Комплексонометриялық титрлеу әдістері
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
АЛМАТЫ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
ҚОЗЫБАЕВ А., ОМАРҚҰЛОВ Т.О.,
ЖЕКСЕНБАЙ Н.
АНАЛИТИКАЛЫҚ ХИМИЯНЫҢ ҚЫСҚАША КУРСЫ
Алматы, 2015
ЭӨЖ 543(075.8)
ББК 24.4я73
Оқулық Алматы технологиялық университетінің әдістемелік бірлестігімен баспаға ұсынылған
Пікір жазғандар:
Қозыбаев А. Омарқұлов Т.О., Жексенбай Н.,
Аналитикалық химияның қысқаша курсы: оқулық кредиттік технология бойынша технологялық мамандықтарда оқитын студенттерге арналған. - Алматы: АТУ, 2015. - 209 бет.
ISBN
Оқулық ҚР оқу және білім министрлігінде бекітілген Аналитикалық химияның типтік бағдарламасы бойынша құрастырылған,жоғарғы оқу орнында технологиялық мамандықтар бойынша оқитын студенттерге және оларды оқытатын мұғалімдерге арналған.
Оқулық технологиялқ кредиттің талаптарына сәйкес құрастырылған және дәріс конспектісін, зертханалық тәжірибелер, тәжірибелік сабақтар,студенттердің мұғалімдермен бірігіп жасайтын тапсырмалары толығымен берілген.
Оқулық күндіз, сырттай, арақашықтықта аудиторияда және аудиториядан тыс жерде оқитын студенттерге арналған, сонымен қатар кредиттік технология бойынша технологиялық мамандықтарға жоғарғы оқу орындарында сабақ беретін мұғалімдерге арналған.
ЭӨЖ 543(075.8)
ББК 24.4я73
ISBN
(C) АТУ, 2015
(C)Қозыбаев А. Омарқұлов Т.О., Жексенбай Н.
КІРІСПЕ
Бұл оқулық Мемлекеттік оқу стандартына сәйкес және аналитикалық химияны технологиялық мамандықтарында кредиттік технология бойынша оқитын студенттерге арналып жазылған.
Бірінші бөлімінде аналитикалық химияның классикалық (химиялық) әдістері гравиметрия және титриметрия қарастырылған. Осы әдістердің теориялық негіздері, қолданылатын жерлері, жетістіктері мен кемшіліктері, метрологиялық сипаттамалары қысқаша баяндалған. Көлсетілген аналитикалық анықтаулардың схемалары студенттерді осы тәсілдердің негізімен және жалпы түсініктерімен танысуға мүмкіндік жасайды. Дегенмен теориялық, практикалық және есептеу бөліктері бір - бірімен тығыз байланысты.
Екінші бөлімінде физика - химиялық анализ тәсілінің теориялық негіздері қысқаша көрсетілген: спектральды, электрохимиялық, хроматографиялық. Осы тәсілдердің аналитикалық мақсатта қолдану мүмкіншіліктері айтылған.
Жоғарыда айтылғандай әдістеме екі бөлімнен тұрады: классикалық (гравиметрия, титриметрия) және физика - химиялық (оптикалық, электрохимиялық, хроматографиялық) талдау әдістерінен тұрады. Мұнда аналитикалық химияның барлық тақырыбын қамтиды. Әр бір тақырыптағы теориялық негіздері мен есептеулер келтірілген, олар мысалдар мен пысықталынған. Сонымен қатар студенттерді оқу материалдары мен жұмыс істеуге және ғылыми көзқарастарын дамытуға мүмкіндік жасалынған. Осының барлығы студенттер өз бетінше дайындалып сабақты және емтиханды дұрыс тапсыруға жағдай жасайды. Студенттердің білімінің сапалылығын жазбаша түрде және ауызша тексеруге болады.
Оқулық сырттай және күндіз оқитын студенттердің өз бетінше жұмыс жасауына негізделген.
БӨЛІМ 1. ДӘРІС КОНСПЕКТІЛЕРІ
Тақырып 1. Химиялықлық талдау әдістері және оның түрлері
Аналитикалық химияның теориялық негіздері қоғамтану пәнінің заңдары, Д. М. Менделеевтің периодтық заңы, зат массасының және энергияның сақталу заңы, заттың құрам тұрақтылық заңы, массалық әсерлесу заңы А. М. Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясынан құралады.
Аналитикалық химияда анализдеу мен синтездеу тығыз байланысты. Анализ-бұл заттардың құрам бөлігін анықтауға және химиялық қосылыстарды синтездеуге, түсті ерітінділерді, ерігіштігі аз кристалды заттарды зерттеуге негізделген.
Аналитикалық химияның әдістері.
Аналитикалық химия екі бөлімнен тұрады: химиялық (классткалық) және физика-химиялық анализ.
Химиялық талдау әдісі екі негізгі бөліктен тұрады:
а) гравиметриялық;
б) титриметриялық.
Физика - химиялық талдау әдісі:
а) оптикалық талдау және спектралды анализге;
б) электрохимиялық талдауға;
в) хроматографиялық анализге және т. б. бөлінеді.
Бұлардан да басқа әдістер бар, мысалы: металлдарды анықтау, судың кермектілігін анықтау, тамақ өнімдерін анализдеу, органикалық қосылыстарды анықтау. Соңғы жылдары компьютерді және математикалық әдістерді химиялық анализдерде кеңінен қолданып келеді.
Заттармен азық-түліктердің сапасын анықтау әдістеріне қойылатын талаптар:
Әдісті стандарттау және унификациялау;
Анализдеу әдістемесін бекіту;
Заттың сапасын көрсететін құжатта тіркеу. Аналитикалық сигнал.
Барлық аналитикалық әдістер аналитикалық сигналды өлшеу мен анықтауға негізделген.
Аналитикалық сигнал-бұл заттардың физикалық және химиялық қасиеттерін анықтау үшін және компоненттердің сандық, сапалық мөлшерін табу үшін қолданатын факторлар.
Физикалық анализ әдісінде (химиялық реакциясыз) аналитикалық сигнал ретінде қайнау температурасын алады;
Гравиметриялық анализде аналитикалық сигнал ретінде тұнбаның массасын алады;
Титриметриметриалық анализде аналитикалық сигнал ретінде титрдың көлемі алынады.
Физико-химиялық анализ әдісінде аналитикалық сигнал ретінде физикалық мәндерді алады. Мысалы, тоқ күші, оптикалық тығыздық, электр өткізгіштіктер.
Гравиметриялық анализ әдісінің мәні
Гравиметриялық анализ заттардың массасын анықтауға негізделген.
Гравиметриялық анализдің екі түрі бар: айдау әдісі және тұнбаға түсіру әдісі.
айдау әдісі мен ұшқыш заттардың массасын анықтайды;
тұндыру әдісі мен тұнбаға түсетін заттарды анықтайды.
Гетерогенді ортадағы тепе-теңдік (С. Ж. Ж. - студенттің жеке жұмысы)
Аз еритін қосылыстарды тұнбаға түсіргенде гетерогенді жүйемен кездесеміз. Тұнба ерітіндімен беттескенде екі жүйе болады - қатты және сұйық. Бұл жағдайда тұнба ериді, осы кезде динамикалық тепе-теңдік орнайды.
тұнба АВА[+] + В[-] ер-ді.
Массалық әсерлесу заңы бойынша, тепе-теңдік орнағанда,
КАВ немесе
соnst [А[+]][В[-]] КАв; соnst
мұндағы, [А[+]][В[-]] - концентрациялық көбейткіш (КК);
КАВ - ерігіштік көбейткіш (ЕК).
ЕК-бұл гетерогенді тепе-теңдіктің тұрақтысы (константа) тұнба ер-ді яғни ЕКАК [А[+]][В[-]].
Тұнбаның түзілуі және еруі
Егер ККЕК тұнба түзіледі (таблицадан алынған мән қаныққан ерітінді). ККерітіндідегі ион ЕК тұнба тұнбаның еруі (таблицалық мән) қанықпаған ерітінді. ЕК аз еритін қосылыстардың концентрациясы басқа заттардың концентрациясына байланысын көрсетеді. ЕК-ті пайдаланып заттардың тұнбаға түсуін, еруін және реакциялардың жүруін анықтауға болады.
Біртекті иондар тұнбаның түзілуіне әсер етеді. Бұл жағдайда тұнбаның ерігіштігі азаяды. Тепе-теңдік - тұнба түзілу жағына ығысады.
Тұнбаның еру процессі кезінде қаныққан ерітіндінің құрамынан электролиттің бір ионын шығарып, оны басқа жаңа қосылыпен байланыстыруқажет. Ерітінді қанықпаған күйге айналады да тепе-теңдік тұнбаның еріген бағытына ығысады.
Тұнбаның ерігіштігіне әсер ететін факторлар
Ерітіндінің рН-ң өзгеруі - сутегінің көп иондары тұнбаның еру қабілетін арттырады.
Ерітіндінің құрамында кешен түзуші заттар болса-тұнба ериді.
Тұз эффектісі-тұнбаның ерігіштігі ұқсас иондары жоқ басқа тұздардың қатысуы мен артады.
Бөліп түнбаға түсіру. Ерітіндіде қатысатын бірнеше иондар тұнба түзеді. ЕК-ке байланысты тұнбаға түсу реті: бірінші ЕК-аз тұнба арықарай ЕК-тің артуына байланысты тұнба түзіле береді.
Тұнбаға түсіру әдісінің схемасы:
Пробаны (затты) өлшеу және еріту;
Анықтайтын компонентті тұнбаға түсіру;
Сүзу және жуу;
Кептіру және қақтау (прокаливание);
Өлшеу және анализ нәтижесін есептеу.
Бұлардың ішіндегі негізгісі тұнбаға түсіру. Тұнбаға түсіргішті дұрыс таңдау мен тұнбаға түсіру заттың формасына, структурасына, тұнбаның тазалық дәрежесіне және оның мөлшеріне, концентрациясына байланысты болады.
Тұнбаның формасы
Көбінесе тұнбаны қақтағанда өзінің химиялық құрамын өзгертеді. Мысалы,
2Fe[3+] тұнбаға түсіру 2Fe(OH)3 t[0]C Fe2O3
анықталатын тұнбаға гравимериял ық
зат түсу формасы (өлшеу) формасы
Тұнбаға түсу формасы-ол анықталатын компоненттің ерітіндіден тұнба ретінде басқа қосылыс түрінде түзілуі;
Гравимериялық форма тұнбаның (заттың) қақтағаннан кейінгі формасы. Кейде қақталған тұнба (зат) өзінің химиялық формасын өзгертпейді. Мысалы,
Ba[2+] + SO4[2-] BaSO4
анықталатын зат
BaSO4 қақтау BaSO4
тұнбаға түсу гравиметриялық (өлшеу)
формасы формасы
Тақырып 2. Тұнбаның түзілу механизмдері және оған қойылатын талаптар. тұнбаның ластануы және тазарту жолдары
Қатты фазаның (тұнбаның) түзілу күрделі процесс, оны мына схемамен көрсетуге болады.
Анықталатын компонент + тұнба түсіргіш
индукциялық кезең
(алғашқы кристалдардың түзілуі)
тұнбаның түзілуі
(үлкен бөлшектердің түзілуі)
бөліп-бөліп жылдам тұнбаға
тұнбаға түсіргішті құю түсіргішті тез құю
алғашқы кристалл алғашқы кристалдардың
бетінде заттың бөлінуі үлкен агрегаттарға
қосылуы (коагуляция)
кристаллды аморфты
тұнбаның түзілуі тұнбаның түзілуі
Сурет 1 - Кристалды тұнбаның түзілуі
Аналитикалық мақсатта күрделі кристаллды тұнбамен жұмыс жасаған ыңғайлы. Осыны ескеріп күрделі кристалды тұнбаның түзілуіне жағдай жасау қажет.
Аморфты тұнбаның түзілуі.
Аморфты тұнбалар коллоидтты бөлшектердің бірігуінен түзіледі. Коагуляция және пептизация процессін болдырмау үшін, аморфты тұнба түзілуіне жағдай жасау қажет.
Гравиметриялық анықтаудың оптимальды жағдайын жасауға теориялық негіздері
Кез-келген затты анықтау үшін, анализдің дәл мәні қажет, сондықтан оптимальдық жағдайды жасау керек:
Тұнбаға түсіргішті анықтау;
Тұнбаға түсу және гравиметриялық форманы дұрыс анықтау;
рН тұнбаға түсуге әсері;
Кешен түзілудің әсері;
Жуатын сұйықты таңдау;
Тұз эффектісі.
Бірігіп тұнбаға түсу (соосаждение).
Тұнба түзілген кезде бірігіп басқа қоспалар түседі. Оның бірнеше түрі бар: адсорбция, окклюзия, изоморфизм:
адсорбция: қоспа қатты фазаның бетінде орналасады;
окклюзияда қоспа тұнбаның ішкі қабатында орналасады;
изоморфизмде аралас кристаллдар түзіледі.
Анализ жүргізген кездегі бірігіп тұнбаға түсудің себептері:
гравиметриялық анықтау жүргізгенде қате жіберу;
микрокомпонент кез-келген коллектор-мен (носитель) бірігіп түседі;
реакцияның сезімталдығын артырады;
тұнбаға түсу жағдайын арттырады;
анализге кедергі жасайтын заттарды жою.
Ластанудан тазарту жолдары:
қоспаларды басқа иондармен біріктіріп, аз тұнбаға түсетін формаға ауыстырады;
тұнбаны жақсылап жуу;
қайта тұнбаға түсіру;
тұнбаға түсіру талаптарын бұзбау.
Гравиметриялық әдістегі есептеулер:
Анализге берілген заттың сынамасын есептеу.
m(анализ. зат) К (1)
мұндағы, К - тұнбаның түріне сәйкес коэффициент.
Егер тұнба аморфты болса К = 0,1, ал кристалды болса К = 0,5
p, q - стехиометриялық коэффициен
Тұнбаға түсіргіштің (т. т) көлемін есептеу.
V(т. т. ) 1,5 (2)
мұндағы, q, р - стехиометриялық коэффициент;
, - тұнбаға түсіргіштің тығыздығы;
анықталатын заттың мөлшерін есептеу.
F (3)
мұндағы, Р, q - стехиометриялық коэффициент.
m(анық. зат) m (грав. ф)F (4)
(анықзат) (5)
Тақырып 3. Титриметриялық көлемдік талдау
Титриметриялық анализ анықтауға берілген затқа жұмсалған титранттын (реактивтің) дәл көлемін өлшеуге негізделген әдіс, сондықтан оны кейде көлемдік анализ деп атайды.
Сол жұмсалған титранттың көлемі арқылы анықталатын заттың мөлшерін табады. Титрант ретінде берілген ерітіндінің концентрациясы жоғары дәлдікпен анықталған болу керек. Бұндай ерітінді титрленген немесе стандартты деп аталады. Ал титрленетін (анализге берілген ерітінді) жұмысшы енрітінді деп аталады.
Титрлеу - бұл титрант титрлейтін ерітіндіні жайлап (тамшылатып) қосып отыру.
Эквиваленттік нүкте (Э. Н. ) - бұл титрлейтін ерітінді мен титранттың көлемі химиялық эквивалентті түрде тең болған кезі.
Эквиваленттік нүктеге жеткен кезде эквиваленттік заң орындалады.
Титрант ерітіндісін стандарттау - бұл оның жоғары дәлдікпен концентрациясын тұрақтандыру.
Ерітіндіні стандарттау
Тұрақтандырылған ерітінді әдісі
Дайындалған ерітінді әдісі
Фиксанал
әдісі
Стандартты ерітіндімен
Жеке пипетир-өлшеуленген
Сурет 2 - Титриметриялық анализ әдісінің классификациясы
Титриметриялық анализ бірнеше топқа бөлінеді:
титрлеу реакциясының типіне қарай;
титрлеу әдісіне байланысты;
титрлеу түріне байланысты.
Реакция түріне байланысты классификациялау:
қышқылдық - негіздік титрлеу әдісі (протон алмасу);
тотығу - тотықсыздану әдісі (перманганатометрия, иодометрия т. б. );
кешен түзу әдісі (комплексонометрия, меркуриметрия т. б. );
тұнбаға түсіру әдісі (аргентометрия, меркурометрия т. б. ).
Титрлеу әдісі.
тура титрлеу;
кері титрлеу.
Титрлеу түрі.
пипетирлеу әдісімен титрлеу;
жеке өлшеу әдісімен титрлеу.
Титриметрия әдісіндегі есептеулер.
Титриметрия әдісінде эквиваленттік факторға (fэ), эквиваленттік молярлы масса (Мэ), эквиваленттік молярлы концентрациясы (Сэ), молярлы концентрация (С).
Титриметриялық анализ әдісінде концентрацияны титр (Т) арқылы өрнектейміз.
жұмысшы заттың титрімен (Тж. з. ) немесе титр:
Тж. з. ; Т(х) (6)
өлшем бірлігі гмл, гсм[3].
Сэ(х) V(х) Сэ(х) V(х) (7)
мұндағы Сэ(х), V(Х) - бірінші ерітіндінің нормалды конценрациясы және көлемі.
Сэ(Х), V(Х) - екінші ерітіндінің нормалды концентрациясы және көлемі.
Тақырып 4. Қышқылдық - негіздік титрлеу әдісі
Н[+] + ОН[-] Н2О - бұл әдіс осы реакцияға негізделген.
Қышқылдық - негіздік титрлеу әдісінің екі түрі бар:
алкалиметрия - титрант - негіз титрлейтін ерітінді - қышқыл
ацидиметрия - титрант - қышқыл титрлейтін ерітінді - негіз.
Бұл әдісімен Н[+] және ОН[-] концентрациясы өзгереді. Яғни титрлейтін ерітіндінің рН өзгереді. рН-тың белгілі бір мәнінде эквиваленттік нүктеге жетеді, осы кезде титрлеуді тоқтатамыз.
Қышқылдық - негіздік титрлеу индикаторлары.
Э. Н. анықтау индикатордың көмегімен жүргізіледі, рН - тың белгілі мөлшерінде ерітіндінің түсі өзгереді. Индикатордың түсінің өзгеруі. Освальдтың иондық теориясына және хромоформ теориясына негізделеді.
Титрлеу қисығы
Титрлеу қисығы индикаторды анықтау үшін қажет. Титрлеу қисығын рН есептеу арқылы тұрғызады: 1) Э. Н. дейін ; 2) Э. Н. 3) Э . Н. кейін.
Э . Н. - ге жақын жерде рН-күрт өзгереді титрлеу биіктігі пайда болады. Титрлеу биіктігінде жатқан индикатор титрлеу үшін жарайды.
рН
индик.
Э. Н. V, мл
Сурет 3 - Титрлеу қисығы
Биіктік мәні титрлейтін ерітіндінің концентрациясына байланысты. Титрлейтін ерітінді әксіз болса, биіктік төмен болады. Биіктік азайған сайын қолданатын индикатор да азаяды.
Титрлеудің - 4 түрі бар:
күшті қышқылды күшті негізбен және керісінше титрлеу;
әлсіз қышқылды күшті негізбен және керісінше титрлеу;
күшті қышқылды әлсіз негізбен және керісінше;
әлсіз қышқылды әлсіз негізбен титрлеу.
Тақырып 5. Редоксиметрия. Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдісі. Редоксиметрия әдісінің мәні және оның түрлері
Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдісі-анықталатын затты тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш титрлеуге негізделген.
Тотығу-тотықсыздану реакциясының төрт түрі бар:
перманганатометрия - KMnO4;
иодометрия - J2 немесе J-;
дихроматометрия - K2Cr2O7;
броматометрия - KBrO3.
Тотығу-тотықсыздану раекциясының негізінде электронейтралды заң жатады: егер бір зат тотықса белгілі бір электронын беріп, келесі зат тотықсызданады, электронды қабылдап электронейтралды заң материяның сақталу заңының жалғасы.
Екі жүйенің жартылай реакциясының схемасын былай жазуға болады:
Тотық. 1+Тотықсыз. 2 Тотықсыз. 1+Тотық. 2 редокси жұптары қатысады.
Тотығу-Тотықсыздану бағыты тотығу-тотықсыздану потенциалының редокс-жұбының салыстырмалы күшіне байланысты. Тотығу-тотықсыздану потенциалын өлшеуді гальваникалық элементтің көмегімен жүргізеді, ол стандартты потенциал деп аталады - Е[0].
стандартты потенциал - ионды беру және қабылдау қабылеті;
Е[0] - үлкен болған сайын күшті тотықтырғыш, керісінше тотықсыздану қабылеті аз;
2-і тотықтырғыштан қайсысының күші аз болса содан электронды алады;
егер Е(Э. Қ. К. ) Е[0](тот. ) - Е[0](тотықсыз) 0 болса, онда тотығу - тотықсыздану реакциясы редоксиметрияда қолданады.
Тотығу-тотықсыздану реакциясы Нернст теңдеуімен көрсетіледі:
Е т-з Е[0]тт тз + ln. (8)
Тотығу-тотықсыздану потенциалына әсер ететін факторлар:
температура, неғұрлым t[0]-ра жоғары болса, соғұрлым тотығу - тотықсыздану потенциалы үлкен.
әсерлесетін заттың концентрациясы.
Егер тотығу - тотықсыздану реакция сонда стехиометриялық коэффициент болса, онда олар Нернст теңдеуінде дәрежелік көрсеткіш ретінде түседі.
Еа ТоТ d ТЗ Е[0]а ТоТ d ТЗ + (9)
сутегі ионының (Н[+]) концентрациясы тотығу-тотықсыздану реакциясын (m) қатысады.
ЕТоТТЗЕ[0]ТоТТЗ (10)
Нернст теңдеуіне константаның сандық мәнін қойып (R,F), T 293 K, натуралды логарифмді ондық логарифмге айналдырып (ауысу модуль 2,3) теңдеуді былай жазамыз:
ЕТоТТЗ Е[0]ТоТ ТЗ (11)
Титриметриялық анализде тотығу - тотықсыздану раециясын мына жағдайларда қолданады:
соңына дейін жүреді (қайтымсыз );
жылдам және стехиометриялы жүреді;
химиялық құрамы белгілі зат түзіледі;
эквиваленттік нүктенің дәл анықтауға мүмкіндік береді;
зерттелетін ерітіндінің құрамындағы бөгде заттармен реакцияға түспейтін.
Тотығу - Тотықсыздану реакциясының жылдамдағына әсер ететін факторлар.
әсерлесетін заттардың концентрациясы;
температура;
ортаның рН;
қатысатын катализатор.
Тотығу - тотықсыздану реакциясының тепе - теңдік константасы (К):
lgK. (12)
Яғни тотығу - тотықсыздану потенциалының айырымы неғұрлым көп болса, соғұрлым тепе - теңдік константасы жоғары болады.
Редоксиметрияда титрлеу қисығын мына координатада (Е-V) тұрғызады.
Е,В
Э. Н. V,мл
Сурет 4 - тотығу - тотықсыздану потенциалы
Неғұрлым стандартты потенциалдың айырымы көп болса, соғұрлым тепе - теңдік константа көп, егер неғұрлым титрлеу биіктігі жоғары болса, соғұрлым индикаторды таңдау шегі көп.
Тотығу - тотықсыздану титрлеу тәсілдері
Редоксиметрияда Э. Н. мына әдістерде анықтауға болады:
Тотығу - тотықсыздану жүйесінің түсінің өзгеруіне қарай тотығу - тотықсыздану индикаторын қолдануға болады;
қосылған ерітіндінің түсіне қарай - индикаторсыз (перманганатометрия).
жұмысшы ерітіндіге титрлейтін ерітіндіні қосқандағы түсіне қарай (иодометрия).
Қайтымсыз индикаторлардың ерітіндісіне жұмысшы ерітіндіні артық мөлшерде қосқанда тотықсыздану арқылы түсі өзгеретін (броматометрия).
Тақырып 6. Перманганатометриялық және иодометриялық титрлеу әдістері
KMnO4 тотығу қасиеті жүрген реакцияның ортасына байланысты,
рН 7 MnO-4 +8H++5e- Mn2+ +4Н2О; Е[0]1,51В, Мэ15М;
құлпынай түсті түссіз
рН=7 MnO4- + 2Н2О +3е[-]MnO2 + 4ОН[-]; Е[0]0,60В, Мэ13 М;
күлгін - түс қоңыр түсті
рН7 MnO4[-] + е[-]MnO[2-]4 Е[0]0,56В, МэМ.
жасыл түс
Титрлеу қышқылдық ортада кеңінен таралған, себебі:
KMnO4 тотықтырғыш қасиеті жоғары;
негіздік және бейтарап ортада Э. Н. анықтау қиын;
KMnO4 - тің жұмысшы ерітіндісін былай дайындайды:
фиксанал әдісі.
Тікелей перманганатометрия титрлеу әдісімен кез-келген тотықсыздандырғыштарды анықтайды.
Иодометриялық титрлеу әдісі
Негізгі теңдеуі I + 2e[-] 2I [-], E[0]I 2I +0,54 В
Бұл универсалды әдіс, себебі тотықтырғыш та тотықсыздандырғыш та бола алады.
Тотықсыздандырғышты анықтау.
2S2O3 2- +I 2I- + S4O6 2-
Титрлеудің соңында бояуының түсі азаяды сондықтан, индикатор ретінде крахмалды колданады.
Тотықтырғышты анықтау.
Cr2O7[2-] + 6I[-] + 14H[+]3I2 + 2Cr[3+] + 7H2O
Бұндай титрлеуді жүргізуге болмайды, себебі I2 айналуын анықтау мүмкін емес, яғни Э. Н. анықталмайды. Сондықтан қосалқы әдіс - ығыстыру әдісін қолданады.
Тақырып 7. Комплексонометрия. Комплексонометриялық титрлеу әдістері
Кешенді титрлеу әдісі кешен түзетін реакцияларға негізделген.
Комплесонометрияда мындай реакциялар жүреді:
oo жылдам
oo стехиометриялы
oo санды
Комплексонометрия сілтілік, ауыспалы металдардың катиондарын анықтауға арналған.
Титрант ретінде динатрий тұзы, этилендиаминтетроуксус қышқылы ЭДТА ( комплексон III, трилон Б) қолданады.
HOOCH2C CH2COONa
N-CH2-CH2-N немесе
NaOOCH2C CH2COOH
қысқаша Na2H2Тr
Екі зарядты металл (Mg[2+]) мен әрекеттесу схемасын былай жазуға болады.
OOCH2C CH2COONa
N-CH2-CH2-N
NaOOCH2C CH2COO[-]
Mg[2+]
Яғни ЭДТА металл катионымен әрекеттескенде Н[+] ығыстырады, сондықтан титрлегенде рН үлкен қзымет атқарады.
Титрлеу қисығы РМе - V титрант байланысты; РМе - lg;
РМе
Э. Н. V
Титрлеу биіктігі - комплекстің Ктұр және реагент концентрациясына байланысты.
Индикатор ретінде металлиндикаторлар - органикалық бояғыштар (эрнохром қара, мурексид ) қолданады.
Меркуриметрия - сынап (II) тұздарын титрант ретінде қолдануға негізделген (меркури - ион).
Cl[-], Br[-], CN[-], CNS [-] иондарын анықтағанды аздиссоционалатын қосылыстар түзіледі.
Hg[2+] + Cl[-]
+ Cl[-] HgCl2
I - мен титрлегенде тұрақты комплекс түзіледі:
Hg[2+] + 4I[-]
Әдістің кемшіліктері:
сынап тұздары улы.
Артықшылығы:
Иондарды тікелей анықтайды;
Галоген иондарымен қатар сынап тотықтарының иондарында анықтайды;
Сынап қосылыстары дефицит емес.
Тұнбаға түсіру арқылы титрлеу - тұнбаға түсіру раекциясына негізделген. Сондықтан гравиметриялық анализ әдісіне ұқсастығы бар. Анықталатын заттың мәні титриметриялық әдісіндей анықталады.
Бізге белгілі тұнбаға түсіру әдістері:
Аргентометрия - титрант AgNO3
AgNO3 + Cl[-] AgCl + NO[-]3
анық. зат.
Меркурометрия - титрант Hg2(NO3)2
Hg2(NO3)2 + 2Cl[-] Hg2Cl2 + 2NO[-]3
анық. зат.
Тұнбаға түсіру арқылы титрлеу әдісіне қойылатын талаптар:
тұнбаның аз ерігіштігі;
титрантты қосқанда тұнбаның тез түзілуі;
аз мөлшерде ластанады;
Э. Н. анықтайтын индикатор бар.
Э. Н. былай анықтайды;
индикаторсыз;
адсорбциялық индикаторды қолданып.
Тұнбаға түсіру арқылы титрлеу әдісінің қисығын pKt - V және pAn - V; мұндағы Kt, An - катион, анион тұнба түзетін:
pKt -lg pAn -lg.
Ион
конц.
Э. Н.
Титрлеу биіктігі үлкен болады, егер:
титрлейтін және сандартты ерітіндінің жоғары концентрациясында;
тұнбаға түсетін қосылыстың ерігіштігі аз болса;
Тақырып 8. Физико-химиялық талдау әдістері. Оптикалық (спектралды) талдау әдістері және оның классификациясы
Бұл әдістің саны көп, бірнеше жүз болады, олардың ішіндегі негізгілері:
Оптикалық (спектралды) анализ
Электрохимиялық анализ;
Хроматографиялық анализ әдісі.
Бұлардың ең негізгісі оптикалық (спектралдық) анализ. Ол эмиссионды атомдық спектроскопия, атом- адсорбциялық спектроскопия.
Инфрақызыл спектроскопия, спектрофотометрия, люминисцения т. б. әдістер. Бұл әдістің барлығы толқын ұзындықтарының тұтылуына негізделген. Адсорбциондық әдіс тұтылу толқындарына байланысты бірнеше топқа бөлінеді.
Молекулярлық абсорбциондық анализ спектрометрия , Колориметрия;
Нефелометриялық және турбидиметриялық әдіс;
Люминисценттік әдіс;
Атомдар - абсорбциондық анализ әдісі.
Енді осы әдістерге түсініктеме берейік.
Молекулярлық абсорбциялық анализ әдісі - электромагниттік толқындарын молекулаларға сіңірілуіне немесе жұтылуына негізделген. Ультрофиолетті көрінбейтін және инфрақызыл спектрлердің (оларға спектрофотометрия, колориметрия, ИК-спектроскопия жатады) зерттейді.
Нефелометриялық және турбидиметриялық анализ әдісі - шашыраған немесе жұтылған жарық сәулесі арқылы оптикалық тығыздықты өлшеуге негізделген.
Люминисценциялық анализ - шағылысу сәулесінің мәнін өлшеуге негізделген.
Атомды - абсорбциялық анализ - жарық энергиясының жұтылуына негізделген.
Жарық кванты - фотондар - реакцияға қатысушылар ретінде есептелінеді (фотохимиялық реакция). Химиялық өзгерістер сандық және сапалық фотохимиялық анализдің негізі болып табылады.
Тақырып 9. Бугер-Ламберт-Бер заңы. Нефелометрия және турбидиметриялық әдістері
Атом, ион немесе молекула квант жарықтарын жұтып жоғары энергетикалық деңгейге өтеді. Яғни бұл жағдай қозбаған алғашқы түрден қозған екінші түрге айналғанда болады. Жұтылудың нәтижесінде жарық сәулесінің интенсивтілігі концентрация жоғарлаған сайын азаяды.
Оптикалық немесе жарықжұту әдісінің негізгі заңы Бугер - Ламберт - Бер заңы.
Бұл заң анализденетін заттың қалындығына, концентрациясына байланысты. Өткен жарық сәулесінің интенсивтілігі кюветадағы ерітіндінің құрамына, қалындығына, концентрациясына байланысты болады.
Ерітіндіден өткен жарық сәулесінің интенсивтілігінің азаюы өткізу коэффициентіне байланысты (Т):
Т It I0 (13)
мұндағы, It, I0 - түсті ерітіндіге түскен және өткен жарық сәулесінің интенсивтілігі.
Оптикалық тығыздық (А) белгіленіп оның мәні мынаған тең.
- lg T = -lg = lg = A (14)
Ерітіндіге өткен жарық сәулесінің интенсивтілігінің азаюы Бугер - Ламберт - Бер заңына бағынады.
It = I0 10 [-] l С немесе
= 10 немесе
- lgТ= А= lc
мұндағы, - жұтылу молярлық коэффициенті;
l - жарық жұтылатын ерітінді қалындығы;
c - ерітінді концентрациясы.
Егер l =1 см; С = 1 мольл; онда А= яғни ерітіндінің қалындығы бір см болса, онда оптикалық тығыздық, жұтылу коэффициентіне тең болады. - өлшем бірлігі л; моль[-1]; см[-1].
Құрамында бірнеше түсті зат бар ерітіндінің оптикалық тығыздығы аддитивті қасиет көрсетеді, ол жарық жұтылудың аддитивтік заңы деп аталады. Оның оптикалық тығыздығы былай есептелінеді.
А А1 + А2 +,,, + Аn
А 1lс1 + 2lс2+ ...+ nlсn
Нефелометриялық және турбидиметриялық әдіс.
Нефелометриялық және турбидиметриялық анализ әдісінде қатты және коллоидты заттарға жарықтың таралу және жұтылуын қолданады;
нефелометриялық анализ әдісі қатты денелердің әсерінен шашыраған. жарық ағынының интенсивтілігін өлшеуге негізделген. Қатты дененің әсерінен жарықтың шашырау интенсивтілігі Рэлей заңына бағынады.
I2=I0K (15)
мұндағы, N - жарық шашырататын бөлшектің саны;
V - бөлшек көлемі;
- түскен жарық толқынының ұзындығы;
К - тұрақты коэффициенті.
К - коэффициенті талдау барысындағы бөлшектің және ортаның сыну коэффициентін, түскен жарықпен шашыраған жарықтың бұрышын қарастырады.
Турбидиметриялық анализ әдісі лайланған ерітінді арқылы өткен жарық интенсивтілігін азайуын зерттеуге негізделген: Жарық ағынының интенсивтілігін жұтылған және шашырауын қарастырады.
Таратылу шағылысқан толқын ұзындығына және жарықты шашырататын бөлшектердің формасына, кейде олардың жазықтықта орналасуына байланысты болады.
Сұйытылған ерітіндіде жарықтың интенсивтілігі Бугер - Ламберт - Бер заңының теңдеуіне бағынады.
It=I010[-к]lс (16)
мұндағы, К - ерітіндінің лайлану молярлық коэффициенті.
Бұл әдісте берілген затқа талдау жүргізген кезде нефелометр НФМ аспабы қолданылады.
Тақырып 10. Рефрактометриялық және поляриметриялық талдау әдістері
Рефрактометрия. Екі түрлі оптикалық ортадағы жарық сәулесінің сынуы - рефракция деп аталады. Бұл әдісте аналитикалық сигнал ретінде - сыну көрсеткіші (n) қолданады.
Рефрактрометриялық әдіс жетістіктері: оның қарапайымдылығы, жылдамдығы, жоғары дәлдікпен өлшеуі болып саналады.
Рефрактрометрияны биологиялық тамақ өнімдерін, дәрілерді жасауда және олардың физикалық мәндерін анықтағанда пайдаланады. Сыну көрсеткіші деп түскен жарықтың синус бұрышын шағылысқан жарықтың синус бұрышына қатынасын айтады. Берілген ортаның тығыздығына және сәуле бағытына байланысты сыну көрсеткіш екі түрлі болады.
а
(а) (б)
б n = ;
- - жарық түсу бұрышы
- - жарық сыну бұрышы
Сурет 5 - Жарық сәулесі I- ші ортадан II-ші ортаға өтуі
Жарық сәулесі I- ші ортадан II-ші ортаға өтсе шектелген сыну бұрышын өлшейді, II-ші - ден I - ші ортаға өтсе сынбайды, тек ішкі шағылыс құбылысы жүреді.
n - ң мәні толқын ұзындығына, дисперсияға температураға байланысты болады.
Теория және тәжірибе негізінде төмендегі байланыс тұжырымдалған.
f(n) = r
мұндағы, n - талданатын заттың сыну, көрсеткіші. = m V.
- ерітінді тығыздығы концентрацияға байланысты. r- меншікті рефракция, ол берілген заттың табиғатына байланысты болады немесе оны Лоренц - Лоренц теңдеуі деп атайды
r = (17)
мұндағы, R - молярлы рефракция.
R = rM (18)
мұндағы, R - аддитивті ережеге бағынады.
Поляриметриялық анализ әдісінде анализге берілген заттың концентрациясын анықтау үшін оның поляризацияланған сәулесінің жазықтықтағы айналу бұрышын есептейді ( ).
Поляризацияланған сәуле - бұл толқын тербелісі бір жазықтықта орналасқан сәуле. Ол мына формуламен өрнектеледі.
= (19)
мұндағы, - жазықтың поляризациясының айналу бұрышы;
- жазықтың поляризациясының меншікті айналу бұрышы;
l - кювета ұзындығы (трубканың ) см;
Т - анықталатын ерітіндінің титрі.
Өлшенетін бұрыш аналитикалық сигнал болып есептеледі.
Поляриметрияға қойылатын талаптар:
анализге берілген зат оптикалық активті болуы керек, оның оптикалық активтілігі молекула құрылысына байланысты болады;
Оптикалық активті зат сәулелері поляризациялық жазықтықа айналуы мүмкін, егер оңға айналса немесе оң (+) (сағат бағытымен айналады) болады.
Жазықтықтағы поляризациялық айналу бұрышын поляриметрия аспабымен өлшейді.
Табиғи Поляризатор талданатын анал изатор кейбір
Сәуле (П) ерітінді (А) қараңғыл ар
Сурет 6 - Поляриметрияның құрылысы
Бұл әдісті қант өндірісінде (углеводтар), тамақ өндірісінде (белоктар, тағам қышқылдары т. б. ), фармацевтикада (мофрин, никотин т. б. ) қолданады.
Поляриметрияның артықшылығы оның қарапайымдылығы, жылдамдығы, дәл мән өлшеуі болып табылады.
поляризатор (П) - полризацияланған сәуле шығатын жер;
анализатор (А) - жарық поляризациясын тексеретін жер.
Құрылысы жағынан поляризатор мен анализатор бірдей, бірақ атқаратын қызметі әртүрлі (Николь призмасы). Қос сәуленің сынуы - Николь призмасынан табиғи сәулені жібергенде болады, бір сәуле - қарапайым, бастапқы бағытынан өзгереді, екі сәуле - күрделі түскен сәуленің бағытын сақтайды.
Күрделі жарық призма арқылы өтіп, одан кейін оптикалық активті зат арқылы, пояризациялану жазықтығында айналады.
Тақырып 11. Электрохимиялық талдау әдістері. Тура потенциометрия және потенциометриялық титрлеу.
Бұл әдіс электр қозғаушы күшті (ЭҚК) өлшеуге негізделген:
ЕЕ 1 - Е2, мұндағы Е - ЭҚК, Е 1,Е2 - зерттелетін тізбектің электродтық потенциалдары. Электрод ретінде индикаторлы электрод және салыстырмалы электродты қолданады. Индикаторлыэлектродтың потенциалының анықталатын ионның концентрациясына байланысын Нернст теңдеуімен өрнектейді:
ЕЕ[0] + (20)
мұндағы, Е - нақты электрод потенциалы, Е[0] - стандартты электродты потенциал, R - газ тұрақтысы (8,314Джград) Т - абсолюттік температура (273[0] К), F - фарадей саны (96500 Кл) n - электрон саны СТТ, СТЗ - ТТ пен ТЗ - тың концентрациясы.
Потенциометриялық әдістің тура және потенциометриялық титрлеу тәсілдері бар.
I. Тура потенциометриялық титрлеу - әдісі электродтың потенциалдық мәнін дәл өлшеуге және Нернст теңдеуі бойынша электродтағы реакцияның концентрациясын есептеуге негізделген. Бұл әдіспен судағы сутегі катионының концентрациясын яғни рН - ты. Сонымен бірге буферлі ерітінділерді зерттеу үшін қолданады.
II. Потенциометриялық титрлеу (жанама потенциометрия) потенциометриялық өлшеудің нәтижесінде эквиваленттік нүктені анықтауға негізделген ЕF(V) байланысы арқылы потенциометрилық титрлеудің қисығын тұрғызуға болады.
Е,В Еэ. н.
Э. Н. V, мл Э. Н. V, мл
Потенциометриялық өлшеуді жүргізу үшін екі электрод бөлу керек: Салыстырмалы электрод және индикаторлы электрод. Индикаторлы электрод ретінде 1 - ші родты электродтар қолдаылады. Оған шыны электроды жатады. Салыстырмалы электродқа II - ші рядты электродтар күмісхлорлы электрод қолданады.
Потенциометриялық титрлеудің ерекшеліктері:
қатесі аз, сезімтал, лайлы және түсті ерітінділерді өлшей береді, оны автоматтандыру оңай.
Бұл әдісте химиялық реакцияның төрт түріде қолданылады:
қышқылдық;
негіздік;
тұнба түзуші, комплекс түзетін;
тотығу - тотықсыздану.
Оларға қойылатын талаптар: реакция жылдамдығы үлкен болу керек, керекті бағытта жүру керек, стехиометрлі болу қажет, т. б. сәйкес келуі керек.
Тақырып 12. Электроанализ. Фарадей заңы. Электрогравиметрия және кулонометрия
Электроанализ әдісі электр тоғының әсерінен заттың химиялық ыдырауына негізделген. Бұлардың сандық байланысы Фарадеймен өрнектеліп, заң ретінде тұжырымдалған:
Электролиз нәтижесінде ерітіндіден өткен тоқтың мәні электролиз кезінде бөлінген заттың массасына пропорционал.
Ерітіндіден бірдей мөлшерде электр тогы өтсе, электродта бірдей эквиваленттік мөлшерде зат бөлінеді.
Оны математикалық формула ретінде былай өрнектейміз.
m = (21)
мұндағы, m - электролиз кезінде бөлінген зат массасы, г;
Q - ток мөлшері;
MЭ - анықталатын заттың эквиваленттік молярлық массасы;
F - Фарадей саны, 96500 Кл моль.
Q = I t, (22)
мұндағы, I - ток күші;
t - электролиз уақыты.
Электродта жүретін реакцияға байланысты екі түрге бөлінеді: электрогравиметрия және кулонометрия.
Электрогравиметрия - ерітіндінің құрамынан тұрақты ток өткен кездегі қатты заттың бөлінуіне негізделген. Аналитикалық сигнал ретінде бөлінген заттың массасы алынады.
Кулонометрия - мұнда анықталатын зат электродта қатты зат ретінде бөлінбейді. Аналитикалық сигнал ретінде ерітіндіден өткен ток мөлшері алынады.
Тақырып 13. Вольтамперометрия (Полярография). Вольтамперметр қисығының анализі. Амперометриялық титрлеу
Полярографиялық анализ - электролиз жүрген кездегі, берілген кернеуге байланысты ток күшін өлшеуге негізделген.
Бұл байланыс Илькович теңдеуімен өрнектеледі:
Iшек = КС (23)
мұндағы, К - мәні электродтың табиғатына және электродтың жүру жағдайларына байланысты.
Тамшылайтын сынап электродына байланысты Илькович теңдеуі былай жазылады:
I = 607 n Д[12] m[23] 16 c (24)
мұндағы, Iшек - шектелген ток; n - электрондар саны;
Д - диффузиялық коэффициент;
m - сынаптың бір тамшысының массасы;
- электролиз жүрген уақыт; с - ертіндінің концентрациясы.
Тура вольтамперометриялық титрлеу әдісінде аналитикалық сигнал ретінде шектелген ток мәнін (диффузиялық ток) алынады. Шектелген ток пен кернеуге байланысты қисық тұрғызылады. Iшек = f (E), оны вольтамперометриялық қисық немесе полярографиялық толқын деп атайды. Ол аналитикалық параметрлерді алуға жатады. Толқынның ұзындығына жартысы жартылай потенциал толқын ұзындығы (Е12) деп аталады. Толқын биіктігі шектелген тоқ немесе диффузиялық тоқ деп (Iшек немесе Id) аталады, ол ерітіндінің концентрациясына байланысты болады. Егер Iшек = f (C) тұрғызсақ градуирленген қисықты аламыз, оның көмегімен талданатын заттың концентрациясын анықтаймыз.
J
Id(Iшек)
Е (12) Е
J - ток күші, мкА немесе жартылай толқын биіктігі, мм; максимальды көлбеудегі нүктенің потенциалы Е (12) (В) немесе жартылай толқын потенциалы; Ток күші концентрациясы пропоциональ; Е (12) зат табиғатына байланысты.
Сурет 7 - классикалық полярограмма
Амперометриялық әдістің негізгі бір бөлігі амперометриялық титрлеу.
Мұнда аналитикалық сигнал ретінде шектелген тоқты алады (сурет 8). Шектелген тоқтың мәнін қосылған титранттың көлеміне байланысты аладыда Iшек = f (V) қисық тұрғызады. Қисықтың сынған жеріне эквиваленттік нүкте және титрлеуге кеткен титрант көлемі сәйкес келеді. Осыған сәйкес анықталатын заттың мөлшерін есептейді.
Jшек мкА
б) Э. Н. V, мл
Сурет 8 - аналитикалық сигнал
Амперометриялық титрлеу әдісіндегі негізгі талап реакцияға қатысқан заттардың біреуі немесе барлығы электрохимиялық активті болу керек (электродта тотығуы немесе тотықсыздануы қажет). Осыған байланысты амперометриялық қисық әртүрлі болады (сурет 9).
J, мкА J, мкА J, мкА
Э. Н. V Э. Н. V Э. Н. V
а) Талданатын зат б)Титрант в)Талданатын зат
Сурет 9 - амперометриялық қисық
электрохимиялық активті электрохимиялық активті және титрант
электрохимиялық активті
J, мкА
Э. Н. V
г) шыққан өнім электрохимиялық активті
Тақырып 14. Кондуктомерия. Кондуктометриялық титрлеу
Кондуктометрия әдісі ерітіндінің электрөткізгіштігін өлшеуге негізделген. Электрөткізгіштік дегеніміз заттың бойынан электртоғын өткізу қабілеті. Ол электр кедергісіне (R) кері шама , өлшем бірлігі сыртқы Ом[-1] немесе Сименс (Си).
Мұнда аналитикалық сигнал ретінде электрөткізгіштікті алады. Электроөткізгіштің екі түрі бар: меншікті және эквивалентті электр өткізгіштік. Бұлардың математикалық өрнектелуін былай жазуға болады:
, (25)
мұндағы, - меншікті электроөткізгіштік (1Омсм = Омсм);
СЭ - молярлы концентрацияның эквиваленті (мольл);
= эквивалентті электрөткізгіштік (Омсммоль).
- бұл иондардың қозғалғыштық жылдамдығына немесе шектелген меншікті электрөткізгіштікке байланысты. Сондықтан 0 + ; 0 (+) + (-) UV, мұндағы U FU0 - катион жылдамдығы, V FV0 - анион жылдамдығы.
Аналитикалық химияда кондуктометриялық титрлеу кеңінен қолданылады.
Бұл әдісте титрантты қосып отырып титрленетін ерітіндінің электрөткізгіштігін өлшейді. Титрлеген кезде эквиваленттік нүктеге жеткенде электрөткізгіштің мәні күрт өзгереді. Талдаудың нәтижесінде F(V) қисық тұрғызамыз. Титрлеу кезінде жүретін химиялық реакцияға байланысты титрлеу қисығы әртүрлі болады:
ае, смсм[-1] ае, смсм[-1] ае, смсм[-1]
э. н. V, мл э. н. V, мл э. н. V, мл
Сурет 10 - кондуктометриялық титрлеу қисықтары
Электрөткізгіштің кемуі немесе азаюы иондардың қозғалғыштығымен () түсіндіріледі. Мысалы, NaOH - ты HCl ерітіндісімен титрлегенде сілтінің концентрациясы эквиваленттік нүктеге дейін кеміп электрөткізгіштік азаяды.
Қозғалғыш ион ОН- ( 200) аздиссоцияланатын Н2О қосылысымен байланысады.
Na[+] + OH[-] + H[+] + Cl[-] Na[+] + Cl[-] + Н2О
OH[-] + H[+] Н2О
Ары қарай қышқылды қоса берсек электрөткізгіштік күрт өседі, себебі сутегі ионы көбейеді оның қозғалғыштығы жоғары ( 350). Na[+] мен Cl[-] иондарының қозғалғыштығы 50, 65 тең, сондықтан ол тез өседі.
Тақырып 15. Хроматография. Хроматографиялық әдістін теориялық негіздер
Хроматографиялық анализ бір заттың екінші затқа сіңірілуіне негізделген. Бұл жерде қозғалатын және қозғалмайтын фазалар болады. Қозғалатын фаза сұйық және газ тәріздес болады, қозғалмайтын фаза қатты дене.
Жұтылған заттың мөлшері концентрацияға байланысты адсорбциялық изотермамен көрсетіледі.
n
Генри аймағы С
Сурет 11 - адсорбциялық изотерма
Бұны математикалық тұрде былай өрнектеледі:
n = n (26)
мұндағы, n - жұтылған заттың мөлшері, моль, моль;
n - берілген адсорбентке анықталатын заттың максималды жұтылу мәні, моль; в - тұрақты мән; с - талданатын заттың концентрациясы, мольл.
Концентрация жоғарыламаған кезде адсорбция изотермасы түзу болуы аналитикада өте маңызды. Яғни вс1 болса, онда Лэнгмюра теңдеуі адсорбциялық түзу теңдеуге айналады, сонда n = nвс Г с, мұндағы Г - Генри коэффициенті. Адсорбцияның түзу сызықты аймағы Генри аймағы деп аталады.
Хроматография әдісінің қолданатын тәсіліне қарай колонкалы, жазықты, ал фазаның алмасуына қатысты фронталды, шығару, заттың жұтылу механизміне байланысты адсорбциялы, ионалмасу т. б. топтарға бөлінеді.
БӨЛІМ II. ЗЕРТХАНАЛЫҚ ТӘЖІРИБЕЛЕР
2. Зертханалық жұмыстың негізгі ережелері, химиялық реактивтер, ыдыстар және құралдар
Лабораториядағы техникалық қауіпсіздік ережелері.
Жұмыс басталудан бұрын реактивтер құйылған ыдыстағы реактивтерді тексеру керек және қажетті ыдыстарды (стакандар, пробиркалар, шыны таяқшалар және т. б. ) даярлау қажет.
Құрғақ реактивтерді шпатель көмегімен немесе қағаздан жасалған қалақшамен алу қажет.
Егер алынған тұнбаны немесе ерітіндіні біраз уақытқа қалдыру керек болса, онда ыдысқа этикетка жапсырып, бұл кімнің жұмысы, қанша уақытқа қалдырды, соны жазу керек.
Жұмысқа пайдаланылған күміс ерітіндісінің қалдығын төкпестен, оны арнайы ыдысқа жинау қажет. Күміс ионын тұз қышқылымен тұнбаға түсіріп, содан кейін оны күміске дейін тотықсыздандырады. AgCl тұнбасын күмісті бөліп алу үшін формальдегидпен немесе металдық темірді тұз қышқылының қатысуымен тотықсыздандырады,заттарды иіскеп, дәмін көруге болмайды.
Улы сұйық заттарды ешқашан ауызбен сорып, пипетканы толтырмайды. Ол үшін арнайы резиналы грушамен пипетканы пайдаланады.
Түтінді және улы газдар, булар бөле жүретін процестердің барлығы терезелері жабылатын арнайы шкафтарда жүргізіледі.
Этикеткасы жоқ реактивтерді қолдануға болмайды.
Құрыталған (кептірілген) тигельді столға қоймайды, оны арнайы кірпішті мраморлы столға қояды.
Реакция жүргізетін пробирка мен шыны ыдыстарды жайлап, мұқият қыздырады. Ыдысты еңкейтуге және оған үңіле қарауға болмайды. Ыдыстың ауызы жұмыс жасаушы және оның көршісінен қарсы бағытта болу керек.
Концентрлі қышқылды концентрлі сілтіге немесе керісінше құйуға болмайды.
Егер де байқаусызда, білместен концентрлі қышқыл мен сілті ерітіндісін төгіп алсаңыз, төгілген жерге құм себіңіз. Соңынан құмды алып, тазалау керек, ал төгілген орынды:
-қышқыл төгілсе әк немесе сода сеуіп, оны құрғағанша сүрту қажет;
-сілті төгілсе - әлсіз сірке қышқылы немесе кез келген басқа қышқылдармен жуып, сүрту қажет;
Есіңізде болсын! Концентрлі қышқыл мен сілтіні канализацияға құюға тыйым салынады!
Егер көзге ерітінді шашырап кетсе, онда тез арада сумен жуу қажет және де дәрігерге көріну қажет.
Судың буына, ыстық препаратқа, ыстық судың шашырандысына және еріткіштерге күйіп қалса, онда күйген орынды 5 - 10% KМnO4 ерітіндісімен сүрітіп, стерильденген марліні қою қажет.
Бұл лабораториялық практикум аналитикалық химияны оқитын технология мамандығындағы студенттерге арналған және лабораториялық жұмыстарды орындауға қолданылатын әдістемелік құрал болып табылады. Оқулық жоғары оқу орнына арналған бағдарлама және оқу жоспарына негізделіп жасалған.
Оқулықта гравиметрия мен титриметрияны классикалық талдау әдістері көрсетілген. Әрбір тарауда тақырыптың теориялық негізі және лабораториялық жұмысты орындау үшін қажетті практикалық түсініктер берілген. Гравиметрияға арналған лабораториялық жұмыстардың ішінде айдау әдісі мен тұнбаға түсіру кристаллды және аморфты тұнбалар әдістері қамтылған. Титриметриялық талдау әдістерінен: қышқылды-негізді титриметриялық әдіс, оксидиметрия әдісі және кешенді (комплексонометрия) әдістері берілген.
2.1. Жалпы нұсқаулар
Лабораториялық жұмысты орындау алдында тақырыптың теориялық материалымен және тәжірибенің негізгі бөліктерімен танысу қажет.
практикалық жұмыс барысында, химиялық лабораторияда жұмыс істеуде қойылатын талаптардың барлығын ескеріп отыру қажет.
талдау әдісін жүргізу реттілігін, жағдайды ескеру, реактивтерді қосу ретін лабораториялық жұмыстың нұсқасында көрсетілгендей қатаң тәртіппен орындау қажет.
есептеу барысында әдістемелік оқулықтағы ұсынылған формулаларды және өлшем бірліктерді қолдану қажет.
жұмыс кітапшасында лабораториялық жұмыстың аталуы, теориялық негізгі және эксперименттік жұмыстың бөліктері туралы қысқаша конспект, зерттеу нәтижелері және есептеулер туралы мағлұматтар көрсетілулері керек.
лабораториялық жұмысты орындап болғаннан кейін, лабораториялық практикумның соңында ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
АЛМАТЫ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
ҚОЗЫБАЕВ А., ОМАРҚҰЛОВ Т.О.,
ЖЕКСЕНБАЙ Н.
АНАЛИТИКАЛЫҚ ХИМИЯНЫҢ ҚЫСҚАША КУРСЫ
Алматы, 2015
ЭӨЖ 543(075.8)
ББК 24.4я73
Оқулық Алматы технологиялық университетінің әдістемелік бірлестігімен баспаға ұсынылған
Пікір жазғандар:
Қозыбаев А. Омарқұлов Т.О., Жексенбай Н.,
Аналитикалық химияның қысқаша курсы: оқулық кредиттік технология бойынша технологялық мамандықтарда оқитын студенттерге арналған. - Алматы: АТУ, 2015. - 209 бет.
ISBN
Оқулық ҚР оқу және білім министрлігінде бекітілген Аналитикалық химияның типтік бағдарламасы бойынша құрастырылған,жоғарғы оқу орнында технологиялық мамандықтар бойынша оқитын студенттерге және оларды оқытатын мұғалімдерге арналған.
Оқулық технологиялқ кредиттің талаптарына сәйкес құрастырылған және дәріс конспектісін, зертханалық тәжірибелер, тәжірибелік сабақтар,студенттердің мұғалімдермен бірігіп жасайтын тапсырмалары толығымен берілген.
Оқулық күндіз, сырттай, арақашықтықта аудиторияда және аудиториядан тыс жерде оқитын студенттерге арналған, сонымен қатар кредиттік технология бойынша технологиялық мамандықтарға жоғарғы оқу орындарында сабақ беретін мұғалімдерге арналған.
ЭӨЖ 543(075.8)
ББК 24.4я73
ISBN
(C) АТУ, 2015
(C)Қозыбаев А. Омарқұлов Т.О., Жексенбай Н.
КІРІСПЕ
Бұл оқулық Мемлекеттік оқу стандартына сәйкес және аналитикалық химияны технологиялық мамандықтарында кредиттік технология бойынша оқитын студенттерге арналып жазылған.
Бірінші бөлімінде аналитикалық химияның классикалық (химиялық) әдістері гравиметрия және титриметрия қарастырылған. Осы әдістердің теориялық негіздері, қолданылатын жерлері, жетістіктері мен кемшіліктері, метрологиялық сипаттамалары қысқаша баяндалған. Көлсетілген аналитикалық анықтаулардың схемалары студенттерді осы тәсілдердің негізімен және жалпы түсініктерімен танысуға мүмкіндік жасайды. Дегенмен теориялық, практикалық және есептеу бөліктері бір - бірімен тығыз байланысты.
Екінші бөлімінде физика - химиялық анализ тәсілінің теориялық негіздері қысқаша көрсетілген: спектральды, электрохимиялық, хроматографиялық. Осы тәсілдердің аналитикалық мақсатта қолдану мүмкіншіліктері айтылған.
Жоғарыда айтылғандай әдістеме екі бөлімнен тұрады: классикалық (гравиметрия, титриметрия) және физика - химиялық (оптикалық, электрохимиялық, хроматографиялық) талдау әдістерінен тұрады. Мұнда аналитикалық химияның барлық тақырыбын қамтиды. Әр бір тақырыптағы теориялық негіздері мен есептеулер келтірілген, олар мысалдар мен пысықталынған. Сонымен қатар студенттерді оқу материалдары мен жұмыс істеуге және ғылыми көзқарастарын дамытуға мүмкіндік жасалынған. Осының барлығы студенттер өз бетінше дайындалып сабақты және емтиханды дұрыс тапсыруға жағдай жасайды. Студенттердің білімінің сапалылығын жазбаша түрде және ауызша тексеруге болады.
Оқулық сырттай және күндіз оқитын студенттердің өз бетінше жұмыс жасауына негізделген.
БӨЛІМ 1. ДӘРІС КОНСПЕКТІЛЕРІ
Тақырып 1. Химиялықлық талдау әдістері және оның түрлері
Аналитикалық химияның теориялық негіздері қоғамтану пәнінің заңдары, Д. М. Менделеевтің периодтық заңы, зат массасының және энергияның сақталу заңы, заттың құрам тұрақтылық заңы, массалық әсерлесу заңы А. М. Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясынан құралады.
Аналитикалық химияда анализдеу мен синтездеу тығыз байланысты. Анализ-бұл заттардың құрам бөлігін анықтауға және химиялық қосылыстарды синтездеуге, түсті ерітінділерді, ерігіштігі аз кристалды заттарды зерттеуге негізделген.
Аналитикалық химияның әдістері.
Аналитикалық химия екі бөлімнен тұрады: химиялық (классткалық) және физика-химиялық анализ.
Химиялық талдау әдісі екі негізгі бөліктен тұрады:
а) гравиметриялық;
б) титриметриялық.
Физика - химиялық талдау әдісі:
а) оптикалық талдау және спектралды анализге;
б) электрохимиялық талдауға;
в) хроматографиялық анализге және т. б. бөлінеді.
Бұлардан да басқа әдістер бар, мысалы: металлдарды анықтау, судың кермектілігін анықтау, тамақ өнімдерін анализдеу, органикалық қосылыстарды анықтау. Соңғы жылдары компьютерді және математикалық әдістерді химиялық анализдерде кеңінен қолданып келеді.
Заттармен азық-түліктердің сапасын анықтау әдістеріне қойылатын талаптар:
Әдісті стандарттау және унификациялау;
Анализдеу әдістемесін бекіту;
Заттың сапасын көрсететін құжатта тіркеу. Аналитикалық сигнал.
Барлық аналитикалық әдістер аналитикалық сигналды өлшеу мен анықтауға негізделген.
Аналитикалық сигнал-бұл заттардың физикалық және химиялық қасиеттерін анықтау үшін және компоненттердің сандық, сапалық мөлшерін табу үшін қолданатын факторлар.
Физикалық анализ әдісінде (химиялық реакциясыз) аналитикалық сигнал ретінде қайнау температурасын алады;
Гравиметриялық анализде аналитикалық сигнал ретінде тұнбаның массасын алады;
Титриметриметриалық анализде аналитикалық сигнал ретінде титрдың көлемі алынады.
Физико-химиялық анализ әдісінде аналитикалық сигнал ретінде физикалық мәндерді алады. Мысалы, тоқ күші, оптикалық тығыздық, электр өткізгіштіктер.
Гравиметриялық анализ әдісінің мәні
Гравиметриялық анализ заттардың массасын анықтауға негізделген.
Гравиметриялық анализдің екі түрі бар: айдау әдісі және тұнбаға түсіру әдісі.
айдау әдісі мен ұшқыш заттардың массасын анықтайды;
тұндыру әдісі мен тұнбаға түсетін заттарды анықтайды.
Гетерогенді ортадағы тепе-теңдік (С. Ж. Ж. - студенттің жеке жұмысы)
Аз еритін қосылыстарды тұнбаға түсіргенде гетерогенді жүйемен кездесеміз. Тұнба ерітіндімен беттескенде екі жүйе болады - қатты және сұйық. Бұл жағдайда тұнба ериді, осы кезде динамикалық тепе-теңдік орнайды.
тұнба АВА[+] + В[-] ер-ді.
Массалық әсерлесу заңы бойынша, тепе-теңдік орнағанда,
КАВ немесе
соnst [А[+]][В[-]] КАв; соnst
мұндағы, [А[+]][В[-]] - концентрациялық көбейткіш (КК);
КАВ - ерігіштік көбейткіш (ЕК).
ЕК-бұл гетерогенді тепе-теңдіктің тұрақтысы (константа) тұнба ер-ді яғни ЕКАК [А[+]][В[-]].
Тұнбаның түзілуі және еруі
Егер ККЕК тұнба түзіледі (таблицадан алынған мән қаныққан ерітінді). ККерітіндідегі ион ЕК тұнба тұнбаның еруі (таблицалық мән) қанықпаған ерітінді. ЕК аз еритін қосылыстардың концентрациясы басқа заттардың концентрациясына байланысын көрсетеді. ЕК-ті пайдаланып заттардың тұнбаға түсуін, еруін және реакциялардың жүруін анықтауға болады.
Біртекті иондар тұнбаның түзілуіне әсер етеді. Бұл жағдайда тұнбаның ерігіштігі азаяды. Тепе-теңдік - тұнба түзілу жағына ығысады.
Тұнбаның еру процессі кезінде қаныққан ерітіндінің құрамынан электролиттің бір ионын шығарып, оны басқа жаңа қосылыпен байланыстыруқажет. Ерітінді қанықпаған күйге айналады да тепе-теңдік тұнбаның еріген бағытына ығысады.
Тұнбаның ерігіштігіне әсер ететін факторлар
Ерітіндінің рН-ң өзгеруі - сутегінің көп иондары тұнбаның еру қабілетін арттырады.
Ерітіндінің құрамында кешен түзуші заттар болса-тұнба ериді.
Тұз эффектісі-тұнбаның ерігіштігі ұқсас иондары жоқ басқа тұздардың қатысуы мен артады.
Бөліп түнбаға түсіру. Ерітіндіде қатысатын бірнеше иондар тұнба түзеді. ЕК-ке байланысты тұнбаға түсу реті: бірінші ЕК-аз тұнба арықарай ЕК-тің артуына байланысты тұнба түзіле береді.
Тұнбаға түсіру әдісінің схемасы:
Пробаны (затты) өлшеу және еріту;
Анықтайтын компонентті тұнбаға түсіру;
Сүзу және жуу;
Кептіру және қақтау (прокаливание);
Өлшеу және анализ нәтижесін есептеу.
Бұлардың ішіндегі негізгісі тұнбаға түсіру. Тұнбаға түсіргішті дұрыс таңдау мен тұнбаға түсіру заттың формасына, структурасына, тұнбаның тазалық дәрежесіне және оның мөлшеріне, концентрациясына байланысты болады.
Тұнбаның формасы
Көбінесе тұнбаны қақтағанда өзінің химиялық құрамын өзгертеді. Мысалы,
2Fe[3+] тұнбаға түсіру 2Fe(OH)3 t[0]C Fe2O3
анықталатын тұнбаға гравимериял ық
зат түсу формасы (өлшеу) формасы
Тұнбаға түсу формасы-ол анықталатын компоненттің ерітіндіден тұнба ретінде басқа қосылыс түрінде түзілуі;
Гравимериялық форма тұнбаның (заттың) қақтағаннан кейінгі формасы. Кейде қақталған тұнба (зат) өзінің химиялық формасын өзгертпейді. Мысалы,
Ba[2+] + SO4[2-] BaSO4
анықталатын зат
BaSO4 қақтау BaSO4
тұнбаға түсу гравиметриялық (өлшеу)
формасы формасы
Тақырып 2. Тұнбаның түзілу механизмдері және оған қойылатын талаптар. тұнбаның ластануы және тазарту жолдары
Қатты фазаның (тұнбаның) түзілу күрделі процесс, оны мына схемамен көрсетуге болады.
Анықталатын компонент + тұнба түсіргіш
индукциялық кезең
(алғашқы кристалдардың түзілуі)
тұнбаның түзілуі
(үлкен бөлшектердің түзілуі)
бөліп-бөліп жылдам тұнбаға
тұнбаға түсіргішті құю түсіргішті тез құю
алғашқы кристалл алғашқы кристалдардың
бетінде заттың бөлінуі үлкен агрегаттарға
қосылуы (коагуляция)
кристаллды аморфты
тұнбаның түзілуі тұнбаның түзілуі
Сурет 1 - Кристалды тұнбаның түзілуі
Аналитикалық мақсатта күрделі кристаллды тұнбамен жұмыс жасаған ыңғайлы. Осыны ескеріп күрделі кристалды тұнбаның түзілуіне жағдай жасау қажет.
Аморфты тұнбаның түзілуі.
Аморфты тұнбалар коллоидтты бөлшектердің бірігуінен түзіледі. Коагуляция және пептизация процессін болдырмау үшін, аморфты тұнба түзілуіне жағдай жасау қажет.
Гравиметриялық анықтаудың оптимальды жағдайын жасауға теориялық негіздері
Кез-келген затты анықтау үшін, анализдің дәл мәні қажет, сондықтан оптимальдық жағдайды жасау керек:
Тұнбаға түсіргішті анықтау;
Тұнбаға түсу және гравиметриялық форманы дұрыс анықтау;
рН тұнбаға түсуге әсері;
Кешен түзілудің әсері;
Жуатын сұйықты таңдау;
Тұз эффектісі.
Бірігіп тұнбаға түсу (соосаждение).
Тұнба түзілген кезде бірігіп басқа қоспалар түседі. Оның бірнеше түрі бар: адсорбция, окклюзия, изоморфизм:
адсорбция: қоспа қатты фазаның бетінде орналасады;
окклюзияда қоспа тұнбаның ішкі қабатында орналасады;
изоморфизмде аралас кристаллдар түзіледі.
Анализ жүргізген кездегі бірігіп тұнбаға түсудің себептері:
гравиметриялық анықтау жүргізгенде қате жіберу;
микрокомпонент кез-келген коллектор-мен (носитель) бірігіп түседі;
реакцияның сезімталдығын артырады;
тұнбаға түсу жағдайын арттырады;
анализге кедергі жасайтын заттарды жою.
Ластанудан тазарту жолдары:
қоспаларды басқа иондармен біріктіріп, аз тұнбаға түсетін формаға ауыстырады;
тұнбаны жақсылап жуу;
қайта тұнбаға түсіру;
тұнбаға түсіру талаптарын бұзбау.
Гравиметриялық әдістегі есептеулер:
Анализге берілген заттың сынамасын есептеу.
m(анализ. зат) К (1)
мұндағы, К - тұнбаның түріне сәйкес коэффициент.
Егер тұнба аморфты болса К = 0,1, ал кристалды болса К = 0,5
p, q - стехиометриялық коэффициен
Тұнбаға түсіргіштің (т. т) көлемін есептеу.
V(т. т. ) 1,5 (2)
мұндағы, q, р - стехиометриялық коэффициент;
, - тұнбаға түсіргіштің тығыздығы;
анықталатын заттың мөлшерін есептеу.
F (3)
мұндағы, Р, q - стехиометриялық коэффициент.
m(анық. зат) m (грав. ф)F (4)
(анықзат) (5)
Тақырып 3. Титриметриялық көлемдік талдау
Титриметриялық анализ анықтауға берілген затқа жұмсалған титранттын (реактивтің) дәл көлемін өлшеуге негізделген әдіс, сондықтан оны кейде көлемдік анализ деп атайды.
Сол жұмсалған титранттың көлемі арқылы анықталатын заттың мөлшерін табады. Титрант ретінде берілген ерітіндінің концентрациясы жоғары дәлдікпен анықталған болу керек. Бұндай ерітінді титрленген немесе стандартты деп аталады. Ал титрленетін (анализге берілген ерітінді) жұмысшы енрітінді деп аталады.
Титрлеу - бұл титрант титрлейтін ерітіндіні жайлап (тамшылатып) қосып отыру.
Эквиваленттік нүкте (Э. Н. ) - бұл титрлейтін ерітінді мен титранттың көлемі химиялық эквивалентті түрде тең болған кезі.
Эквиваленттік нүктеге жеткен кезде эквиваленттік заң орындалады.
Титрант ерітіндісін стандарттау - бұл оның жоғары дәлдікпен концентрациясын тұрақтандыру.
Ерітіндіні стандарттау
Тұрақтандырылған ерітінді әдісі
Дайындалған ерітінді әдісі
Фиксанал
әдісі
Стандартты ерітіндімен
Жеке пипетир-өлшеуленген
Сурет 2 - Титриметриялық анализ әдісінің классификациясы
Титриметриялық анализ бірнеше топқа бөлінеді:
титрлеу реакциясының типіне қарай;
титрлеу әдісіне байланысты;
титрлеу түріне байланысты.
Реакция түріне байланысты классификациялау:
қышқылдық - негіздік титрлеу әдісі (протон алмасу);
тотығу - тотықсыздану әдісі (перманганатометрия, иодометрия т. б. );
кешен түзу әдісі (комплексонометрия, меркуриметрия т. б. );
тұнбаға түсіру әдісі (аргентометрия, меркурометрия т. б. ).
Титрлеу әдісі.
тура титрлеу;
кері титрлеу.
Титрлеу түрі.
пипетирлеу әдісімен титрлеу;
жеке өлшеу әдісімен титрлеу.
Титриметрия әдісіндегі есептеулер.
Титриметрия әдісінде эквиваленттік факторға (fэ), эквиваленттік молярлы масса (Мэ), эквиваленттік молярлы концентрациясы (Сэ), молярлы концентрация (С).
Титриметриялық анализ әдісінде концентрацияны титр (Т) арқылы өрнектейміз.
жұмысшы заттың титрімен (Тж. з. ) немесе титр:
Тж. з. ; Т(х) (6)
өлшем бірлігі гмл, гсм[3].
Сэ(х) V(х) Сэ(х) V(х) (7)
мұндағы Сэ(х), V(Х) - бірінші ерітіндінің нормалды конценрациясы және көлемі.
Сэ(Х), V(Х) - екінші ерітіндінің нормалды концентрациясы және көлемі.
Тақырып 4. Қышқылдық - негіздік титрлеу әдісі
Н[+] + ОН[-] Н2О - бұл әдіс осы реакцияға негізделген.
Қышқылдық - негіздік титрлеу әдісінің екі түрі бар:
алкалиметрия - титрант - негіз титрлейтін ерітінді - қышқыл
ацидиметрия - титрант - қышқыл титрлейтін ерітінді - негіз.
Бұл әдісімен Н[+] және ОН[-] концентрациясы өзгереді. Яғни титрлейтін ерітіндінің рН өзгереді. рН-тың белгілі бір мәнінде эквиваленттік нүктеге жетеді, осы кезде титрлеуді тоқтатамыз.
Қышқылдық - негіздік титрлеу индикаторлары.
Э. Н. анықтау индикатордың көмегімен жүргізіледі, рН - тың белгілі мөлшерінде ерітіндінің түсі өзгереді. Индикатордың түсінің өзгеруі. Освальдтың иондық теориясына және хромоформ теориясына негізделеді.
Титрлеу қисығы
Титрлеу қисығы индикаторды анықтау үшін қажет. Титрлеу қисығын рН есептеу арқылы тұрғызады: 1) Э. Н. дейін ; 2) Э. Н. 3) Э . Н. кейін.
Э . Н. - ге жақын жерде рН-күрт өзгереді титрлеу биіктігі пайда болады. Титрлеу биіктігінде жатқан индикатор титрлеу үшін жарайды.
рН
индик.
Э. Н. V, мл
Сурет 3 - Титрлеу қисығы
Биіктік мәні титрлейтін ерітіндінің концентрациясына байланысты. Титрлейтін ерітінді әксіз болса, биіктік төмен болады. Биіктік азайған сайын қолданатын индикатор да азаяды.
Титрлеудің - 4 түрі бар:
күшті қышқылды күшті негізбен және керісінше титрлеу;
әлсіз қышқылды күшті негізбен және керісінше титрлеу;
күшті қышқылды әлсіз негізбен және керісінше;
әлсіз қышқылды әлсіз негізбен титрлеу.
Тақырып 5. Редоксиметрия. Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдісі. Редоксиметрия әдісінің мәні және оның түрлері
Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдісі-анықталатын затты тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш титрлеуге негізделген.
Тотығу-тотықсыздану реакциясының төрт түрі бар:
перманганатометрия - KMnO4;
иодометрия - J2 немесе J-;
дихроматометрия - K2Cr2O7;
броматометрия - KBrO3.
Тотығу-тотықсыздану раекциясының негізінде электронейтралды заң жатады: егер бір зат тотықса белгілі бір электронын беріп, келесі зат тотықсызданады, электронды қабылдап электронейтралды заң материяның сақталу заңының жалғасы.
Екі жүйенің жартылай реакциясының схемасын былай жазуға болады:
Тотық. 1+Тотықсыз. 2 Тотықсыз. 1+Тотық. 2 редокси жұптары қатысады.
Тотығу-Тотықсыздану бағыты тотығу-тотықсыздану потенциалының редокс-жұбының салыстырмалы күшіне байланысты. Тотығу-тотықсыздану потенциалын өлшеуді гальваникалық элементтің көмегімен жүргізеді, ол стандартты потенциал деп аталады - Е[0].
стандартты потенциал - ионды беру және қабылдау қабылеті;
Е[0] - үлкен болған сайын күшті тотықтырғыш, керісінше тотықсыздану қабылеті аз;
2-і тотықтырғыштан қайсысының күші аз болса содан электронды алады;
егер Е(Э. Қ. К. ) Е[0](тот. ) - Е[0](тотықсыз) 0 болса, онда тотығу - тотықсыздану реакциясы редоксиметрияда қолданады.
Тотығу-тотықсыздану реакциясы Нернст теңдеуімен көрсетіледі:
Е т-з Е[0]тт тз + ln. (8)
Тотығу-тотықсыздану потенциалына әсер ететін факторлар:
температура, неғұрлым t[0]-ра жоғары болса, соғұрлым тотығу - тотықсыздану потенциалы үлкен.
әсерлесетін заттың концентрациясы.
Егер тотығу - тотықсыздану реакция сонда стехиометриялық коэффициент болса, онда олар Нернст теңдеуінде дәрежелік көрсеткіш ретінде түседі.
Еа ТоТ d ТЗ Е[0]а ТоТ d ТЗ + (9)
сутегі ионының (Н[+]) концентрациясы тотығу-тотықсыздану реакциясын (m) қатысады.
ЕТоТТЗЕ[0]ТоТТЗ (10)
Нернст теңдеуіне константаның сандық мәнін қойып (R,F), T 293 K, натуралды логарифмді ондық логарифмге айналдырып (ауысу модуль 2,3) теңдеуді былай жазамыз:
ЕТоТТЗ Е[0]ТоТ ТЗ (11)
Титриметриялық анализде тотығу - тотықсыздану раециясын мына жағдайларда қолданады:
соңына дейін жүреді (қайтымсыз );
жылдам және стехиометриялы жүреді;
химиялық құрамы белгілі зат түзіледі;
эквиваленттік нүктенің дәл анықтауға мүмкіндік береді;
зерттелетін ерітіндінің құрамындағы бөгде заттармен реакцияға түспейтін.
Тотығу - Тотықсыздану реакциясының жылдамдағына әсер ететін факторлар.
әсерлесетін заттардың концентрациясы;
температура;
ортаның рН;
қатысатын катализатор.
Тотығу - тотықсыздану реакциясының тепе - теңдік константасы (К):
lgK. (12)
Яғни тотығу - тотықсыздану потенциалының айырымы неғұрлым көп болса, соғұрлым тепе - теңдік константасы жоғары болады.
Редоксиметрияда титрлеу қисығын мына координатада (Е-V) тұрғызады.
Е,В
Э. Н. V,мл
Сурет 4 - тотығу - тотықсыздану потенциалы
Неғұрлым стандартты потенциалдың айырымы көп болса, соғұрлым тепе - теңдік константа көп, егер неғұрлым титрлеу биіктігі жоғары болса, соғұрлым индикаторды таңдау шегі көп.
Тотығу - тотықсыздану титрлеу тәсілдері
Редоксиметрияда Э. Н. мына әдістерде анықтауға болады:
Тотығу - тотықсыздану жүйесінің түсінің өзгеруіне қарай тотығу - тотықсыздану индикаторын қолдануға болады;
қосылған ерітіндінің түсіне қарай - индикаторсыз (перманганатометрия).
жұмысшы ерітіндіге титрлейтін ерітіндіні қосқандағы түсіне қарай (иодометрия).
Қайтымсыз индикаторлардың ерітіндісіне жұмысшы ерітіндіні артық мөлшерде қосқанда тотықсыздану арқылы түсі өзгеретін (броматометрия).
Тақырып 6. Перманганатометриялық және иодометриялық титрлеу әдістері
KMnO4 тотығу қасиеті жүрген реакцияның ортасына байланысты,
рН 7 MnO-4 +8H++5e- Mn2+ +4Н2О; Е[0]1,51В, Мэ15М;
құлпынай түсті түссіз
рН=7 MnO4- + 2Н2О +3е[-]MnO2 + 4ОН[-]; Е[0]0,60В, Мэ13 М;
күлгін - түс қоңыр түсті
рН7 MnO4[-] + е[-]MnO[2-]4 Е[0]0,56В, МэМ.
жасыл түс
Титрлеу қышқылдық ортада кеңінен таралған, себебі:
KMnO4 тотықтырғыш қасиеті жоғары;
негіздік және бейтарап ортада Э. Н. анықтау қиын;
KMnO4 - тің жұмысшы ерітіндісін былай дайындайды:
фиксанал әдісі.
Тікелей перманганатометрия титрлеу әдісімен кез-келген тотықсыздандырғыштарды анықтайды.
Иодометриялық титрлеу әдісі
Негізгі теңдеуі I + 2e[-] 2I [-], E[0]I 2I +0,54 В
Бұл универсалды әдіс, себебі тотықтырғыш та тотықсыздандырғыш та бола алады.
Тотықсыздандырғышты анықтау.
2S2O3 2- +I 2I- + S4O6 2-
Титрлеудің соңында бояуының түсі азаяды сондықтан, индикатор ретінде крахмалды колданады.
Тотықтырғышты анықтау.
Cr2O7[2-] + 6I[-] + 14H[+]3I2 + 2Cr[3+] + 7H2O
Бұндай титрлеуді жүргізуге болмайды, себебі I2 айналуын анықтау мүмкін емес, яғни Э. Н. анықталмайды. Сондықтан қосалқы әдіс - ығыстыру әдісін қолданады.
Тақырып 7. Комплексонометрия. Комплексонометриялық титрлеу әдістері
Кешенді титрлеу әдісі кешен түзетін реакцияларға негізделген.
Комплесонометрияда мындай реакциялар жүреді:
oo жылдам
oo стехиометриялы
oo санды
Комплексонометрия сілтілік, ауыспалы металдардың катиондарын анықтауға арналған.
Титрант ретінде динатрий тұзы, этилендиаминтетроуксус қышқылы ЭДТА ( комплексон III, трилон Б) қолданады.
HOOCH2C CH2COONa
N-CH2-CH2-N немесе
NaOOCH2C CH2COOH
қысқаша Na2H2Тr
Екі зарядты металл (Mg[2+]) мен әрекеттесу схемасын былай жазуға болады.
OOCH2C CH2COONa
N-CH2-CH2-N
NaOOCH2C CH2COO[-]
Mg[2+]
Яғни ЭДТА металл катионымен әрекеттескенде Н[+] ығыстырады, сондықтан титрлегенде рН үлкен қзымет атқарады.
Титрлеу қисығы РМе - V титрант байланысты; РМе - lg;
РМе
Э. Н. V
Титрлеу биіктігі - комплекстің Ктұр және реагент концентрациясына байланысты.
Индикатор ретінде металлиндикаторлар - органикалық бояғыштар (эрнохром қара, мурексид ) қолданады.
Меркуриметрия - сынап (II) тұздарын титрант ретінде қолдануға негізделген (меркури - ион).
Cl[-], Br[-], CN[-], CNS [-] иондарын анықтағанды аздиссоционалатын қосылыстар түзіледі.
Hg[2+] + Cl[-]
+ Cl[-] HgCl2
I - мен титрлегенде тұрақты комплекс түзіледі:
Hg[2+] + 4I[-]
Әдістің кемшіліктері:
сынап тұздары улы.
Артықшылығы:
Иондарды тікелей анықтайды;
Галоген иондарымен қатар сынап тотықтарының иондарында анықтайды;
Сынап қосылыстары дефицит емес.
Тұнбаға түсіру арқылы титрлеу - тұнбаға түсіру раекциясына негізделген. Сондықтан гравиметриялық анализ әдісіне ұқсастығы бар. Анықталатын заттың мәні титриметриялық әдісіндей анықталады.
Бізге белгілі тұнбаға түсіру әдістері:
Аргентометрия - титрант AgNO3
AgNO3 + Cl[-] AgCl + NO[-]3
анық. зат.
Меркурометрия - титрант Hg2(NO3)2
Hg2(NO3)2 + 2Cl[-] Hg2Cl2 + 2NO[-]3
анық. зат.
Тұнбаға түсіру арқылы титрлеу әдісіне қойылатын талаптар:
тұнбаның аз ерігіштігі;
титрантты қосқанда тұнбаның тез түзілуі;
аз мөлшерде ластанады;
Э. Н. анықтайтын индикатор бар.
Э. Н. былай анықтайды;
индикаторсыз;
адсорбциялық индикаторды қолданып.
Тұнбаға түсіру арқылы титрлеу әдісінің қисығын pKt - V және pAn - V; мұндағы Kt, An - катион, анион тұнба түзетін:
pKt -lg pAn -lg.
Ион
конц.
Э. Н.
Титрлеу биіктігі үлкен болады, егер:
титрлейтін және сандартты ерітіндінің жоғары концентрациясында;
тұнбаға түсетін қосылыстың ерігіштігі аз болса;
Тақырып 8. Физико-химиялық талдау әдістері. Оптикалық (спектралды) талдау әдістері және оның классификациясы
Бұл әдістің саны көп, бірнеше жүз болады, олардың ішіндегі негізгілері:
Оптикалық (спектралды) анализ
Электрохимиялық анализ;
Хроматографиялық анализ әдісі.
Бұлардың ең негізгісі оптикалық (спектралдық) анализ. Ол эмиссионды атомдық спектроскопия, атом- адсорбциялық спектроскопия.
Инфрақызыл спектроскопия, спектрофотометрия, люминисцения т. б. әдістер. Бұл әдістің барлығы толқын ұзындықтарының тұтылуына негізделген. Адсорбциондық әдіс тұтылу толқындарына байланысты бірнеше топқа бөлінеді.
Молекулярлық абсорбциондық анализ спектрометрия , Колориметрия;
Нефелометриялық және турбидиметриялық әдіс;
Люминисценттік әдіс;
Атомдар - абсорбциондық анализ әдісі.
Енді осы әдістерге түсініктеме берейік.
Молекулярлық абсорбциялық анализ әдісі - электромагниттік толқындарын молекулаларға сіңірілуіне немесе жұтылуына негізделген. Ультрофиолетті көрінбейтін және инфрақызыл спектрлердің (оларға спектрофотометрия, колориметрия, ИК-спектроскопия жатады) зерттейді.
Нефелометриялық және турбидиметриялық анализ әдісі - шашыраған немесе жұтылған жарық сәулесі арқылы оптикалық тығыздықты өлшеуге негізделген.
Люминисценциялық анализ - шағылысу сәулесінің мәнін өлшеуге негізделген.
Атомды - абсорбциялық анализ - жарық энергиясының жұтылуына негізделген.
Жарық кванты - фотондар - реакцияға қатысушылар ретінде есептелінеді (фотохимиялық реакция). Химиялық өзгерістер сандық және сапалық фотохимиялық анализдің негізі болып табылады.
Тақырып 9. Бугер-Ламберт-Бер заңы. Нефелометрия және турбидиметриялық әдістері
Атом, ион немесе молекула квант жарықтарын жұтып жоғары энергетикалық деңгейге өтеді. Яғни бұл жағдай қозбаған алғашқы түрден қозған екінші түрге айналғанда болады. Жұтылудың нәтижесінде жарық сәулесінің интенсивтілігі концентрация жоғарлаған сайын азаяды.
Оптикалық немесе жарықжұту әдісінің негізгі заңы Бугер - Ламберт - Бер заңы.
Бұл заң анализденетін заттың қалындығына, концентрациясына байланысты. Өткен жарық сәулесінің интенсивтілігі кюветадағы ерітіндінің құрамына, қалындығына, концентрациясына байланысты болады.
Ерітіндіден өткен жарық сәулесінің интенсивтілігінің азаюы өткізу коэффициентіне байланысты (Т):
Т It I0 (13)
мұндағы, It, I0 - түсті ерітіндіге түскен және өткен жарық сәулесінің интенсивтілігі.
Оптикалық тығыздық (А) белгіленіп оның мәні мынаған тең.
- lg T = -lg = lg = A (14)
Ерітіндіге өткен жарық сәулесінің интенсивтілігінің азаюы Бугер - Ламберт - Бер заңына бағынады.
It = I0 10 [-] l С немесе
= 10 немесе
- lgТ= А= lc
мұндағы, - жұтылу молярлық коэффициенті;
l - жарық жұтылатын ерітінді қалындығы;
c - ерітінді концентрациясы.
Егер l =1 см; С = 1 мольл; онда А= яғни ерітіндінің қалындығы бір см болса, онда оптикалық тығыздық, жұтылу коэффициентіне тең болады. - өлшем бірлігі л; моль[-1]; см[-1].
Құрамында бірнеше түсті зат бар ерітіндінің оптикалық тығыздығы аддитивті қасиет көрсетеді, ол жарық жұтылудың аддитивтік заңы деп аталады. Оның оптикалық тығыздығы былай есептелінеді.
А А1 + А2 +,,, + Аn
А 1lс1 + 2lс2+ ...+ nlсn
Нефелометриялық және турбидиметриялық әдіс.
Нефелометриялық және турбидиметриялық анализ әдісінде қатты және коллоидты заттарға жарықтың таралу және жұтылуын қолданады;
нефелометриялық анализ әдісі қатты денелердің әсерінен шашыраған. жарық ағынының интенсивтілігін өлшеуге негізделген. Қатты дененің әсерінен жарықтың шашырау интенсивтілігі Рэлей заңына бағынады.
I2=I0K (15)
мұндағы, N - жарық шашырататын бөлшектің саны;
V - бөлшек көлемі;
- түскен жарық толқынының ұзындығы;
К - тұрақты коэффициенті.
К - коэффициенті талдау барысындағы бөлшектің және ортаның сыну коэффициентін, түскен жарықпен шашыраған жарықтың бұрышын қарастырады.
Турбидиметриялық анализ әдісі лайланған ерітінді арқылы өткен жарық интенсивтілігін азайуын зерттеуге негізделген: Жарық ағынының интенсивтілігін жұтылған және шашырауын қарастырады.
Таратылу шағылысқан толқын ұзындығына және жарықты шашырататын бөлшектердің формасына, кейде олардың жазықтықта орналасуына байланысты болады.
Сұйытылған ерітіндіде жарықтың интенсивтілігі Бугер - Ламберт - Бер заңының теңдеуіне бағынады.
It=I010[-к]lс (16)
мұндағы, К - ерітіндінің лайлану молярлық коэффициенті.
Бұл әдісте берілген затқа талдау жүргізген кезде нефелометр НФМ аспабы қолданылады.
Тақырып 10. Рефрактометриялық және поляриметриялық талдау әдістері
Рефрактометрия. Екі түрлі оптикалық ортадағы жарық сәулесінің сынуы - рефракция деп аталады. Бұл әдісте аналитикалық сигнал ретінде - сыну көрсеткіші (n) қолданады.
Рефрактрометриялық әдіс жетістіктері: оның қарапайымдылығы, жылдамдығы, жоғары дәлдікпен өлшеуі болып саналады.
Рефрактрометрияны биологиялық тамақ өнімдерін, дәрілерді жасауда және олардың физикалық мәндерін анықтағанда пайдаланады. Сыну көрсеткіші деп түскен жарықтың синус бұрышын шағылысқан жарықтың синус бұрышына қатынасын айтады. Берілген ортаның тығыздығына және сәуле бағытына байланысты сыну көрсеткіш екі түрлі болады.
а
(а) (б)
б n = ;
- - жарық түсу бұрышы
- - жарық сыну бұрышы
Сурет 5 - Жарық сәулесі I- ші ортадан II-ші ортаға өтуі
Жарық сәулесі I- ші ортадан II-ші ортаға өтсе шектелген сыну бұрышын өлшейді, II-ші - ден I - ші ортаға өтсе сынбайды, тек ішкі шағылыс құбылысы жүреді.
n - ң мәні толқын ұзындығына, дисперсияға температураға байланысты болады.
Теория және тәжірибе негізінде төмендегі байланыс тұжырымдалған.
f(n) = r
мұндағы, n - талданатын заттың сыну, көрсеткіші. = m V.
- ерітінді тығыздығы концентрацияға байланысты. r- меншікті рефракция, ол берілген заттың табиғатына байланысты болады немесе оны Лоренц - Лоренц теңдеуі деп атайды
r = (17)
мұндағы, R - молярлы рефракция.
R = rM (18)
мұндағы, R - аддитивті ережеге бағынады.
Поляриметриялық анализ әдісінде анализге берілген заттың концентрациясын анықтау үшін оның поляризацияланған сәулесінің жазықтықтағы айналу бұрышын есептейді ( ).
Поляризацияланған сәуле - бұл толқын тербелісі бір жазықтықта орналасқан сәуле. Ол мына формуламен өрнектеледі.
= (19)
мұндағы, - жазықтың поляризациясының айналу бұрышы;
- жазықтың поляризациясының меншікті айналу бұрышы;
l - кювета ұзындығы (трубканың ) см;
Т - анықталатын ерітіндінің титрі.
Өлшенетін бұрыш аналитикалық сигнал болып есептеледі.
Поляриметрияға қойылатын талаптар:
анализге берілген зат оптикалық активті болуы керек, оның оптикалық активтілігі молекула құрылысына байланысты болады;
Оптикалық активті зат сәулелері поляризациялық жазықтықа айналуы мүмкін, егер оңға айналса немесе оң (+) (сағат бағытымен айналады) болады.
Жазықтықтағы поляризациялық айналу бұрышын поляриметрия аспабымен өлшейді.
Табиғи Поляризатор талданатын анал изатор кейбір
Сәуле (П) ерітінді (А) қараңғыл ар
Сурет 6 - Поляриметрияның құрылысы
Бұл әдісті қант өндірісінде (углеводтар), тамақ өндірісінде (белоктар, тағам қышқылдары т. б. ), фармацевтикада (мофрин, никотин т. б. ) қолданады.
Поляриметрияның артықшылығы оның қарапайымдылығы, жылдамдығы, дәл мән өлшеуі болып табылады.
поляризатор (П) - полризацияланған сәуле шығатын жер;
анализатор (А) - жарық поляризациясын тексеретін жер.
Құрылысы жағынан поляризатор мен анализатор бірдей, бірақ атқаратын қызметі әртүрлі (Николь призмасы). Қос сәуленің сынуы - Николь призмасынан табиғи сәулені жібергенде болады, бір сәуле - қарапайым, бастапқы бағытынан өзгереді, екі сәуле - күрделі түскен сәуленің бағытын сақтайды.
Күрделі жарық призма арқылы өтіп, одан кейін оптикалық активті зат арқылы, пояризациялану жазықтығында айналады.
Тақырып 11. Электрохимиялық талдау әдістері. Тура потенциометрия және потенциометриялық титрлеу.
Бұл әдіс электр қозғаушы күшті (ЭҚК) өлшеуге негізделген:
ЕЕ 1 - Е2, мұндағы Е - ЭҚК, Е 1,Е2 - зерттелетін тізбектің электродтық потенциалдары. Электрод ретінде индикаторлы электрод және салыстырмалы электродты қолданады. Индикаторлыэлектродтың потенциалының анықталатын ионның концентрациясына байланысын Нернст теңдеуімен өрнектейді:
ЕЕ[0] + (20)
мұндағы, Е - нақты электрод потенциалы, Е[0] - стандартты электродты потенциал, R - газ тұрақтысы (8,314Джград) Т - абсолюттік температура (273[0] К), F - фарадей саны (96500 Кл) n - электрон саны СТТ, СТЗ - ТТ пен ТЗ - тың концентрациясы.
Потенциометриялық әдістің тура және потенциометриялық титрлеу тәсілдері бар.
I. Тура потенциометриялық титрлеу - әдісі электродтың потенциалдық мәнін дәл өлшеуге және Нернст теңдеуі бойынша электродтағы реакцияның концентрациясын есептеуге негізделген. Бұл әдіспен судағы сутегі катионының концентрациясын яғни рН - ты. Сонымен бірге буферлі ерітінділерді зерттеу үшін қолданады.
II. Потенциометриялық титрлеу (жанама потенциометрия) потенциометриялық өлшеудің нәтижесінде эквиваленттік нүктені анықтауға негізделген ЕF(V) байланысы арқылы потенциометрилық титрлеудің қисығын тұрғызуға болады.
Е,В Еэ. н.
Э. Н. V, мл Э. Н. V, мл
Потенциометриялық өлшеуді жүргізу үшін екі электрод бөлу керек: Салыстырмалы электрод және индикаторлы электрод. Индикаторлы электрод ретінде 1 - ші родты электродтар қолдаылады. Оған шыны электроды жатады. Салыстырмалы электродқа II - ші рядты электродтар күмісхлорлы электрод қолданады.
Потенциометриялық титрлеудің ерекшеліктері:
қатесі аз, сезімтал, лайлы және түсті ерітінділерді өлшей береді, оны автоматтандыру оңай.
Бұл әдісте химиялық реакцияның төрт түріде қолданылады:
қышқылдық;
негіздік;
тұнба түзуші, комплекс түзетін;
тотығу - тотықсыздану.
Оларға қойылатын талаптар: реакция жылдамдығы үлкен болу керек, керекті бағытта жүру керек, стехиометрлі болу қажет, т. б. сәйкес келуі керек.
Тақырып 12. Электроанализ. Фарадей заңы. Электрогравиметрия және кулонометрия
Электроанализ әдісі электр тоғының әсерінен заттың химиялық ыдырауына негізделген. Бұлардың сандық байланысы Фарадеймен өрнектеліп, заң ретінде тұжырымдалған:
Электролиз нәтижесінде ерітіндіден өткен тоқтың мәні электролиз кезінде бөлінген заттың массасына пропорционал.
Ерітіндіден бірдей мөлшерде электр тогы өтсе, электродта бірдей эквиваленттік мөлшерде зат бөлінеді.
Оны математикалық формула ретінде былай өрнектейміз.
m = (21)
мұндағы, m - электролиз кезінде бөлінген зат массасы, г;
Q - ток мөлшері;
MЭ - анықталатын заттың эквиваленттік молярлық массасы;
F - Фарадей саны, 96500 Кл моль.
Q = I t, (22)
мұндағы, I - ток күші;
t - электролиз уақыты.
Электродта жүретін реакцияға байланысты екі түрге бөлінеді: электрогравиметрия және кулонометрия.
Электрогравиметрия - ерітіндінің құрамынан тұрақты ток өткен кездегі қатты заттың бөлінуіне негізделген. Аналитикалық сигнал ретінде бөлінген заттың массасы алынады.
Кулонометрия - мұнда анықталатын зат электродта қатты зат ретінде бөлінбейді. Аналитикалық сигнал ретінде ерітіндіден өткен ток мөлшері алынады.
Тақырып 13. Вольтамперометрия (Полярография). Вольтамперметр қисығының анализі. Амперометриялық титрлеу
Полярографиялық анализ - электролиз жүрген кездегі, берілген кернеуге байланысты ток күшін өлшеуге негізделген.
Бұл байланыс Илькович теңдеуімен өрнектеледі:
Iшек = КС (23)
мұндағы, К - мәні электродтың табиғатына және электродтың жүру жағдайларына байланысты.
Тамшылайтын сынап электродына байланысты Илькович теңдеуі былай жазылады:
I = 607 n Д[12] m[23] 16 c (24)
мұндағы, Iшек - шектелген ток; n - электрондар саны;
Д - диффузиялық коэффициент;
m - сынаптың бір тамшысының массасы;
- электролиз жүрген уақыт; с - ертіндінің концентрациясы.
Тура вольтамперометриялық титрлеу әдісінде аналитикалық сигнал ретінде шектелген ток мәнін (диффузиялық ток) алынады. Шектелген ток пен кернеуге байланысты қисық тұрғызылады. Iшек = f (E), оны вольтамперометриялық қисық немесе полярографиялық толқын деп атайды. Ол аналитикалық параметрлерді алуға жатады. Толқынның ұзындығына жартысы жартылай потенциал толқын ұзындығы (Е12) деп аталады. Толқын биіктігі шектелген тоқ немесе диффузиялық тоқ деп (Iшек немесе Id) аталады, ол ерітіндінің концентрациясына байланысты болады. Егер Iшек = f (C) тұрғызсақ градуирленген қисықты аламыз, оның көмегімен талданатын заттың концентрациясын анықтаймыз.
J
Id(Iшек)
Е (12) Е
J - ток күші, мкА немесе жартылай толқын биіктігі, мм; максимальды көлбеудегі нүктенің потенциалы Е (12) (В) немесе жартылай толқын потенциалы; Ток күші концентрациясы пропоциональ; Е (12) зат табиғатына байланысты.
Сурет 7 - классикалық полярограмма
Амперометриялық әдістің негізгі бір бөлігі амперометриялық титрлеу.
Мұнда аналитикалық сигнал ретінде шектелген тоқты алады (сурет 8). Шектелген тоқтың мәнін қосылған титранттың көлеміне байланысты аладыда Iшек = f (V) қисық тұрғызады. Қисықтың сынған жеріне эквиваленттік нүкте және титрлеуге кеткен титрант көлемі сәйкес келеді. Осыған сәйкес анықталатын заттың мөлшерін есептейді.
Jшек мкА
б) Э. Н. V, мл
Сурет 8 - аналитикалық сигнал
Амперометриялық титрлеу әдісіндегі негізгі талап реакцияға қатысқан заттардың біреуі немесе барлығы электрохимиялық активті болу керек (электродта тотығуы немесе тотықсыздануы қажет). Осыған байланысты амперометриялық қисық әртүрлі болады (сурет 9).
J, мкА J, мкА J, мкА
Э. Н. V Э. Н. V Э. Н. V
а) Талданатын зат б)Титрант в)Талданатын зат
Сурет 9 - амперометриялық қисық
электрохимиялық активті электрохимиялық активті және титрант
электрохимиялық активті
J, мкА
Э. Н. V
г) шыққан өнім электрохимиялық активті
Тақырып 14. Кондуктомерия. Кондуктометриялық титрлеу
Кондуктометрия әдісі ерітіндінің электрөткізгіштігін өлшеуге негізделген. Электрөткізгіштік дегеніміз заттың бойынан электртоғын өткізу қабілеті. Ол электр кедергісіне (R) кері шама , өлшем бірлігі сыртқы Ом[-1] немесе Сименс (Си).
Мұнда аналитикалық сигнал ретінде электрөткізгіштікті алады. Электроөткізгіштің екі түрі бар: меншікті және эквивалентті электр өткізгіштік. Бұлардың математикалық өрнектелуін былай жазуға болады:
, (25)
мұндағы, - меншікті электроөткізгіштік (1Омсм = Омсм);
СЭ - молярлы концентрацияның эквиваленті (мольл);
= эквивалентті электрөткізгіштік (Омсммоль).
- бұл иондардың қозғалғыштық жылдамдығына немесе шектелген меншікті электрөткізгіштікке байланысты. Сондықтан 0 + ; 0 (+) + (-) UV, мұндағы U FU0 - катион жылдамдығы, V FV0 - анион жылдамдығы.
Аналитикалық химияда кондуктометриялық титрлеу кеңінен қолданылады.
Бұл әдісте титрантты қосып отырып титрленетін ерітіндінің электрөткізгіштігін өлшейді. Титрлеген кезде эквиваленттік нүктеге жеткенде электрөткізгіштің мәні күрт өзгереді. Талдаудың нәтижесінде F(V) қисық тұрғызамыз. Титрлеу кезінде жүретін химиялық реакцияға байланысты титрлеу қисығы әртүрлі болады:
ае, смсм[-1] ае, смсм[-1] ае, смсм[-1]
э. н. V, мл э. н. V, мл э. н. V, мл
Сурет 10 - кондуктометриялық титрлеу қисықтары
Электрөткізгіштің кемуі немесе азаюы иондардың қозғалғыштығымен () түсіндіріледі. Мысалы, NaOH - ты HCl ерітіндісімен титрлегенде сілтінің концентрациясы эквиваленттік нүктеге дейін кеміп электрөткізгіштік азаяды.
Қозғалғыш ион ОН- ( 200) аздиссоцияланатын Н2О қосылысымен байланысады.
Na[+] + OH[-] + H[+] + Cl[-] Na[+] + Cl[-] + Н2О
OH[-] + H[+] Н2О
Ары қарай қышқылды қоса берсек электрөткізгіштік күрт өседі, себебі сутегі ионы көбейеді оның қозғалғыштығы жоғары ( 350). Na[+] мен Cl[-] иондарының қозғалғыштығы 50, 65 тең, сондықтан ол тез өседі.
Тақырып 15. Хроматография. Хроматографиялық әдістін теориялық негіздер
Хроматографиялық анализ бір заттың екінші затқа сіңірілуіне негізделген. Бұл жерде қозғалатын және қозғалмайтын фазалар болады. Қозғалатын фаза сұйық және газ тәріздес болады, қозғалмайтын фаза қатты дене.
Жұтылған заттың мөлшері концентрацияға байланысты адсорбциялық изотермамен көрсетіледі.
n
Генри аймағы С
Сурет 11 - адсорбциялық изотерма
Бұны математикалық тұрде былай өрнектеледі:
n = n (26)
мұндағы, n - жұтылған заттың мөлшері, моль, моль;
n - берілген адсорбентке анықталатын заттың максималды жұтылу мәні, моль; в - тұрақты мән; с - талданатын заттың концентрациясы, мольл.
Концентрация жоғарыламаған кезде адсорбция изотермасы түзу болуы аналитикада өте маңызды. Яғни вс1 болса, онда Лэнгмюра теңдеуі адсорбциялық түзу теңдеуге айналады, сонда n = nвс Г с, мұндағы Г - Генри коэффициенті. Адсорбцияның түзу сызықты аймағы Генри аймағы деп аталады.
Хроматография әдісінің қолданатын тәсіліне қарай колонкалы, жазықты, ал фазаның алмасуына қатысты фронталды, шығару, заттың жұтылу механизміне байланысты адсорбциялы, ионалмасу т. б. топтарға бөлінеді.
БӨЛІМ II. ЗЕРТХАНАЛЫҚ ТӘЖІРИБЕЛЕР
2. Зертханалық жұмыстың негізгі ережелері, химиялық реактивтер, ыдыстар және құралдар
Лабораториядағы техникалық қауіпсіздік ережелері.
Жұмыс басталудан бұрын реактивтер құйылған ыдыстағы реактивтерді тексеру керек және қажетті ыдыстарды (стакандар, пробиркалар, шыны таяқшалар және т. б. ) даярлау қажет.
Құрғақ реактивтерді шпатель көмегімен немесе қағаздан жасалған қалақшамен алу қажет.
Егер алынған тұнбаны немесе ерітіндіні біраз уақытқа қалдыру керек болса, онда ыдысқа этикетка жапсырып, бұл кімнің жұмысы, қанша уақытқа қалдырды, соны жазу керек.
Жұмысқа пайдаланылған күміс ерітіндісінің қалдығын төкпестен, оны арнайы ыдысқа жинау қажет. Күміс ионын тұз қышқылымен тұнбаға түсіріп, содан кейін оны күміске дейін тотықсыздандырады. AgCl тұнбасын күмісті бөліп алу үшін формальдегидпен немесе металдық темірді тұз қышқылының қатысуымен тотықсыздандырады,заттарды иіскеп, дәмін көруге болмайды.
Улы сұйық заттарды ешқашан ауызбен сорып, пипетканы толтырмайды. Ол үшін арнайы резиналы грушамен пипетканы пайдаланады.
Түтінді және улы газдар, булар бөле жүретін процестердің барлығы терезелері жабылатын арнайы шкафтарда жүргізіледі.
Этикеткасы жоқ реактивтерді қолдануға болмайды.
Құрыталған (кептірілген) тигельді столға қоймайды, оны арнайы кірпішті мраморлы столға қояды.
Реакция жүргізетін пробирка мен шыны ыдыстарды жайлап, мұқият қыздырады. Ыдысты еңкейтуге және оған үңіле қарауға болмайды. Ыдыстың ауызы жұмыс жасаушы және оның көршісінен қарсы бағытта болу керек.
Концентрлі қышқылды концентрлі сілтіге немесе керісінше құйуға болмайды.
Егер де байқаусызда, білместен концентрлі қышқыл мен сілті ерітіндісін төгіп алсаңыз, төгілген жерге құм себіңіз. Соңынан құмды алып, тазалау керек, ал төгілген орынды:
-қышқыл төгілсе әк немесе сода сеуіп, оны құрғағанша сүрту қажет;
-сілті төгілсе - әлсіз сірке қышқылы немесе кез келген басқа қышқылдармен жуып, сүрту қажет;
Есіңізде болсын! Концентрлі қышқыл мен сілтіні канализацияға құюға тыйым салынады!
Егер көзге ерітінді шашырап кетсе, онда тез арада сумен жуу қажет және де дәрігерге көріну қажет.
Судың буына, ыстық препаратқа, ыстық судың шашырандысына және еріткіштерге күйіп қалса, онда күйген орынды 5 - 10% KМnO4 ерітіндісімен сүрітіп, стерильденген марліні қою қажет.
Бұл лабораториялық практикум аналитикалық химияны оқитын технология мамандығындағы студенттерге арналған және лабораториялық жұмыстарды орындауға қолданылатын әдістемелік құрал болып табылады. Оқулық жоғары оқу орнына арналған бағдарлама және оқу жоспарына негізделіп жасалған.
Оқулықта гравиметрия мен титриметрияны классикалық талдау әдістері көрсетілген. Әрбір тарауда тақырыптың теориялық негізі және лабораториялық жұмысты орындау үшін қажетті практикалық түсініктер берілген. Гравиметрияға арналған лабораториялық жұмыстардың ішінде айдау әдісі мен тұнбаға түсіру кристаллды және аморфты тұнбалар әдістері қамтылған. Титриметриялық талдау әдістерінен: қышқылды-негізді титриметриялық әдіс, оксидиметрия әдісі және кешенді (комплексонометрия) әдістері берілген.
2.1. Жалпы нұсқаулар
Лабораториялық жұмысты орындау алдында тақырыптың теориялық материалымен және тәжірибенің негізгі бөліктерімен танысу қажет.
практикалық жұмыс барысында, химиялық лабораторияда жұмыс істеуде қойылатын талаптардың барлығын ескеріп отыру қажет.
талдау әдісін жүргізу реттілігін, жағдайды ескеру, реактивтерді қосу ретін лабораториялық жұмыстың нұсқасында көрсетілгендей қатаң тәртіппен орындау қажет.
есептеу барысында әдістемелік оқулықтағы ұсынылған формулаларды және өлшем бірліктерді қолдану қажет.
жұмыс кітапшасында лабораториялық жұмыстың аталуы, теориялық негізгі және эксперименттік жұмыстың бөліктері туралы қысқаша конспект, зерттеу нәтижелері және есептеулер туралы мағлұматтар көрсетілулері керек.
лабораториялық жұмысты орындап болғаннан кейін, лабораториялық практикумның соңында ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz