Аналитикалық химия заттың химиялық құрамы мен құрылымын анықтау әдістері туралы ғылым

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

М. Х. Дулати атындағы Тараз өңірлік университеті

РЕФЕРАТ

Тақырыбы: «Аналитикалық химияның даму тарихы»

Орындаған: Тұрғынбек Назерке

Қабылдаған: Сарыбаева Жанай

Жоспар:

Кіріспе

Аналитикалық химия пәні және оның алатын орны

Аналитикалық химияның даму кезеңдері

Қорытынды

Пайдаланылған әдебтеттер

Кіріспе

Аналитикалық химия - әртүрлі қосылыстар мен заттардың құрамын анализдеу әдістері туралы ғылым. Олай болса, аналитикалық химияның пәні ретінде анализдің жаңа әдістерін жасауды, анализді практика жүзінде қолдануды және анализ әдістерін терең зерттеу арқылы олардың теориялық негізін қалыптастыруды айтуға болады. Аналитикалық химия бұл білімді қалыптастырып және оны бір жүйеге келтіретін пән ғана емес, ол қоғам өмірінде практикалық мәні өте зор ғылым.

Химиялық анализді тиімді түрде жүргізбейінше табиғатты қорғау және денсаулық сақтау жүйелері мен қауіпсіздік комплекстерін іске қосу және жандыру, оларды одан әрі дамыту мүмкін болмайды.

Аналитикалық химияда қолданылатын әдістер табиғи зат неден тұрады, оның құрамына қандай компоненттер кіреді, олардың сандық мөлшерлері мен концентрациялары қандай деген сұрақтарға толық жауап бере алады. Сонымен қатар аналитикалық химияның мақсаты анализ әдістерінің қолданылу мүмкіншіліктері мен метрологиялық аспектілерін анықтау және әртүрлі объектілер анализінің әдістемесін жасау болып табылады. Аналитикалық химия бұл таңғажайып ғылыми ізденістердің үлкен бір орталығы деуге де болады. Демек, аналитикалық химия заттың химиялық құрамын анықтауға қажетті химиялық анализ әдістерін жасап, сол әдістерді жүзеге асырумен және олардың теориялық негіздерін зерттеумен шұғылданатын химия ғылымының бір саласы. Аналитикалық химия студенттердің ойлау қабілеттерін қалыптастыра отырып, химиялық анализді және әртүрлі ғылыми-зерттеу тәсілдерін жүргізуді үйретеді.

Жоғары оқу орындарында оқу жоспары бойынша аналитикалық химияға бөлінетін уақыт көбінесе лабораториялық практикумға беріледі. Алайда студент жұмыстың теориялық негізін жетік білмесе лабораториялық жұмыс бойынша анализдің жеке сатыларын тек механикалық жолмен ғана жүргізуі мүмкін. Бұндай жағдайда терең білімді қалыптастыру мүмкін болмайды. Аналитикалық химияның теориялық негіздерін жақсы меңгергенде ғана химиялық процестерді саналы түрде жүргізіп, зерттелетін зат компонеттерінің сапалық және сандық құрамын анықтауға қажетті жағдайларды жасауға болады.

Оқулықта аналитикалық химияның теориялық та, практикалық та маңыздылығын ескере отырып, ерітіндіде жүретін әртүрлі гомогендік және гетерогендік тепе-теңдіктер, оларды ескеру және есептеу мәселелеріне, соның ішінде ерітіндіде бір уақытта бірнеше реакция қатар жүргендегі тепе-теңдіктерге ерекше көңіл бөлінді. Химиялық және физика-химиялық әдістердің теориялық негіздері, олардың ерекшеліктері мен қолданылу мүмкіншіліктері де кең түрде қарастырылды.

1. Аналитикалық химия пәні және оның алатын орны

Аналитикалық химия заттың химиялық құрамы мен құрылымын анықтау әдістері туралы ғылым. Әрине бұл анықтама оның мәнін толық ашып көрсетеді деуге болмайды. Аналитикалық химияның мақсаты - анализдеу әдістерін жасау және оны тәжірибе жүзінде қолдану, сонымен бірге аналитикалық әдістердің теориялық негіздерін кеңінен зерттеу болып табылады. Атап айтқанда, әртүрлі орталарда және түрлі агрегаттық күйлерде болатын элементтер мен олардың қосылыстарын зерттеу, координациялық қосылыстардың құрамы мен тұрақтылығын, заттың оптикалық, электрохимиялық және басқа да сипаттамаларын анықтау, химиялық реакциялардың жылдамдықтарын зерттеу, әдістердің метрологиялық сипаттамаларын анықтау және т. б. көптеген сұрақтар. Әсіресе анализдің жаңа әдістерін іздеу және ғылым мен техниканың заманауи жетістіктерін аналитикалық мақсаттарда қолдануға қазіргі кезде қатты көңіл бөлінеді.

Практикалық мақсаттарда әрдайым толық химиялық анализ жүргізу қажет бола бермейді. Көп жағдайда материалдың сапасын, технологиялық сипаттамаларын, эксплуатациялық қасиеттерін, кейде екі-үш немесе төрт-бес аса маңызды компоненттерді ғана анықтаумен шектеледі.

Қойылған мақсаттарға, талданатын заттың қасиеттеріне және тағы да басқа шарттарға байланысты заттардың құрамы әртүрлі өрнектеледі. Заттың химиялық құрамы элементтердің немесе олардың оксидтерінің, болмаса басқа да қосылыстарының массалық үлесімен (%), сонымен бірге үлгіде шын мәнінде кездесетін химиялық қосылыстардың немесе фазалардың, изотоптардың және т. б. болуымен сипатталады. Құймалардың құрамы әдетте құрамдас элементтердің массалық үлесімен (%) сипатталады; тау жыныстарының, рудалардың, минералдардың және т. б. құрамы олардың қандай да бір қосылыстарына, көбінесе оксидтеріне шаққандағы элементтердің құрамымен анықталады. Талданатын үлгіде кездесетін қандайда бір элементтің жеке химиялық қосылыстар, формалар түрінде сынақта болуын анықтау мақсатындағы фазалық немесе заттық анализ әлдеқайда күрделі. Органикалық қосылыстарды анализдеу кезінде жеке элементтерді (көміртегі, сутегі, азот және т. б. ) анықтаумен қатар молекулярлы және функционалды анализ жиі жүргізіледі (яғни жеке химиялық қосылыстар, функционалды топтар және т. б. анықталады) .

Аналитикалық химияның теориялық негізін Д. И. Менделеевтің периодтық заңы, зат массасы мен энергияның сақталу заңдары, зат құрамының тұрақтылығы, әрекеттесуші массалар заңдары сияқты жаратылыстанудың негізгі заңдары құрайды. Аналитикалық химия физикамен, бейорганикалық, органикалық, физикалық және коллоидтық химиямен, электрохимиямен, химиялық термодинамикамен, ерітінділер теориясымен, метрологиямен, ақпарат теориясымен және басқа көптеген ғылымдармен тығыз байланысты. Мысалы, анализдің спектралды әдістері физикалық теориялар негізінде қарқынды дамуда, электроаналитикалық әдістерде теориялық электрохимия мен ерітінділер термодинамикасының ұстанымдары негізге алынады. Заманауи аналитикалық химияны координациялық қосылыстар, кванттық-химиялық әдістер және зат құрылысы теориясы, реакциялар кинетикасы және т. б. негізгі ілімдерсіз елестету мүмкін емес. Осындай ғылымдардың жетістіктерін қолдану арқылы аналитикалық химияның теориялық негізі байып, оның мүмкіндіктері кеңейіп, жаңа міндеттерді шешуге мүмкіндік алады. Сонымен қатар аналитикалық химияда жоғарыда айтылған ғылымдардың және өндірістің тұтас бір салаларының дамуына маңызды әсерін тигізеді, оларға анализдің жетілдірілген әдістерін ұсынып, дамудың жаңа мүмкіндіктерін ашады.

Аналитикалық химияның басқа ғылымдармен, әсіресе өндіріс салаларымен тығыз байланысты болуы оның маңызды ерекшеліктерінің бірі болып табылады. Аналитикалық химиядағы анализ бен синтездің бір-бірімен тығыз байланысты екенінде айта кеткен дұрыс. Анализ түсінігі әдетте заттарды құрамдас бөліктерге бөлумен ассоциацияланады, бірақ химиялық анализ бұл көбінесе өзіне тән бояуы бар, нашар еритін және кристалдарының өзіне тән пішіні бар қосылыстардың синтезіне негізделеді. Сонымен бірге, синтездің нәтижесі әдетте анализ арқылы бақыланатындығы да анализ бен синтездің бірлігін көрсетеді.

Аналитикалық химияның ғылыми және тәжірибелік маңызы өте зор. Негізгі химиялық заңдардың барлығы дерлік осы аналитикалық химияның әдістерінің көмегімен ашылған. Әр түрлі материалдардың, бұйымдардың, рудалардың, минералдардың, ай топырағының, алыс планеталар мен басқа да аспан денелерінің құрамы аналитикалық химия әдістерімен анықталған. Периодтық жүйенің толық бір қатарының ашылуы аналитикалық химияның нақты әдістерін қолдану арқылы ғана мүмкін болғандығы белгілі.

Заманауи химиялық зерттеулердің ешқайсысы, жаңа заттарды синтездеу, жаңа технологиялық тізбекті жасау немесе өндірісті интенсивтендіру болсын, өнімнің сапасын арттыру және т. б. болсын, аналитикалық химия әдістерінсіз олардың іске асуы мүмкін емес.

2. Аналитикалық химияның даму кезеңдері

Аналитикалық химия мен анализ әдістерінің көптеген тәсілдері өте ертеден белгілі. Ең алдымен сынамалық өнер немесе «құрғақ» түрде, сынаманы ерітпей, яғни ерітінділерді қолданбай сынамалы анализдеу болды. Сынамалы анализ әдістері арқылы қымбат металдардың тазалығын бақылап, олардың кен мен құймалардың құрамындағы мөлшерін анықтаған. Сынамалы анализді жүргізу техникасы қымбат металдарды алудың өндірістік үдерісін лабораториялық жағдайда жүргізуге мүмкіндік берді. Анализдің мұндай әдістері Ежелгі Египет пен Грецияда қолданылған. Ол кезде ерітіндідегі реакцияның практикалық маңызы оншалықты болмайтын.

XVII ғасырдың ортасында өнеркәсіп пен әртүрлі өндірістің дамуы анализ бен зерттеудің жаңа әдістерін қажет етті. Өйткені сынамалы анализ химиялық және басқа да өндірістерді бұрынғыдай қанағаттандыра алмады. Әдетте XVII ғасырдың ортасын аналитикалық химияның пайда болуы және химияның ғылым ретінде қалыптасуы деп есептейді. Кеннің, минералдардың және басқа заттардың құрамын анықтау өте үлкен қызығушылық тудырды.

ХVІІ - ХVІІІ ғасырларда «пробиркалық анализ» кең қолданылды. Осындай анализдің көмегімен бағалы металдардың тазалығын тексеріп, олардың рудадағы мөлшерін анықтаған. Сондықтан бұл кезде химия ғылымындағы зерттеудің негізгі әдісі химиялық анализ болды. Р. Бойль (1627-1691) «химиялық анализ» деген терминді ұсынып, химиялық анализ туралы жалпы түсінікті қалыптастырды. Сонымен бірге ол заманауи сапалық анализдің «сулы» жолын ұсынып, осылайша реакцияны ерітіндіде жүргізудің негізін салды. Сол кезде белгілі болған сапалық реакцияларды бір жүйеге келтіріп және бірнеше жаңа сапалық әдістерді (аммиакқа, хлорға және т. б) ұсынды, қышқылдар мен сілтілерді анықтау үшін лакмусты қолданды және тағы да басқа маңызды жаңалықтар ашты.

Алайда, аналитикалық химия жеке ғылым болып тек М. В. Ломоносовтың жұмыстарынан кейін, әсіресе зат массасының сақталу заңы ашылғаннан соң ғана, яғни химиялық үдерістерде сандық есептеулер жүргізілуіне байланысты қалыптаса бастады. М. В. Ломоносов (1711-1765) химиялық реакцияларды зерттеу кезінде алғашқы рет таразыны жүйелі түрде қолданған. 1756 жылы ол сандық анализдің негізін құрайтын және бүкіл ғылым үшін зор маңызы бар, табиғаттың негізгі заңдарының бірі - зат массасының сақталу заңын экперимент жүзінде дәлелдеді. Бұл заңның сандық анализдің негізін қалыптастырудағы және жалпы аналитикалық химия ғылымының дамуындағы маңызы өте зор болды. М. В. Ломоносов химиялық анализбен ғылыми-зерттеудің қазіргі кезге дейін өздерінің құндылығын жоймаған көптеген тәсілдерін ұсынды, олар: вакуумда сүзу, гравиметриялық анализ операциялары және т. б. Сонымен бірге М. В. Ломоносов газды анализдің негізін қалыптастырды, рефрактометрді құрастырды және сапалық анализде микроскопты қолдануды ұсынды, осылайша микрокристаллоскопиялық анализ бастама алды. Өзінің химик-зерттеуші, аналитик және технолог ретінде жасаған ғылыми еңбектерінің нәтижелерін М. В. Ломоносов «Металлургия немесе рудалармен жұмыстардың алғашқы негіздері» («Первые основания металлургии или рудных дел») деген кітабына жинақтап ұсынды. Бұл кітап аналитикалық химиямен оған іргелес ғылым салаларының дамуына, металлургия мен рудалар анализінің дамуына зор ықпал етті.

Химиялық анализдің дәлдігі жоғары әдістерін қолдану көптеген табиғи заттардың және технологиялық өңдеу өнімдерінің құрамдарын анықтауға және химия ғылымының бірқатар заңдарының ашылуына әсерін тигізді. А. Л. Лавуазье (1743-1794) ауаның, судың және басқа да заттардың құрамын анықтады, жанудың оттектік теориясын қалыптастырды. Аналитикалық мәліметтерге сүйене отырып, Д. Дальтон (1766-1844) заттың атомдық теориясын дамытты және құрам тұрақтылығы мен еселік қатынас заңын дәлелдеді. Ж. Л. Гей-Люссак (1778-1850) пен А. Авогадро (1776-1856) газдар заңын қалыптастырды. Аналитикалық химия жаңа әдістермен толықтырыла отырып, одан әрі дамып, жетілдірілді. ХVІІІ ғасырдың соңында Т. Е. Ловиц (1757-1804) М. В. Ломоносовтың идеясын дамыта отырып, кристалдар формасы мен олардың химиялық құрамы арасындағы өзара байланыстың бар екендігін ашып, сапалық анализдегі тұздардың кристалдары формасы бойынша әдісті - анализдің негізін салды. М. В. Севергин (1765-1826) ерітінді түсінің қанықтығы мен концентрациясы арасындағы байланысқа негізделген колориметрлік анализді ұсынды. Сонымен қатар М. В. Севергин химиялық анализ бойынша бірнеше жетекші-еңбектер шығарған. Ж. Л. Гей-Люссак «титрлеу» деген терминді енгізіп, анализдің титриметриялық әдісін жасады. Бұл әдіс гравиметриялық әдіспен бірге классикалық аналитикалық химияның негізін қалап, осы күнге дейін өз құндылығын жойған жоқ.

ХVІІІ ғасырдың аяғы мен ХІХ ғасырдың басында көптеген ғалымдар - Т. У. Бергман (1735-1784), Л. Ж. Тенар (1777-1857), К. К. Клаус (1796-1864) және т. б. жүйелі (систематикалық) сапалық анализдің негізін қалады. Бұл жұмыстарды К. Р. Фрезениус (1818-1897) аяқтап, сапалық және сандық анализ бойынша оқулық жазады және алғашқы аналитикалық химия журналын (Zeitschrift fur analytische Chemie, қазіргі кездегі Fresenius Z. Anal. Chem. ) шығарды.

И. Я. Берцелиус (1779-1848) пен Ю. Либих (1803-1873) органикалық қосылыстардың құрамындағы негізгі элементтерді - С, H, N және т. б. анализдеу әдістерін дамытты. Титриметриялық анализде қарқынды дамып, оның иодометрия, перманганатометрия сияқты түрлері пайда болды. 1859-1860 жылдары Р. В. Бунзен (1811-1899) мен Г. Р. Кирхгоф (1824-1887) өте маңызды жаңалық ашады. Олар аналитикалық химияның негізгі әдістерінің бірі және осы күнге дейін даму үстіндегі спектральды анализді ұсынады.

Химия ғылымының және басқа да ғылымдардың дамуына 1869 жылғы Д. И. Менделеевтің (1834-1907) периодтық заңы зор ықпал етті. Сонымен қатар А. М. Бутлеровтың органикалық қосылыстар құрылысының теориясыда аналитикалық химияның дамуына үлкен үлес қосты. ХІХ ғасырда белгілі болған кітаптардың ішінен Г. Розенің (1829) «Руководство по аналитической химии» және К. Р. Фрезениустың «Руководство по качественному химическому анализу» (1841) деген еңбектерін атауға болады. Аналитикалық химияның одан әрі дамуы мен оның оқытылуына 1871 жылы А. А. Меншуткин (1842-1907) жазған «Аналитикалық химия» оқулығы айтарлықтай үлес қосты.

Н. С. Курнаков ұсынған (1860-1941) «құрам-қасиет» диаграммасын зерттеуге негізделген физика-химиялық анализ әдісі химияның бір бөлімі болып қалыптасты. Бұл әдіс күрделі жүйелерде түзілетін қосылыстардың құрамдары мен қасиеттерін жеке қосылыстарды кристалл түрінде бөлмей-ақ анықтауға мүмкіндік ашты.

ХІХ ғасырдың екінші жартысында аналитикалық химия үшін металдардың органикалық заттармен түзетін комплексті қосылыстарын зерттеудің мәні өте зор болды. Осы бағыттағы зерттеулер нәтижесінде Л. А. Чугаев (1873-1922) 1905 жылы диметилглиоксим реактивін никельді ашуда қолдануды ұсынды. Кейін бұл реактивке Чугаевтің аты берілгені бүкіл әлемге белгілі.

1903 жылы М. С. Цвет (1872-1919) қасиеттері бір-біріне ұқсас болатын қосылыстарды олардың адсорбциялық және басқа да қасиеттеріне сүйене отырып тиімді түрде бөлу әдісін, яғни хроматографиялық анализді ұсынды. Бұл әдістің артықшылықтары кейінірек, ондаған жылдар өткен соң ғана толық бағаланды. 1954 жылы А. Мартин мен Р. Синдж бөлу хроматографиясын дамытудағы еңбектері үшін Нобель сыйлығын алды.

Аналитикалық химияның одан әрі дамуы химиялық реакциялардағы тепе-теңдіктерді ашқан Н. Н. Бекетовтың (1827-1911) және әрекеттесуші массалар заңын ашқан К