Análisis cualitativo y cuantitativo de la lección de información de tártaro de Crimea. Análisis cuantitativo y cualitativo en química analítica

I. Ya en el curso del estudio, uno puede asumir sus resultados, pero generalmente estas conclusiones se consideran preliminares y solo se pueden obtener datos más confiables y sólidos como resultado de un análisis cuidadoso.

El análisis de datos en el trabajo social consiste en integrar toda la información recopilada y convertirla en una forma que sea fácil de explicar.

Los métodos para analizar la información social se pueden dividir condicionalmente en dos grandes clases de acuerdo con la forma en que se presenta esta información:

– calidadmétodos industriales centrado en el análisis de la información presentada principalmente en verbal formulario.

– cuantitativométodos son de naturaleza matemática y representan técnicas de procesamiento digital información.

El análisis cualitativo es un requisito previo para la aplicación de métodos cuantitativos, tiene como objetivo identificar la estructura interna de los datos, es decir, aclarar aquellas categorías que se utilizan para describir la esfera de la realidad estudiada. En esta etapa tiene lugar la determinación final de los parámetros (variables) necesarios para una descripción exhaustiva. Cuando hay categorías descriptivas claras, es fácil pasar al procedimiento de medición más simple: contar. Por ejemplo, si selecciona a un grupo de personas que necesitan cierta ayuda, puede contar el número de esas personas en un microdistrito determinado.

Con un análisis cualitativo, se hace necesario producir compresión de datosmación es decir, para obtener datos en una forma más compacta.

El principal método de compresión de información es codificación el proceso de análisis de información cualitativa, que incluye la selección de segmentos semánticos texto o comportamiento real, su categorización (denominación) yreorganización.

Para hacer esto, busque y marque en el propio texto llavelas palabras, es decir, aquellas palabras y expresiones que llevan la carga semántica principal indican directamente el contenido del texto como un todo o su fragmento separado. Se utilizan diferentes tipos de resaltado: subrayado con una o dos líneas, codificación de colores, marcas en los márgenes, que pueden ser tanto iconos como comentarios adicionales. Por ejemplo, puede resaltar aquellos fragmentos donde el cliente habla de sí mismo. Por otro lado, puede destacar todo lo que concierne a su salud, puede dividir aquellos problemas que el cliente es capaz de resolver por sí mismo, y aquellos problemas para cuya solución necesita ayuda externa.

Los fragmentos de contenido similar se marcan de la misma manera. Esto los hace fáciles de identificar y, si es necesario, ensamblarlos. Luego, los fragmentos seleccionados se buscan bajo diferentes encabezados. Al analizar el texto, puede comparar sus fragmentos individuales entre sí, identificando similitudes y diferencias.

El material procesado de esta manera se vuelve fácilmente visible. Los puntos principales pasan a primer plano, como si se elevaran por encima de la masa de detalles. Se hace posible analizar la relación entre ellos, identificar su estructura general y, sobre esta base, plantear algunas hipótesis explicativas.

Cuando se estudian varios objetos simultáneamente (al menos dos) y cuando la comparación con el objetivo de detectar similitudes y diferencias se convierte en el principal método de análisis, se aplica método comparativoD... La cantidad de objetos estudiados aquí es pequeña (la mayoría de las veces dos o tres), y cada uno de ellos se estudia en profundidad y de manera suficientemente completa.

Es necesario encontrar una forma de presentación de datos que sea más conveniente para el análisis. La técnica principal aquí es esquematización. El esquema siempre simplifica las relaciones reales, simplifica la imagen real. En este sentido, la esquematización de relaciones es al mismo tiempo la compresión de información. Pero también presupone encontrar una forma de presentación de información visual y fácilmente visible. Este propósito se logra mediante la consolidación de datos en mesas o gráficos.

Para facilitar la comparación, el material se reduce a mesas... La estructura general de la tabla es la siguiente: cada celda representa la intersección de una fila y una columna. La tabla es conveniente porque puede incluir datos tanto cuantitativos como cualitativos. El punto de la mesa es que puedes mirar alrededor. Por lo tanto, generalmente la mesa debe caber en una hoja. La tabla dinámica utilizada para el análisis a menudo se dibuja en una hoja de papel grande. Pero una mesa grande siempre se puede dividir en varias partes, es decir, hacer varias tablas con ella. Muy a menudo, la fila corresponde a un caso y las columnas representan sus diversos aspectos (características).

Otra técnica para la presentación concisa y visual de información es gráficos... Existen diferentes tipos de diagramas, pero casi todos son diagramas estructurales, en los que los elementos se representan con formas convencionales (rectángulos u óvalos), y los vínculos entre ellos se representan mediante líneas o flechas. Por ejemplo, es conveniente utilizar un diagrama para representar la estructura de cualquier organización. Sus elementos son personas, o mejor dicho, cargos. Si la organización es grande, los elementos estructurales más grandes (subdivisiones) se seleccionan como elementos. Con la ayuda del diagrama, es fácil representar la jerarquía de relaciones (sistema de subordinación): los puestos superiores se encuentran en el diagrama anterior y los inferiores, a continuación. Las líneas que conectan los elementos indican exactamente quién informa a quién.

Los diagramas también se pueden utilizar para identificar la estructura lógica de eventos o texto. En este caso, primero, análisis semántico y los eventos o componentes nodales se trazan y luego se presentan en forma gráfica para que la relación entre ellos sea lo más clara posible. Está claro que la esquematización conduce a un endurecimiento de la imagen debido a la omisión de muchos detalles. Sin embargo, la información se comprime transformándola en una forma conveniente para la percepción y la memorización.

Por tanto, las principales técnicas de análisis cualitativo son la codificación y la presentación visual de la información.

II. El análisis cuantitativo incluye métodos de descripción estadística de la muestra y métodos de inferencia estadística (prueba de hipótesis estadísticas).

Los métodos de análisis cuantitativos (estadísticos) se utilizan ampliamente en la investigación científica en general y en Ciencias Sociales en particular. Los sociólogos utilizan métodos estadísticos para procesar los resultados de las encuestas masivas de opinión pública. Los psicólogos utilizan el aparato de la estadística matemática para crear herramientas de diagnóstico fiables: pruebas.

Todos los métodos de análisis cuantitativo se suelen dividir en dos grandes grupos. Métodos de estadísticaquién es la descripción tienen como objetivo obtener una caracterización cuantitativa de los datos obtenidos en un estudio en particular. métodos de estadísticaretiro permiten extender correctamente los resultados obtenidos en un estudio en particular a todo el fenómeno como tal, para sacar conclusiones generales. Los métodos estadísticos permiten identificar tendencias estables y construir sobre esta base teorías diseñadas para explicarlas.

La ciencia siempre se ocupa de la diversidad de la realidad, pero ve su tarea en descubrir el orden de las cosas, cierta estabilidad dentro de la diversidad observada. Las estadísticas proporcionan técnicas convenientes para dicho análisis.

Para utilizar las estadísticas, se requieren dos condiciones básicas:

a) es necesario tener datos sobre un grupo (muestra) de personas;

b) estos datos deben presentarse en forma formalizada (codificada).

Es necesario tener en cuenta el posible error muestral, dado que para el estudio solo se toman encuestados individuales, no hay garantía de que sean representantes típicos del grupo social en su conjunto. El error muestral depende de dos puntos: del tamaño de la muestra y del grado de variación del rasgo que interesa al investigador. Cuanto mayor sea la muestra, menos probable es que se incluyan en ella individuos con valores extremos de la variable estudiada. Por otro lado, cuanto menor sea el grado de variación de una característica, más cerca estará cada valor de la media real. Conociendo el tamaño de la muestra y habiendo obtenido una medida de la dispersión de las observaciones, es fácil derivar un indicador llamado Error estandar de la media. Da el intervalo en el que debería estar la media real de la población.

La inferencia estadística es el proceso de probar hipótesis. Además, inicialmente siempre se asume que las diferencias observadas son aleatorias, es decir, la muestra pertenece a la misma población general. En estadística, esta suposición se llama cero gihipótesis.

La química analítica es la ciencia de los métodos para determinar la composición cualitativa y cuantitativa de sustancias y sus mezclas mediante la presencia e intensidad de una señal analítica.... Una señal analítica puede ser, por ejemplo, la formación de un precipitado, un cambio de color, la aparición de una línea en el espectro. La aparición de la señal analítica generalmente se asocia con la detección cualitativa del componente y su valor (intensidad), con el contenido cuantitativo. En la mayoría de los métodos, la intensidad de la señal analítica es el promedio de las mediciones. cantidad física funcionalmente relacionado con el contenido del componente que se está determinando.

La química analítica desarrolla los fundamentos teóricos del análisis químico. El término análisis químico significa un conjunto de acciones que tienen como objetivo obtener información sobre la composición química de un objeto.

El análisis químico se divide en análisis cualitativo y cuantitativo. El tema del análisis cualitativo es la identificación de componentes y la determinación de la composición cualitativa de sustancias o sus mezclas.

La tarea del análisis cuantitativo es determinar el contenido cuantitativo partes componentes sustancias. Podemos decir que el análisis cualitativo responde a la pregunta - "¿qué?", ​​Y cuantitativa - "¿cuánto?"

Investigando un nuevo compuesto, en primer lugar, se determina en qué componentes consta y luego se encuentran sus proporciones cuantitativas. Por tanto, un análisis cualitativo precede al cuantitativo. Si se conoce el análisis cualitativo, se procede inmediatamente al cualitativo, eligiendo el método más adecuado.

Cabe señalar que la división en análisis cualitativo y cuantitativo es algo arbitraria. Una detección puramente cualitativa de sustancias o elementos (“detectados” o “no encontrados”) tiene sentido solo para las características generales del objeto de análisis, por ejemplo, para decidir si hay uranio en un mineral dado, mercurio en productos farmacéuticos. Existe un cierto umbral de concentraciones o cantidades por encima del cual se puede detectar un componente (si está en el objeto). La respuesta “no encontrado” no significa que este componente no exista en absoluto en el objeto, es simplemente que no es detectado por el método seleccionado. Al determinar trazas de impurezas, a veces se borra la línea entre análisis cualitativo y cuantitativo.

La base teórica del análisis químico es una serie de leyes físicas y químicas, y sobre todo ley periódica DI. Mendeleev, así como disposiciones teóricas básicas. química General: ley de la acción de masas, teoría disociación electrolítica, equilibrio químico en sistemas heterogéneos, complejación, anfotericidad, autoprotolisis, reacciones redox, etc.

La clasificación de tipos de análisis químicos puede basarse en varios principios. Entonces, por la naturaleza de las sustancias o partículas analizadas, el análisis se divide en inorgánico, orgánico, elemental, molecular, material, de fase y funcional. Puede ofrecer otras clasificaciones de tipos de análisis: bruto - local; destructivo - no destructivo; discreto - continuo. Según el volumen o masa de la muestra se distinguen macro, semimicro, micro, ultramicro y submicroanálisis.

Para obtener una señal, se realizan reacciones químicas de varios tipos (ácido-base, redox, complejación), varios procesos, por ejemplo, precipitación, así como diversas propiedades químicas, físicas e incluso biológicas de las propias sustancias o de los productos de sus reacciones. usó. Por tanto, la química analítica tiene varios métodos para resolver sus problemas: químico, físico, fisicoquímico y biológico.

En los métodos de detección química, la señal resultante de reacción química(sedimentación, decoloración, desprendimiento de gas) se observa principalmente visualmente. Los procesos químicos utilizados con fines analíticos se denominan reacciones analíticas. En los métodos físicos, una señal analítica generalmente se recibe y se registra utilizando un equipo especial. Esta división es algo arbitraria: no hay una frontera clara entre los métodos de ambos grupos. Tanto en métodos químicos como físicos, la determinación cualitativa y cuantitativa de los constituyentes del material analizado se basa en la observación y medición de cualquier propiedad física del sistema (conductividad eléctrica, densidad, masa, volumen, intensidad de color, etc.). Pero en los métodos físicos, las reacciones químicas no se llevan a cabo, sino que miden inmediatamente las propiedades del material. En los métodos fisicoquímicos, se lleva a cabo de forma preliminar una reacción química o se monitoriza su progreso mediante un dispositivo que registra una propiedad física.

A menudo físico y métodos fisicoquímicos unirlos llamándolos instrumentales.

Muchos métodos químicos se han vuelto clásicos y bien probados. Sin embargo, no siempre satisfacen requisitos modernos, especialmente cuando se verifica la pureza de una sustancia (por ejemplo, el germanio es adecuado para semiconductores si no hay más de un átomo de impureza por cada 10 millones de sus átomos: fósforo, arsénico, antimonio). La mayoría de los métodos químicos no son lo suficientemente sensibles para detectar o cuantificar tales impurezas. Estos requisitos se satisfacen en gran medida mediante algunos métodos instrumentales. Además de una alta sensibilidad, estos métodos se caracterizan por una alta tasa de determinación (expresividad), que es importante en el control de los procesos tecnológicos y la situación ecológica. Sin embargo, la mayoría de los métodos instrumentales son menos precisos que los químicos.

El análisis de una sustancia se puede realizar para establecer su composición cualitativa o cuantitativa. De acuerdo con esto, se distingue entre análisis cualitativo y cuantitativo.

El análisis cualitativo permite establecer en qué elementos químicos está compuesto el analito y qué iones, grupos de átomos o moléculas se incluyen en su composición. Al estudiar la composición de una sustancia desconocida, un análisis cualitativo siempre precede a uno cuantitativo, ya que la elección de un método para la determinación cuantitativa de las partes constituyentes de un analito depende de los datos obtenidos durante su análisis cualitativo.

El análisis químico cualitativo se basa principalmente en la transformación del analito en algún nuevo compuesto "que posea propiedades características: color, cierto estado físico, estructura cristalina o amorfa, olor específico, etc. La transformación química que se produce en este caso se denomina reacción analítica cualitativa, y las sustancias que provocan esta transformación se denominan reactivos (reactivos).

Por ejemplo, para abrir los iones β en una solución, la solución analizada se acidifica primero con ácido clorhídrico y luego se agrega una solución de hexacianoferrato de potasio (II). En presencia de un precipitado azul de hexacianoferrato de hierro (II) (azul de Prusia):

Otro ejemplo de análisis químico cualitativo es la detección de sales de amonio calentando el analito con una solución acuosa de hidróxido de sodio. Los iones de amonio en presencia de iones β forman amoníaco, que se reconoce por el olor o por la decoloración azul del papel tornasol rojo húmedo:

En los ejemplos dados, las soluciones de hexacianoferrato de potasio (II) e hidróxido de sodio son, respectivamente, reactivos para los iones y.

Al analizar una mezcla de varias sustancias que tienen propiedades químicas cercanas, se separan preliminarmente y solo entonces se llevan a cabo reacciones características para sustancias individuales (o iones), por lo tanto, un análisis cualitativo cubre no solo las reacciones individuales para detectar iones, sino también métodos para su separación.

El análisis cuantitativo le permite establecer relaciones cuantitativas de las partes constituyentes de un determinado compuesto o mezcla de sustancias. A diferencia del análisis cualitativo, el análisis cuantitativo permite determinar el contenido de componentes individuales del analito o el contenido total del analito en el producto de prueba.

Los métodos de análisis cualitativo y cuantitativo, que permiten determinar el contenido de elementos individuales en un analito, se denominan análisis elemental; grupos funcionales - análisis funcional; compuestos químicos individuales caracterizados por un cierto peso molecular - análisis molecular.

¡Un conjunto de varios métodos químicos, físicos y fisicoquímicos de separación y determinación de componentes estructurales individuales (fase) de los heterogéneos! sistemas que difieren en propiedades y estructura física y delimitados entre sí por interfaces se denomina análisis de fase.

Materia y tareas de la química analítica.

Química analítica denominada ciencia de los métodos de estudio cualitativo y cuantitativo de la composición de sustancias (o mezclas de las mismas). La tarea de la química analítica es desarrollar la teoría de los métodos de análisis y operaciones químicos y fisicoquímicos en la investigación científica.

La química analítica consta de dos secciones principales: analisis cualitativo consiste en "abrir", es decir detección de elementos individuales (o iones) que componen el analito. Análisis cuantitativo es determinar el contenido cuantitativo de los componentes individuales sustancia compleja.

La importancia práctica de la química analítica es grande. Con la ayuda de métodos químicos. análisis, las leyes están abiertas: la constancia de la composición, las relaciones múltiples, están determinadas masas atómicas Se han establecido elementos, equivalentes químicos, fórmulas de muchos compuestos.

La química analítica contribuye al desarrollo de las ciencias naturales: geoquímica, geología, mineralogía, física, biología, disciplinas tecnológicas, medicina. El análisis químico es la base del control químico y tecnológico moderno de todas las industrias en las que se analizan materias primas, productos y residuos de producción. Con base en los resultados del análisis, juzgan el flujo del proceso tecnológico y la calidad de los productos. Los métodos de análisis químico y fisicoquímico son la base del establecimiento de una norma estatal para todos los productos manufacturados.

El papel de la química analítica en la organización del seguimiento es excelente. medio ambiente... Este es el monitoreo de la contaminación de aguas superficiales, suelos con HM, pesticidas, productos petrolíferos, radionucleidos. Una de las tareas de seguimiento es la creación de criterios que establezcan los límites de posibles daños ambientales. Por ejemplo MPC - concentración máxima permitida- esta es tal concentración, cuando se expone al cuerpo humano, periódicamente o durante toda la vida, directa o indirectamente a través de sistemas ecológicos, no hay enfermedades o cambios en el estado de salud que sean detectables métodos modernos inmediatamente o en los lejanos términos de la vida. Para cada quím. La sustancia tiene su propio valor de MPC.

Clasificación de métodos de análisis cualitativo.

Investigando un nuevo compuesto, en primer lugar, determinan en qué elementos (o iones) está formado, y luego las relaciones cuantitativas en las que se ubican. Por lo tanto, el análisis cualitativo generalmente precede al análisis cuantitativo.

Todos los métodos analíticos se basan en la obtención y medición señal analítica, aquellos. cualquier manifestación de sustancias químicas o propiedades físicas una sustancia que se puede utilizar para establecer la composición cualitativa del objeto analizado o para cuantificar los componentes que contiene. El objeto analizado puede ser una conexión individual en cualquier estado agregado. mezcla de compuestos, objeto natural (suelo, mena, mineral, aire, agua), productos industriales y alimentos. Antes del análisis, se realizan muestreos, trituración, tamizado, promediado, etc. El objeto preparado para el análisis se llama muestra o muestra.

Se elige un método en función de la tarea en cuestión. métodos analíticos El análisis cualitativo a modo de ejecución se divide en: 1) análisis "seco" y 2) análisis "húmedo".

Análisis seco realizado con sólidos. Se divide en métodos piroquímicos y de molienda.

Piroquímico El tipo de análisis (griego - fuego) se lleva a cabo calentando la muestra de ensayo en la llama de un quemador de gas o alcohol, se realiza de dos formas: obteniendo "perlas" coloreadas o coloreando la llama del quemador.

1. "Perlas"(Francés - perlas) se forman disolviendo en una masa fundida sales de NaNH 4 PO 4 ∙ 4 H 2 O, Na 2 B 4 O 7 ∙ 10 H 2 O - bórax) u óxidos metálicos. La observación del color de las perlas obtenidas "vasos" establece la presencia de determinados elementos en la muestra. Entonces, por ejemplo, los compuestos de cromo producen verde perla, azul cobalto, manganeso, violeta amatista, etc.

2. Colorante de llama- Sales volátiles de muchos metales, cuando se introducen en la parte no luminosa de la llama, píntela en diferentes colores, por ejemplo, sodio - amarillo intenso, potasio - púrpura, bario - verde, calcio - rojo, etc. Estos tipos de análisis se utilizan en pruebas preliminares y como método "rápido".

Análisis de frotamiento. (1898. Flavitsky). La muestra de prueba se muele en un mortero de porcelana con una cantidad igual de reactivo sólido. El color del compuesto resultante se juzga en función de la presencia del ión determinado. El método se utiliza en pruebas preliminares y análisis "express" en el campo para el análisis de menas y minerales.

2.Análisis húmedo es el análisis de una muestra disuelta en un disolvente. El disolvente más utilizado es el agua, los ácidos o los álcalis.

Según el método de realización, los métodos de análisis cualitativo se dividen en fraccionarios y sistemáticos. Método de análisis fraccional- Se trata de la determinación de iones mediante reacciones específicas en cualquier secuencia. Se utiliza en laboratorios de agroquímicos, fábricas y alimentos, cuando se conoce la composición de la muestra de prueba y solo se requiere para verificar la ausencia de impurezas o para realizar pruebas preliminares. Análisis sistemático - es un análisis en una secuencia estrictamente definida, en la que cada ión se detecta solo después de que se hayan detectado y eliminado los iones interferentes.

Dependiendo de la cantidad de sustancia tomada para el análisis, así como de la técnica de realización de las operaciones, los métodos se dividen en:

- macroanálisis - llevado a cabo en cantidades relativamente grandes de la sustancia (1-10 g). El análisis se realiza en soluciones acuosas y en tubos de ensayo.

-microanálisis- explora cantidades muy pequeñas de una sustancia (0,05 - 0,5 g). Se lleva a cabo ya sea en una tira de papel, un vidrio de reloj con una gota de solución (análisis de gotas) o en un portaobjetos de vidrio en una gota de solución, se obtienen cristales, según cuya forma se coloca la sustancia bajo un microscopio (microcristaloscópico).

Conceptos básicos de química analítica.

Reacciones analíticas - estas son reacciones acompañadas de un efecto externo claramente visible:

1) precipitación o disolución del precipitado;

2) un cambio en el color de la solución;

3) desprendimiento de gas.

Además, se imponen dos requisitos más a las reacciones analíticas: irreversibilidad y una velocidad de reacción suficiente.

Las sustancias bajo la influencia de las cuales ocurren reacciones analíticas se denominan reactivos o reactivos. Todo quím. Los reactivos se dividen en grupos:

1) por composición química(carbonatos, hidróxidos, sulfuros, etc.)

2) según el grado de purificación del componente principal.

Condiciones para realizar quím. análisis:

1. Entorno de reacción

2. Temperatura

3. Concentración del ión determinado.

Miércoles. Agrio, alcalino, neutro.

Temperatura. La mayoría de químicos. las reacciones se llevan a cabo en condiciones ambientales “en frío”, o en ocasiones se requiere enfriar bajo un grifo. Muchas reacciones tienen lugar cuando se calienta.

Concentración es la cantidad de una sustancia contenida en un cierto peso o cantidad volumétrica de una solución. Una reacción y un reactivo capaces de causar un efecto externo notable inherente a ella incluso con una concentración insignificante del analito se denominan sensible.

La sensibilidad de las reacciones analíticas se caracteriza por:

1) dilución limitante;

2) concentración límite;

3) el volumen mínimo de la solución extremadamente diluida;

4) límite de detección (mínimo abierto);

5) un indicador de sensibilidad.

Limitación de la dilución Vlim - el volumen máximo de solución en el que se puede encontrar un gramo de una sustancia dada (en más de 50 experimentos de 100 experimentos) usando una reacción analítica dada. La dilución límite se expresa en ml / g.

Por ejemplo, cuando los iones de cobre reaccionan con el amoníaco en una solución acuosa

Cu 2+ + 4NH 3 = 2+ complejo azul brillante

La dilución limitante del ion cobre es (Vlim = 2.5 · 10 5 mg / l), es decir Los iones de cobre se pueden descubrir mediante esta reacción en una solución que contiene 1 g de cobre en 250.000 ml de agua. En una solución que contiene menos de 1 g de cobre (II) en 250.000 ml de agua, es imposible detectar estos cationes mediante la reacción anterior.

Concentración limitante Сlim (Cmin) - la concentración más baja a la que se puede detectar un analito en una solución mediante una reacción analítica determinada. Expresado en g / ml.

La concentración límite y la dilución límite están relacionadas por la relación: Сlim = 1 / V lim

Por ejemplo, los iones de potasio en solución acuosa se abren con hexanitrocobaltato de sodio (III)

2K + + Na 3 [Co (NO 2) 6] ® NaK 2 [Co (NO 2) 6] ¯ + 2Na +

La concentración límite de iones K + en esta reacción analítica es igual a C lim = 10-5 g / ml, es decir El ion potasio no puede abrirse mediante la reacción indicada si su contenido es inferior a 10 -5 g en 1 ml de la solución analizada.

El volumen mínimo de la solución extremadamente diluida Vmin- el volumen más pequeño de la solución analizada necesario para la detección de la sustancia que se descubrirá mediante esta reacción analítica. Expresado en ml.

Límite de detección (mínimo que se puede abrir) m- la masa más pequeña del analito, descubierta inequívocamente por el AN dado. reacción en el volumen mínimo de una solución extremadamente diluida. Expresado en μg (1 μg = 10 -6 g).

m = C lim V min × 10 6 = V min × 10 6 / V lim

Índice de sensibilidad se determina la respuesta analítica

pС lim = - lg C lim = - lg (1 / Vlim) = lg V lim

Un. la reacción es más sensible, cuanto menor es su mínimo abierto, el volumen mínimo de la solución extremadamente diluida y mayor es la dilución limitante.

El valor límite de detección depende de:

1. Concentraciones de la solución de prueba y el reactivo.

2. La duración del curso de un. reacciones.

3. La forma de observar el efecto externo (visualmente o usando un dispositivo)

4. Cumplimiento de las condiciones para la implementación de un. Reacciones (t, pH, cantidad de reactivo, su pureza)

5. Presencia y eliminación de impurezas, iones extraños.

6. Características individuales de un químico analítico (precisión, agudeza visual, capacidad para distinguir colores).

Tipos de reacciones analíticas (reactivos):

Específico- reacciones que permiten la determinación de un ión o sustancias dados en presencia de otros iones o sustancias.

Por ejemplo: NH4 + + OH - = NH 3 (olor) + H 2 O

Fe 3+ + SNC - = Fe (SNC) 3 ¯

sangre roja

Selectivo- las reacciones permiten abrir selectivamente varios iones a la vez con el mismo efecto externo. Cuantos menos iones abre un reactivo dado, mayor es su selectividad.

Por ejemplo:

NH 4 + + Na 3 = NH 4 Na

K + + Na 3 = NaK 2

Reacciones grupales (reactivos) le permiten detectar un grupo completo de iones o algún tipo de compuestos.

Por ejemplo: cationes del grupo II - reactivo de grupo (NH4) 2CO3

CaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 NH 4 CI

BaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = BaCO 3 + 2 NH 4 CI

SrCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = SrCO 3 + 2 NH 4 CI

Trabajo del curso

Métodos de análisis cualitativo y cuantitativo. Método para la determinación del catión Cu2 +

Uralsk-2013

Introducción

Analisis cualitativo

1 método de análisis "seco"

2 método de análisis "húmedo"

Análisis cuantitativo

3 Titulación redox. Yodometria

Separación de la mezcla propuesta

Métodos y procedimiento para la determinación del catión Cu2 +

1 Características generales de los cationes del grupo V analatico

Conclusión

mezcla catión purificación separación

Introducción

Objetivo Papel a plazo- estudio de métodos para separar mezclas, consideración de métodos de análisis cualitativo y cuantitativo.

De acuerdo con este objetivo, se resuelven las siguientes tareas: definir los métodos de análisis cualitativo y cuantitativo, considerar los métodos y procedimiento para determinar el catión Cu2 +, analizar las propiedades de las sustancias en la mezcla propuesta, identificar el método de purificación y detección del catión propuesto

Objeto de investigación: métodos de análisis de mezclas de cationes.

El objeto de investigación en este trabajo es el catión Cu2 +.

La relevancia del trabajo. La principal tarea práctica de la química analítica es determinar la composición de sustancias y sus mezclas. El conocimiento de la teoría y los métodos de realizar análisis químicos, el conocimiento de los métodos químicos de análisis es necesario para controlar las materias primas, los productos semiacabados y los productos terminados en las industrias química y farmacéutica.

La tarea de un análisis cualitativo es establecer la composición de una sustancia, es decir, averiguar de qué átomos, moléculas, iones, etc. la sustancia consiste. El análisis cualitativo se puede realizar por métodos químicos, fisicoquímicos y métodos físicos.

Los métodos químicos se basan en el uso de reacciones analíticas realizadas con un analito utilizando reactivos. La reacción analítica debe ir acompañada de dichos cambios en el sistema, que pueden registrarse visualmente o con la ayuda de uno u otro dispositivo. Si se observa visualmente un cambio, sobre cuya base se puede concluir que ciertos componentes están presentes en el analito, entonces el método correspondiente pertenece al método químico clásico.

Se puede realizar un análisis cualitativo sin la ayuda de una reacción analítica, pero realizando ciertas operaciones físicas. Los métodos correspondientes son físicos. Dado que en el análisis se utilizan instrumentos especiales mediante métodos fisicoquímicos y físicos, estos métodos a menudo se denominan instrumentales.

El análisis cuantitativo permite establecer la composición elemental y molecular del objeto investigado o el contenido de sus componentes individuales.

Dependiendo del objeto de investigación, se distinguen los análisis orgánicos e inorgánicos. A su vez, se dividen en análisis elemental, cuya tarea es establecer la cantidad de elementos (iones) en el objeto analizado, hasta análisis moleculares y funcionales, que dan una respuesta sobre el contenido cuantitativo de radicales, compuestos y también grupos funcionales de átomos en el objeto analizado.

1. Análisis cualitativo

La muestra analizada en la mayoría de los casos contiene varios componentes en diferentes proporciones. Para separar y concentrar los componentes de la mezcla analizada se utilizan métodos de precipitación, coprecipitación, extracción, cromatografía, electrólisis, electroforesis, destilación, sublimación, zona de fusión, flotación, etc. La mayoría de los métodos de separación se basan en el principio de distribución selectiva de componentes de la muestra entre dos fases de separación. El componente de muestra a abrir se transfiere, si es posible, completamente a una de las fases.

Para el análisis de mezclas complejas de varios componentes, se utiliza el método de separación secuencial con la ayuda de reactivos de grupo de pequeños grupos de iones. El análisis adicional de estos grupos se lleva a cabo mediante el método fraccionado y, si es necesario, se utiliza una separación adicional en cada grupo. La secuencia estricta de separación de grupos que utiliza reactivos de grupo se denomina análisis sistemático. Los grupos de iones que se separan secuencialmente en un curso de análisis sistemático se denominan grupos analíticos. Forman la base para la clasificación analítica de iones. Para diferentes esquemas de análisis sistemático, la composición de los grupos analíticos es diferente, depende del grupo de reactivos utilizados y las condiciones de deposición. Así, en la práctica, para el análisis de mezclas de elementos, se utiliza una combinación de análisis fraccionado y sistemático.

Existen varios esquemas para el análisis sistemático de mezclas de iones. En ellos, la precipitación es la más utilizada para fines de separación, seguida de la extracción y distribución (papel) y la cromatografía de intercambio iónico. Antes del análisis sistemático, generalmente se realizan pruebas preliminares de reacción fraccionada. Sus resultados, junto con otros datos sobre las propiedades y la composición prevista de la muestra, ayudan a seleccionar uno u otro esquema para el curso sistemático de análisis.

El análisis cualitativo le permite determinar qué elementos, moléculas están incluidos en la muestra analizada o cuáles están ausentes. El análisis no materia orgánica Suelen tratarse de soluciones acuosas de sales, ácidos y bases, en soluciones de las cuales se disocian en iones. Por tanto, las reacciones tienen lugar entre iones libres y no son los elementos los que se abren directamente, sino los iones formados por ellos (cationes y aniones). Por ejemplo, para abrir cloro en HCl o en soluciones de cloruro, se actúa sobre ellos con una solución de AgNO3. Al mismo tiempo, cae un precipitado característico de cuajada blanca de AgCI:

La esencia de la reacción en consideración es la interacción de los iones Ag + y Cl- en la solución. Pero si el cloro estuviera presente en forma de ClO3, el ion clorato, o en forma de moléculas no disociadas de cloroformo CHCl3, esta reacción no tendría lugar. Por lo tanto, está claro que, usando esta reacción, no estamos descubriendo el elemento cloro, sino el ion Cl-. Si un elemento forma iones de diferente valencia, entonces cada uno de ellos se caracteriza por sus propias reacciones.

Por lo tanto, el análisis cualitativo de sustancias inorgánicas se subdivide en el análisis de cationes y el análisis de aniones de una sustancia compleja.

En el análisis químico cualitativo, se utilizan dos tipos de reacciones:

· reacciones de detección (descubrimiento de iones);

· reacciones de separación de iones.

Las reacciones de detección (señal analítica) deben ir acompañadas de un efecto visual:

· precipitación de un precipitado de cierto color y estructura;

· cambio en el color de la solución;

· Evolución de gases;

· desaparición de color;

· disolución del precipitado.

Por tanto, estos signos se utilizan para juzgar la presencia o ausencia de un ion.

Las reacciones de separación se utilizan en el análisis sistemático, cuando la presencia de algunos iones interfiere con la detección de otros iones, mientras que se utilizan reactivos que pueden separar uno o más iones: en forma de precipitado; disolviendo el precipitado.

Requisitos de separación:

· las reacciones deben ser rápidas;

· los productos deben tener baja solubilidad para una precipitación completa;

· los precipitados resultantes deben tener una estructura cristalina.

Métodos para realizar reacciones analíticas

En algunos casos, las sustancias se analizan en seco, es decir sin transferirlos a la solución, y en otros casos, por método húmedo.

1 método de análisis "seco"

Al realizar el análisis por el método "seco", las sustancias y reactivos bajo investigación se encuentran en estado sólido. La mayoría de estas determinaciones están relacionadas con el calentamiento y forman un grupo de métodos de análisis piroquímicos. Estos incluyen el método de teñir la llama, el método de teñir "perlas" de bórax, sosa y otros compuestos, el método de calentamiento en un tubo incandescente, etc. El método de trituración de polvos también se conoce como métodos "secos" de análisis.

Cuando se llevan a cabo reacciones de forma seca, las sustancias se toman en forma sólida y generalmente se calientan a alta temperatura... La señal analítica es:

· colorear la llama con sales volátiles de algunos metales, según la capacidad de ciertos elementos y sus compuestos (álcalis, metales alcalinotérreos, cobre, boro, etc.) para pintar la llama de un color determinado. Por ejemplo: sodio - amarillo, potasio - violeta, calcio - rojo ladrillo, estroncio - rojo carmín, bario - verde amarillento, cobre - verde brillante. La prueba de la presencia de un ión se lleva a cabo utilizando un alambre de platino o nicromo cuidadosamente limpiado, un extremo del cual se fusiona en un tubo de vidrio de pequeño diámetro y el otro se dobla en un pequeño bucle (ojal). La lengüeta del alambre incandescente se introduce en el analito y luego se introduce en la parte más caliente del quemador de gas.

· la formación de perlas de colores (vasos). Algunas sustancias cuando se funden con tetraborato de sodio Na2B4O7 \ Delta 10H2O, "sal de fosfato" NaNH4HPO4 \ Delta 4H2O y otros compuestos dan cristales de colores - "perlas". Para obtener la "perla" del bórax, se introduce la espiga de un alambre de platino al rojo vivo en un bórax sólido, se calienta en la llama del mechero hasta que cese la hinchazón, se enfría y, tocando la "perla" obtenida del analito, la oreja del alambre se introduce nuevamente en la llama del quemador y luego se enfría. El color perla se utiliza para juzgar la presencia de tal o cual elemento. Si la sustancia no se sublima en absoluto, no hay componentes volátiles en su composición. La presencia de ciertos compuestos se puede juzgar por el color del sublimado. Entonces, las sales de amonio, cloruro y bromuro de mercurio, óxidos de arsénico y antimonio dan sublimado blanco, compuestos de azufre de mercurio y arsénico, yoduro de mercurio, sublimado de azufre - amarillo; otros compuestos de mercurio, arsénico, yoduros - sublimación gris o negra. Junto con la sublimación durante el calentamiento, puede producirse la liberación de varios gases y vapores, lo que proporcionará información sobre la composición cualitativa de la sustancia. Por ejemplo, se libera oxígeno si hay permanganatos, nitratos, peróxidos, etc. en la muestra analizada; monóxido de carbono (IV) El CO2 se libera durante la descomposición de carbonatos; óxidos de nitrógeno: durante la descomposición de nitratos y nitritos; vapor de agua: durante la descomposición de hidratos cristalinos, hidróxidos, compuestos orgánicos, etc. El tubo de calentamiento es un tubo de ensayo de vidrio refractario o cuarzo de 5-6 cm de largo y 0,5 cm de diámetro, se vierte una pequeña cantidad del analito en el tubo, se calienta lenta y cuidadosamente en la llama del quemador y se observa el fenómeno.

· Método de molienda en polvo. La presencia de iones de uno u otro elemento se detecta mediante la formación de compuestos con un color u olor característico. Entonces, al moler una mezcla de tiocianato de amonio NH4NCS o tiocianato de potasio KNCS con sales de Fe3 +, aparece un color marrón rojizo y azul con sales de Co2 +. El pulido se realiza en un mortero de porcelana o en una placa de porcelana especial.

Todos los métodos de análisis "secos" se utilizan sólo para auxiliares o definiciones de prueba.

2 método de análisis "húmedo"

En el análisis en húmedo, la sustancia problema se transfiere a una solución utilizando agua destilada, ácidos minerales, una solución acuosa de amoníaco, álcali fuerte, algunos disolventes orgánicos, etc., y se analiza la solución. En consecuencia, el mecanismo de las reacciones que ocurren sólo puede representarse mediante la ecuación iónica. Por ejemplo, para la reacción Pb (NO3) 2 + 2KI? PbI2? + 2KNO3, la ecuación en forma iónica es:

Pb2 + + 2I-? PbI2?.

Puede verse en la ecuación iónica que el precipitado de PbI2 se forma por la interacción de los cationes Pb2 + y los aniones I-. El mismo elemento puede existir en soluciones en forma de iones diferentes:

Fe3 + - Fe2 +; Zn2 + - ZnO22 -; + - MnO4- - MnO42 -; + - SnO22- - SnO32-, etc.

Cada uno de estos iones tiene sus propias reacciones características. Las reacciones se llevan a cabo por el método "húmedo" en tubos químicos o centrífugos y en papel de filtro.

Clasificación de métodos por cantidad de sustancia.

Dependiendo de la masa del analito y el volumen de las soluciones, los métodos de análisis se dividen en métodos macro, semimicro, micro, ultramicro, submicro y subultramicrométrico. En consecuencia, también se distingue la técnica de realizar operaciones individuales.

El análisis más utilizado es el semi-micrométodo con elementos de microanálisis. Este método tiene una serie de ventajas: se consume una pequeña cantidad de analito y reactivos para llevar a cabo la reacción; el tiempo dedicado al análisis se reduce sustituyendo la filtración de sedimentos por centrifugación; La emisión de sustancias gaseosas nocivas se reduce drásticamente, mejorando así las condiciones sanitarias e higiénicas de trabajo.

3 Método de análisis microcristaloscópico

Los cristales de forma característica se obtienen introduciendo una gota de una solución o un cristal de un reactivo en una gota de una sustancia investigada colocada sobre un portaobjetos de vidrio. A medida que el agua se evapora a lo largo del perímetro de la gota, aparecen cristales del producto de reacción de una forma característica, que se examinan con un microscopio.

Al realizar una reacción analítica, es necesario crear ciertas condiciones, dependiendo de las propiedades de los productos resultantes, ya que de lo contrario el resultado de la reacción no será confiable. Estas condiciones incluyen:

) pH de la solución - el medio adecuado - esta es una de las condiciones más importantes para la reacción, que, si es necesario, se crea agregando un ácido o álcali a la solución. Se agrega ácido o álcali gota a gota a la solución analizada hasta el valor de pH deseado, verificando constantemente la escala de colores del indicador universal;

) temperatura - para obtener una señal analítica, algunas reacciones deben llevarse a cabo cuando se calienta en un baño de agua o en la llama de una lámpara de alcohol, ya que en frío o en temperatura ambiente no pasan;

) concentración: debe ser lo suficientemente grande; de ​​lo contrario, a valores bajos de concentración, la reacción deja de funcionar. La razón del cumplimiento de la condición de concentración suficiente: cualquier sustancia puede precipitar solo cuando se forma en solución en una concentración que excede su solubilidad en estas condiciones. Si una sustancia es muy difícil de disolver, precipita incluso a una concentración muy baja del ión que se descubre: la reacción correspondiente se denomina sensible. Y con una solubilidad significativa del compuesto resultante, la reacción no es muy sensible y solo tiene éxito cuando se descubre una alta concentración del ión. Lo mismo se aplica a las reacciones acompañadas de un cambio de color.

Cuantitativamente, la sensibilidad de las reacciones se caracteriza por indicadores interrelacionados: apertura mínima y dilución limitante. El mínimo que se puede abrir es la cantidad más pequeña de una sustancia o ión que se puede abrir mediante una reacción determinada, expresada en microgramos (m) (10-6 g). El mínimo abierto no caracteriza completamente la sensibilidad de la reacción, porque no es sólo la cantidad absoluta lo que importa, sino también la concentración de la sustancia o ión correspondiente en la solución. Por lo tanto, también se indica la dilución límite, que caracteriza la concentración más baja de una sustancia (ión) a la que puede detectarse. La dilución límite se expresa como la relación entre el peso de la sustancia y el peso de la solución (G).

Existe una relación entre el mínimo de apertura m (expresado en microgramos) y la dilución límite (G)

donde V es el volumen de la solución, ml.

La sensibilidad de las reacciones utilizadas para abrir el mismo ion es diferente.

Por ejemplo, para el ion Cu2 +:

Reactivo Compuesto formado Efecto de la reacción Mínimo de apertura, mg Dilución límite 1: G1. HCI H Color verde de la solución 11: 500002. NH3СI2 Color azul de la solución 0,2 0,21: 2500003. Cu2K4 Color marrón de la solución / precipitado 0,021: 2500000

Así, la más sensible es la reacción nº 3 con K4, que permite detectar 50 veces menos cobre en solución que bajo la acción del HCl y 10 veces menos que bajo la acción del NH3.

4 Análisis fraccionado y sistemático

Hay dos métodos para realizar un análisis cualitativo de una mezcla de cationes y aniones.

El análisis fraccional (método) consiste en el hecho de que la solución analizada se divide en una gran cantidad de porciones y en cada una de ellas se detectan iones individuales mediante reacciones específicas. Una reacción específica a un ion dado es la reacción que permite que se abra en una mezcla con otros iones con reactivos específicos. La ventaja del método es la rapidez del análisis. Sin embargo, de esta manera solo se pueden descubrir unos pocos iones, ya que el número de reacciones específicas es pequeño. A menudo hay iones presentes en la solución que interfieren con la determinación. Si el efecto de estos iones es difícil de eliminar, se utiliza un análisis sistemático o secuencial.

En el curso de un análisis sistemático, se observa una cierta secuencia de detección de los iones deseados. En este caso, junto con las reacciones de apertura de iones individuales, hay que recurrir a las reacciones de separarlos entre sí mediante reactivos grupales. El orden de separación de iones por reactivos de grupo debe llevarse a cabo en una secuencia determinada, que no debe violarse. En el curso sistemático del análisis, los iones se aíslan de una mezcla compleja no uno a la vez, sino en grupos completos, utilizando la misma proporción de ellos a la acción de los reactivos de grupo.

Metodología para realizar las operaciones básicas de semi-microanálisis

Muchas reacciones analíticas se basan en la reacción de precipitación. El reactivo correspondiente se agrega gota a gota a la solución analizada en un tubo de ensayo cónico. Al precipitar, es necesario agitar la solución. Después de que se haya formado la precipitación, es necesario verificar la integridad de la precipitación. Para hacer esto, después de que el líquido sobre el precipitado se vuelva transparente, agregue otra gota del precipitante. Si no aparece turbidez en la solución, se logra la precipitación completa. Si no es así, agregue unas gotas más del precipitante. Si es necesario calentar la solución para la precipitación, los tubos se colocan en un baño de agua. La centrifugación se utiliza para separar los precipitados de las soluciones en el análisis cualitativo. Por tanto, el análisis se realiza en tubos de centrífuga cónicos. Una vez finalizada la centrifugación, queda un sedimento denso en el fondo del tubo, mientras que el centrifugado (sobrenadante) se clarifica y se separa fácilmente del sedimento con una pipeta o escurriendo. Si se analiza el precipitado, antes de disolverlo se lava 2-3 veces con una pequeña cantidad de agua destilada, separando cada vez el filtrado por centrifugación. Para reducir la solubilidad de los precipitados, se agregan unas gotas de un precipitador al agua de lavado. La disolución de los precipitados se lleva a cabo mediante la adición lenta (gota a gota) del disolvente al precipitado con agitación simultánea con una varilla de vidrio. Si es necesario, la mezcla se calienta en un baño de agua.

5 Métodos para la separación de mezclas de cationes.

El uso de una variedad de reactivos grupales ha hecho posible desarrollar varias clasificaciones analíticas de cationes (y aniones). Las más extendidas son las clasificaciones de sulfuro, ácido-base y amoniaco-fosfato.

Clasificación de sulfuros, propuesta ya en 1871 por N.A. Menshutkin y desde entonces ha sufrido repetidamente varios cambios y mejorado mediante el uso de nuevos reactivos y técnicas experimentales. El método de análisis del sulfuro de hidrógeno basado en la clasificación de los sulfuros tiene dos inconvenientes principales: la toxicidad del sulfuro de hidrógeno requiere laboratorios químicos especialmente equipados; el análisis requiere mucho tiempo.

Esquemas de análisis químico cualitativo que utilizan H2S

Esquema clásico de sulfuro de hidrógeno (sulfuro) de separación de cationes en grupos

No de grupo Cationes Reactivo de grupo Compuestos formados Nota ILi +, Na +, , K +, Rb +, Cs +, Mg2 + Sin cationes en solución tampón de amonio pre-abierto IICa2 +, Sr2 +, Ba2 +, Ra2 + (NH4) 2CO3 en tampón de amonio p-rheOs. carbonatos en la carga IIIBe2 +, Zn2 +, Al3 +, Y3 +, Sc3 +, lantánidos, actínidos, Ga3 +, In3 +, Tl3 +, Ti (IV), Zr (IV), Hf (IV), Th4 +, V ( V), Nb (V), Ta (V), Cr3 +, U (VI), U (IV), Mn2 +, Fe (II), Fe (III), Co2 +, Ni2 + (NH4) 2S en amonio tampón p-rheOs. sulfuros e hidróxidos solución de NH4OH neutro (sin ) saturar el gas. H2S (o solución de H2S agregada en acetona). En la presencia (, F?, ), el grupo II también se precipita, por lo que se separan preliminarmente. se puede eliminar con ion Fe3 + en tampón acetato, con iones Zr (IV), Ti (IV) - en ácido clorhídrico, Sn (IV) - en ácido p-nítrico IVAu3 +, Ag +, Bi3 +, Cd2 +, Cu2 +, Cu +, Hg2 +, Os (VII), Pb2 +, Pd (II), Pd (IV), Rh (III), Ru (III) H2S a pH? 0.5Os. Los sulfuros de los grupos IV y V, después de la acción de (NH4) 2S2 - un precipitado de sulfuros del grupo IV In3 +, Zn2 + se precipitan parcialmente. Iones Pb2 + (no completamente), Ag +, separados antes del asedio. H2S en forma de cloruros en avispa insoluble. al agregar. HCl a la muestra original VA (III, V), Ge (IV), Mo (VI), Re (VII), Sb (III, V), Se (IV), Sn (II, IV), Te (IV) (NH4) 2S2 actúa sobre el sedimento de sulfuros de los grupos IV y V; caer parcialmente W (V), V (III), Au (III), Ir (III, IV), Pt (IV)

El método clásico del sulfuro de hidrógeno se basa en la división de los compuestos metálicos más comunes en 5 grupos analíticos, dependiendo de la deposición de cationes por uno u otro reactivo general. Además, para el grupo I de cationes (K +, Na +, NH +), no existe un reactivo común. La mayoría de las sales de estos metales son solubles. Los cationes del grupo II (Mg2 +, Ca2 +, Ba2 +, Sr2 +) precipitan, a diferencia de los compuestos del grupo analítico I, en forma de carbonatos y fosfatos, y no precipitan, a diferencia de los cationes de los grupos III, IV, y V, en forma de sulfuros.

El reactivo común para los cationes del grupo analítico III (Mn2 +, Cr3 +, Zn2 +, Al3 +, Fe3 +, Ni2 +, Co2 +, T13 +) es sulfuro de amonio o sulfuro de hidrógeno en un medio alcalino (NH4OH), y para el grupo IV (Cu2 +, Cd2 +, Ag +, Bi3 +, Hg2 +, Pb2 +) y el grupo V (As3 +, Sb3 +, Sn2 +) - sulfuro de hidrógeno en un ambiente ácido. En este caso, los sulfuros del grupo analítico V, a diferencia de los sulfuros del grupo analítico IV, se disuelven en el polisulfuro de amonio.

Después de la separación de cationes en grupos, se lleva a cabo una separación adicional de cationes y su detección cualitativa ya se encuentra dentro de un determinado grupo analítico.

Las principales desventajas del método del sulfuro de hidrógeno desde el punto de vista de la química toxicológica son: 1) imperfección en la precipitación y separación de cationes; 2) la duración del análisis; 3) toxicidad del sulfuro de hidrógeno gaseoso y 4) imposibilidad de combinar análisis cualitativo y cuantitativo en el estudio de una muestra del objeto. Como regla general, después de un análisis cualitativo, es necesario examinar una nueva porción del objeto para cuantificar el elemento encontrado.

La imperfección de la precipitación y la separación con sulfuro de hidrógeno se asocia principalmente con los diversos grados de solubilidad de los sulfuros metálicos. Los productos de la solubilidad de los sulfuros varían dentro de un rango muy amplio.

Los productos de la solubilidad de los sulfuros de cationes fluctúan no solo al pasar de un catión a otro, no siempre son estables incluso para el mismo catión. Por ejemplo, el producto de solubilidad de MPB de color carne es 1-10 15, y el de MPB verde es 6.2-10 22. La primera modificación se obtiene por saturación de la solución salina de Mn2 + en frío, la segunda - al calentar .

Los productos de la solubilidad de los sulfuros también fluctúan dependiendo de las condiciones de su formación: el pH del medio, la temperatura de la solución, la velocidad y duración de la saturación de la solución con sulfuro de hidrógeno gaseoso y otros factores.

En el análisis según el esquema de sulfuro de hidrógeno, los elementos a menudo se aíslan preliminarmente del analito en forma de compuestos volátiles utilizando los reactivos indicados entre paréntesis: Si (HF); Se, As, Ge (HBr + Br2); Os (HNO3); Ru (HClO4); Re (H2SO4), así como un grupo de metales nobles: Au, Ag, Pt, Pd (Ir, Rh, Hg no están completamente aislados).

La precipitación se realiza a partir de una solución caliente, saturándola con H2S gaseoso, mantenido a 70-90 ° De 10 a 15 minutos, enfriar y volver a saturar con H2S, cerrar el recipiente y dejar actuar durante 15 minutos. En presencia de molibdeno, después de pasar por H2S, se agrega un poco de H2O2 y se vuelve a saturar con H2S.

El grupo V se aísla de una mezcla de sulfuros por la acción del exceso de (NH4) 2S2 con calentamiento débil.

Para precipitar el grupo III, la solución ácida se neutraliza con NH4OH (sin ), agregue un exceso, sature con H2S y agregue NH4OH nuevamente. En presencia de aniones interferentes, el grupo II se precipita junto con el III; por lo tanto, estos aniones primero deben eliminarse. V condiciones modernas la forma más sencilla de hacerlo es con un intercambiador de aniones. Además, el ion más común se puede precipitar con iones Fe3 + en un tampón acetato al calentarlo, así como con iones Zr (IV) o Ti (IV) en ácido clorhídrico e iones Sn (IV) en una solución de ácido nítrico.

La precipitación del grupo II se lleva a cabo (NH4) 2CO3 calentando en una solución tampón de amonio.

Como puede verse en el esquema de clasificación anterior, cuando el sulfuro de hidrógeno actúa sobre una solución de una mezcla compleja de cationes de todos los grupos, los cationes de los grupos I y II no precipitan en forma de sulfuros y los sulfuros precipitados pueden aislarse en una secuencia determinada. Esta secuencia está determinada por la concentración del ion sulfuro, que, a su vez, depende directamente de la concentración de iones hidrógeno en la solución analizada. La concentración de iones de azufre en la solución está controlada por ácido hidrosulfúrico débil, que se disocia en dos etapas con constantes de disociación K1 y K2, respectivamente:

H2S Û HS- + H + PARA 1 = 8,9 ? 10-8Û S2- + H + K2 = 1.3? 10-13

¿Para la reacción de H2S? Û 2H + + S2 ?? Constante de disociación

La concentración de una solución saturada de H2S a presión normal y 25 ° C es igual o menor que 0,1 mol? L-1 Entonces 2? = 1,2? 10-21 mol L-1, es decir, la concentración de iones sulfuro es inversamente proporcional al cuadrado de la concentración de iones hidrógeno. Por tanto, cambiando la concentración de iones de hidrógeno, es posible controlar la concentración de iones de azufre.

La comparación de los valores de los productos de solubilidad de los sulfuros permite dividirlos en dos grupos. Uno de ellos tiene valores de productos de solubilidad del orden de 10-15-10-23, el otro, del orden de 10-27-10-50. El límite se encuentra entre los sulfuros de zinc y cadmio: PRZnS = 2.5 × 10-22; PRCdS = 7,9? × 10-27.

Al crear una concentración de iones de azufre que permite precipitar completamente el sulfuro de cadmio y dejar un ión de zinc en solución, es posible separar el sulfuro de cadmio y todos los sulfuros menos solubles del sulfuro de zinc y los sulfuros más solubles.

El límite condicional para la precipitación completa de cadmio puede considerarse su concentración igual a 10-6 mol l-1. Para iones de azufre

Mole? L-1.

Esta concentración de ion sulfuro se forma en una solución de H2S a una concentración de H + igual a

La concentración del catión en la solución analizada suele ser cercana a 0,01 mol L-1. Si la concentración de zinc se toma igual a este valor, entonces ¿el producto de las concentraciones de iones? = 0.01? 7,9? 10-21 = 7,9? 10-23, ¿cuál es menor que el valor del producto de solubilidad del sulfuro de zinc PRZnS = 2.5? 10-22.

En consecuencia, el ión Zn2 ​​+ y todos los iones para los que los productos de la solubilidad de los sulfuros son mayores que los del ZnS no precipitarán.

El equilibrio en el sistema precipitado-solución no se establece inmediatamente. Se sabe que la solubilidad de los compuestos cambia con el tiempo (la mayor solubilidad se encuentra en compuestos recién precipitados). En el caso de los sulfuros, esto se debe principalmente a que precipitan en modificaciones metaestables y más solubles que, durante el almacenamiento de los sulfuros, se transforman en formas más estables y menos solubles. Estas formas difieren en estructura red cristalina, a veces en color (a-MnS -rosado , b -MnS - verde) y los valores de los productos de solubilidad. Por lo tanto, al calcular las condiciones para la separación de sulfuros ajustando la acidez de la solución, se deben usar los valores tabulares del SP de las formas recién precipitadas (como regla, más solubles).

En los procesos de separación de iones en forma de sulfuros, los procesos de sorción y después de la precipitación juegan un papel importante (lo que conduce a una separación incompleta, en particular, de cadmio y zinc), así como a la formación de coloides estables.

La clasificación ácido-base se basa en la diferente solubilidad de hidróxidos, cloruros, sulfatos. Los reactivos del grupo de este método son soluciones de ácidos y bases.

Según la clasificación ácido-base, los cationes se dividen en seis grupos analíticos

K +, Na +, Mg2 + No Cationes en solución Cloruros, sulfatos e hidróxidos son solubles en agua IIBa2 +, Sr2 +, Ca2 + H2SO4Ос.: BaSO4, SrSO4, (CaSO4) Los sulfatos son insolubles en agua y ácidos. Ca2 + permanece parcialmente en solución IIIAg +, Hg22 +, Pb2 + HClOс: AgCl, Hg2Cl2, (PbCl2) Los cloruros son insolubles en agua y ácidos diluidos. Pb2 + permanece parcialmente en solución IVZn2 +, Al3 +, Sn (II, IV), Cr3 + NaOH + H2O2 Hidróxidos de los estados de mayor oxidación del distrito en la cabaña. NaOHVSb (III, V), Bi3 +, Mn2 +, Fe (II, III) NH4OH + H2O2Oс.: HSbO3, Bi2O3? xH2O, MnO (OH) 2, Fe2O3? Los hidróxidos de xH2O son insolubles NH4OHVICo2 +, Ni2 +, Cu2 +, Cd2 +, Hg2 +, (Mg2 +) NH4OH + H2O2 Los hidróxidos son solubles en chozas. NH4OH; El hidróxido de magnesio es soluble en soluciones de sales de amonio.

Las pruebas preliminares ayudan a optimizar los procedimientos de apertura o separación de iones e interpretan las señales observadas. Durante las pruebas preliminares:

Determine el pH con un indicador universal.

Compruebe la proporción de HCl 6 M. La presencia de un precipitado insoluble indica la posible presencia de cloruros del Grupo III, sulfatos del Grupo II, SbOCl, BiOCl, PbSO4.

Compruebe la relación con el exceso de NaOH 2 M. La disolución del precipitado indica la presencia de hidróxidos anfóteros.

La muestra se disuelve en HCl 2 M y los cationes se detectan en muestras separadas mediante el método fraccionado. , K +, Na +, Ca2 +, Fe3 +, Co2 +, Mn2 +, Ni2 +, Cr3 +, Mg2 +, utilizando reacciones específicas y selectivas y enmascarando iones interferentes.

Realizar un análisis ácido-base tiene ciertas ventajas:

· Se utilizan las propiedades ácido-base de los elementos, la capacidad de formar complejos, la anfotericidad de los hidróxidos, que se debe a su posición en sistema periódico elementos de D.I. Mendeleev;

· se excluye el efecto tóxico del sulfuro de hidrógeno;

· se reduce el tiempo dedicado al análisis.

· El método es simple, no requiere reactivos costosos y es fácil de aprender.

· Se implementa el principio de un curso de análisis sistemático.

Desventajas del método:

· 1. Separación vaga de cationes en grupos debido a la solubilidad relativamente alta de PbCl2 y CaSO4 en agua, diferentes proporciones de Sb (III) y Sb (V) a un exceso de NaOH, disolución parcial de Cu (OH) 2 en exceso de NaOH.

· 2. La necesidad de realizar una laboriosa y lenta operación de conversión de sulfatos del Grupo II en carbonatos.

· 3. El método no es aplicable en presencia de varios aniones, incluido el ion fosfato. En este caso, se llevan a cabo operaciones complejas para eliminar los aniones interferentes o se realiza un análisis utilizando el método de fosfato de amoniaco.

El método ácido-base (así como el método del sulfuro de hidrógeno) se complica significativamente por la presencia del ion PO43, por lo tanto, en presencia de este ion, el método del fosfato amoniacal adquiere ciertas ventajas.

El método se basa en el uso de diferentes solubilidad de fosfatos en agua, fuertes y ácidos débiles, álcalis y solución de amoniaco. esquema de análisis. Además, en en este caso es necesario utilizar un método fraccionado para establecer la presencia o ausencia de iones Na +, K +, NH4 + que se introducirán en el curso posterior del análisis, así como cationes que facilitan o dificultan el análisis. Estos incluyen Fe2 +, Fe3 +, As (III), As (V), Sn (II), Sn (IV), Cr3 +.

Clasificación de cationes según el esquema de amoniaco-fosfato

No de grupo Cationes Reactivo de grupo Compuestos formados Notas I Na +, K + No Fosfatos de p-we en agua Subgrupo III: Li +, Mg2 +, Ca2 +, Ba2 +, Sr2 +, Mn2 +, Fe2 + II subgrupo: Al3 +, Cr3 +, Fe3 +, Bi3 + (NH4) 2HPO4 + NH4OHLi3PO4, MgNH4PO4, Fe4, CaHP, SrHPO4, BaHPO4, AlPO4, CrPO4, FePO4, BiPO4 Los fosfatos son insolubles en agua y NH4OH. Fosfatos del subgrupo I del r-we en CH3COOH. Los fosfatos del subgrupo II son insolubles en СН3СООН, p-we en HClIIICo2 +, Ni2 +, Cu2 +, Zn2 +, Cd2 +, Hg2 + NH4OH P-we fosfatos en NH4OHIVAs (III, V), Sb (III, V), Sn (II, IV) HNO3HSbO3, H2SnO3, H3AsO4 Los ácidos metaolánico y metastimónico son insolubles y adsorben H3AsO4VAg +, Pb2 + HClAgCl, Hg2Cl2, PbCl2 Los cloruros son insolubles en agua y ácidos diluidos

Después de completar las pruebas preliminares, se inicia un análisis sistemático.

Las ventajas del método:

· No se utiliza sulfuro de hidrógeno.

· La presencia del ion no interfiere

· Conservando todas las ventajas del análisis sistemático, se caracteriza por su rapidez y una definición relativamente alta de separación.

Desventajas del método

· La necesidad de abrir un número grande iones por métodos fraccionarios en la etapa de pruebas preliminares.

· El análisis requiere la adición de SnCl4, Na2HPO4, FeCl3.

· La necesidad de convertir soluciones de ácido clorhídrico en soluciones de ácido nítrico y viceversa.

2. Análisis cuantitativo

El análisis cuantitativo es una sección de la química analítica, cuya tarea es determinar la cantidad (contenido) de elementos, iones, grupos funcionales, compuestos o fases en el objeto analizado. Junto con el análisis cualitativo, el análisis cuantitativo es una de las principales ramas de la química analítica. Dependiendo de los objetos de investigación se distingue el análisis orgánico e inorgánico, que a su vez se divide en análisis elemental, funcional y molecular. Además de la especificidad y la sensibilidad, una característica importante de los métodos de análisis cuantitativo es la precisión, es decir, el valor del error relativo de determinación; la precisión y sensibilidad en el análisis cuantitativo se expresa como un porcentaje. Al clásico metodos quimicos El análisis cuantitativo incluye análisis gravimétrico basado en la medición precisa de la masa del analito, así como análisis volumétrico. Este último incluye análisis titrimétrico, un método para medir el volumen de una solución de reactivo consumida para una reacción con un analito, y análisis volumétrico de gas, un método para medir el volumen de productos gaseosos analizados. En el marco del curso de química analítica, se estudian en detalle los métodos de análisis gravimétrico y titrimétrico.

1 Método de análisis gravimétrico

La gravimetría (del latín gravis-pesado y del griego metreo-I medida) es un conjunto de métodos de análisis cuantitativo basados ​​en medir la masa de un analito aislado de la muestra analizada, ya sea en estado libre o en forma de un compuesto de un composición conocida. La señal analítica en gravimetría es la masa. La gravimetría se puede utilizar para determinar casi cualquier componente del objeto analizado, si su contenido en la muestra supera el 0,1%. La gravimetría es un método sin estándares. La principal ventaja de la gravimetría es la alta fiabilidad de los resultados. El error de determinación no supera el 0,1-0,2%. Las desventajas están asociadas con la alta laboriosidad y duración de las operaciones analíticas, las dificultades en la determinación de cantidades muy pequeñas de sustancias, así como la baja selectividad. Por lo tanto, en los análisis masivos de laboratorio, si es posible, se reemplaza por otros métodos. En el análisis gravimétrico, generalmente se distinguen dos grupos de métodos: sedimentación y destilación. La mayor significado práctico tienen métodos de deposición. A partir de una parte de la sustancia problema de una masa conocida (muestra), el componente que se va a determinar se aísla de una forma u otra en forma de compuesto.

La separación directa solo es posible en unos pocos casos, por ejemplo, la eliminación del agua higroscópica o de cristalización mediante calentamiento. Normalmente, sin embargo, una porción pesada de un sólido se transfiere a una solución, de la cual, usando un reactivo adecuado, se aísla el analito en forma de una sustancia prácticamente insoluble (forma precipitada). El precipitado se separa mediante filtración, decantación u otros métodos, se lava de las trazas de componentes sorbidos y, a menudo, se vuelve a precipitar. Luego se seca o calcina hasta que se forma un compuesto estable de composición estrictamente definida (peso, forma gravimétrica), cuya masa se mide.

Por ejemplo, al determinar Ca2 +, la forma precipitada es CaC2O4 y la forma ponderal es CaO o CaCO3. Conociendo la masa de la muestra (a) y la forma ponderal (b), calcule el contenido x (% en masa) del componente a determinar:

= (bF / a). 100 (2)

El factor F, llamado factor gravimétrico, es igual al contenido del analito en 1 g de su forma ponderal:

MM1 / nM2 (3),

donde myn son coeficientes estequiométricos en la ecuación para la transformación química del componente emitido en su forma ponderal, M1 es la masa molar del componente determinado, M2 es la masa molar de la forma gravimétrica. Por ejemplo, cuando se determina el hierro en peso Fe2O3 m = 2, n = 1. En los casos en que los componentes a determinar formen compuestos volátiles, se pueden utilizar métodos de destilación. La descomposición de las muestras con liberación de productos gaseosos se logra mediante la calcinación o por la acción de reactivos (ácidos, álcalis, etc.) al calentarla. El componente volátil pasa a través de una solución absorbente y la cantidad de producto gaseoso liberado de la muestra se calcula a partir del aumento de la masa de la solución (métodos directos). La masa del residuo de la sustancia se puede determinar después de eliminar el producto volátil. El contenido del componente en tales casos se determina por la diferencia de masa antes y después de la destilación (métodos indirectos).

2 Método de análisis titrimétrico

Los métodos de análisis titrimétricos son aquellos basados ​​en medir la cantidad de reactivo consumido para la reacción completa con el analito. La cantidad de reactivo se determina con mayor frecuencia midiendo con precisión el volumen de su solución que entró en la reacción. La titulación es una operación en la que se añaden gradualmente pequeñas porciones de una solución de reactivo estándar a una solución de una sustancia de ensayo hasta que la cantidad de reactivo consumida sea equivalente a la cantidad de analito. Los reactivos utilizados en las determinaciones titrimétricas se denominan titulantes. El momento de titulación en el que la cantidad de titulante añadido se vuelve equivalente a la cantidad de analito se denomina punto de equivalencia. Las sustancias reaccionan entre sí en cantidades equivalentes. Equivalente: una partícula condicional o real que puede agregar, liberar, reemplazar un ion hidrógeno en reacciones ácido-base o ser equivalente a un electrón en reacciones redox.

donde n es la cantidad química, N es la concentración molar del equivalente y V es el volumen en el que se disuelve la sustancia, entonces, para dos sustancias que reaccionan estequiométricamente, la siguiente relación es válida:

Por lo tanto, es posible encontrar la concentración desconocida de una de las sustancias si se conocen el volumen de su solución y el volumen y concentración de la sustancia con la que reaccionó. El cálculo de la masa del analito (A) contenida en el volumen de la solución valorada tomada para la valoración se realiza de acuerdo con la siguiente fórmula:

(A) = Vt Nt E (A) (5)

donde: m (A) es la masa del analito, g; Vt es el volumen de titulante consumido para la titulación, l; Nt es la concentración molar del equivalente de titulación, mol / l; E (A) - masa molar del analito equivalente, g / mol-eq.

La reacción de titulación debe cumplir los siguientes requisitos: - ser estrictamente estequiométrica;

fluir rápidamente;

fluir cuantitativamente;

debe haber una forma confiable de fijar el punto de equivalencia.

Experimentalmente, el final del proceso de titulación se realiza en el momento en que cambia el color del indicador o alguna propiedad fisicoquímica de la solución. Este punto, denominado punto final de la titulación, no suele coincidir con el punto de equivalencia calculado teóricamente. Los métodos de análisis titrimétrico se clasifican:

por el tipo de reacción química subyacente al análisis de sustancias. De acuerdo con esto, las determinaciones titrimétricas se dividen en los siguientes métodos principales: titulación ácido-base, complexométrica, redox y precipitación.

por el método de ejecución (directo, inverso, sustitutivo, indirecto, inverso);

por el método de realizar determinaciones paralelas (el método de pesos separados y el método de pipeteo).

Medida de volúmenes. Para una medición de volumen precisa en química cuantitativa, se utilizan matraces volumétricos, pipetas y buretas.

Frascos volumétricos. Se utilizan para preparar soluciones estándar y para diluir las soluciones de prueba a un cierto volumen. Estos son matraces de fondo plano con un cuello largo y estrecho con una marca circular. El volumen indicado en la pared del matraz corresponde al volumen del líquido (a la temperatura de calibración) si el matraz se llena de manera que la parte inferior del menisco del líquido toque la marca, y el volumen del líquido debe ser llevado hasta la marca de modo que los ojos del observador y la marca estén al mismo nivel (la marca se fusiona en una línea recta). No debe haber gotas de líquido en el cuello del matraz por encima de la marca, las paredes internas del matraz deben estar limpias y el líquido debe mojarlas en una capa uniforme. Los matraces se cierran con tapones de tierra especiales. Es imposible calentar matraces volumétricos, de lo contrario puede producirse la deformación del vidrio, lo que supondrá un cambio en su capacidad.

Soluciones estándar. Para realizar un análisis titrimétrico, es necesario conocer la concentración del titulante. Un valorante con una concentración conocida se denomina solución estándar. Las soluciones estándar primarias y secundarias se distinguen según el método de preparación. Prepare una solución estándar primaria disolviendo una cantidad exacta de pura químico composición estequiométrica conocida en un cierto volumen de disolvente. El patrón secundario se prepara de la siguiente manera: se prepara una solución con una concentración aproximada cercana a la deseada, y su concentración se determina (estandariza) frente a un patrón primario adecuado.

Los estándares primarios deben cumplir una serie de requisitos:

) la composición del compuesto debe corresponder estrictamente a la fórmula química. La cantidad de impurezas no debe exceder el 0,05%.

) la sustancia debe ser estable a temperatura ambiente, no debe ser higroscópica, oxidarse por el oxígeno atmosférico, absorber dióxido de carbono del aire, cambiar su masa al secarse.

) la sustancia debe tener un peso molecular lo más alto posible para reducir la influencia de los errores de pesaje.

Para la preparación de muchas soluciones estándar, puede utilizar los canales de corrección. Fixanal es una ampolla en la que se sella una cantidad conocida con precisión de una sustancia o solución estándar.

2.3 Titulación redox. Yodometria

La titulación yodométrica es un método de análisis titrimétrico basado en determinar la cantidad de yodo consumido para la reacción completa con una sustancia con propiedades reductoras, o liberado como resultado de la reacción de KI con una sustancia con propiedades oxidantes. La determinación yodométrica se basa en el siguiente balance:

2? = 3I-; E0 = + 0,545 V.

El yodo y el tiosulfato de sodio se utilizan como titulantes en la titulación yodométrica.

Ejemplo. Estandarización de solución de tiosulfato de sodio. El dicromato de potasio se utiliza para estandarizar las soluciones de tiosulfato de sodio. Las reacciones de Na2S2O3 con K2Cr2O7 y otros oxidantes fuertes no son estequiométricas, por lo tanto, la solución de tiosulfato de sodio se estandariza por el método de titulación por sustitución: cuando K2Cr2O7 interactúa con un exceso de KI, se forma una cantidad de yodo equivalente a la primera sustancia, que luego se titula con una solución estandarizada de Na2S2O3:

O72- + 6I- + 14H + = 2Cr3 + + 3I2 + 7H2O + S2O32- = 2I- + S4O62- (o - + S2O32- = 3I- + S4O62-)

El punto final de la titulación en yodometría se encuentra, con mayor frecuencia, por la desaparición o aparición del color del complejo yodo-almidón.

Valoración ácido-base. El método de valoración ácido-base incluye determinaciones titrimétricas, que se basan en la reacción: + + OH- = H2O

Usando este método, es posible determinar varios ácidos, bases, algunas sales, para determinar la dureza del agua, nitrógeno en compuestos orgánicos etc. Las soluciones de ácidos clorhídrico y sulfúrico y las soluciones alcalinas se utilizan generalmente como titulantes.

Valoración redox. La titulación redox es un grupo de métodos de análisis titrimétricos basados ​​en el uso de reacciones redox. Los métodos más importantes de titulación redox incluyen yodometría, permanganatometría, bicromatometría, cerimetría, etc.

Permanganatometría. La titulación permanganatométrica se llama

Método de análisis titrimétrico basado en el uso de una solución de KMnO4 como titulante. Dado que el valorante tiene un color intenso, la valoración permanganatométrica se realiza sin indicador. El punto final de la titulación se detecta por la aparición o desaparición del color KMnO4. La titulación permanganatométrica se realiza con mayor frecuencia en un medio ácido, con menos frecuencia en uno neutro. Para crear un ambiente ácido, use ácido sulfúrico, dado que el ácido nítrico en sí mismo es un fuerte agente oxidante, mientras que el ácido clorhídrico, por el contrario, puede oxidarse mediante un valorante. El método se basa en el siguiente balance:

MnO4- + 5? + 8H + = Mn2 + + 4H2O; E0 = +1,51 V.

Bicromatometría. La bicromatometría es un método de análisis titrimétrico basado en el uso de una solución de K2Cr2O7 como titulante. El método se basa en el siguiente balance:

Cr2O72- + 14H + + 6 ?? 2Cr3 + + 7H2O; E0 = +1,33 V

Los indicadores redox se utilizan para detectar el punto final en la titulación bicromatométrica.

4 Titulación complexométrica

La titulación complexométrica se basa en las reacciones de formación de complejos quelatos durante la interacción de cationes metálicos con ácidos aminopolicarboxílicos (complexonas). De los muchos ácidos aminopolicarboxílicos, el ácido etilendiaminotetraacético (H4Y) es el más utilizado:

Debido a su baja solubilidad en agua, el ácido en sí no es adecuado para preparar una solución de titulación. Para ello se suele utilizar el dihidrato de su sal disódica Na2H2Y2H2O (EDTA, Trilon B). Las reacciones de interacción de varios cationes con EDTA en solución se pueden representar mediante las ecuaciones:

Ca2 + + H2Y2- = CaY2- + 2H ++ + H2Y2- = BiY- + 2H +++ H2Y2- = ThY + 2H +

Puede verse que, independientemente de la carga del catión, se forman complejos con una relación de componentes de 1: 1. En consecuencia, la masa molar del equivalente de EDTA y el ión metálico determinado son iguales a sus pesos moleculares... El grado de reacción depende del pH y de la constante de estabilidad del complexonato. Los cationes que forman complexonatos estables, por ejemplo, Fe (III), pueden titularse en soluciones ácidas. Los iones Ca (II), Mg (II) y otros, que forman complexonatos relativamente menos estables, valoran a pH? 9 y más. El punto final de la titulación se determina mediante indicadores metálicos: sustancias orgánicas que cambian de color (o fluorescencia) según la concentración de cationes metálicos en la solución. Muy a menudo, el análisis utiliza los llamados indicadores metalocrómicos, que forman compuestos intracomplejos con cationes metálicos, cuyo color difiere del color del indicador libre, y el complejo del metal determinado con el complexone es más fuerte que el complejo de este metal con el indicador. El indicador metalocrómico más común es el eriocromo negro T (cromógeno). Se utiliza en forma sólida: el indicador se mezcla en una proporción de 1: 200 con algún relleno indiferente, por ejemplo, NaCl o KCl.

3. Separación de la mezcla propuesta

Muestra inicial:

AgNO3, CuSO4, NiS04, ZnCl2, MnCl2, NH4OH

AgNO3 + HCl = AgCl? + HNO3 precipitado blanco MnCl2 + 2NaOH = Mn (OH) 2? + 2NaCl precipitado gelatinoso rosa claro ZnCl2 + 4NaOH = Na2ZnO2 + 2NaCl + 2H2O Precipitado AgCl + 2NH4OH = Cl + 2H2O Mn (OH) 2 + H2SO4 = MnSO4 + 2H2O Na2ZnO2 + 2H2SO4 = ZnSO4 + Na2? + KCl precipitado amarillo Ag (NH3) 2+ + I- = AgI + 2NH3 MnSO4 + H2O2 + 2NH4OH = MnO (OH) 2? + (NH4) 2SO4 + H2O precipitado marrón Mn2 + + H2O2 + 2OH- = MnO (OH) 2 + H2O Zn SO4 + 2 (NH4) 2 + CoCl2 = Co? Zn? + NH4Cl + (NH4) 2SO4 precipitado azul Zn2 + + 2- + Co2 + = Co? ZnСuSO4 + 4 NH ?OH "SO4 + 4H ?O NiSO4 + 6NH ?OH "SO4 + 6H ?O Solución + H2SO4 = CuS04 + 4NH4 + H2SO4 = NiSO4 + 6NH4 NH4OH + H2SO4 = (NH4) 2SO4 + H ?OCuS04 + H2S = CuS? + H2SO4 precipitado oscuro NiSO4 + H2S = NiS? + H2SO4 precipitado negro (NH4) 2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2NH3 + 2H2OCuS + HNO3 = Cu (NO3) 2 + H2S NiS + HNO3 = Ni (NO3) 2 + H2SCu (NO3) 2 + Fe = Fe (NO3) 3 + Cu Ni (NO3) 2 + Fe = Fe (NO3) 3 + Ni

Reacciones a los aniones

SO42BaCl ?+ Na ?SO4 "2NaCl + BaSO4 $sedimento blanco Ba² ?+ SO42- "BaSO4Cl ?Ag ?+ Cl ?"AgCl $AgCl $+ 2NH ?OH "Cl + 2H ?O C l + H ?"AgCl? + 2NH ?NO ??2NO ??+ 8H ?+ 3Cu "3Cu² ?+ 4H ?O + 2NO #; 2NO + O ?(aire)" 2NO ?

4. Métodos y procedimiento para la determinación del catión Cu2 +

1 Características generales de los cationes del grupo analítico V

El quinto grupo incluye cationes de elementos d: Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Cd2 +, Hg2 +, que, al interactuar con una solución acuosa de amoníaco en cantidades equivalentes, dan un precipitado de hidróxidos, sales básicas o complejos de amido. (Hg), que son solubles en un exceso del reactivo con la formación de complejos amínicos. El reactivo del grupo es una solución concentrada de amoniaco. Los complejos de amino resultantes M (NH3) 42+ tienen una estabilidad diferente. El menos estable es el ión hexaaminocobalto (II). Se forma solo con un exceso suficientemente grande de NH3. El ion Co2 + se oxida fácilmente al ion Co3 +; por lo tanto, bajo la acción de agentes oxidantes, el ion Co (NH3) 62+ (K = 2,45 × 105) se convierte en el ion Co (NH3) 63+ más fuerte ( Kust = 1,62 1035).

Los complejos amínicos de mercurio (II) se forman solo con un exceso muy grande de amoníaco y sales de amonio. Los complejos amínicos pueden destruirse por la acción de los ácidos que unen el NH3 al ion amonio:

V soluciones acuosas Los cationes del grupo V se encuentran en estado hidratado en forma de complejos acuáticos de tipo Cu (H2O) 62+. Los complejos acuáticos Co2 +, Ni2 + y Cu2 + son de color: Co (H2O) 62+ es rosa, Ni (H2O) 62+ es verde, Cu (H2O) 62+ es azul. La coloración de los complejos acuáticos es una de rasgos característicos indicando la presencia de estos iones en solución. La evaporación de soluciones o la acción de sustancias deshidratantes, como el alcohol, hace que cambie el color de estos iones. Por lo tanto, el color rosa del complejo Co (H2O) 62+ se reemplaza por el azul debido a la deshidratación de los iones del complejo y al reemplazo de las moléculas de agua por otros ligandos.

Además de los complejos amino y aqua, los cationes del grupo V también son capaces de formar otros compuestos complejos (por ejemplo, HgBr42-, CdI42, Co (SCN) 3-, Cu (S2O3) 22-, etc.), la mayoría tiene una característica color.

El cobre, el cobalto y el mercurio forman compuestos con grados variables oxidación de iones, por lo tanto, se pueden utilizar reacciones de oxidación-reducción para detectarlos.

La acción de un reactivo de grupo sobre los cationes del grupo V

Una solución de NH4OH, añadida a soluciones de sales de cationes del grupo V en cantidades equivalentes, precipita estos cationes en forma de sales básicas blancas o coloreadas, hidróxidos y complejos amido:

CuSO4 + 2NH4OH? (CuOH) 2SO4? + (NH4) 2SO4, verde azulado

CoCl2 + NH4OH? CoOHCl? + NH4Cl, azul

NiSO4 + 2NH4OH? (NiOH) 2SO4? + (NH4) 2SO4, verde claro

CdCl2 + 2NH4OH? Cd (OH) 2? + 2NH4CI, blanco

HgCl2 + 2NH4OH? Cl? + NH4C1 + 2H2O. blanco

En un exceso de NH4OH, estos precipitados se disuelven con la formación de complejos de amina de varios colores. La formación de un complejo de hexaaminocobalto (II) y tetraamminmercurio (II) ocurre en presencia de NH4C1 al calentarlo:

(CuOH) 2SO4 + 8NH4OH? 22+ + SO42- + 2OH- + 8H2O, azul brillante + 5NH4OH + NH4 +? 2+ + Сl- + 6Н2О, amarillo-marrón

(NiOH) 2SO4 + 12NH4OH? 2Ni (NH3) 62+ + SO42- + 2OH- + 12H2O, azul (OH) 2 + 4NH4OH? 2+ + 2OH- + 4H2O, incoloro

Cl + 2NH4OH + NH4 +? 2+ + Cl- + 2H2O. incoloro

El hexaaminocobalto (II) se oxida mediante el oxígeno atmosférico a hexaaminocobalto rojo cereza (III). En presencia de agentes oxidantes (H2O2), la formación de hexaammincobalto (III) ocurre instantáneamente:

CoC12 + 10NH4OH + 2NH4C1 + H2O2? 2C13 + 12H2O.

Realización de reacciones. Coloque 3 gotas de soluciones de sales de Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, Cd2 + y Hg2 + en cinco tubos de ensayo y agregue 1-2 gotas de solución de NH4OH 2 M a cada tubo. A los precipitados resultantes de sales básicas de cobre, níquel y cadmio, agregue unas gotas de solución concentrada de NH4OH con agitación hasta que los precipitados se disuelvan. Divida el precipitado de la sal de cobalto básica en dos partes. Agregue 3-4 gotas de solución de H2O2 al 3% a una y luego disuelva ambas partes del precipitado agregando unas gotas de solución concentrada de NH4OH y solución saturada de NH4Cl. Disolver el precipitado del complejo amídico de mercurio en unas gotas de una solución concentrada de NH4OH y una solución saturada de NH4Cl con calentamiento.

2 Reacciones analíticas parciales de iones Сu2 +

El hexacianoferrato de potasio (II) K4 precipita el ión Cu2 + en forma de hexacianoferrato de cobre marrón rojizo (II):

2Cu2 + + Fe (CN) 62-? Cu2 ?.

El precipitado no se disuelve en ácidos diluidos, sino que se descompone con álcalis con la formación de Cu (OH) 2.

Realizando una reacción. Agregue 1-2 gotas de reactivo a 2-3 gotas de solución de CuSO4. Divida el sedimento en dos partes, agregue 2-3 gotas de solución de HCl 2 M a una y 2-3 gotas de solución de NaOH 2 M a la otra.

El tiosulfato de sodio Na2S2O3 al calentar precipita el sulfuro cuproso:

2CuSO4 + 2Na2S2O3 + H2O? Cu2S? + 2S + 2Na2SO4 + H2SO4.

Realizando una reacción. Coloque 2-3 gotas de solución de CuSO4 en un tubo de ensayo, agregue 4-5 gotas de agua, 2-3 gotas de solución de H2SO4 1 M (hasta obtener una reacción claramente ácida) y la mitad de la cantidad de una solución saturada de tiosulfato de sodio Na2S2O3. Revuelva, caliente. La formación de un precipitado marrón oscuro de una mezcla de Cu2S con azufre indica la presencia de cobre en la solución. Dado que el Cd2 + bajo la acción del tiosulfato de sodio en un medio ácido no forma un precipitado de sulfuro, esta reacción puede usarse para separar Cu2 + de Cd2 +.

Una solución de amoníaco tomada sin exceso forma un precipitado azul verdoso de Cu (OH) 2SO4 con una solución de sal de cobre. El precipitado es soluble en ácidos diluidos y en exceso de amoniaco. Cuando se disuelve en un exceso de amoníaco, se forma un compuesto complejo 2-, coloreado en un color azul brillante.

SO4 + 10NH4OH? 2 (OH) 2 + (NH4) 2SO4 + 8H2O.

Realizando una reacción. A 5-6 gotas de una solución que contiene iones de cobre, agregue 2-3 gotas de amoníaco concentrado y agite. El color azul intenso de la solución indica la presencia de iones Cu2 +.

4. Reacción de la coloración de la llama. Las sales de cobre tiñen la llama incolora del quemador de azul o verde.

Determinación de cobre por titulación por sustitución, que se basa en la reacción:

Cu2 + + 4I- = 2CuI? + I2.

El cobre (II) en este caso actúa como agente oxidante. Como resultado de la oxidación de los iones de yoduro, se forma yodo, cuya cantidad se determina valorando con una solución de tiosulfato de sodio. La cantidad de tiosulfato de sodio es equivalente a la cantidad de yodo liberado, que, a su vez, es equivalente a la cantidad de cobre (II) reaccionado. Así, a partir del volumen de la solución de Na2S2O3 consumida para la titulación de yodo, se calcula la cantidad de cobre (II) reaccionado.

Progreso

) Prepare la bureta para la titulación como de costumbre y llénela con una solución de tiosulfato de sodio.

) Preparar un matraz aforado con la solución analizada de sal de cobre y llevar el volumen de la solución a la marca con agua destilada.

) Coloque 15-20 ml de solución de KI al 10% en un matraz de titulación. Agregue 10 ml de una solución de sal de cobre de un matraz aforado y 3 ml de una solución de H2SO4 (1: 4) con una pipeta. Cubra el matraz de titulación con un vidrio de reloj y colóquelo en un lugar oscuro durante unos 5 minutos.

) La solución que se vuelve marrón por el yodo liberado se titula de la bureta con una solución de tiosulfato de sodio hasta que el color se vuelve amarillo pajizo. Después de eso, agregue unas gotas de solución de almidón y continúe valorando hasta que la solución azul se decolore.

) La titulación se realiza 3 veces. Con base en el volumen promedio obtenido de tiosulfato de sodio, se calcula el contenido de cobre (en gramos) en la muestra emitida, sin olvidar tomar en cuenta el volumen de la alícuota de la solución tomada para la titulación.

) Calcule el error de medición relativo

Conclusión

La importancia de la química analítica está determinada por la necesidad de la sociedad de obtener resultados analíticos, en el establecimiento de la composición cualitativa y cuantitativa de las sustancias, el nivel de desarrollo de la sociedad, la necesidad social de los resultados del análisis, así como el nivel de desarrollo de la analítica. la química misma.

Una cita de un libro de texto sobre química analítica de N.A. Menshutkin, 1897: "Habiendo presentado todo el curso de las clases de química analítica en forma de problemas, cuya solución se proporciona al estudiante, debemos señalar que para tal solución de problemas, la química analítica dará un resultado estrictamente definido. Esta certeza (solución sistemática de problemas en química analítica) tiene un gran valor pedagógico. El alumno aprende al mismo tiempo a aplicar las propiedades de los compuestos a la resolución de problemas, a deducir las condiciones de las reacciones, a combinarlas. Toda esta serie de Los procesos mentales se pueden expresar de la siguiente manera: la química analítica enseña a pensar químicamente. entrenamiento practico Química analítica ".

Lista de literatura usada

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.Vasiliev V.P. Química analítica: en cuatro partes. - M.: Más alto. shk., 2004.

.Vasiliev A.M. Colección de problemas de química analítica. - M.: Goskhimizdat. - 1985, 275 p.

.Yu.A. Zolotov Fundamentos de Química Analítica. libro 1. - M.: Superior. shk., 2004 .-- 360 p.

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.Murashova V.I., Tananaeva A.N., Khovyakova R.F. Análisis fraccional químico cualitativo. - M.: Química, 1976 .-- 279 p.

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