Дополнительный материал по химии на тему: «ПРЕДМЕТ И ЗНАЧЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ»

Дополнительный материал по химии на тему:  «ПРЕДМЕТ И ЗНАЧЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ» Аналитическая химия – наука о методах исследования состава веществ. Она устанавливает, какие химические элементы, в какой форме и в каком количестве   содержатся   в   изучаемом   объекте.   В   соответствии   с   этими задачами   в   аналитической   химии   выделяют   два   больших   раздела: качественный   анализ  и  количественный  анализ.   Сначала   устанавливают качественный состав вещества, а затем уже определяют точное содержание элементов   теми   или   другими   методами.   В   тех   случаях,   когда   состав анализируемого   материала   приблизительно   известен,   сразу   приступают   к количественным измерениям. Аналитическая   химия   занимает   особое   место   в   системе   естественных наук.   С   ее   помощью   ученые   накапливают   и   проверяют   научные   факты, устанавливают   новые   правила   и   законы.   Аналитические   исследования являются тем фундаментом, на котором строится здание современной химии. Химический анализ необходим для успешного развития таких наук, как биохимия растений и животных, химия космоса, геохимия, минералогия. С помощью   методов   аналитической   химии   было   доказано,   что   Земля,   Луна, Солнце   и   другие   небесные   тела   состоят   из   одних   и   тех   же   химических элементов. Это свидетельствует о единстве Вселенной. Велика   роль   аналитической   химии   в   изучении   природных   источников сырья. Без установления точного содержания ценных компонентов и вредных примесей   в   руде   невозможно   правильно   оценить   значение   нового месторождения.   При   современных   темпах   исследования   земной   коры определение   состава   минералов,   руд   и   горных   пород   проводят непосредственно   на   местах.   Для   этой   цели   сконструированы   специальные походные   лаборатории.   Химический   анализ   в   полевых   условиях   широко применяется в практике гидрогеологических исследований. Трудно   переоценить   значение   методов   аналитической   химии   для контроля   и   совершенствования   промышленного   производства.   Химики­ аналитики непрерывно следят за работой технологических линий и качеством выпускаемой продукции в атомной, химической, фармацевтической, пищевой и   других   отраслях   промышленности.   Хорошо   налаженный   аналитический контроль   способствует   росту   новых   производств   и   совершенствованию старых. Существует и обратная связь: аналитическая химия не только влияет на   правильную   организацию   технологических   процессов,   но   и   развивается сама, и направления этого развития зависят от тех конкретных задач, которые ставятся перед ней всем многообразием жизни. Современная техника предъявляет исключительно высокие требования к чистоте некоторых материалов. Например, атомный реактор может успешно работать только в том случае, если содержание наиболее вредных примесей(бор,   кадмий,   гадолиний,   самарий   и   др.)   в   ядерном   топливе   и   в конструкционных материалах отдельных деталей не превышает миллионных долей   процента.   Чистый   цирконий   является   одним   из   лучших конструкционных   материалов   для   атомных   реакторов.   Однако   даже небольшая примесь гафния делает его непригодным для этой цели. Содержание серы и фосфора во многих марках чугуна и стали, а также содержание   свинца,   висмута   и   некоторых   других   элементов   в электролитической   меди   не   должно   превышать   тысячных   долей   процента. Примеси   посторонних   веществ   резко   снижают   жаропрочность   сплавов   и приводят к ухудшению их механических свойств при относительно невысоких температурах.   Получение   металлов   с   минимальным   содержанием   вредных примесей   обеспечивается   непрерывным   контролем   за   ходом   плавки   с применением быстрых и точных методов анализа. В   настоящее   время   на   основе   полупроводниковых   материалов разработаны различные конструкции усилителей и выпрямителей; открылась возможность преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Диоды и триоды,   созданные   на   основе   полупроводников,   практически   вытеснили дорогие   и   громоздкие   электровакуумные   лампы.   Однако   ценные   свойства полупроводников   проявляются   только   в   том   случае,   если   они   хорошо очищены от посторонних веществ. Например, примесь фосфора, мышьяка и сурьмы к германию допускается в количестве не более 1 атома (!) примеси на 10 миллионов атомов германия. Исследование   металлов   высокой   чистоты   позволило   установить,   что многие из них, ранее считавшиеся хрупкими, оказались после освобождения от большинства примесей высокопластичными. Алюминий высокой степени чистоты   является,   например,   таким   же   мягким,   как   свинец,   а   из   хорошо очищенного   титана   в   настоящее   время   изготавливают   листы,   куют   и штампуют   различные   детали.   Работы   в   области   получения   сверхчистых веществ приводят к интересным научным и практическим результатам. Химические, физико­химические и физические  методы анализа Аналитическая химия решает поставленные перед ней задачи с помощью химических, физико­химических и физических методов. Физические   методы  анализа   основаны   на   изучении   тепловых, электромагнитных, ядерных или оптических свойств исследуемого объекта. Из   числа   этих   методов   наибольшее   распространение   получили: радиометрический   анализ,   связанный   с   измерением   скорости   распада неустойчивых   (радиоактивных)   атомных   ядер;  активационный   анализ, основанный на возникновении искусственной радиоактивности при облучении исследуемого   вещества   потоком   нейтронов,   протонов   или   других микрочастиц;   спектральный   анализ,   в   основе   которого   лежит   измерение светового   излучения   возбужденных   атомов   элемента;  люминесцентныйанализ,   при   котором   наблюдают   люминесценцию   вещества   под   действием ультрафиолетовых лучей. Физические методы анализа позволяют определять состав   исследуемого   объекта,   не   прибегая   к   химическим   реакциям. Большинство   этих   методов   отличается   высокой   чувствительностью   и быстротой выполнения, но для их осуществления требуется наличие сложной аппаратуры. Химические  методы  анализа   связаны   с   превращением   исследуемого вещества в другое соединение, обладающее такими свойствами, с помощью которых можно установить образование этого соединения или измерить его количество.   Химический   процесс,   проводимый   с   целью   получения   нового соединения,   называется   аналитической   реакцией,   а   вещество,   вызывающее аналитическую   реакцию,   –   реагентом.   Очевидно,   что   способ   измерения количества   образующегося   соединения   всегда   является   физическим. Например, в основе  гравиметрического метода  анализа лежит определение массы вещества взвешиванием. При  титриметрических методах  измеряют объемы растворов. Физико­химические   методы  анализа   занимают   промежуточное положение между химическими и физическими методами. Они основаны на физико­химических изменениях, происходящих в результате контролируемой аналитической   реакции.   Такими   изменениями   могут,   например,   быть: появление   окраски,   помутнение   раствора,   резкое   возрастание   его электрической   проводимости.   Точные   измерения   проводят   только   в   том случае, если между количеством вещества и  измеряемым физико­химическим свойством   существует   определенная   функциональная   зависимость, выражаемая математической формулой или графически. Физико­химические и   физические   методы   анализа   имеют   много   общего,   поэтому   их   часто объединяют под общим названием «инструментальные методы». Макро­, микро­ и полумикрометоды химического анализа В   зависимости   от   массы   исследуемого   вещества,   объема   взятого   для анализа   раствора   и   техники   выполнения   отдельных   операций   различают макро­, микро­ и полумикрометоды анализа. Для выполнения анализа макрометодом требуется 20–30 мл раствора, содержащего 1–10 г исследуемого вещества. Отдельные реакции выполняют в обычных пробирках, химических стаканах или колбах; образующиеся осадки отделяют фильтрованием через бумажные или пористые стеклянные фильтры. Для   проведения  микроанализа  необходимо   в   103–107   раз   меньше исследуемого   вещества,   чем   при   макроанализе.   Применяемая   посуда   и приборы имеют небольшие размеры, а в некоторых случаях – специальную конструкцию.   Количественное   определение   вещества   осуществляют   с помощью   инструментальных   методов,   а   отдельные   реакции   выполняют капельным или микрокристаллоскопическим способами.В капельном анализе обычно применяются реакции, сопровождающиеся изменением   окраски   раствора   или   образованием   цветных   осадков.   Их проводят   на   полосках   фильтровальной   бумаги   или   на   специальной фарфоровой пластинке с углублениями. Микрокристаллоскопические реакции выполняют на предметном стекле. О   присутствии   соответствующих   элементов   или   ионов   судят   по   форме образующихся   кристаллов,   рассматривая   их   под   микроскопом. Основоположниками   микрокристаллоскопического   анализа   являются выдающиеся русские ученые М. В. Ломоносов и Т. Е. Ловиц. Полумикроанализ занимает промежуточное положение между макро­ и микроанализом.   Для   его   проведения   требуется   1–10   мл   раствора, содержащего 50–500 мг исследуемого вещества. Все операции осуществляют при   помощи   специальных   приемов   и   аппаратуры   уменьшенных   размеров. Например, реакции осаждения выполняют в маленьких конических пробирках емкостью  2–4  мл,  в  суженном  кончике   которых   легко   можно  рассмотреть малое   количество   осадка.   Для   отделения   осадка   от   жидкости   используют центрифугирование. Анализ веществ микро­ или полумикрометодом имеет ряд преимуществ. Расход   реагентов   уменьшается   во   много   раз.   Воздух   лабораторного помещения не так сильно загрязняется вредными газами и парами. В   специальных   случаях,   например   при   исследовании   высокотоксичных соединений,   применяется  ультрамикрометод  химического   анализа, позволяющий   работать   с   еще   меньшими   массами   веществ,   чем   при микроанализе.