Аналитические реакции (общие и частные) и требования, предъявляемые к ним. Способы и условия выполнения аналитических реакций.
Аналитические реакции –это реакции, которые сопровождаются выпадением или растворением осадка, изменением окраски анализируемого раствора, выделением газообразных веществ.
Различают общиеичастные аналитические реакции.
Общие (групповые) реакции характерны для определенной группы ионов или веществ. Например, образование белого осадка с растворами бариевых солей – общая реакция для анионов SO4 2- , CO3 2- , SO3 2- , S 2- .
Частные реакции характерны для определенного иона или соединения, например, образование газообразного аммиака при нагревании со щелочью – частная реакция для обнаружения катиона аммония:
Количество частных реакций, позволяющих обнаружить, или «открыть», отдельный ион в сложной смеси, весьма ограничено. Поэтому чаще всего открытию индивидуального иона предшествует разделение ионов на группы с помощью общих, или групповых реакций, затем удаление ионов, мешающих открытию индивидуального иона.
Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям. Аналитическая реакция должна протекать достаточно быстро, необратимо и быть достаточно простой по выполнению.Для аналитических реакций также важнейшими требованиями являютсяспецифичность и чувствительность.
Чем меньшее количество ионов вступает в реакцию с данным реактивом, тем более специфична данная реакция.
Специфичными (или специфическими) называют реакции или реактивы, при помощи которых можно в определенных условиях обнаруживать одни ионы в присутствии других ионов по специфическому изменению цвета, образованию характерного осадка, выделению газа и т.д.Чем меньшее количество вещества может быть определено с помощью данного реактива, тем более чувствительна эта реакция.
Чувствительность реакции определяется наименьшим количеством искомого вещества, которое может быть обнаружено данным реактивом в капле (0,02-0,04 мл) раствора по данной методике. Количественно чувствительность характеризуется тремя взаимосвязанными показателями: пределом обнаружения, предельной концентрацией, предельным разбавлением
Предел обнаружения — наименьшее содержание, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие компонента с заданной доверительной вероятностью (не менее 0,5 мкг для методов качественного химического анализа) в минимальном объеме.
Предельная (минимальная) концентрация показывает, при какой наименьшей концентрации раствора данная реакция еще позволяет однозначно открывать обнаруживаемое вещество в небольшой порции (обычно в одной капле) анализируемого раствора.
Предельное разбавление — предельное число миллилитров водного раствора, содержащего 1 г обнаруживаемого вещества, еще открываемого при помощи данной реакции, т.е. в предельно разбавленном растворе, содержащем 1 г открываемых ионов в определенном объеме, данные ионы могут быть обнаружены с помощью избранного реактива в одной капле исследуемого раствора.
Качественная аналитическая реакция должна иметь четкие визуальные признаки. Аналитическими признаками являются: образование осадка характерного вида,растворимость (или нерастворимость) веществ в различных средах, возникновение или исчезновение окраски, окрашивание пламени горелки в определенный цвет, выделение газа и т.п.
Выполняя аналитическую реакцию, нужно строго соблюдать определенные условия.
Одним из условий выполнения реакций является среда анализируемого раствора. Например, нельзя обнаруживать ион Са2+ действием оксалата аммония (NH4)2C2O4 в присутствии сильной кислоты, так как оксалат кальция СаС2О4 растворим в сильных кислотах.
Другим условием выполнения реакций является поддержание необходимой температуры раствора. Большинство аналитических реакций выполняют „на холоду”, т. е. при комнатной температуре или даже при охлаждении пробирки водой под краном.
Источник
Способы выполнения аналитических реакций
Лекция № 6
Качественный анализ
Методы качественного анализа
Метод качественного анализа, в основе которого лежит кислотно-основная классификация катионов имеет ряд преимуществ: он прост и экономичен, исключает использование токсичных реактивов, позволяет изучать свойства важнейших соединений, в том числе лекарственных веществ.
Обнаружение катионов может быть проведено дробным, систематическим или компромиссным методами.
Дробный анализ — основан на обнаружении искомого иона в отдельных порциях исследуемого раствора с применением специфических или селективных реакций в любой последовательности. Метод требует удаления или маскировки мешающих ионов.
Систематический анализ – основан на последовательном разделении смеси ионов на группы с помощью групповых реагентов и последовательном обнаружении отдельных ионов характерными реакциями.
Компромиссный анализ – сочетает в себе элементы дробного и систематического анализа.
В аналитической химии различают групповые, общие, частные, характерные (специфические, селективные) реакции и реагенты.
Групповыми реагентами называются реагенты, взаимодействующие с группой ионов с одинаковым аналитическим эффектом, и позволяющие отделить одну группу ионов от другой.
Общими реагентами называются реагенты, которые взаимодействуют со многими ионами. К ним относятся растворы щелочей, аммиака, карбонаты, фосфаты, растворимые в воде и многие другие реагенты.
Характерные реагенты взаимодействуют с одним ионом (специфические реагенты), или с небольшим числом ионов (селективные реагенты).
Способы выполнения аналитических реакций
Аналитические реакции выполняют «сухим» путем (пирохимические реакции, «порошковый анализ») и «мокрым» путем (в растворе).
1. Пробирочный – общая методика: в пробирку вносят 2-3 капли исследуемого раствора и реагента, создают необходимые условия для протекания реакции ( рН среды, температура и др.) и наблюдают внешний эффект.
2. Микрокристаллоскопический — общая методика: на предметное стекло помещают рядом каплю анализируемого раствора и реагента. Осторожно стеклянной палочкой приводят растворы в соприкосновение. Иногда требуется лёгкое нагревание. Через несколько минут наблюдают эффект реакции под микроскопом.
3. Хроматографическое обнаружение. Физико – химический метод разделения компонентов сложной смеси, основан на использовании сорбции молекул и ионов из растворов твердыми или жидкими сорбентами. Различают четыре основных вида хроматографического метода анализа: адсорбционная хроматография, распределительная хроматография, хроматография, ионообменная хроматография, осадочная хроматография.
4. Экстракционное обнаружение – проводится по методике пробирочной реакции, в присутствии органических растворителей, не смешивающихся с водой (хлороформ, эфир и др.). После экстрагирования, то есть извлечения вещества из водного раствора органическим растворителем, эффект реакции наблюдают в слое органического растворителя. Экстракционное обнаружение основано на лучшей растворимости извлекаемого вещества в органическом растворителе, чем в воде. Или на большей устойчивости его в органическом растворителе, чем в воде (например, в меньшей степени подвергается окислению).
5. Капельный анализ – реакции выполняют на фильтровальной бумаге или капельной пластинке. Общая методика –на фильтровальную бумагу наносят микропипеткой каплю реагента объёмом 0,01мл, дают ей впитаться, и в центр влажного пятна помещают каплю анализируемого раствора. Результат реакции наблюдают по образованию окрашенного пятна или кольца.
6. Пирохимический – пробы на окрашивания пламени бесцветного пламени горелки или спиртовки — общая методика: на кончике нихромовой проволоки или графита вносят в пламя несколько кристаллов летучих солей. Наблюдают характерное окрашивание пламени.
7. «Порошковый анализ» — общая методика: растирают в ступке небольшое количество твердого исследуемого вещества и реагента. Ион обнаруживают по образованию окрашенного соединения или по запаху.
Катионы — это положительно заряженные ионы. Простые катионы образуют элементы за счет отдачи валентных электронов.
Химико-аналитические свойства катионов зависят от положения образующих их элементов в периодической системе Д.И. Менделеева, т.е. от заряда ядра радиуса, строения внутренних электронных оболочек и других факторов.
Деление катионов на аналитические группы основано на различной растворимости их соединений и на различном отношении к групповым реактивам.
Кислотно-основная классификация основана на различном отношении катионов к кислотам (хлороводородной и серной) и основаниям (гидроксидам калия или натрия и аммония) и различной растворимости сульфатов, хлоридов и гидроксидов в воде, кислотах, щелочах, растворе аммиака. В этой классификации выделены шесть аналитических групп катионов.
Кислотно-основная классификация катионов
| Номер группы и ее название | Изучаемые катионы | Групповой реагент | Продукты реакции и аналитический сигнал |
| I растворимая | Na + , K + , NH + | нет | — |
| II хлоридная | Ag + , Pb 2+ ,Hg2 2+ | 2M HCl | Осадки белого цвета AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 |
| III сульфатная | Ca 2+ , Ba 2+ | 2M H2SO4 | Осадки белого цвета CaSO4, BaSO4 |
| IV амфолитная | Al 3+ ,Zn 2+ | 2M NaOH KOH избыток | [Al(OH)6] 3- , [Zn(OH)4] 2- Бесцветные растворы |
| V гидроксидная | Fe 2+ , Fe 3+ , Mg 2+ , Bi 3+ | 2M NaOH KOН избыток | Mg(OH)белый осадок Bi(OH)3 белый осадок Fe(OH)2—> Fe(OH)3 белый осадок, буреющий на воздухе(окисление) Fe(OH)3 бурый осадок |
| VI аммиакатная | Cu 2+ ,Hg 2+ | NH4OH Конц. избыток | [Cu(NH3)4] 2+ раствор синего цвета [Hg(NH3)4] 2+ бесцветный |
Анионы — это отрицательно заряженные ионы. Они обычно образованны р-, реже d-элементами периодической системы. Анионы бывают простые- в образовании химической связи участвуют только s-элементы(Cl — , Br — ) и сложными, состав которых часто зависит от реакции среды, а в образовании химической связи последовательно все валентные электроны s-, p-, d-. Один и тот же элемент может образовывать несколько анионов, обладающих различными свойствами, например, Cl — -хлорид, ClO — -гипохлорит, ClO2 — -, СlO3 — -хлорат, ClO4 — перхлорат-ион.
В настоящее время не существует общепринятой классификации и делении анионов на группы. В большинстве случаев анионы обнаруживают в отдельных порциях анализируемого раствора в присутствии других анионов и компромиссным методом, сочетающим дробный и систематический (для отдельных групп анионов) методы анализа.
Анионы можно разделить на III аналитические группы, основываясь на различном отношении их к барию хлориду, серебра нитрата (в присутствии азотной кислоты).
Также деление на III аналитические группы, обусловлено их окислительно-восстановительными свойствами: анионы-окислители, анионы-восстановители и индифферентные анионы.
В качестве реактивов на анионы — окислители используют раствор калия йодида в присутствии разбавленной серной кислоты и раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте.
Анионы восстановители обнаруживают с помощью водного раствора йода и раствора калия перманганата в присутствии разбавленной серной кислоты.
Деление анионов на группы имеет значение не столько для разделения ионов, которое нельзя осуществить количественно, сколько для предварительных испытаний, позволяющих установить наличие или отсутствие тех или иных анионов.Кроме того, групповые реагенты не являются строго специфичными, возможно взаимодействие группового реагента с анионами других групп.
Поэтому необходимо предвидеть поведение всех присутствующих в анализируемой пробе анионов при действии того или иного реагента, устранять их мешающее влияние.
Известно также, что катионы тяжелых металлов с рядом анионов образуют труднорастворимые осадки. Что также учитывают в ходе анализа.
Источник
Способы выполнения аналитических реакций их краткая характеристика
Аналитическая химия: предмет, цель и задачи, основные понятия, принципы
Анализ – это метод исследования, основанный на разложении данного сложного вещества на более простые составные части и последующее определение этих составных частей особыми способами. Противоположностью анализа в химии является синтез – получение сложного вещества из более простых.
Аналитическая химия — это наука, разрабатывающая теоретические основы и практические методы химического анализа.
Аналитическая химия позволяет решать многие задачи:
1. Выяснить природу вещества (органическое или неорганическое).
2. Установить формы нахождения отдельных составляющих (ионы, молекулы, атомы) и степени окисления элементов.
3. Определить состав и содержание главного (основного) компонента и посторонних в нем примесей, а также микропримесей в особо чистых технических объектах.
4. Установить формулу неизвестного соединения.
5. Установить структурные элементы и строение соединения.
Аналитическая химия состоит из двух больших разделов – качественного и количественного анализа.
Качественный анализ — обнаружение или «открытие» отдельных элементов или ионов, входящих в состав веществ.
Количественный анализ — определение количественного содержания отдельных составных частей исследуемого вещества.
Задачи аналитической химии могут быть решены с помощью различных методов: химических, физических и физико-химических.
В химических методах качественного анализа определяемый элемент или ион переводят в какое-либо соединение химическим путем, обладающее теми или иными свойствами, на основании которых можно установить, что образовалось именно это соединение. Происходящее химическое превращение называется аналитической реакцией, а вещество, его вызывающее, — реагентом. Примером аналитической реакции может быть реакция взаимодействия хлорид -ионов с катионами серебра, в результате которой образуется белый творожистый осадок AgCl↓. При этом можно сказать, что хлориды являются реагентом на катионы серебра, и наоборот.
Cl ˉ + Ag + = AgCl↓
Физические методы анализа — это методы, которые позволяют определить состав вещества, не прибегая к использованию химических реакций. Физические методы основаны на измерении каких-либо параметров системы (оптических, электрических, магнитных, тепловых), которые являются функцией состава. К физическим методам анализа относятся спектральный, люминесцентный, рентгеноструктурный, масс-спектрометрический методы анализа. Например, в спектральном анализе исследуют спектры излучения, возникающие при внесении вещества в пламя горелки, электрической дуги и др. По наличию в спектре линий, характерных для данных элементов, судят о присутствии этих элементов в исследуемом веществе, а по яркости линий — об их количественном содержании.
Физико-химические методы анализа основаны на изучении физических явлений, которые происходят при химических реакциях. Например, колориметрия – использует явление изменения цвета раствора в ходе хим. реакции, кондуктометрия – изменение электропроводности и т.д.
Между физическими и физико-химическими методами не всегда можно провести строгую границу. Иногда их объединяют под общим названием «инструментальные» методы, так как для выполнения тех или иных измерений нужны «инструменты» — приборы, позволяющие с большой точностью измерять значения определенных параметров, характеризующих те или иные свойства вещества.
В зависимости от того, с какими количествами вещества оперируют при выполнении аналитических реакций, различают: макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды качественного анализа.
При макроанализе исследуют сравнительно большие количества вещества (0,5—1 г) или 20—50 мл растворов. Реакции проводят в обычных пробирках (емкостью 10—20 мл), химических стаканах.
При микроанализе обычно имеют дело с примерно в 100 раз меньшими количествами исследуемого вещества, т. е. с несколькими миллиграммами твердого вещества или с несколькими десятыми долями миллилитра раствора. При этом пользуются высокочувствительными реакциями, позволяющими обнаружить присутствие отдельных составных частей даже при малом содержании их в исследуемом веществе. Реакции выполняют либо микрокристаллоскопическим, либо капельным методом.
При анализе микрокристаллоскопическим методом реакции обычно проводят на предметном стекле и о присутствии обнаруживаемого иона (элемента) судят по форме образующихся кристаллов, рассматриваемых под микроскопом.
В капельном методе применяют реакции, сопровождающиеся изменением окраски раствора или образованием окрашенных осадков. Реакции чаще всего выполняют на полоске фильтровальной бумаги, нанося на нее в определенной последовательности по каплям исследуемый раствор и реагенты. В результате реакции на бумаге получается окрашенное пятно, по цвету которого судят о наличии в исследуемом растворе обнаруживаемого иона.
Полумикроанализ занимает промежуточное положение между макро- и микроанализом. Количество исследуемого вещества составляет в этом методе приблизительно 50 мг твердого вещества или 1 мл раствора.
При работе по полумикрометоду, в основном, сохраняется вся система работы макроанализа с последовательным разделением и обнаружением ионов, но операции выполняются с малыми количествами вещества при помощи специальных методов и аппаратуры.
При ультрамикроанализе исследованию подвергают количества вещества меньше 1 мг. Почти все операции анализа проводят под микроскопом.
Способы выполнения аналитических реакций
Аналитические реакции могут выполняться «сухим» и «мокрым» путем. В первом случае исследуемое вещество и реагенты берут в твердом состоянии и обычно осуществляют реакцию, нагревая их до высокой температуры; во втором случае наблюдают взаимодействие исследуемого вещества и соответствующих реагентов в растворе.
К реакциям, выполняемым сухим путем, относятся реакции окрашивания пламени солями металлов, а также реакции окрашивания плава, полученного при нагревании вещества с тетраборатом калия или фосфатом натрия в ушке платиновой проволоки.
Большинство аналитических реакций проводят мокрым путем, т. е. в растворах, а в процессе растворения многие вещества распадаются (диссоциируют) на ионы – положительно и отрицательно заряженные частицы.
В качественном анализе для установления состава вещества к нему прибавляют другие вещества, вызывающие химические превращения, сопровождающиеся образованием новых соединений, которые имеют характерные свойства, а именно:
— определенное физическое состояние (осадок, жидкость, газ)
— известную растворимость в воде, кислотах, щелочах
— характерный цвет, запах и т.п.
Требования к качественным реакциям:
1. Реакция должна протекать быстро, практически мгновенно,
2. Быть необратимой, т. е. протекать преимущественно в одном направлении,
3. Быть по возможности специфической,
4. Отличаться высокой чувствительностью.
Специфическими называются реакции, которые дают возможность обнаруживать (открывать) одни ионы в присутствии различных других ионов.
Чувствительность реакции определяется наименьшим количеством искомого вещества, которое может быть обнаружено данным реактивом в капле раствора.
Реакции, позволяющие обнаружить искомые ионы в отдельных порциях сложной смеси при условии устранения влияния других ионов, называют дробными реакциями, а метод анализа, основанный на применении дробных реакций, называют дробным анализом. При этом порядок обнаружения катионов и анионов не имеет особого значения. При систематическом анализе, в отличие от дробного, соблюдается определенный порядок разделения и последующего открытия ионов. К обнаружению ионов приступают лишь после удаления из раствора всех других ионов, мешающих открытию искомых.
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ КАТИОНОВ
В аналитической химии все ионы делят на аналитические группы. Классификация катионов основана на растворимости их солей или других соединений. На основании различных классификаций катионов разработаны разные методы систематического анализа кати онов.
Методы систематического хода анализа катионов.
Наиболее распространенными являются сероводородный, аммиачно-фосфатный, кислотно-основной. Исторически первым был сероводородный метод , (1871 г. Предложен русским ученым М. О. Меншуткиным). В основу положена разная растворимость сульфидов катионов в зависимости от рН среды (табл. 1.1). Аммиачно-фосфатный метод — основан на разной растворимости фосфатов катионов (табл. 1.2), кислотно-основной — на разной растворимости гидроксидов и солей (табл. 1.3).
Классификация катионов по сероводородному методу
Источник
