Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



1. Об’єкт, предмет, завдання та методи аналітичної хімії. Історія розвитку та завдання аналітичної хімії. Аналітична хімія

1. Об’єкт, предмет, завдання та методи аналітичної хімії. Історія розвитку та завдання аналітичної хімії. Аналітична хімія




Сторінка1/6
Дата конвертації08.05.2017
Розмір1.04 Mb.
  1   2   3   4   5   6


1. Об’єкт, предмет, завдання та методи аналітичної хімії.
Аналіти́чна хі́мія - розділ хімії, що розглядає принципи і методи розділення та визначення хімічного складу речовини. Виникла поряд із неорганічною хімією раніше від інших хімічних наук. Якісний аналіз визначає хімічний склад даної речовини або суміші; кількісний аналіз визначає скільки там є даної речовини.


1.1. Історія розвитку та завдання аналітичної хімії.

Аналітична хімія – це наука, яка розвиває теоретичні основи аналізу і розробляє методи відкриття, ідентифікації, визначення і розділення хімічних елементів та їх сполук.

Аналітичну хімію поділяють на дві частини: якісний аналіз і кількісний аналіз.

Якісний аналіз дозволяє встановити, з яких хімічних елементів складається досліджувана проба, які іони, функціональні групи або молекули входять до її складу. При дослідженні невідомих речовин якісний аналіз завжди передує кількісному, основним завданням якого є визначення того, скільки певного компонента міститься в аналізованій пробі.

Функціона́льні гру́пи (функці́йні гру́пи) - це специфічні групи атомів всередині молекул, які відповідають за властивості цих молекул в хімічних реакціях. Одна і та ж функціональна група однаково себе поводить в хімічних реакціях, незважаючи на розмір молекули, частиною якої є ця група..
Хімі́чний елеме́нт (заст. первень) - тип атомів з однаковим зарядом атомних ядер (тобто однаковою кількістю протонів в ядрі атому) і певною сукупністю властивостей. Маса ядра атома хімічного елементу може бути різною, в залежності від кількості нейтронів у ньому.
Я́кісний ана́ліз (рос. качественный анализ, англ. qualitative analysis; нім. qualitative Analyse f) в якому речовини ідентифікують або класифікують на основі їх хімічних або фізичних властивостей, таких, як хімічна реакційна здатність, розчинність, молекулярна вага, точка плавлення, випромінювальні властивості (емісія, абсорбція), мас-спектри, ядерний час напіврозпаду тощо Якісний аналіз - сукупність хім., фіз.-хім. та фіз. методів для визначення та ідентифікації компонентів - хім. елементів, молекул сполук, йонів, радикалів, функційних груп, мінералів тощо, які входять у досліджувану речовину або суміш речовин.

У залежності від складу досліджуваного об’єкта розрізняють:

Аналіз неорганічних сполук, який включає виявлення катіонів і аніонів, а також аналіз органічних сполук, який включає: а) елементний аналіз – знаходження і визначення хімічних елементів;

Органі́чні сполу́ки - клас сполук, в склад яких входить хімічний елемент Карбон (за винятком карбідів, карбонатної кислоти, карбонатів, оксидів Карбону і ціанідів). Окрім Карбону, вони майже завжди містять Гідроген, досить часто - Оксиген, Нітроген та галогени, рідше Фосфор, Сульфур та інші елементи.
Неоргані́чні сполу́ки - хімічні сполуки, які не містять атомів Карбону, ковалентно пов'язаних із атомами Гідрогену. Прості карбоновмісні сполуки типу CO, CO2, HCN та ціаніди, карбіди розглядаються саме неорганічною хімією.
Елеме́нтний ана́ліз (від лат. elementum - первісна речовина) (рос. элементный анализ, англ. ultimate analysis, нім. Elementaranalyse f, нім. Verbrennungsanalyse f) - сукупність методів, за допомогою яких визначають якісний та кількісний склад органічних сполук.
б) функціональний аналіз – визначення функціональних груп; в) молекулярний аналіз – знаходження окремих хімічних сполук.
Молекулярний аналіз - це аналіз складних сумішей органічних сполук, визначення їх молекулярного та кількісного складу. Перед дослідженням суміш речовин зазвичай розділяють різними методами (хроматографуванням, екстракцією, осадженням, ректифікацією).
Хімі́чна сполу́ка - речовина, молекули якої складаються з атомів двох або більше різних хімічних елементів, сполучених між собою тим чи іншим типом хімічного зв'язку. Сполука має певний хімічний склад і їй можна приписати точну хімічну формулу.

Перші спроби розрізняти, розділяти речовини та оцінювати їх для практичного використання були описані ще у єгипетських папірусах, написаних близько трьох тисяч років тому, які містять опис випробувань золотих та срібних виробів.

Відомо, що у XІV-XVІ ст. алхіміки ввели зважування і експериментальним шляхом накопили інформацію про властивості деяких речовин.

В XVІ-XVІІ століттях з’явились хімічні методи визначення речовин, які ґрунтувалися на переведенні цих речовин у розчин.

Вперше, у 1661р. Роберт Бойль науково обґрунтував поняття хімічного аналізу у своїй книжці “Химик - скептик”.

А у наукову дисципліну аналітична хімія сформувалася лише у другій половині XІX ст.

Років тому - шкала часу, що широко використовується в археології, геології та інших науках для датування подій в минулому. Оскільки час відрахунку змінюється, стандартна практика пропонує використання 1950 року як еталонної точки «сучасності».
Хімічний аналіз (рос. химический анализ, англ. chemical analysis, нім. chemische Analyse) - сукупність операцій, за допомогою яких встановлюють якісний та (або) кількісний склад речовини. У хімічному аналізі використовують методи, основані на хімічних реакціях досліджуваних речовин (наприклад, гравіметричний і титриметричний аналіз).
Ро́берт Бойль (25 січня 1627(16270125), Лісмор-Касл, Ірландія - 30 грудня 1691, Лондон, Англія) - англійський хімік, фізик і філософ, один із засновників Лондонського королівського товариства.
Нау́ка - сфера діяльності людини, спрямована на отримання (вироблення і систематизацію у вигляді теорій, гіпотез, законів природи або суспільства тощо) нових знань про навколишній світ. Основою науки є збирання, оновлення, систематизація, критичний аналіз фактів, синтез нових знань або узагальнень, що описують досліджувані природні або суспільні явища та (або) дозволяють будувати причинно-наслідкові зв'язки між явищами і прогнозувати їх перебіг.

Великий внесок у розвиток аналітичної хімії належить працям М.В. Ломоносова, Д.І. Мендєлєєва, В.І. Тананаєва. В Україні аналітична хімія почала розвиватися з кінця XІX ст. Видатний український академік А.К. Бобко у ХХ ст. розробив хемілюмінесцентний аналіз, теорію і практику різнолігандних комплексних сполук, а також запропонував використання екстракції в аналітичній хімії.

Ко́мплексні сполу́ки або координаці́йні сполу́ки - складні хімічні сполуки, в яких можна виділити центральний атом (комплексоутворювач) і безпосередньо зв'язані з ним молекули або йони - так звані ліганди або аденти.


1.2. Характеристика методів аналізу

Аналіз – це одержування даних про якісний і кількісний склад речовини, хімічної сполуки, суміші хімічних сполук тощо.



Метод аналізу – це коротке визначення принципів, на яких ґрунтується аналіз речовини. Методи аналізу включені в технологічні регламенти та стандарти на готову продукцію.

  • Стандарт – це нормативний документ на метод або методику аналізу, який визначає допустимі кількості речовин домішок та методи їх визначення. Категорії стандартів: державні;

  • галузеві;

  • стандарти підприємств;

  • технічні умови;

  • державна фармакопея.

В Україні прийнятий Державний стандарт України ДСТУ 2439-94 “Елементи хімічні та речовини прості.
Нормативна документація - документи, які встановлюють правила, загальні принципи чи характеристики різних видів діяльності або їхніх результатів.
Державні стандарти України (ДСТУ) - стандарти, розроблені відповідно до чинного законодавства України, що встановлюють для загального і багаторазового застосування правила, загальні принципи або характеристики, які стосуються діяльності чи її результатів, з метою досягнення оптимального ступеня впорядкованості, розроблені на основі консенсусу та затверджені уповноваженим органом.
Терміни та визначення основних понять. Умовні позначення” (чинний від 1995-01-01).

Цей стандарт установлює терміни, визначення та позначення для елементів періодичної системи і простих речовин.

Періоди́чна систе́ма елеме́нтів - класифікація хімічних елементів, розроблена на основі періодичного закону.
Простá речови́на - хімічна речовина, структурні одиниці якої: або є представниками; або складаються з атомів, тільки одного хімічного елементу.



Методика аналізу – це описування всіх умов і операцій, які забезпечують задану вірність аналізу.

Методи аналізу класифікують на:

1). Хімічні методи, які ґрунтуються на якісних хімічних реакціях.

Хімі́чна реа́кція - це перетворення речовин, при якому молекули одних речовин руйнуються і на їхньому місці утворюються молекули інших речовин з іншим атомним складом. Усі хімічні реакції зображують хімічними рівняннями.
За допомогою таких реакцій потрібний хімічний елемент чи функціональну групу перетворюють у сполуку, яка має ряд характерних властивостей: колір, запах, агрегатний стан.

2). Фізичні методи основані на спостереженні будь-якої фізичної властивості, яка характерна для даного елемента (вимірювання густини, в’язкості, вивчення оптичних, електричних, магнітних та інших властивостей речовин).

3). Фізико-хімічні методи основані на вивченні фізичних явищ, які відбуваються при хімічних реакціях.

Фі́зика (від грец. φυσικός природний, φύσις природа) - природнича наука, яка досліджує загальні властивості матерії та явищ у ній, а також виявляє загальні закони, які керують цими явищами. Це наука про закономірності Природи в широкому сенсі цього слова.

Фізичні та фізико-хімічні методи називаються ще інструментальними методами, оскільки для виконання аналізу потрібні пристрої – інструменти.

У хімічних методах якісного аналізу використовують якісні аналітичні реакції. За допомогою таких реакцій потрібний хімічний елемент чи функціональну групу перетворюють у сполуку, яка має ряд характерних властивостей: колір, запах, агрегатний стан. Речовина, яка використовується для проведення якісної аналітичної реакції, зветься реагентом або реактивом.

Реактиви за ступенем чистоти діляться на:



  • особо чисті (о.ч);

  • хімічно чисті (х.ч);

  • чисті для аналізу (ч.д.а.);

  • чисті (ч).

Реактиви, які осаджають цілу групу іонів називають груповими.

    1. Аналітичні реакції та вимоги до них

Аналітичними реакціями називаються такі хімічні реакції, які використовують для ідентифікації, розділення та кількісного визначення елементів, іонів, молекул.

Аналітичні реакції класифікуються за застосуванням:

а) реакції виявлення;

б) реакції кількісного визначення;

в) реакції розподілення.

За характером хімічної взаємодії:

а) кислотно-основні (протолітичні);

б) реакції осадження;

в) реакції комплексоутворення;

г) окисно-відновні реакції.

О́кисно-відно́вна реа́кція (заст. оки́снювально-відно́вна реа́кція) - хімічна реакція, яка відбувається із зміною ступеня окиснення атомів, що входять до складу реагентів, і реалізується перерозподілом електронів між атомом-окисником та атомом-відновником.

Аналітичні реакції, які характерні для даного іона або речовини називаються характерними аналітичними реакціями.

Аналітичні реагенти на даний іон або речовину називаються характерними аналітичними реагентами (реактивами).



Селективними (вибірковими) аналітичними реакціями називають такі реакції, які при визначених умовах відбуваються одночасно тільки з певними іонами.

Специфічними аналітичними реакціями називаються такі реакції, які дозволяють визначити даний іон (речовину) в присутності інших іонів (речовин).

Наприклад: NH4 OH- NH3 ↑ H2O

(за запахом, за посинінням лакмусового паперу, а папір, який змочений фенолфталеїном набуває рожевого кольору).

Ця реакція є специфічною, а кон – специфічний реагент на катіон амонію.

Рожевий колір - колір, що утвориться при змішуванні червоного й білого. Іноді його описують як світло-червоний, однак точніше буде сказати, що це ненасичений червоний колір.
Амо́ній, аза́ній - однозарядний катіон NH+4. Іон має правильну тетраедричну будову і радіус 0,0136 нм.

Цією реакцією можна визначити NH4 в присутності інших іонів в неорганічному аналізі.

Для запису рівнянь хімічних реакцій в аналітичній хімії використовують:


  1. молекулярні рівняння;

  2. йонно-молекулярні;

  3. йонно-електронні.

Термохімічні рівняння дуже рідко використовують в аналітичній хімії.

Вимоги до якісних аналітичних реакцій:



  1. повинні відбуватися швидко;

  2. бути незворотними;

  3. повинні проходити в еквівалентних співвідношеннях;

  4. супроводжуватися зовнішнім ефектом (в хімічних методах аналізу);

  5. бути специфічними або селективними.

2. Якісний хімічний аналіз як перший ступінь аналітичного дослідження.

2.1. Якісний аналіз та методи якісного аналізу.

Якісний аналіз – це перша частина курсу аналітична хімія. Предметом якісного аналізу є розвиток теоретичних основ, вдосконалення існуючих і розробка нових методів визначення якісного складу речовини. Якісний склад речовини є:

а) елементний;

б) йонний;

в) молекулярний;

г) фазовий.

Завдання якісного аналізу – визначення “якості” речовини, виявлення та ідентифікація структурних елементів (атомів, атомних частинок, молекул, функціональних груп).

Якісний аналіз детально розглядає, які речовини чи реактиви необхідно взяти і які властивості їх треба використати, щоб відкрити той чи інший структурний елемент речовини.

Залежно від агрегатного стану речовини, яку аналізують, аналіз проводять методом сухої хімії та методом мокрої хімії.

Агрегáтний стан - термодинамічний стан речовини, сильно відмінний за своїми фізичними властивостями від інших станів цієї ж речовини. Переходи між агрегатними станами однієї і тої ж речовини супроводжуються стрибкоподібними змінами вільної енергії, ентропії, густини і інших фізичних властивостей.

Метод сухої хімії включає:

1. Пірохімічний аналіз, який здійснюється при нагріванні досліджуваного об’єкта до високої температури в безбарвному полум’ї газового пальника.

Пірохімі́чний ана́ліз (грец. pyr - вогонь) - методи виявлення деяких хімічних елементів (наприклад, в мінералах) за різним забарвленням полум'я, різним забарвленням перлів бури або фосфорних солей.

Прийоми пірохімічного аналізу:

а) перевірка на забарвлення полум’я – леткі солі багатьох елементів забарвлюють полум’я в різні кольори, характерні для цих елементів.

Сполуки бору, купруму – блакитний або зелений (при великому вмісті).

Сполуки арсену, стибію, плюмбуму – блідо-блакитний.

Нелеткі солі (борати, фосфати, силікати) змочують перед внесенням у полум’я HClкон для переведення у леткі хлоридні сполуки.

б) одержання забарвлених перлин при сплавленні досліджуваної речовини з бурою (Nа2B4O7 •10 H2O). При цьому сіль чи оксид металу розчиняються в розплавленій бурі з утворенням скла (перлин) забарвлених у відповідний колір.

2.Механіко-хімічний метод або аналіз методом розтирання. (Вперше був запроваджений Д.І. Мендєлєєвим).

В основі методу лежить зміна забарвлення або виділення газу при розтиранні досліджуваної речовини з рівною масою твердого реагенту.

2NH4Cl(k) Ca(OH)2(k) → 2NH3(Г) ↑ CaCl2(k) 2H2O(г)

сполуки амоній-іону

FeCl3 3NH4SCN = Fe(SCN)3 3NH4Cl

криваво-червоний колір

сполуки Fe (III)

Метод розтирання використовують при аналізі руд і мінералів у польових умовах.

  1   2   3   4   5   6



  • 1. Об’єкт, предмет, завдання та методи аналітичної хімії
  • 1.1. Історія розвитку та завдання аналітичної хімії. Аналітична хімія
  • Роберт Бойль
  • 1.2. Характеристика методів аналізу
  • Стандарт
  • Державний стандарт України
  • Аналітичні реакції та вимоги до них
  • 2. Якісний хімічний аналіз як перший ступінь аналітичного дослідження . 2.1. Якісний аналіз та методи якісного аналізу. Якісний аналіз