Analitik kimyoning uslublari va ionli tenglamalar.

«2-Mavzu. Analitik kimyoning uslublari va ionli tenglamalar
Reja:
2.1. Analitik kimyoning uslublari.
2.2. Ionli tenglamalar

Kuzatish mumkin bo’lgan effekt sodir bo’ladigan kimyoviy reaksiya analitik reaksiya deb ataladi. Effekt deyilganda cho’kmaning hosil bo’li­shi yoki uning erishi, eritma rangining o’zgarishi, ayrim gazsimon moddalarning hosil bo’lishi tushuniladi. Har bir kimyoviy reaksiya o’ziga xos tashqi effektga ega. Analitik reaksiyalar «ho’l» va «qu­ruq» usullar bilan o’tkazilishi mumkin.
Agar reaksiya eritmada bajarilsa, u «ho’l» usulda bajarilgan deb ataladi. Modda suvda, kislota yoki ishqorda eritiladi, xosil bo’lgan eritmadan esa izlanayotgan ionlar tegishli reaktivlar yorda­mida topiladi. Masalan, Fe2+ ionning eritmada mavjudligini aniq­lash uchun Fe2+ ning biror tuzi eritmasidan probirkaga 1 — 2 tomchi solib, ustiga K3[Fe (CN)6] tuzi eritmasidan 1-2 tomchi qo’shiladi. Kuk rangli cho’kma Fe3[Fe(CN)6]2 hosil bo’lishi kuzatiladi. Erituvchilardan foydalanmagan holda faqat quruq moddalar­ning o’zi bilan bajariladigan analiz metodlari «quruq» metodlar deb ataladi.

Erituvchilardan foydalanmagan holda faqat quruq moddalar­ning o’zi bilan bajariladigan analiz metodlari «quruq» metodlar deb ataladi. Ba’zan moddalarni eritma holatiga o’tkazmasdan turib quruqligicha analiz qilish mumkin. Bu yerda moddalarni ezib ishqalash va pirokimyoviy yo’llar qo’llaniladi. Moddaning tarkibini aniqlash uchun gorelkaning rangsiz alangasiga ayni elementning biron birikmasi kiritiladi. Bunda alanga ayni elementga xos rangga bo’yaladi yoki bura qo’shib suyuqlantirilganda rangli «munchoqlar» hosil bo’ladi. Ba’zi bir moddalar sifat jihatdan analiz qilinayotganida ularning uchuvchanligidan, sublimatlanishidan foydalaniladi. Masalan, simob tuzi bilan Na2CO3 aralashmasi probirkada qizdirilsa, simob tuzi parchalanib probirkaning sovuq devorlarida kulrang tusdagi yaltirash kuzatiladi, chunki simob metalining mayda tomchilaridan iborat cho’kma xosil bo’ladi. Bunda quyidagicha reaksiya boradi:
HgCl2 + Na2CO3→ HgCO3 + 2NaCl
HgCO3→HgO + CO2
2HgO→ 2Hg + O2
Quruq usulda bajariladigan reaksiyalar, asosan tarkibiy tekshirishlarda qo’llaniladi

Alanganing bo’yalishiga asoslangan metod. Ko’pgina elementlar-ning birikmalari rangsiz alangani bo’yaydi. Masalan: natriy-sariq,kaliy-binafsha, kalsiy-qizil-g’isht, bariy-sarg’ish-yashil, mis-yashil rang beradi. Bunday analiz o’tkazish uchun modda kukun holiga kelgunicha yaxshilab maydalanadi. Shisha tayoqchaga kavsharlangan platina chug’langunicha qizdiriladi va darhol kukunga(modda eritmaga o’tkazilgan bo’lsa eritmaga) botiriladi. Modda yopishgan platina sim alangaga tutib, alangani rangining bo’yalishi kuzatiladi.
Mikrokristalloskopik analiz metodi. Kimyoviy reaksiyalar yordamida elementlarning shunday birikmalari hosil qilinadiki, ularning kristallari aniq, geometrik shaklga ega bo’ladi. Hosil qilingan kristallarning shaklini aniqroq kuzatish uchun mikroskoplardan foydalaniladi.

N. A. Tananayevning tomchilar metodi. Sezgirlik darajasi yuqori bo’lgan ayrim analitik reaksiyalar reagentlarning bir necha tomchisi bilan soat oynasi yoki filtr qog’ozi ustida o’tkazilishi mumkin. Analiz qilinadigan modda va reaktiv eritmalaridan bir tomchidan olib, soat oynasi yoki filtr qog’ozga tomiziladi. Reaksiyaning xarakterli, tashqi effektidan foydalanib, eritma tarkibi tug’risida biror xulosaga kelinadi. Bu metod geologik, texnik va biokimyoviy analizlarda ham qo’llaniladi.
G. N. A. Tananayevning kukunsiz analiz metodi. Ko’pgina metallarning qotishmalarini analiz qilish uchun ularni avval kukun holiga keltirish yoki eritmaga o’tkazish kerak. Ammo ba’zi bir zargarlik buyumlaridan, mashina va apparatlarining detallaridan namuna olib bo’lmaydi. Agar ana shu maqsadda N. A. Tananayev usulidan foydalanilsa, sifat analizini tez va oson o’tkazish mumkin. Buning uchun metall sirtiga uni erita oladigan biror erituvchi tomiziladi. Bunda xosil bo’lgan eritmani kapillyar yordamida me­tall sirtidan olib u bilan sifat analizi o’tkaziladi.

Kukunlar aralashmasini ezib ishqalash metodi. F.A.Flavinskiy tomonidan taklif etilgan. Analiz qilinayotgan moddadan taxminan 0,01 g va shuncha miqdor reaktiv kukuni chinni hovonchaga solinib, aralashtiriladi va eziladi. Aralashma rangining o’zgarishidan yoki o’ziga xos hid paydo bo’lishidan aniqlanayotgan elementning birikma tarkibida borligi haqida tegishli xulosa chiqariladi.
Masalan, temirning kukun holidagi biror tuziga rodanid tuzi kukuni qo’shib ezilsa, qizil rang xosil bo’ladi (chunki Fe(SCN)3, qi­zil rangli modda) yoki ammoniyli biror tuzga ishqor qo’shib ishqalansa ammiak hidi keladi.

FeCl3+3NH4SCN= Fe(SCN)3+3NH4Cl
NH4SCN+NaOH= NaSCN+NH3+H2O

Barcha kimyoviy reaksiyalar muayyan sharoitlarda o’tkazilishi kerak. Undan chetga chiqish noto’g’ri natijalarga olib keladi.

Reaksiya amalga oshayotgan muhit reaksiyaning natijasiga ta’sir etadigan muhim omillardan biridir. Masalan, NH4OH li muhitda Ag+ ni AgCl holida cho’kmaga tushirib bo’lmaydi.
AgCl + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
Shuning uchun analitik reaksiyalarni o’tkazishdan avval muhitning pH ini aniqlash kerak.Ma’lum pH qiymatiga ega bo’lgan muhit yaratish maqsadida ishqor yoki kislotalardan foydalanish mumkin.Analitik reaksiyalarni amalga oshirishda temperatura ham sezilarli ta’sir ko’rsatadi. Ba’zi bir reaksiyalarni sovuqda, ayrim­larini xona temperaturasida, yana boshqalarini yuqori temperatura sharoitida o’tkazishga to’g’ri keladi. Masalan, Na+ va K+ ionlarni cho’ktirish reaksiyasi sovuqda olib boriladi.

Konsentratsiya ham reaksiya tezligiga ta’sir qiluvchi muhim omillardan biridir. Agar aniqlanayotgan ionning konsentratsiyasi ushbu reaktiv ta’sirida topilishi mumkin bo’lgan minimal konsentrasiyadan kam bo’lsa, u holda reaksiya ijobiy natija bermaydi. Qo’shilayotgan reaktiv ta’sirida hosil bo’ladigan birikma o’ta to’yingan eritma hosil qiladigan miqdorda bo’lishi kerak, ana shundagina cho’kma hosil bo’ladi. Analitik reaksiyalar sezgir bo’lishi shart. Reaksiyaning sezgirligi qancha yuqori bo’lsa, u shuncha kam miqdordagi moddani aniqlashga imkon beradi. Reaksiyaning sezgirligi topilish minimumi va minimal (yoki chegara) konsentratsiya (va chegara suyultirish) bi­lan xarakterlanadi.

Topilish minimumi. Modda yoki ionning ayni reaksiya yordamida ma’lum sharoitda topilishi mumkin bo’lgan eng kichik miqdori uning topilish minimumi deyiladi. Topilish minimumi grammning milliondan bir ulushlari, ya’ni mikrogrammlar bilan (mkg) ifodalanadi. U grekcha γ (gamma) harfi bilan belgilanadi.
1γ =10-3 mg=0,000001 g=1 • 10-6
K+ ionini K2[PtCl6] kompleks tu­zi ko’rinishida aniqlash reaksiyasining topilish minimumi 0,1 γ. Chegara suyultirilish V eritma necha marta suyultirilganda ana­litik reaksiyaning ijobiy natija berishi saqlanib qolishini ko’rsatadi.
C=l/V — moddaning minimal konsentrasiyasi deb ataladi.

K+ ionini K2[PtCl6] holida aniqlashda minimal konsentratsiya 1:100000 nisbat bilan ifodalanadi. Demak, ushbu reaksiya yordamida kaliy kationi 100000 ml suvda 1 grammdan ko’p miqdorlarda kaliy ioni bo’lgan eritmalarda aniqlash mumkin. Eritmaning ayni modda borligini ochish mumkin bo’lgan minimal xajmi
υ = q∙V/106.
bu yerda C — minimal konsentrasiya; q — topilish minimumi;
υ — analiz uchun olingan minimal konsentrasiyali eritma hajmi, ml hisobida.

 

Eritmalarning tarkibini sifat jihatdan aniqlashda analitik reaksiyalarning topilish minimumi 50 µl dan yuqori, minimal kon­sentrasiyasi 1,5∙10-7 g/ml dan kam bo’lmasligi kerak.
Tekshirilayotgan eritma tarkibidagi modda miqdori kam bo’lsa eritmani bug’latish bilan konsentrasiyasi oshiriladi. So’ngra reak­tiv ta’sir ettiriladi. Kimyoviy toza reaktivlarni qo’llash, ayni reaksiyaga halal beradigan moddalarni ajratish yoki halal bermaydigan birikmalar holiga o’tkazish (maskirovka qilish), ekstraksiyalash, kationit va anoinitlar yordamida eritmani konsentrlash kabi tadbirlar bilan analitik reaksiyalarning sezgirligini oshirish mumkin.

Analitik reaksiyalar —ionli reaksiyalardir 
Moddalarni analiz qilish prosessi ko’pincha eritma muhitida o’tkaziladi. Tuzlar, asoslar va kislotalar eritmada ionlarga dissosilangan bo’ladi. Xar bir ion xususiy xossalari bilan boshqa ionlardan farqlanadi. Masalan, gidroksid ionlari ishqorlar eritmalarida qaysi kation bilan bog’langanligidan qat’iy nazar fenol­ftalien rangini qizil tusga kiritadi. Kimyoviy analiz uchun qo’llaniladigan birikmalar erituvchilarda (xususan suvda) yaxshi eriydi, ularning aksariyati kuchli elektrolitlardir. Demak, birikmalar suvdagi eritmada ionlarga to’liq dissosilangan bo’ladi. Shunday qilib, analiz qilinayotgan eritmaga reagent eritmasidan tomizilganda kimyoviy reaksiya ionlar orasida sodir bo’ladi. Reaksiyani amal­ga oshirishda ayrim ionlar asosiy rol o’ynaydi, qolgan ionlar esa reaksiyaga kirishmaydi.Bunga quyidagi reaksiyalarni ko’rib chiqish bilan to’liq ishonch hosil qilish mumkin:

Barcha reaksiyalarda oq rangli choo’kma- SrSO4 tuzi hosil bo’ladi. Shunga ko’ra eritmada Sr2+ kationlari bor-yo’qligi aniqlanadi.
Yuqorida keltirilgan uchala reaksiya tenglamalarini umumlashtirib, quyidagi ionli tenglama bilan ifodalash ham mumkin;

Demak, Sr2+ kationi yordamida SO42- anionini va aksincha SO42- anioni bilan Sr2+ kationini aniqlash mumkin. Analitik reaksiyalar ionlar orasida sodir bo’luvchi reaksiyalar bo’lib, analiz natijasida biz kimyoviy modda erituvchida erishidan hosil bo’lgan ka­tion va anionlarning eritmada mavjudligini aniqlaymiz. Agar eritmada Ag+ kationi hamda NO3- anioni borligi bilib olinsa, eritilgan modda AgNO3 formulaga to’g’ri keladi deb xulosa chiqarish mumkin.

Sifat analizida asosan almashinish reaksiyalariga duch kelinadi. Ularning amalga oshishi bir qancha omillarga bog’liq.
Reaksiyani amalga oshiruvchi omillardan biri reaksiya natijasida hosil bo’layotgan maxsulotlardan birining kam eruvchan bo’lishidir, masalan:

Agar eritmada konsentrasiyasi hamda valentliklari bir xil bo’lgan bir qancha ionlar bo’lsa, ular bir reaktiv bilan cho’ktirilganida dastlab eruvchanligi kam birikma cho’kmaga tushadi. Masalan, bir xil konsentrtsiyali J- va Cl- ionlari aralashmasidan iborat eritmaga AgNO3 tuzi eritmasidan asta-sekin qo’shilganida, birinchi bo’lib AgJ tuzi cho’kmaga tushadi. Chunki AgJ tuzining eruvchanligi AgCl ning eruvchailigidan kam. Shuning uchun eritmadan J- ionla­ri batamom cho’kib bo’lganidan so’ng eritmada ortiqcha Ag+ ionlari mavjud bo’lsa C1- ionlari AgCl holida cho’kmaga tusha boshlaydi.
Reaksiyani vujudga keltiruvchi omillardan yana biri reaksiya maxsulotlaridan birining gazsimon bo’lishidir. Masalan, CO32- anionining bor-yoqligini aniqlash uchun o’tkaziladigan sifat reaksiyalardan biri karbonat kislota tuzlarining kuchli kislota HC1 bi­lan reaksiyaga kirishidir:

Almashinish reaksiyasi maxsulotlaridan birining kam dissotsilanuvchan bo’lishini ayni reaksiyani amalga oshiruvchi omillardan uchinchisi deb qarash mumkin.
Bunga misol qilib neytrallanish reaksiyasini ko’rsatish mumkin:


yoki


Demak, OH- va H+ ionlarining o’zaro birikishi tufayli kam dissotsilanadigan H2O molekulasi hosil bo’ladi.Reaksiya maxsulotlaridan birining o’ziga xos rangga ega bo’lishi analitik reaksiyaning yo’nalishini aniqlashda muhim ahamiyatga ega. Masalan, Fe3+ kationini kaliy rodanid KCNS bilan aniqlashda qo’llaniladigan reaksiya qizil-qo’ng’ir tusli temir rodanid hosil bo’lishi bilan amalga oshadi.

Hosil bo’lgan Fe(CNS)3 tuzi suvda yaxshi eriydi. Kam eriydigan, gaz holida ajralib chiqadigan kam dissotsilanuvchan moddalar hosil qilish yo’li bilan ayrim ionlar eritma muxitidan chetlantirilsa, almashinish reaksiyalari kO’tilgan natija beradi.
Reaksiya natijasida yuqorida eslatilgan xarakterdagi moddalardan birortasi hosil bo’lmasa, reaktiv va analiz qilinayotgan eritma tarkibidagi ionlar orasidagi kimyoviy reaksiya amalga oshmaydi,masalan:ionli tenglamaning chap va o’ng tomonidagi barcha ionlar eritmada o’zgarmay qolaveradi.



Almashinish reaksiyalarining yo’nalishini o’rganishdan kelib chiqadigan qonuniyatlar analiz o’tkazish protsesslarida muhim ahamiyatga ega. Ba’zan analiz qilinayotgan eritmaga kuchli kislotaning ta’sirini yuqotish maqsadida eritmaga kuchsiz kislotaning tuzi qo’ladi. Bu tadbirni amalga oshirish quyidagi almashinish reaksiyasiga asoslangan, masalan:

Kuchli ishqorni kuchsiz asos bilan almashtirish ham almashinish reaksiyasiga asoslangan masalan: Reaksiya maxsulotlaridan biri NH4OH kuchsiz asosdir.Ko’pgina analitik reaksiyalarni o’tkazishda eritmada NO3- anionining mavjudligi analiz natijasiga salbiy ta’sir ko’rsatadi, chunki nitrat ioni oksidlovchi xossalarini namoyon etadi. Nitrat ionlarini yo’qotish uchun eritmaga sulfat kislota qo’shib, eritma quruq qoldiq hosil bo’lguncha bug’latiladi:Reaksiya natijasida hosil bo’lgan nitrat kislota bug’lari uchib ketadi.