Кейс учителя химии. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.

Зябкина О.А, учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Кейс учителя химии КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ Задачей количественного анализа является определение массы отдельных химических элементов, входящих в состав индивидуального соединения или смеси   веществ.   Количественный   анализ   выполняют   с   помощью   различных химических,   физико­химических   и   физических   методов.   В   любом   случае между   массой   определяемого   элемента   и   измеряемым   свойством   должна существовать   определенная   зависимость,   выражаемая   математической формулой или графически. Если   изучаемый   объект   неоднороден   и   при   его   последовательной обработке   водой,   кислотами,   щелочами   в   раствор   переходят   все   новые   и новые компоненты, то каждый из получившихся растворов нужно исследовать отдельно. Это облегчит анализ. Гравиметрический и титриметрический методы анализа Гравиметрический   метод  основан   на   существовании   прямо пропорциональной   зависимости   между   массой     вещества   m   и   силой   Р,   с которой эта масса притягивается к Земле: где g – ускорение свободного падения. Р = g ∙ m, Определяемый   элемент   при   помощи   соответствующих   химических реакций восстанавливают до простого вещества или переводят в соединение известного   состава.   Взвесив   полученное   вещество   и   выполнив   несложные расчеты, находят массу элемента. Гравиметрический   метод   лежит   в   основе   всех   остальных   методов количественного анализа. С него началось развитие количественного анализа примерно   185   лет   тому   назад.   Поэтому   весы   являются   основным инструментом любой химической лаборатории. Точно   отмеренная   на   весах   масса   вещества,   которая   в   дальнейшем подвергается анализу, называется аналитической навеской. При   взятии   навески   запрещается   насыпать   отвешиваемое   вещество непосредственно   на   чашку   весов,   взвешивать   нагретые,   мокрые   и   грязные предметы,   открывать   переднюю   стенку   весов,   взвешивать   с   открытыми боковыми дверцами. Титриметрический анализ  заключается в измерении объема раствора реагента, затраченного на взаимодействие с определяемым компонентом. При этом концентрация реагента должна быть предварительно установлена. Знаяобъем прибавленного раствора и концентрацию реагирующего вещества в нем, нетрудно рассчитать количество анализируемого компонента в пробе. Раствор   с   известной   концентрацией   реагента   называется   рабочим. Процесс прибавления рабочего раствора к анализируемой пробе называется титрованием.   Титрование   необходимо   продолжать   до   точки эквивалентности, то есть до того момента, когда реагирующие между собой вещества   окажутся   в   эквивалентных   количествах.   Точку   эквивалентности устанавливают   с   помощью   химических   индикаторов   или   специальных приборов. Например,   требуется   определить   концентрацию   гидроксид­ионов   в растворе.   Возьмем   рабочий   раствор   хлороводородной   кислоты   и   будем прибавлять   его   к   исследуемой   пробе.   При   этом   происходит   реакция нейтрализации. Точку эквивалентности можно установить с помощью любого кислотно­ основного индикатора, например лакмуса. Первая избыточная капля раствора хлороводородной кислоты вызовет изменение окраски индикатора от синей к красной. Измерив объем прибавленного реагента и зная его концентрацию, легко можно вычислить содержание ионов ОН  в пробе. ‾ В основу  титриметрического  анализа  могут  быть  положены  только  те химические реакции, которые протекают с достаточно высокой скоростью и практически   до   конца,   выражаются   определенным   уравнением   и   не сопровождаются   побочными   процессами,   связанными   с   расходованием реагента   или   анализируемого   вещества.   Кроме   того,   должен   существовать несложный способ, позволяющий устанавливать точку эквивалентности. Титриметрические   методы   анализа   классифицируют   по   типу выполняемых   химических   реакций.   Различают   метод   нейтрализации, осаждения, окисления­восстановления, комплексообразования. Метод   нейтрализации  применяется   для   определения   концентрации кислот   и   оснований.   В   качестве   реагентов   в   этом   методе   используются растворы сильных минеральных кислот (при анализе оснований) и щелочей (при анализе кислот). Основу метода составляет реакция нейтрализации. Метод осаждения  объединяет те случаи определений, при которых в результате   взаимодействия   реагента   с   исследуемым   веществом   образуется малорастворимое соединение, например AgCl, BaSO4 или PbSO4. С   помощью  метода   окисления­восстановления  устанавливают содержание окислителей и восстановителей в растворе. В качестве реагентов в этом   методе наиболее часто применяют КМnО4  (перманганатометрия), K2Cr2O7 (дихроматометрия) и I2 (иодометрия). Метод   комплексообразования  основан   на   использовании   реакций, сопровождающихся   образованием  комплексных  соединений.  Например, для определения цианид­ионов часто используют реакцию, в результате которой –. Если к раствору, содержащему образуется устойчивый комплекс Ag(CN)2 ионы   CN–,   прибавлять   нитрат   серебра,   то   сначала   жидкость   остаетсясовершенно   прозрачной.   После   достижения   точки   эквивалентности   первая избыточная   капля   реагента   приводит   к   выпадению   малорастворимого аргентоцианида серебра. Различают несколько способов выполнения титриметрического анализа: прямое титрование, обратное титрование и титрование заместителя. Прямое титрование состоит в непосредственном прибавлении рабочего раствора к пробе с определяемым веществом. Обратное   титрование  основано   на   использовании   двух   рабочих растворов.   Сначала   к   анализируемой   пробе   приливают   точно   измеренное количество   первого   рабочего   раствора,   в   котором   содержится   реагент, взаимодействующий   с   определяемым   веществом.   Непрореагировавший избыток этого реагента оттитровывают с помощью второго рабочего раствора. Метод обратного титрования применяют в тех случаях, когда исследуемое вещество обладает повышенной летучестью. В   некоторых   вариантах   титриметрического   анализа   сначала   проводят реакцию определяемого вещества с каким­либо реагентом, а затем титруют один   из   продуктов   этой   реакции.   Такой   способ   называется  титрованием заместителя. Колориметрический анализ Очень многие вещества окрашены в тот или иной цвет. Это их свойство находит   применение   в   качественном   анализе   для   обнаружения   отдельных 2Ї элементов   или   ионов.   Именно   таким   способом   обнаруживают   ионы   СrО4 (образование надхромовой кислоты), Сu2+ (получение аммиачного комплекса), МnО4 Ї (собственная окраска). Очевидно,   что   чем   выше   концентрация   окрашенного   вещества,   тем интенсивнее   окраска   раствора.   В   настоящее   время   имеются   приборы,   с помощью   которых   можно   с   высокой   точностью   измерять   оптические плотности различных жидкостей. Для этого исследуемые жидкости помещают в стеклянные сосуды (кюветы) определенной длины. Метод   анализа,   основанный   на   измерении   оптической   плотности окрашенных     растворов,   называется  колориметрическим  (от   англ.   слова «color» – цвет).  Практически   это   делают   следующим   образом.   Берут   два   одинаковых стеклянных   мерных   цилиндра.   В   один   из   них   наливают   анализируемый раствор,   а   в   другой   –   раствор   с   известным   содержанием   вещества. Разбавлением более окрашенного раствора добиваются уравнивания окрасок.  При проведении колориметрического анализа необходимо, чтобы испытуемый и эталонный растворы имели одинаковый состав. Кроме того, во многих  случаях образование окрашенного соединения происходит не мгновенно, и  требуется выждать некоторое время от момента приготовления раствора до  измерения его оптической плотности.