietà fisiche delle sostanze: radioattività, viscosità, densità, ecc. I metodi fisici più comuni di analisi quantitativa sono la rifrattometria, l'analisi spettrale dei raggi X e la radioattivazione.

Il secondo si basa sulla misurazione delle proprietà fisico-chimiche della sostanza da determinare. Questi includono:

• Ottico: spettrofotometria, analisi spettrale, colorimetria.
• Cromatografia: cromatografia gas-liquido, scambio ionico, distribuzione.
• Titolazione elettrochimica - conduttimetrica, analisi potenziometrica, coulometrica, gravimetrica elettrica, polarografia.

Il terzo nell'elenco dei metodi si basa sulle proprietà chimiche della sostanza in studio, sulle reazioni chimiche. I metodi chimici si dividono in:

• Analisi del peso (gravimetria) - basata su una pesatura accurata.
• Analisi volumetrica (titolazione): si basa sulla misurazione accurata dei volumi.

Metodi di analisi chimica quantitativa

I più importanti sono gravimetrici e titrimetrici. Sono chiamati metodi classici di analisi chimica quantitativa.

A poco a poco, i metodi classici lasciano il posto a quelli strumentali. Tuttavia, rimangono i più accurati. L'errore relativo di questi metodi è solo dello 0,1-0,2%, mentre quello dei metodi strumentali è del 2-5%.

Gravimetria

L'essenza dell'analisi quantitativa gravimetrica è l'isolamento della sostanza di interesse nella sua forma pura e la sua pesatura. L'isolamento di una sostanza viene spesso effettuato mediante precipitazione. Talvolta il componente da determinare deve essere ottenuto sotto forma di sostanza volatile (metodo di distillazione). In questo modo è possibile determinare, ad esempio, il contenuto dell'acqua di cristallizzazione negli idrati cristallini. Il metodo della precipitazione viene utilizzato per determinare l'acido silicico durante la lavorazione delle rocce, ferro e alluminio durante l'analisi delle rocce, potassio e sodio e composti organici.

Il segnale analitico in gravimetria è la massa.

Il metodo di analisi quantitativa mediante gravimetria comprende i seguenti passaggi:

1. Precipitazione di un composto che contiene la sostanza di interesse.
2. Filtrare la miscela risultante per rimuovere il sedimento dal surnatante.
3. Lavaggio del sedimento per eliminare il surnatante e rimuovere le impurità dalla sua superficie.
4. Essiccazione a basse temperature per rimuovere l'acqua o ad alte temperature per convertire il sedimento in una forma adatta alla pesatura.
5. Pesare il sedimento risultante.

Gli svantaggi dell'analisi quantitativa gravimetrica sono la durata della determinazione e la non selettività (i reagenti precipitanti sono raramente specifici). Pertanto è necessaria una separazione preliminare.

Calcoli con il metodo gravimetrico

I risultati dell'analisi quantitativa effettuata mediante gravimetria sono espressi in frazioni di massa (%). Per il calcolo, è necessario conoscere la massa del campione della sostanza in esame - G, la massa del sedimento risultante - m e la sua formula per determinare il fattore di conversione F. Le formule per il calcolo della frazione di massa e del fattore di conversione sono presentato di seguito.

È possibile calcolare la massa di una sostanza nel sedimento; per questo viene utilizzato il fattore di conversione F.

Il fattore gravimetrico è un valore costante per un dato componente oggetto di studio e forma gravimetrica.

Analisi titrimetrica (volumetrica).

L'analisi quantitativa titrimetrica è una misurazione accurata del volume di una soluzione reagente che viene consumata per una reazione equivalente con la sostanza di interesse. In questo caso la concentrazione del reagente utilizzato è preimpostata. Tenendo conto del volume e della concentrazione della soluzione reagente, viene calcolato il contenuto del componente di interesse.

Il nome "titrimetrico" deriva dalla parola "titolo", che si riferisce a uno dei modi per esprimere la concentrazione di una soluzione. Il titolo mostra quanti grammi di una sostanza sono disciolti in 1 ml di soluzione.

La titolazione è il processo di aggiunta graduale di una soluzione con una concentrazione nota a un volume specifico di un'altra soluzione. Si continua finché le sostanze non reagiscono completamente tra loro. Questo momento è chiamato punto di equivalenza ed è determinato dal cambiamento di colore dell'indicatore.

• Acido base.
• Redox.
• Precipitativo.
• Complessometrico.

Concetti base dell'analisi titrimetrica

I seguenti termini e concetti vengono utilizzati nell'analisi titrimetrica:

• Il titolante è una soluzione che viene versata. La sua concentrazione è nota.
• Una soluzione titolata è un liquido a cui viene aggiunto il titolante. La sua concentrazione deve essere determinata. La soluzione da titolare viene solitamente posta nel pallone e il titolante nella buretta.
• Il punto equivalente è il punto della titolazione in cui il numero di equivalenti del titolante diventa uguale al numero di equivalenti della sostanza di interesse.
• Gli indicatori sono sostanze utilizzate per stabilire il punto di equivalenza.

Soluzioni standard e funzionanti

I titolanti sono standard e funzionanti.

Quelli standard si ottengono sciogliendo una porzione pesata esatta di una sostanza in un determinato volume (solitamente 100 ml o 1 l) di acqua o altro solvente. Ecco come puoi preparare le soluzioni:

• Cloruro di sodio NaCl.
• Dicromato di potassio K 2 Cr 2 O 7.
• Tetraborato di sodio Na 2 B 4 O 7 ∙10H 2 O.
• Acido ossalico H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O.
• Ossalato di sodio Na 2 C 2 O 4.
• Acido succinico H 2 C 4 H 4 O 4.

Nella pratica di laboratorio, le soluzioni standard vengono preparate utilizzando fissanali. Questa è una certa quantità di sostanza (o sua soluzione) contenuta in una fiala sigillata. Questa quantità è progettata per preparare 1 litro di soluzione. Fixanal può essere conservato a lungo, poiché viene conservato senza accesso all'aria, ad eccezione degli alcali che reagiscono con il vetro della fiala.

Alcune soluzioni non possono essere preparate con concentrazioni esatte. Ad esempio, la concentrazione del permanganato di potassio e del tiosolfato di sodio cambia anche durante la dissoluzione a causa della loro interazione con il vapore acqueo. Di norma, sono queste soluzioni che sono necessarie per determinare la quantità della sostanza desiderata. Poiché la loro concentrazione non è nota, è necessario determinarla prima della titolazione. Questo processo è chiamato standardizzazione. Questa è la determinazione della concentrazione delle soluzioni di lavoro mediante titolazione preliminare con soluzioni standard.

La standardizzazione è necessaria per le soluzioni:

• Acidi: solforico, cloridrico, nitrico.
• Alcali.
• Permanganato di Potassio.
• Nitrato d'argento.

Selezione dell'indicatore

Per determinare con precisione il punto equivalente, cioè la fine della titolazione, è necessaria la scelta corretta dell'indicatore. Si tratta di sostanze che cambiano colore a seconda del valore del pH. Ciascun indicatore cambia il colore della sua soluzione a diversi valori di pH, chiamati intervallo di transizione. Per un indicatore correttamente selezionato, l'intervallo di transizione coincide con la variazione del pH nella regione del punto equivalente, chiamato salto di titolazione. Per determinarlo è necessario costruire curve di titolazione, per le quali vengono effettuati calcoli teorici. A seconda della forza dell'acido e della base, esistono quattro tipi di curve di titolazione.

Calcoli nell'analisi titrimetrica

Se il punto di equivalenza è determinato correttamente, il titolante e la sostanza titolata reagiranno in quantità equivalenti, ovvero la quantità di sostanza titolante (n e1) sarà uguale alla quantità di sostanza titolata (n e2): n e1 = n e2. Poiché la quantità della sostanza equivalente è uguale al prodotto della concentrazione molare dell'equivalente e del volume della soluzione, l'uguaglianza è vera

C e1 ∙V 1 = C e2 ∙V 2, dove:

C e1 - concentrazione normale del titolante, valore noto;

V 1 - volume della soluzione titolante, valore noto;

C e2 - deve essere determinata la concentrazione normale della sostanza titolata;

V 2 è il volume della soluzione della sostanza titolata, determinato durante la titolazione.

C e2 = C e1 ∙V 1 / V 2

Esecuzione dell'analisi titrimetrica

Il metodo di analisi chimica quantitativa mediante titolazione comprende i seguenti passaggi:

1. Preparazione di una soluzione standard 0,1 N da un campione della sostanza.
2. Preparazione di una soluzione di lavoro di circa 0,1 N.
3. Standardizzazione della soluzione di lavoro utilizzando una soluzione standard.
4. Titolazione della soluzione di prova con una soluzione di lavoro.
5. Effettuare i calcoli necessari.

Questi sono metodi gravimetrici e titrimetrici. Sebbene stiano gradualmente lasciando il posto ai metodi strumentali, rimangono insuperati in termini di precisione: il loro errore relativo è inferiore allo 0,2%, mentre i metodi strumentali sono del 2-5%. Rimangono standard per valutare la validità dei risultati di altri metodi. Applicazione principale: determinazione di precisione di grandi e medie quantità di sostanze.

Metodo gravimetrico consiste nell'isolare la sostanza nella sua forma pura e nel pesarla. Molto spesso, l'isolamento viene effettuato mediante precipitazioni. Il precipitato dovrebbe essere praticamente insolubile. Il componente da determinare dovrebbe precipitare quasi completamente, in modo che la concentrazione del componente nella soluzione non superi 10 -6 M. Questo precipitato dovrebbe essere il più grossolano possibile in modo da poter essere facilmente lavato. Il precipitato deve essere un composto stechiometrico di una certa composizione. Durante la precipitazione, le impurità vengono catturate (co-precipitazione), quindi deve essere lavato. Il sedimento deve quindi essere asciugato e pesato.

Applicazione dei metodi gravimetrici:

È possibile determinare la maggior parte dei cationi inorganici, anioni e composti neutri. Per la precipitazione vengono utilizzati reagenti inorganici e organici; questi ultimi sono più selettivi. Esempi:

AgNO3+HCl=AgCl+HNO3

(determinazione degli ioni argento o cloruro),

BaCl2 +H2SO4 =BaSO4 +2HCl

(determinazione degli ioni bario o solfato).

I cationi nichel vengono precipitati dalla dimetilgliossima.

Metodi titrimetrici utilizzare le reazioni nelle soluzioni. Sono anche detti volumetrici, poiché si basano sulla misurazione del volume di una soluzione. Consistono nell'aggiunta graduale a una soluzione di una sostanza determinata con una concentrazione sconosciuta di una soluzione di una sostanza che reagisce con essa (con una concentrazione nota), chiamata titolante. Le sostanze reagiscono tra loro in quantità equivalenti: n 1 = n 2.

Poiché n=CV, dove C è la concentrazione molare dell'equivalente, V è il volume in cui è disciolta la sostanza, allora per le sostanze che reagiscono stechiometricamente vale quanto segue:

C1V1 =C2V2

Pertanto, è possibile trovare la concentrazione sconosciuta di una delle sostanze (ad esempio C 2) se si conoscono il volume della sua soluzione, il volume e la concentrazione della sostanza che ha reagito con essa. Conoscendo il peso molecolare dell'equivalente M, puoi calcolare la massa della sostanza: m 2 = C 2 M.

Per determinare la fine di una reazione (chiamato punto di equivalenza), viene utilizzato un cambiamento nel colore della soluzione o vengono misurate alcune proprietà fisico-chimiche della soluzione. Vengono utilizzate reazioni di tutti i tipi: neutralizzazione di acidi e basi, ossidazione e riduzione, formazione di complessi, precipitazione. La classificazione dei metodi titrimetrici è riportata nella tabella:

Metodo di titolazione, tipo di reazione	Sottogruppi di metodi	Sostanze titolanti
Acido base	Acidimetria
	Alcalimetria	NaOH, Na2CO3
Redox	Permanganatometria
	Iodometria
	Dicromatometria
	Bromatometria
	Iodatometria
Complessometrico	Complessometria
Precipitativo	Argentometria

La titolazione può essere diretta o inversa. Se la velocità di reazione è bassa, viene aggiunto un eccesso noto di titolante per portare la reazione a completamento, quindi la quantità di titolante non reagito viene determinata mediante titolazione con un altro reagente.

La titolazione acido-base si basa su una reazione di neutralizzazione; durante la reazione, il pH della soluzione cambia. Il grafico del pH rispetto al volume del titolante è chiamato curva di titolazione e solitamente ha il seguente aspetto:

Per determinare il punto equivalente vengono utilizzate misurazioni del pH o indicatori che cambiano colore a un determinato valore di pH. La sensibilità e l'accuratezza della titolazione sono caratterizzate dalla pendenza della curva di titolazione.

La complessometria si basa sulla reazione di formazione complessa. Il più comunemente usato è l'acido etilendiamminotetraacetico (EDTA).

(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)

o il suo) sale disodico. Queste sostanze sono spesso chiamate complessoni. Formano complessi forti con cationi di molti metalli, quindi il loro utilizzo per la titolazione richiede la separazione.

La titolazione redox è accompagnata da un cambiamento nel potenziale del sistema. L'avanzamento della titolazione è solitamente controllato mediante il metodo potenziometrico, vedere più avanti.

Titolazione delle precipitazioni - L'argentometria viene spesso utilizzata come metodo per determinare gli ioni alogenuri. Questi ultimi formano un precipitato praticamente insolubile con cationi argento.

I metodi di analisi titrimetrica sono estremamente accurati (errore relativo di determinazione - 0,1 - 0,3%), bassa intensità di lavoro e strumentazione semplice. La titrimetria viene utilizzata per la determinazione rapida di concentrazioni elevate e medie di sostanze in soluzioni, comprese quelle non acquose.

Obiettivi dell'analisi quantitativa

L'analisi quantitativa consente di stabilire la composizione elementare e molecolare dell'oggetto studiato o il contenuto dei suoi singoli componenti.

A seconda dell'oggetto di studio, si distinguono l'analisi inorganica e quella organica. A loro volta si dividono in analisi elementari, il cui compito è stabilire quanti elementi (ioni) sono contenuti nell'oggetto analizzato, in analisi molecolari e funzionali, che danno una risposta sul contenuto quantitativo di radicali, composti, come nonché gruppi funzionali di atomi nell'oggetto analizzato.

Metodi di analisi quantitativa

I metodi classici di analisi quantitativa sono l'analisi gravimetrica (peso) e l'analisi titrimetrica (volume).

Per una classificazione completa dei metodi di analisi quantitativa, vedere l'articolo Chimica analitica.

Metodi strumentali di analisi

Per la classificazione dei metodi di analisi strumentali si veda l'articolo Metodi strumentali di analisi

Polarografia

POLAROGRAFIA, tipo di voltammetria che utilizza un microelettrodo indicatore in metallo liquido, la cui superficie viene rinnovata periodicamente o continuamente. In questo caso non si verifica alcun accumulo a lungo termine dei prodotti dell'elettrolisi sull'interfaccia elettrodo-soluzione nella cella elettrolitica. L'elettrodo indicatore nella polarografia è molto spesso un elettrodo a goccia di mercurio. Vengono utilizzati anche elettrodi gocciolanti costituiti da amalgame e fusioni liquide, elettrodi a flusso costituiti da metalli liquidi, elettrodi multigoccia in cui il metallo liquido o la fusione viene pressato attraverso dischi di vetro porosi, ecc.

In conformità con le raccomandazioni IUPAC, si distinguono diverse varianti della polarografia: polarografia a corrente continua (esamina la dipendenza della corrente I dal potenziale E del microelettrodo indicatore), oscillopolarografia (dipendenza di dE/dt da t per un dato I(t), dove t è il tempo), polarografia con scansione I (dipendenza di E da I), polarografia differenziale (dipendenza della differenza di corrente in due celle da E), polarografia con scansione singola o multipla di E durante la vita di ciascuna goccia, ciclica polarografia con scansione triangolare di E, polarografia con scansione a gradini di E, decl. tipi di corrente alternata e polarografia a impulsi, ecc.

Fotometria e spettrofotometria

Il metodo si basa sull'uso della legge fondamentale dell'assorbimento della luce. A=ELC. Dove A è l'assorbimento della luce, E è il coefficiente molare di assorbimento della luce, L è la lunghezza dello strato assorbente in centimetri, C è la concentrazione della soluzione. Esistono diversi metodi fotometrici:

1. Spettroscopia di assorbimento atomico
2. Spettroscopia di emissione atomica.
3. Spettroscopia molecolare.

Spettroscopia di assorbimento atomico

Per eseguire l'analisi con questo metodo è necessario uno spettrometro. L'essenza dell'analisi è illuminare un campione atomizzato con luce monocromatica, quindi decomporre la luce passata attraverso il campione utilizzando un qualsiasi disperdente della luce e registrare l'assorbimento con un rilevatore. Gli atomizzatori vengono utilizzati per atomizzare il campione. (fiamma, scintilla ad alta tensione, plasma accoppiato induttivamente). Ciascuno degli atomizzatori ha i suoi pro e contro. I disperdenti (reticolo di diffrazione, prisma, filtro luminoso) vengono utilizzati per decomporre la luce.

Spettroscopia di emissione atomica

Questo metodo è leggermente diverso dal metodo di assorbimento atomico. Se in esso la sorgente luminosa era una sorgente separata, nel metodo dell'emissione atomica la sorgente di radiazione è il campione stesso. Altrimenti tutto è simile.

Analisi della fluorescenza dei raggi X

Analisi dell'attivazione

Guarda anche

Letteratura

Fondazione Wikimedia. 2010.

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Libri

• Chimica analitica. Analitica 2. Analisi quantitativa. Metodi di analisi fisico-chimici (strumentali), Kharitonov Yuri Yakovlevich. Il libro di testo è stato preparato secondo lo standard educativo dello stato federale di terza generazione. Il libro copre le basi della gravimetria, della titrimetria chimica...

Il compito dell'analisi quantitativa è ottenere informazioni sul contenuto di elementi (ioni), radicali, gruppi funzionali, composti o fasi nell'oggetto analizzato, nonché sviluppare metodi con cui ottenere queste informazioni. Nell'analisi quantitativa, viene misurata l'intensità del segnale analitico, vale a dire trovare il valore numerico della densità ottica della soluzione, il consumo della soluzione per la titolazione, la massa del precipitato calcinato, ecc. Sulla base dei risultati della misurazione quantitativa del segnale, viene calcolato il contenuto del componente da determinare nel campione. I risultati delle determinazioni sono solitamente espressi in frazioni di massa, %.

Utilizzando l'analisi quantitativa, trovano i rapporti di massa tra gli elementi nei composti, determinano la quantità di sostanza disciolta in un certo volume di soluzione e talvolta scoprono il contenuto di un elemento in una miscela omogenea di sostanze, ad esempio carbonio nell'olio o gas naturale. Nella pratica agricola, il contenuto dell'uno o dell'altro componente in sostanze eterogenee viene spesso determinato, ad esempio: azoto, P 2 O 5 o K 2 O - nei fertilizzanti azotati, fosforo o potassio, microelementi - nel terreno, zuccheri - nelle piante materiale, ecc.

L'analisi quantitativa è necessaria quando si valutano i depositi minerali, per la metallurgia e l'industria chimica, ed è importante per la biologia e l'agrochimica, la scienza del suolo, la fisiologia vegetale, ecc.

Nuovi problemi per l'analisi quantitativa sono posti dallo sviluppo dell'economia nazionale - industria e agricoltura; come, ad esempio, lo sviluppo di metodi per la separazione e la determinazione quantitativa di elementi “rari” o in tracce (uranio, titanio, zirconio, vanadio, molibdeno, tungsteno, ecc.); determinazione di quantità trascurabili di impurità di alcuni elementi (arsenico, fosforo, ecc.) in molti metalli e microelementi nel materiale biologico e nei suoli.

L'analisi quantitativa consente ai biologi di ottenere le informazioni necessarie sulla composizione degli organismi animali e vegetali e di studiare l'influenza dei singoli elementi sulla loro crescita, sviluppo e produttività.

Gli oggetti principali della ricerca quantitativa in agricoltura sono il suolo, le piante, i fertilizzanti, i veleni agricoli, i mangimi, ecc. I terreni vengono analizzati per determinare il livello di apporto di nutrienti alle piante. L'analisi quantitativa dei concimi minerali viene utilizzata per verificare il contenuto dei componenti utili alle colture agricole (azoto, P 2 O 5, K 2 O), mentre l'analisi dei veleni agricoli viene utilizzata per determinare la quantità del principio attivo. È necessario conoscere la composizione dei mangimi per formulare correttamente la dieta degli animali. Vengono analizzati anche i prodotti del bestiame e delle colture.

Recentemente, a causa dell’aumento del contenuto di nitrati nel suolo, nell’acqua potabile e nei prodotti agricoli, è emersa la necessità di controllare i prodotti alimentari. Il contenuto di nitrati viene determinato mediante metodi ionometrici o fotometrici.

I moderni metodi di analisi quantitativa sono classificati in base alle proprietà misurate, come la massa della sostanza, il volume della soluzione reagente, l'intensità delle linee spettrali degli elementi, l'assorbimento della radiazione visibile, infrarossa o ultravioletta, la diffusione di luce mediante sospensioni, rotazione del piano di polarizzazione, proprietà di adsorbimento degli assorbenti, conduttività elettrica della soluzione, potenziale dell'elettrodo, intensità della corrente diffusa, numero di particelle radioattive, ecc.

I metodi di analisi quantitativa si dividono in chimici, fisici e fisico-chimici.

I metodi chimici comprendono analisi gravimetriche, titrimetriche e gas-volumetriche.

I metodi di analisi fisica e fisico-chimica sono convenzionalmente chiamati strumentali.

Inoltre, esistono i cosiddetti metodi per separare miscele di sostanze (o ioni). Questi, oltre a vari tipi di cromatografia, includono l'estrazione con solventi organici, la sublimazione (e sublimazione), la distillazione (cioè la distillazione di componenti volatili), i metodi chimici di precipitazione frazionata e coprecipitazione.

Naturalmente, la classificazione di cui sopra non copre tutti i metodi utilizzati nella moderna analisi quantitativa; Elenca solo quelli più comuni.

2. DETERMINAZIONE DELLA COSTANTE DI DISSOCIAZIONE

La dissociazione elettrolitica è un processo reversibile che porta all'equilibrio tra molecole e ioni non dissociati, pertanto ad essa è applicabile la legge dell'azione di massa. La ionizzazione di un elettrolita debole procede secondo lo schema

AB « A + + B —

Se indichiamo la concentrazione di equilibrio delle molecole non dissociate [AB] e le concentrazioni di ioni come [A + ] e [B - ], la costante di equilibrio assumerà la forma

[A + ][B — ]/[AB] = K (*)

Si chiama la quantità K costante di dissociazione degli elettroliti. Caratterizza la sua tendenza a ionizzarsi. Come; Maggiore è il valore K, più forte è la dissociazione dell'elettrolita debole e maggiore è la concentrazione dei suoi ioni nella soluzione all'equilibrio. Il valore della costante di dissociazione viene calcolato in base alla concentrazione molare della soluzione e al grado di ionizzazione dell'elettrolita debole (a temperatura costante).

Esiste una relazione tra la costante e il grado di dissociazione di un elettrolita debole, che può essere espressa matematicamente. Per fare ciò, indichiamo la concentrazione molare dell'elettrolita che si divide in due ioni con Con, e il grado della sua dissociazione è α . Quindi la concentrazione di ciascuno degli ioni risultanti sarà uguale a с(1 – α) e la concentrazione delle molecole non dissociate Con(1 - α). Sostituendo queste notazioni nell'equazione (*), otteniamo

Questa equazione è un'espressione matematica della legge di diluizione di Ostwald, che stabilisce la relazione tra il grado di dissociazione di un elettrolita debole e la sua concentrazione.

Per elettroliti abbastanza deboli in soluzioni non troppo diluite, il grado di dissociazione a è molto piccolo e il valore (1 - α) è vicino all'unità. Quindi per loro

I modelli considerati consentono di calcolare le costanti di dissociazione degli elettroliti deboli in base al grado della loro dissociazione riscontrato sperimentalmente, e viceversa.

La costante di dissociazione, così come il grado di dissociazione, caratterizza la forza degli acidi e delle basi. Maggiore è la costante, maggiore è la dissociazione dell'elettrolita in soluzione. Poiché la costante di dissociazione non dipende dalla concentrazione della soluzione, caratterizza meglio la tendenza dell'elettrolita a decomporsi in ioni rispetto al grado di dissociazione. È stato dimostrato sperimentalmente che la legge di diluizione è valida solo per gli elettroliti deboli.

Nelle soluzioni di acidi polibasici che si dissociano in più fasi, si stabiliscono diversi equilibri. Ciascuno di questi gradi è caratterizzato dalla propria costante di dissociazione.

Utilizzando le costanti di dissociazione dei più importanti elettroliti deboli, vengono calcolati i gradi della loro dissociazione.

a) Espressione della costante di dissociazione per l'idrossido di potassio

CON« K + + OH -

b) Espressione della costante di dissociazione dell'acido acetico:

Equazione di dissociazione

CH 3 COOH « H + + CH 3 COOO -

Quindi è possibile scrivere la costante di dissociazione

c) Espressione della costante di dissociazione

NSN « H + + CN —

3. NATURA E METODI DELL'ANALISI VOLUMETRICA. CALCOLI NELL'ANALISI GRAVIMETRALE. OPERAZIONI DEL METODO DI ANALISI GRAVIMETRICA

Il metodo “classico” è un’analisi titrimetrica (volumetrica). Si basa sulla misurazione dei volumi delle soluzioni reagenti e la concentrazione della soluzione reagente deve essere nota con precisione. Nell'analisi volumetrica, il reagente viene aggiunto alla soluzione in esame finché non reagiscono quantità equivalenti di sostanze. Questo momento è determinato utilizzando indicatori o altri metodi. Conoscendo la concentrazione e il volume del reagente utilizzato per la reazione, si calcola il risultato della determinazione.

In base al tipo di reazioni chimiche utilizzate, i metodi di analisi titrimetrica (volumetrica) sono divisi in tre gruppi: 1) metodi basati su reazioni di composti ionici; 2) metodi basati su reazioni di ossidoriduzione; 3) metodi basati su reazioni di formazione complessa. Il primo gruppo comprende metodi di titolazione acido-base e di precipitazione, il secondo - vari metodi di titolazione redox e il terzo - metodi di titolazione complessometrica (chelatometrica).

Metodo di titolazione acido-base(o neutralizzazione) si basa sull'interazione degli acidi con le basi.

Il metodo consente di determinare nelle soluzioni non solo la concentrazione di acidi o basi, ma anche la concentrazione di sali idrolizzati.

Per determinare la concentrazione di basi o sali in soluzioni che danno una reazione alcalina durante la protolisi, vengono utilizzate soluzioni titolate di acidi. Queste determinazioni sono chiamate acidimetria.

La concentrazione di acidi o sali idroliticamente acidi viene determinata utilizzando soluzioni titolate di basi forti. Tali definizioni si riferiscono all'alcalimetria.

Il punto equivalente durante la neutralizzazione è determinato dal cambiamento di colore dell'indicatore (arancio metilico, rosso metile, fenolftaleina).

Metodo di titolazione delle precipitazioni. L'elemento in determinazione, interagendo con la soluzione titolata, può precipitare sotto forma di composto poco solubile. Quest'ultimo, modificando le proprietà dell'ambiente, permette all'uno o all'altro di determinare il punto di equivalenza.

Ai metodi di precipitazione titrimetrica vengono dati nomi a seconda di ciò che funge da titolante.

Metodo di titolazione complessometrico combina determinazioni titrimetriche basate sulla formazione di ioni complessi (o molecole) a bassa ionizzazione.

Utilizzando questi metodi, vengono determinati vari cationi e anioni che hanno la proprietà di entrare in reazioni di formazione complesse. Recentemente si sono diffusi metodi analitici basati sull'interazione dei cationi con reagenti organici - i complessoni. Questa titolazione è chiamata complessometrica o chelatometrica.

Metodi di titolazione redox(metodi redox) si basano su reazioni redox tra l'analita e la soluzione titolata.

Sono utilizzati per la determinazione quantitativa di vari agenti riducenti o agenti ossidanti in soluzioni.

Il metodo gravimetrico viene utilizzato anche per determinare l'acqua di cristallizzazione nei sali e l'acqua igroscopica nel terreno, nei fertilizzanti e nel materiale vegetale. Il contenuto di sostanza secca in frutta e verdura, fibre e ceneri “grezze” nel materiale vegetale viene determinato gravimetricamente.

Durante la determinazione gravimetrica si distinguono le seguenti operazioni: 1) prelevare un campione medio della sostanza e prepararlo per l'analisi; 2) prelevare un campione; 3) scioglimento; 4) deposizione dell'elemento da determinare (con test di completezza della deposizione); 5) filtraggio; 6) lavaggio del sedimento (con prova per determinare la completezza del lavaggio); 7) essiccazione e calcinazione del sedimento; 8) pesatura; 9) calcolo dei risultati dell'analisi.

L'attuazione efficace della definizione richiede, oltre alle conoscenze teoriche, una buona padronanza della tecnica delle singole operazioni.

Le operazioni elencate appartengono ai cosiddetti metodi di sedimentazione, ampiamente utilizzati in gravimetria.

Ma in gravimetria vengono utilizzati anche altri metodi.

Il metodo di isolamento si basa sull'isolamento dell'analita dall'analita e sulla sua pesatura accurata (ad esempio, ceneri di combustibile solido).

Nel metodo di distillazione, il componente da determinare viene isolato sotto forma di composto volatile mediante l'azione dell'acido o dell'alta temperatura sull'analita. Pertanto, quando si determina il contenuto di monossido di carbonio (IV) in una roccia carbonatica, il suo campione viene trattato con acido cloridrico, il gas rilasciato viene fatto passare attraverso tubi di assorbimento con reagenti speciali e viene effettuato un calcolo in base all'aumento della loro massa.

Tipicamente, i risultati delle determinazioni gravimetriche sono espressi in frazioni di massa (%). Per fare ciò, è necessario conoscere la dimensione del campione della sostanza analizzata, la massa del sedimento risultante e la sua formula chimica.

Le determinazioni gravimetriche hanno scopi diversi. In alcuni casi, è necessario determinare il contenuto di un elemento in una sostanza chimicamente pura, ad esempio il contenuto di bario nel cloruro di bario BaCl 2 * 2H 2 O. In altri casi, è necessario trovare il contenuto della sostanza attiva principio in qualche prodotto tecnico o in generale in una sostanza che presenta impurità. Ad esempio, è necessario determinare il contenuto di cloruro di bario BaCl 2 * 2H 2 O nel cloruro di bario commerciale. La tecnica di definizione in entrambi i casi può rimanere la stessa, ma i calcoli sono diversi. Diamo un'occhiata ai calcoli utilizzando esempi.

Spesso i fattori di conversione, detti anche fattori analitici, vengono utilizzati per i calcoli nell'analisi gravimetrica. Il fattore di conversione (F) è il rapporto tra la massa molare (o Mg) dell'analita e la massa molare della sostanza nel sedimento:

M di analita___

M della sostanza nel sedimento

Il fattore di conversione mostra quanti grammi dell'analita sono contenuti in 1 g di sedimento.

Nella pratica dell'analisi tecnica e agricola, i calcoli vengono solitamente effettuati utilizzando formule già pronte. Per tutti i calcoli con numeri complessi è necessario utilizzare un microcomputer.

Le registrazioni nel diario di laboratorio sono di grande importanza. Costituiscono un documento che conferma il completamento dell'analisi. Pertanto, la determinazione quantitativa viene brevemente formalizzata direttamente in classe. Nel diario vengono registrati la data, il nome dell'analisi, il metodo di determinazione (con riferimento al libro di testo), i dati di tutte le pesate o altre misurazioni e il calcolo del risultato.

BIBLIOGRAFIA

Kreshkov A.P. Fondamenti di chimica analitica – M.: Chimica, 1991.


Classificazione dei metodi di analisi quantitativa. Principali fasi dell'analisi quantitativa

Analisi quantitativa- una serie di metodi di chimica analitica, il cui compito è determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti nella sostanza oggetto di studio.

A seconda dell'oggetto di studio, si distinguono l'analisi inorganica e quella organica. A loro volta, sono divisi in analisi elementare, il cui compito è stabilire quanti elementi sono contenuti nell'oggetto analizzato, su molecolare E funzionale analisi che danno una risposta sul contenuto quantitativo di radicali, composti e gruppi funzionali di atomi nell'oggetto analizzato.

I metodi di analisi quantitativa sono suddivisi in chimico, fisico-chimico E fisico. I metodi chimici classici di analisi quantitativa includono gravimetrico E analisi volumetrica.

Insieme ai metodi chimici classici, sono ampiamente utilizzati metodi fisici e fisico-chimici (strumentali), basati sulla misurazione delle caratteristiche ottiche, elettriche, di adsorbimento, catalitiche e di altro tipo delle sostanze analizzate, a seconda della loro quantità (concentrazione). Tipicamente questi metodi sono suddivisi nei seguenti gruppi: elettrochimico(conduttometria, polarografia, potenziometria, ecc.); spettrale, O ottico(analisi spettrali di emissione e assorbimento, fotometria, analisi luminescenti, ecc.); Raggi X; cromatografico; radiometrico; spettrometria di massa. I metodi elencati, sebbene inferiori a quelli chimici in termini di precisione, sono significativamente superiori in termini di sensibilità, selettività e velocità di esecuzione.

Questo corso tratterà solo i metodi chimici classici di analisi quantitativa.

Analisi gravimetrica si basa su una misurazione accurata della massa del componente determinato nella sua forma pura o sotto forma del suo composto. L'analisi volumetrica include analisi volumetrica titrimetrica- metodi per misurare il volume di una soluzione reagente con una concentrazione accuratamente nota consumata nella reazione con l'analita, e analisi volumetrica del gas- metodi per misurare il volume dei prodotti gassosi analizzati.

Durante l'analisi quantitativa si possono distinguere le seguenti fasi principali.

1. Campionamento, media e pesatura. Il campionamento spesso determina l'errore complessivo dell'analisi e rende inutile l'uso di metodi altamente accurati. Lo scopo del campionamento è quello di ottenere una quantità relativamente piccola della sostanza di partenza, in cui il contenuto quantitativo di tutti i componenti dovrebbe essere uguale al loro contenuto quantitativo nell'intera massa della sostanza analizzata. Campione primario viene selezionato direttamente dall'oggetto analizzato combinando il numero richiesto di campioni puntuali. Le modalità di campionamento sono determinate dai seguenti fattori: lo stato di aggregazione dell'oggetto analizzato (gas, liquido, solido); eterogeneità del materiale analizzato; l'accuratezza richiesta per valutare il contenuto del componente sull'intera massa dell'oggetto analizzato (il componente fisiologicamente attivo nel medicinale è maggiore precisione rispetto al componente nel minerale per valutare la redditività del deposito), la possibilità di modificare la composizione dell'oggetto nel tempo. I materiali liquidi e gassosi sono generalmente omogenei e sui loro campioni è già stata calcolata la media. I materiali solidi sono di volume eterogeneo, pertanto, per la loro analisi, parti della sostanza vengono selezionate da diverse zone del materiale studiato. Il campione primario è piuttosto grande, in genere 1-50 kg e per alcuni oggetti (ad esempio il minerale) è di 0,5-5 tonnellate.

Dal campione primario, riducendolo, selezionare campione medio (rappresentativo).(solitamente da 25 g a 1 kg). Per fare ciò, il campione primario viene frantumato, miscelato e calcolata la composizione media, ad esempio: squartamento. Durante la quartizzazione, il materiale frantumato viene sparso in uno strato uniforme a forma di quadrato (o cerchio), diviso in quattro settori, il contenuto di due settori opposti viene scartato e i restanti due vengono uniti insieme. L'operazione di quartizzazione viene ripetuta più volte fino ad ottenere la quantità richiesta di campione medio.

Dal materiale omogeneo così ottenuto vengono prelevati dei campioni per le analisi, una parte viene conservata per eventuali analisi arbitrali ( campione di controllo), l'altro viene utilizzato direttamente per l'analisi ( campione analizzato).

Viene chiamata la parte del campione analizzato la cui massa è accuratamente misurata su una bilancia analitica sospeso. Il campione da analizzare deve essere abbastanza grande da poter ottenere diversi campioni.

2. Decomposizione (apertura) del campione. Questa fase consiste nel convertire il campione analizzato in uno stato di aggregazione o composto conveniente per l'analisi. Per trasferire un campione in soluzione nei metodi chimici, viene trattato direttamente con solventi liquidi (acqua, acidi, alcali) o dopo la distruzione del campione (mediante calcinazione, combustione, fusione o sinterizzazione) viene convertito in composti che possono dissolversi.

3. Separazione, isolamento del componente da determinare e sua concentrazione. Poiché la maggior parte dei metodi analitici non sono sufficientemente selettivi, vengono utilizzati metodi per separare la miscela analizzata o isolare l'analita da essa. Nel caso in cui la concentrazione dell'analita sia inferiore al limite di rilevamento di un dato metodo o inferiore al limite inferiore del suo intervallo di lavoro, viene utilizzata la concentrazione dell'analita. Per uso in separazione, isolamento e concentrazione chimico(mascheramento, precipitazione e coprecipitazione), fisico(metodi di evaporazione: distillazione, distillazione (distillazione), sublimazione (sublimazione), ecc.) e fisico-chimico metodi (estrazione, assorbimento, scambio ionico, cromatografia e vari metodi elettrochimici, come elettrolisi, elettroforesi, elettrodialisi, ecc.).

4. Quantificazione. Tutte le fasi preliminari dell'analisi devono garantire l'ottenimento di risultati affidabili durante l'analisi. La scelta del metodo di analisi dovrebbe basarsi su indicatori quali velocità, comodità, accuratezza, disponibilità di attrezzature adeguate, numero di analisi, dimensione del campione analizzato, contenuto del componente da determinare. Confrontando la sensibilità di vari metodi e stimando il contenuto approssimativo di un componente in un campione, il chimico sceglie l'uno o l'altro metodo di analisi. Ad esempio, per determinare il sodio nelle rocce silicatiche, viene utilizzato un metodo gravimetrico, che consente la determinazione di quantità di sodio in milligrammi e superiori; determinare quantità di microgrammi dello stesso elemento nelle piante e negli oggetti biologici - il metodo della fotometria di fiamma; per la determinazione del sodio in acqua di particolare purezza (quantità di nano e picogrammi) - metodo della spettroscopia laser.





5. Calcoli dei risultati dell'analisi e valutazione dei risultati delle misurazioni- la fase finale del processo analitico. Dopo aver calcolato i risultati dell'analisi, è importante valutarne l'attendibilità, tenendo conto della correttezza del metodo utilizzato ed elaborando statisticamente i dati numerici.

Domande di controllo

1. Qual è lo scopo dell'analisi quantitativa?

2. Elencare i metodi di analisi quantitativa.

3. Cos'è l'analisi gravimetrica?

4. Qual è l'essenza dell'analisi titrimetrica?

5. Elencare le fasi principali dell'analisi e descriverle.

6. Come viene prelevato il campione medio? Cos'è il quartiing del campione?

7. Cos'è una tettoia?

8. Quali tecniche vengono utilizzate per aprire un campione e isolare da esso il componente da determinare?

1. Vasiliev V.P. Chimica analitica. Libro 1. Metodi di analisi titrimetrici e gravimetrici. - M.: Bustard, 2005. - P. 16 – 24.




S.B. Denisova, O.I. Michailenko