Análisis químico cualitativo. Métodos químicos de análisis cualitativo.

Conferencia 3

Análisis cualitativo

1. Vasiliev V.P. Química analítica: En 2 libros. : Libro. 1: Métodos de análisis titrimétricos y gravimétricos: libro de texto. para estudiantes universidades que estudian ingeniería química. especialista. – 4ª ed., estereotipo. – M.: Avutarda, 2004. – 368 p. (Págs. 33 – 35, 263, 309 – 311).

2. Lebedeva M.I. Química analítica y métodos de análisis físicos y químicos: libro de texto. subsidio / M.I. Lebebedeva. – Tambov: editorial Tamb. estado tecnología. Univ., 2005. – 216 p. – http://window.edu.ru/window_catalog/files/r38085/tstu2005-134.pdf

Análisis cualitativo – este es un analisis objetivo que es la identificación de los elementos químicos, iones y sustancias contenidas en la muestra.

Métodos de análisis cualitativo.

Los métodos de análisis cualitativo son diferentes: químico, físico, fisicoquímico.

Los métodos de análisis cualitativo que permiten determinar el contenido de elementos individuales en la sustancia analizada se denominan análisis elemental;grupos funcionales – análisis funcional; compuestos químicos individuales caracterizados por un cierto peso molecular - análisis molecular.

Se llama un conjunto de diversos métodos químicos, físicos y fisicoquímicos para separar y determinar componentes estructurales (fases) individuales de sistemas heterogéneos que difieren en propiedades y estructura física y están limitados entre sí por interfaces. análisis de fase.

Métodos químicos se basan en el hecho de que el elemento o ion que se descubre se convierte en un compuesto que tiene ciertas propiedades. La transformación química que ocurre se llama reacción analítica. La sustancia que provoca esta transformación se llama reactivo(reactivo).

Las reacciones analíticas pueden ser clasificar como sigue:

1. Reacciones grupales: El mismo reactivo reacciona con un grupo de iones dando la misma señal. Por ejemplo, para separar un grupo de iones (Ag +, Pb 2 +, Hg 2 2+), reaccionan con iones Cl − y se forman precipitados blancos (AgCl, PbCl 2, Hg 2 Cl 2).

2. Reacciones selectivas (selectivas).

Por ejemplo: reacción yodo-almidón. Lo describió por primera vez. en 1815 químico alemán F. Strohmeyer. Para estos fines se utilizan reactivos orgánicos.

Por ejemplo: dimetilglioxima + Ni 2 + → formación de un precipitado rojo escarlata de dimetilglioximato de níquel.

Al cambiar las condiciones de la reacción analítica, las reacciones no selectivas pueden volverse selectivas.

Por ejemplo: Si las reacciones Ag + , Pb 2 + , Hg 2 2 + + Cl − se llevan a cabo cuando se calientan, entonces el PbCl 2 no precipita, ya que es muy soluble en agua caliente.

3. Reacciones de complejación Se utilizan con el fin de enmascarar iones que interfieren.

Por ejemplo: para detectar Co 2 + en presencia de iones Fe 3 + usando KSCN, la reacción se lleva a cabo en presencia de iones F −. En este caso, Fe 3 + + 4F − → − , Kn = 10 − 16, por lo tanto los iones Fe 3 + están complejados y no interfieren con la determinación de los iones Co 2 +.

En química analítica son usados siguiente reacciones:

1. Hidrólisis(por catión, por anión, por catión y anión):

Al3+ + HOH ↔ Al(OH)2 + + H+ ;

CO 3 2 − + HOH ↔ HCO 3 − + OH − ;

Fe 3 + + (NH 4) 2 S + HOH → Fe(OH) 3 + ...

2. Reacciones de oxidación-reducción.:

2MnSO 4 + 5K 2 S 2 O 8 + 8H 2 O 2HMnO 4 + 10KHSO 4 + 2H 2 SO 4

3. Reacciones de complejación:

СuSO 4 + 4NH 4 OH → SO 4 + 4H 2 O

4. Reacciones de precipitación:

Ba 2 + + SO 4 2 − → BaSO 4 ↓

Usos del análisis cualitativo solo esas reacciones, que van acompañados de cualquier efectos externos claramente visibles:

1. Formación o disolución borrador:

Hg 2 + + 2I − → HgI 2 ↓;

HgI 2 + 2KI − → K 2 HgI 4

incoloro

2. Aparición, cambio, desaparición colorante solución (reacciones de color):

Mn 2 + → MnO 4 − → MnO 4 2 −

verde púrpura incoloro

3. Selección gas:

ASI 3 2 − + 2H + → ASI 2 + H 2 O.

4. Reacciones educativas cristales forma estrictamente definida (reacciones microcristalscópicas).

5. Reacciones colorantes llama.

Las reacciones analíticas se pueden llevar a cabo de forma “seca” o “húmeda”.

Ejemplos de reacciones realizadas por la vía “seca”:

– reacciones de coloración de la llama (Na + – amarillo; Sr 2 + – rojo; Ba 2 + – verde; Ca 2+ – rojo ladrillo, K + – violeta; Li + – carmesí, Tl 3 + – verde, In + – azul, etc. .);

– cuando Na 2 B 4 O 7 y Co 2 +, Na 2 B 4 O 7 y Ni 2 +, Na 2 B 4 O 7 y Cr 3 + están fusionados, “ perlas» brocas de varios colores. Por ejemplo, Los compuestos de Co 2 + darán un color azul intenso, Cr 3 + - verde esmeralda.

El color de la perla depende. porque en que cono(zona) de la llama, se produce calentamiento: oxidativo o reductor. En el centro de la llama en la base La temperatura de la mecha alcanza los 320 0 C; esto zona de recuperación, más alto situado zona de oxidación, la temperatura en la parte superior alcanza los 1550 0 C.

Método de obtención de perlas. simple. ellos toman alambre de platino, un extremo está doblado en el oído, y el otro esta soldado en un tubo de vidrio. oreja de platino calentar en la llama del quemador y más caliente sumergido en sal. La sal adherida se mantiene primero bajo la llama de un quemador para que el agua no se suelte con demasiada intensidad y luego se derrite en incoloro perla (sal de bórax Na 2 B 4 O 7 7H 2 O). Después de esto, se toca la perla aún caliente. sustancia de prueba y luego nuevamente introducido en la parte oxidante de la llama, obteniendo color perla. Observe el color resultante en estados fríos y calientes.

Más a menudo Se llevan a cabo reacciones analíticas. en soluciones (manera "húmeda"). El objeto analizado (una sustancia individual o una mezcla de sustancias) puede estar en cualquier estado de agregación (sólido, líquido, gaseoso). El objeto a analizar se llama ejemplo, o descomponer. Mismo elemento la muestra puede contener en diversas formas químicas. Por ejemplo: S 0, S 2 −, SO 4 2 −, SO 3 2 −, etc. Dependiendo del propósito y propósito del análisis, después de transferirlas a la solución, se llevan a cabo las muestras. análisis elemental(determinación del contenido total de azufre) o análisis de fase(determinación del contenido de azufre en cada fase o en sus formas químicas individuales).

Dependiendo de lo que cantidades de sustancia realizar operaciones al realizar una reacción analítica, diferenciar:

– macroanálisis– 1 – 10 gramos, 10 – 100 ml;

– semi-microanálisis– 0,05 – 0,5 g, hasta 10 ml;

– microanálisis– 0,001 – 10-6 g, 0,1 – 10-4 ml;

– ultramicroanálisis– 10 -6 – 10 -9 g, 10-4 – 10 -6 ml;

– submicroanálisis– 10-9 – 10-12 g, 10-7 – 10-10 ml.

existe método de análisis de caída, introducido en la práctica analítica. N / A. Tananaev (1920). Las reacciones se llevan a cabo sobre una placa de porcelana, un portaobjetos de vidrio, pero más a menudo sobre una tira de papel de filtro.

Al realizar cualquier reacción analítica, es necesario observar estrictamente ciertas condiciones su curso (temperatura, pH de la solución, concentración) para que proceda rápido y tuve suficiente límite de detección bajo. Por ejemplo, los precipitados, cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura, deben obtenerse únicamente en frío. Al mismo tiempo, algunas precipitaciones se producen solo cuando se calienta.

Muy condición importante– una concentración suficientemente alta del ion descubierto en la solución. La cantidad más pequeña de una sustancia (ion) que se puede descubrir utilizando un reactivo determinado en una gota de la solución problema con un volumen de 1 microlitro (10 -6 l) se llama sensibilidad de reacción.

La sensibilidad se caracteriza cuantitativamente. los siguientes indicadores:

– apertura minima (metro) es la cantidad más pequeña de una sustancia o ion que puede descubrirse mediante una reacción determinada bajo ciertas condiciones.

m = desde anterior. Vmín 10 6 mcg

m = Vmín 10 6 / Vpre µg

Dónde desde antes– concentración máxima; Vmín– volumen mínimo de solución extremadamente diluida; Vpre– dilución máxima.

– Limitar la concentración(desde antes) es la relación entre una unidad de masa de un ion particular y la masa de la mayor cantidad de disolvente.

, [µg/ml]

– Limitar la dilución(Vpre) es el recíproco de la concentración límite y muestra qué cantidad de una solución acuosa (en ml) contiene 1 g del ion que se está determinando.

;

– Volumen mínimo(Vmín) es el volumen de solución que contiene el mínimo detectable de un ion particular.

, [ml]

Sensibilidad de respuesta, solía abrir la misma cosa ion, puede muy fuertemente variar. Por ejemplo, sensibilidad de reacción al Cu 2+:

– si se utiliza HCl, entonces metro= 1 µg, se forma el complejo 2-amarillo-verde;

– si se utiliza NH 3, entonces metro= 0,2 µg, se forma el complejo azul 2+;

– si se utiliza K 4, entonces metro= 0,02 µg se forma un complejo de Cu 2 de color marrón rojizo.

Para aumentar la sensibilidad de la reacción. puedes usar lo siguiente técnicas:

– aumentar la duración reacciones, lo cual es especialmente efectivo si participan no electrolitos o electrolitos débiles.

– agregar alcohol etílico a la solución, que reduce la solubilidad de los compuestos inorgánicos si se observa la formación de un precipitado en la reacción;

– agitar una mezcla de reacción acuosa con cualquier inmiscible con agua liquido organico.

La solución de prueba puede contener más de un ion, A alguno. Usando reacciones específicas, se puede descubrir el ion correspondiente. método fraccionario, es decir. directamente en porciones separadas de la solución de prueba, sin prestar atención a aquellos iones que se combinan con el dado. Se descubrió el análisis fraccionario. Tananaev en 1950.

Dignidad el análisis fraccionario es rapidez su implementación. Desempeña un papel importante cuando se analiza. mezcla de cantidad limitada iones y compuesto mezclas aproximadamente conocido.

Desventaja el método fraccionario es en algunos casos falta de reacciones específicas confiables para ciertos iones.

Por lo tanto, para tales iones es necesario desarrollar una cierta secuencia de reacciones para el descubrimiento de iones individuales, que es curso sistemático de análisis. Consiste en que al descubrimiento de cada ion empiezan solo entonces, Cuando todos los demás iones, impedir su apertura será previamente abierto y eliminado. Por ejemplo, el análisis de una mezcla que contiene Ba 2+ y Ca 2+ se abre con el ion oxalato C 2 O 4 2-:

Ba 2+ + C 2 O 4 2- → BaC 2 O 4 ↓ (amarillo)

filtrado-Ca 2+ + C 2 O 4 2- → CaC 2 O 4 ↓ (blanco)

En un análisis sistemático, los iones destacar de mezclas complejas no una a la vez, sino grupos enteros utilizando reactivos especiales que dan la misma reacción. Estos reactivos se llaman reactivos de grupo (reactivos de grupo). Tales reactivos son significativamente simplificar el análisis.

T.N.ORKINA

QUÍMICA

ANÁLISIS QUÍMICO Y FÍSICO-QUÍMICO

Tutorial

Orkina T.N. Química. Análisis químicos y físico-químicos./ San Petersburgo: Editorial Politécnica. Univ., 2012. – p.

Se describen las metas y objetivos de la química analítica moderna (métodos de análisis químico, fisicoquímico y físico). Se presentan en detalle los fundamentos teóricos y los métodos para realizar análisis cualitativos y cuantitativos. Se proporciona una descripción del trabajo de laboratorio sobre el análisis cualitativo de soluciones y aleaciones metálicas, así como cálculos y métodos para realizar análisis titrimétricos (volumétricos). Se consideran los conceptos básicos del análisis físico y químico: la construcción de diagramas de fases, análisis térmico de aleaciones metálicas y la construcción de diagramas de fusibilidad.

El manual está destinado a estudiantes de instituciones de educación superior que estudian en diversas áreas y especialidades en el campo de la ingeniería y la tecnología en las áreas de “Ciencia de Materiales”, “Metalurgia” y otras. El manual puede ser útil para estudiantes de cualquier especialidad técnica dentro de la disciplina "Química".

INTRODUCCIÓN

Química analítica Es una rama de la química que estudia las propiedades y procesos de transformación de las sustancias con el fin de establecer su composición química. Establecer la composición química de las sustancias (identificación química) es la respuesta a la pregunta de qué elementos o sus compuestos y en qué proporciones cuantitativas están contenidos en la muestra analizada. La química analítica desarrolla los fundamentos teóricos del análisis químico de sustancias y materiales, desarrolla métodos para identificar, detectar, separar y determinar elementos químicos y sus compuestos, así como métodos para establecer la estructura de una sustancia. La detección o, como suele decirse, el descubrimiento de elementos o iones que componen la sustancia en estudio constituye la materia. análisis cualitativo. Determinar las concentraciones o cantidades de sustancias químicas que componen los objetos analizados es una tarea análisis cuantitativo . El análisis cualitativo suele preceder al análisis cuantitativo, ya que para realizar un análisis cuantitativo es necesario conocer la composición cualitativa de la muestra analizada. Cuando se conoce de antemano la composición del objeto en estudio, se realiza un análisis cualitativo según sea necesario.

1. MÉTODOS DE QUÍMICA ANALÍTICA.

Para detectar un componente se suele utilizar la llamada señal analítica. A señal lítica – Se trata de cambios visibles en el propio objeto de estudio (formación de sedimentos, cambio de color, etc.) o cambios en los parámetros de los instrumentos de medición (desviación de la aguja del instrumento, cambio en la lectura digital, aparición de una línea en el espectro, etc.). Para obtener una señal analítica, se pueden utilizar reacciones químicas de diversos tipos (intercambio iónico, complejación, redox), diversos procesos (por ejemplo, precipitación, desprendimiento de gases), así como diversas propiedades químicas, físicas y biológicas de las propias sustancias y de los productos de Se utilizan sus reacciones. Por tanto, la química analítica dispone de diversos métodos para resolver sus problemas.

Métodos químicos (análisis químico) se basan en una reacción química entre la muestra que se está estudiando y reactivos especialmente seleccionados. En los métodos químicos, la señal analítica resultante de una reacción química se observa principalmente visualmente.

Métodos fisicoquímicos Los análisis se basan en un estudio cuantitativo de la dependencia. composición - propiedad física objeto. Una señal analítica es una señal eléctrica (potencial, corriente, resistencia, etc.) o cualquier otro parámetro (temperatura de transformación de fase, dureza, densidad, viscosidad, presión de vapor saturado, etc.), asociada a una determinada relación funcional con la composición. y concentración del objeto de estudio. Los métodos de investigación fisicoquímica suelen implicar el uso de equipos muy sensibles. Las ventajas de estos métodos son su objetividad, la posibilidad de automatización y la rapidez de obtención de resultados. Un ejemplo de método de análisis fisicoquímico es la determinación potenciométrica del pH de una solución mediante instrumentos de medición potenciómetros. Este método permite no solo medir, sino también monitorear continuamente los cambios en el pH cuando ocurre algún proceso en las soluciones.

EN métodos físicos de análisis La señal analítica generalmente se recibe y registra mediante un equipo especial. Los métodos físicos incluyen principalmente métodos de análisis espectroscópicos ópticos, basados ​​en la capacidad de los átomos y moléculas para emitir, absorber y dispersar radiación electromagnética. Al registrar la emisión, absorción o dispersión de ondas electromagnéticas por la muestra analizada se obtiene un conjunto de señales que caracterizan su composición cualitativa y cuantitativa.

No existe una frontera clara entre los tres métodos, por lo que esta división es algo arbitraria. Por ejemplo, en los métodos químicos la muestra se expone primero a algún reactivo, es decir. llevar a cabo una determinada reacción química, y solo después de eso se observa y mide la propiedad física. Cuando se analiza por métodos físicos, la observación y medición se realizan directamente sobre el material que se analiza utilizando equipos especiales, y las reacciones químicas, si se llevan a cabo, desempeñan un papel de apoyo. En consecuencia, en los métodos de análisis químicos la atención principal se presta a la ejecución correcta de la reacción química, mientras que en los métodos fisicoquímicos y físicos el énfasis principal está en el equipo de medición adecuado: la determinación de una propiedad física.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS QUÍMICOS Y FÍSICO-QUÍMICOS.

Los métodos de análisis químicos y fisicoquímicos se clasifican según la masa y el volumen de las muestras analizadas. Según la cantidad de sustancia o mezcla de sustancias (muestra) utilizada para el análisis, se distinguen macro, semimicro, submicro y ultramicroanálisis. La Tabla 1 muestra los rangos de masa y volumen de soluciones de muestra recomendados por la División de Química Analítica de la IUPAC (una abreviatura de la abreviatura en inglés de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada).

Tabla 1

Dependiendo de la naturaleza de la tarea en cuestión, se distinguen los siguientes tipos de análisis.

1 . Análisis elemental – establecer la presencia y el contenido de elementos individuales en una sustancia determinada, es decir, encontrando su composición elemental.

2 . Análisis de fase – establecer la presencia y el contenido de las fases individuales del material en estudio. Por ejemplo, el carbono del acero puede estar en forma de grafito o en forma de carburos de hierro. La tarea del análisis de fases es encontrar cuánto carbono está contenido en forma de grafito y cuánto en forma de carburos.

3 . Análisis molecular (análisis de materiales) - establecer la presencia y contenido de moléculas de diversas sustancias (compuestos) en el material. Por ejemplo, en la atmósfera se determina la cantidad de CO, CO 2 , N 2 , O 2 y otros gases.

4 . Análisis funcional – establecer la presencia y contenido de grupos funcionales en moléculas de compuestos orgánicos, por ejemplo grupos amino (-NH 2), nitro (-NO 2), hidroxilo (-OH), carboxilo (-COOH) y otros grupos.

Dependiendo de la naturaleza del material analizado, existen Análisis de sustancias inorgánicas y orgánicas. La separación del análisis de sustancias orgánicas en una sección separada de la química analítica está asociada con las características de las sustancias orgánicas. Incluso la primera etapa del análisis, la transferencia de la muestra a la solución, difiere significativamente para sustancias orgánicas e inorgánicas.

Las principales etapas de cualquier análisis químico. Los materiales complejos son los siguientes pasos.

1. Muestreo para análisis. La composición media de la muestra debe corresponder a la composición media de todo el lote del material analizado.

2. Descomposición de la muestra y transferencia a solución. La muestra se disuelve en agua o ácidos, se fusiona con diversas sustancias o se utilizan otros métodos o influencias químicas.

3. Realizar una reacción química: X + R = P, donde X es el componente de la muestra; R – reactivo; P es el producto de la reacción.

4. Registrar o medir cualquier parámetro físico de un producto, reactivo o analito de reacción.

Consideremos con más detalle dos tipos de análisis químico: análisis cualitativo y cuantitativo.

3. ANÁLISIS CUALITATIVO

La tarea del análisis cualitativo es identificar componentes y determinar la composición cualitativa de una sustancia o mezcla de sustancias. La detección o, como suele decirse, el descubrimiento de elementos e iones en la composición de la sustancia en estudio se realiza convirtiéndolos en un compuesto que tiene algunas propiedades características, es decir, se registra la aparición de una señal analítica. Las transformaciones químicas que ocurren durante este proceso se llaman reacción analítica . La sustancia utilizada para realizar el descubrimiento es reactivo o reactivo .

Existen diferentes métodos de análisis cualitativo que requieren el uso de diferentes cantidades de la sustancia problema de acuerdo con la Tabla 1. Por ejemplo: en método macroanalítico tomar aproximadamente 1 g de la sustancia (0,5 g para metales y aleaciones) y disolverla en 20-30 ml de agua. Las reacciones se llevan a cabo en tubos de ensayo (análisis en tubo). En caso de microanálisis Las sustancias se toman aproximadamente 100 veces menos en comparación con el macroanálisis (miligramos de materia sólida y unas décimas de mililitros de solución). Se utilizan reacciones altamente sensibles para abrir piezas individuales y detectar la presencia de pequeñas cantidades de un elemento o ion. Las reacciones se realizan por método microcristalino o de gota. Reacciones microcristalinas Se realiza en un portaobjetos de vidrio y la presencia del elemento se juzga por la forma de los cristales resultantes, que se examinan al microscopio. Reacciones de goteo , acompañadas de un cambio de color de la solución y la formación de precipitados coloreados, se realizan sobre una tira de papel de filtro, aplicando sobre ella las soluciones problema y los reactivos gota a gota. A veces, las reacciones de caída se llevan a cabo en un "plato de caída" especial, un plato de porcelana con muescas, así como en un cristal de reloj o en un pequeño crisol de porcelana. Semimicroanálisis (semimicrométodo) Ocupa una posición intermedia entre el macro y el microanálisis. La cantidad de sustancia necesaria para estudiar la composición es aproximadamente 20-25 veces menor que cuando se realiza un macroanálisis: aproximadamente 50 mg de sustancia sólida y 1 ml de solución. Este método conserva el sistema de macroanálisis y descubrimiento de iones, pero todas las reacciones se realizan con pequeñas cantidades de la sustancia, utilizando equipos y equipos especiales. Por ejemplo, las reacciones se llevan a cabo en pequeños tubos de ensayo de 1 a 2 ml, en los que se introducen soluciones mediante pipetas. La sedimentación se realiza únicamente por centrifugación. Submicroanálisis y ultramicroanálisis. se llevan a cabo mediante técnicas especiales utilizando microscopios de diversos grados de aumento, microscopios electrónicos y otros equipos. Su consideración está más allá del alcance de este manual.

En el análisis cualitativo, las reacciones químicas se llevan a cabo con mayor frecuencia en una solución, la llamada "camino mojado". Pero a veces es posible llevar a cabo reacciones en fase sólida, es decir. reacciones "camino seco" . La sustancia y los reactivos correspondientes se toman en forma sólida y se calientan a altas temperaturas para realizar las reacciones. Un ejemplo de tales reacciones es la reacción de la coloración a la llama con sales de ciertos metales. Se sabe que las sales de sodio tiñen la llama de color amarillo brillante, las sales de potasio - violeta, las sales de cobre - verde. Este color se puede utilizar para detectar la presencia de estos elementos en la sustancia en estudio. Las reacciones “secas” también incluyen reacciones de formación. perlas de colores: aleaciones vítreas de diversas sales . Por ejemplo, bórax - Na 2 B 4 O 7 10H 2 O o perlas de sal doble NaNH 4 HPO 4 4H 2 O. Estos métodos se denominan piroquímicos y se utilizan ampliamente para determinar minerales y rocas. Pero básicamente, en el análisis cualitativo, las reacciones se llevan a cabo “vía húmeda” entre solutos.

Metodología para realizar análisis cualitativos.

El primer paso en cualquier análisis es disolver la muestra utilizando varios disolventes. Al analizar sustancias inorgánicas, se utilizan con mayor frecuencia como disolventes agua, soluciones acuosas de ácidos, álcalis y, con menos frecuencia, otras sustancias inorgánicas. Luego se llevan a cabo las reacciones características de apertura de iones. Las reacciones cualitativas de descubrimiento de iones son reacciones químicas que van acompañadas de un efecto externo (cambio de color de la solución, liberación de gas, formación de un precipitado), a partir del cual se puede juzgar que se está produciendo la reacción. La mayoría de las veces se trata de soluciones acuosas de sales, ácidos y bases, entre las cuales se producen reacciones de intercambio iónico (con menos frecuencia reacciones redox).

Esta o aquella reacción analítica debe realizarse en determinadas condiciones, dependiendo de las propiedades de los compuestos resultantes. Si no se cumplen estas condiciones, los resultados del descubrimiento de iones pueden no ser fiables. Por ejemplo, los precipitados solubles en ácido no se desprenden de la solución cuando hay un exceso de ácido. Por lo tanto, se debe observar lo siguiente condiciones de reacción.

1. El ambiente adecuado de la solución de prueba, que se crea agregando un ácido o álcali.

2. Una cierta temperatura de la solución. Por ejemplo, las reacciones que forman precipitados, cuya solubilidad aumenta considerablemente con la temperatura, se llevan a cabo en "frío". Por el contrario, si la reacción es extremadamente lenta, se requiere calentamiento.

3. Una concentración bastante alta del ion que se abre, ya que a bajas concentraciones la reacción no avanza, es decir. la reacción es insensible.

Concepto "sensibilidad de respuesta" se caracteriza cuantitativamente por dos indicadores: Dilución mínima y máxima de apertura. Para determinar experimentalmente la sensibilidad, la reacción se repite muchas veces con las soluciones problema, reduciendo gradualmente la cantidad de soluto y el volumen de disolvente. Mínimo de apertura(Υ) - esta es la cantidad más pequeña de una sustancia que se puede descubrir a través de una reacción determinada bajo ciertas condiciones para su implementación. Expresado en microgramos (1Υ - millonésimas de gramo, 10 -6 g). El mínimo de apertura no puede caracterizar completamente la sensibilidad de la reacción, ya que la concentración del ion abierto en la solución es importante. Limitar la dilución(1:G) caracteriza la concentración más baja de una sustancia (ion) a la que puede abrirse mediante una reacción determinada; donde G es la cantidad en masa de disolvente por unidad de masa de la sustancia o ion que se descubre. En macroanálisis y semimicrométodo se utilizan aquellas reacciones cuya sensibilidad supera los 50Υ, y la dilución máxima es 1: 1000.

Al realizar reacciones analíticas, no solo se debe tener en cuenta la sensibilidad, sino también especificidad de la reacción – la posibilidad de abrir un ion determinado en presencia de otros iones. El descubrimiento de iones a través de reacciones específicas, realizadas en porciones separadas de la solución de prueba en una secuencia arbitraria, se llama análisis fraccionario . Pero no hay muchas reacciones específicas. Más a menudo hay que tratar con reactivos que producen el mismo efecto de reacción o uno similar con muchos iones. Por ejemplo, el cloruro de bario precipita iones carbonato y sulfato de la solución en forma de precipitados de BaCO 3 y BaSO 4. Los reactivos que dan la misma señal analítica con un número limitado de iones se llaman selectivo o selectivo . Cuanto menor sea el número de iones expuestos por un reactivo determinado, mayor será el grado de selectividad del reactivo.

A veces, los iones extraños no reaccionan con un reactivo determinado, sino que reducen la sensibilidad de la reacción o cambian la naturaleza de los productos formados. En este caso, es necesario tener en cuenta la relación máxima entre las concentraciones de iones descubiertos y extraños, así como utilizar agentes enmascaradores (técnicas o reactivos). El ion perturbador se convierte en compuestos de baja disociación o iones complejos, su concentración en la solución disminuye y este ion ya no interfiere con el descubrimiento de los iones analizados. Todas las características y técnicas anteriores se utilizan para desarrollar la secuencia de reacciones químicas durante el proceso de análisis. Si las reacciones utilizadas en el análisis son inespecíficas y no se puede eliminar la influencia perturbadora de iones extraños, entonces el uso del método fraccionado se vuelve imposible y se recurre a curso sistemático de análisis .

Un curso de análisis sistemático es una secuencia específica de reacciones diseñadas para que el descubrimiento de cada ion se lleve a cabo solo después del descubrimiento y eliminación de todos los iones que interfieren con este descubrimiento. En un análisis sistemático, se aíslan grupos separados de iones de una mezcla compleja de iones, utilizando su relación similar con la acción de ciertos reactivos, llamados . Por ejemplo, uno de los reactivos del grupo es el cloruro de sodio, que produce un efecto similar sobre los iones Ag +, Pb 2+, Hg 2 2+. La acción del cloruro de sodio sobre las sales solubles que contienen estos cationes conduce a la formación de precipitados insolubles en ácido clorhídrico:

Ag + + Cl - = AgCl↓

Pb 2 + Cl - = PbCl 2 ↓

Hg 2 2+ + 2Cl - = Hg 2 Cl 2 ↓

Todos los demás iones, si se exponen al HCl, se disolverán y los tres cationes Ag +, Pb 2+ y Hg 2 2+ se separarán de los demás utilizando el reactivo del grupo NaCl. El uso de reactivos grupales proporciona una gran comodidad: un problema complejo se divide en otros más simples. Además, si algún grupo de iones está completamente ausente, su grupo reactivo no producirá ningún precipitado con la solución analizada. En este caso, no tiene sentido realizar reacciones sobre iones individuales de este grupo. El resultado es un ahorro significativo en mano de obra, tiempo y reactivos. De lo anterior se deduce que en el análisis cualitativo la base para la clasificación de iones es la diferencia en la solubilidad de algunos de los compuestos que forman; El método para separar un grupo de iones de otro se basa en esta diferencia. La principal clasificación de cationes fue introducida por el destacado químico ruso N.A. Menshutkin (1871) y se presenta en la tabla.

La clasificación de los aniones se basa en la solubilidad de las sales de bario y plata en los ácidos correspondientes. Esta clasificación no está estrictamente establecida, ya que diferentes autores dividen los aniones en diferente número de grupos. Una de las opciones más comunes es dividir los aniones estudiados en tres grupos, como se muestra en la Tabla 3. A diferencia de los cationes, los aniones en la mayoría de los casos no interfieren con la detección de los demás, por lo que solo se debe recurrir a reacciones de separación de aniones. en casos raros. Más a menudo, los aniones se detectan mediante análisis fraccionario, es decir. en porciones separadas de la solución de prueba. Al analizar aniones, los reactivos de grupo generalmente no se usan para separar grupos, sino solo para detectarlos. La ausencia de cualquier grupo en la solución de prueba simplifica enormemente el trabajo.

Tabla 2

Clasificación de cationes

Tabla 3

Clasificación de aniones

3.2. Trabajo de laboratorio sobre el tema "Análisis cualitativo".

Los métodos de análisis cualitativo se dividen en físicos, fisicoquímicos y químicos.

Los métodos de análisis físicos y fisicoquímicos se basan en la medición de cualquier parámetro del sistema, que es función de su composición. Por ejemplo, el análisis espectral examina los espectros de emisión que surgen cuando una sustancia se introduce en la llama de un quemador o en un arco eléctrico. Por la presencia en el espectro de líneas características de estos elementos, se aprende sobre la composición elemental de la sustancia.

En los métodos de análisis fisicoquímicos, la composición elemental de las sustancias se juzga por ciertas propiedades características de los átomos o iones utilizados en este método. Por ejemplo, en cromatografía, la composición de una sustancia está determinada por el color característico de los iones adsorbidos en un orden determinado, o por el color de los compuestos formados durante el desarrollo del cromatograma.

No siempre es posible establecer un límite estricto entre los métodos físicos y fisicoquímicos. Por lo tanto, a menudo se combinan bajo el nombre general de métodos "instrumentales".

Los métodos químicos se basan en la transformación del analito en nuevos compuestos que tienen determinadas propiedades. Sobre la base de la formación de compuestos característicos de elementos, se determina la composición elemental de las sustancias. Por ejemplo, los iones Cu 2+ pueden detectarse mediante la formación de un ion complejo [Cu (NH 3) 4 ] 2+ de color azul celeste.

Las reacciones analíticas cualitativas, según el método de implementación, se dividen en reacciones "húmedas" y "secas". Las reacciones por vía “húmeda” son de gran importancia. Para realizarlos, primero se debe disolver la sustancia problema. En el análisis cualitativo, solo se utilizan aquellas reacciones que van acompañadas de efectos externos claramente visibles para el observador: un cambio en el color de la solución; precipitación o disolución de sedimentos; liberación de gases con olor o color característico, etc.

Se utilizan especialmente reacciones acompañadas de la formación de precipitación y un cambio en el color de la solución. Estas reacciones se denominan reacciones de “descubrimiento” porque revelan los iones presentes en una solución. Las reacciones de identificación también se utilizan ampliamente, con la ayuda de las cuales se verifica la exactitud del "descubrimiento" de un ion en particular. Por último, se utilizan reacciones de precipitación, que suelen separar un grupo de iones de otro o un ión de otros iones.

Dependiendo de la cantidad de sustancia analizada, el volumen de la solución y la técnica para realizar operaciones individuales, los métodos químicos de análisis cualitativo se dividen en macro, micro, semimicro y ultramicroanálisis, etc.

En 1955, la sección de química analítica de la Asociación Internacional de Química Pura y Aplicada adoptó la "Clasificación de Métodos de Análisis" y propuso sus nuevos nombres (Tabla 1.1).

El análisis macroquímico clásico requiere de 1 a 10 g de una sustancia o de 10 a 100 ml de la solución problema para realizar el análisis. Se realiza en tubos de ensayo ordinarios de 10-15 ml, aunque también se utilizan vasos de precipitados y matraces de 150-200 ml, embudos de filtración y otros equipos. El análisis microquímico permite analizar de 0,001 a 10 -6 g de una sustancia o de 0,1 a 10 -4 ml de la solución problema. Según la técnica utilizada, el análisis microquímico se divide en métodos de análisis microcristalscópico y de gotas.

El método de análisis microcristaloscópico se lleva a cabo mediante un microscopio. En un portaobjetos de microscopio, se hace interactuar una gota de la solución problema con una gota del reactivo. El compuesto químico resultante está determinado por la forma de los cristales y, a veces, por su color o propiedades ópticas.

El método de análisis de gotas fue introducido en la práctica analítica por N. A. Tananaev desde 1920. Con este método, las reacciones se realizan con gotas de soluciones y reactivos que son altamente sensibles. Por tanto, su utilización permite detectar cantidades muy pequeñas de cationes. Este tipo de análisis se puede realizar en una placa de porcelana, portaobjetos, vidrio de reloj y papel de filtro.

En el semimicroanálisis, el químico trabaja con muestras de la sustancia problema que pesan entre 0,05 y 0,5 gy trabaja con volúmenes de solución de 1 a 10 ml. Este tipo de análisis utiliza parcialmente las técnicas de macroanálisis y microanálisis. Los utensilios y equipos son los mismos que en el macroanálisis, pero de tipo reducido.

Los métodos de análisis micro y semimicroquímico tienen una serie de ventajas sobre los métodos de análisis macroquímico; permiten realizar análisis de gotas con menos tiempo y reactivos.

El análisis en seco se realiza sobre sólidos. Se divide en análisis piroquímico y análisis de trituración.

Análisis piroquímico: calentar la sustancia problema en la llama de un quemador de gas. Consideremos dos métodos de análisis: obtención de perlas de colores; Reacciones del color de la llama.

Obtención de perlas de colores. Varias sales y óxidos metálicos, cuando se disuelven en fosfato de sodio y amonio fundido NaNH 4 HPO 4 · 4H 2 O o tetraborato de sodio Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O, forman vidrios (perlas). Al observar su color, es posible determinar qué elementos están presentes en la sustancia en estudio. Por ejemplo, los compuestos de cromo producen perlas de color verde esmeralda; compuestos de cobalto: perlas de color azul intenso; compuestos de manganeso: perlas de violeta y amatista; compuestos de hierro: perlas de color marrón amarillento; compuesto de níquel: perlas de color marrón rojizo, etc. El método para producir perlas es bastante simple. Un alambre de platino, cuyo extremo está doblado en forma de ojo y el otro soldado en un tubo de vidrio, se calienta en la llama de un quemador de gas y se sumerge en sal, por ejemplo tetraborato de sodio. Parte de la sal se derrite cerca del alambre caliente y se pega a él. El alambre con cristales primero se coloca sobre la llama del quemador, luego se coloca en la parte incolora de la llama y se obtiene una perla incolora. Se toca la sustancia de prueba con una perla caliente, luego se calienta en la llama oxidante de un quemador hasta que la sustancia extraída se disuelve por completo y se observa el color de la perla en el estado frío y caliente.

Reacciones del color de la llama. Las sales volátiles de muchos metales, cuando se introducen en la parte no luminosa de la llama de un quemador de gas, tiñen la llama con varios colores característicos de estos metales (Tabla 1.2). El color depende de los vapores calientes de los metales libres resultantes de la descomposición térmica de las sales cuando se introducen en la llama del quemador.

Las reacciones de color de la llama sólo funcionan bien con sales volátiles (cloruros, carbonatos y nitratos). Las sales no volátiles (boratos, silicatos, fosfatos) se humedecen con ácido clorhídrico concentrado antes de introducirlas en la llama para convertirlas en cloruros volátiles.

Las técnicas de análisis piroquímico se utilizan en análisis cualitativos como prueba preliminar al analizar una mezcla de sustancias secas o como reacciones de verificación.

Análisis de trituración propuesto en 1898 por F. M. Flavitsky. En el método de trituración, el sólido a analizar se coloca en un mortero de porcelana y se muele con aproximadamente una cantidad igual de reactivo sólido. Como resultado de la reacción, generalmente se forma una sustancia coloreada, cuyo color se utiliza para juzgar la presencia del ion que se está determinando. Por ejemplo, para abrir el ion cobalto, se muelen varios cristales de cloruro de cobalto CoCl 2 con cristales de tiocianato de amonio NH 4 SCN. En este caso, la mezcla se vuelve azul debido a la formación de una sal compleja de cobaltato de amonio tetrarrodano (II) (NH 4) 2:

CoCI 2 + 4NH 4 SCN = (NH 2) 2 + 2NH 4 C1

Para abrir el anión acetato CH 3 COO, el cristal de sal se muele con una pequeña cantidad de hidrogenosulfato de sodio sólido o hidrogenosulfato de potasio. El ácido acético libre liberado se reconoce por su olor:

CH3COONa + NaHSO4 = Na2SO + CH3COOH

El método de F. M. Flavitsky casi nunca se utilizó en la práctica, y solo en los años 50 P. M. Isakov amplió y profundizó significativamente el método de molienda y demostró la viabilidad de su uso en el análisis de menas y minerales en el campo.

En el análisis cualitativo, las reacciones "secas" desempeñan un papel de apoyo; Suelen utilizarse como pruebas preliminares y reacciones de verificación.

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GAU DE LOS URAL DEL SUR

INSTITUTO DE MEDICINA VETERINARIA

Departamento de Química General y Vigilancia Ambiental

en la disciplina "Química Analítica"

sobre el tema: “Análisis cualitativo”

Completado por: estudiante del grupo 1a Korepanova A.A.

Comprobado por: Gizatullina Yulia Abdulovna

Troitsk 2017

análisis cualitativo de iones de reacción

Introducción

Conclusión

Introducción

Química analítica: establecimiento de la composición cualitativa y cuantitativa de una sustancia o mezcla de sustancias. De acuerdo con esto, la química analítica se divide en análisis cualitativo y cuantitativo.

La tarea del análisis cualitativo es determinar la composición cualitativa de una sustancia, es decir, en qué elementos o iones se compone la sustancia.

Al estudiar la composición de sustancias inorgánicas, en la mayoría de los casos hay que lidiar con soluciones acuosas de ácidos, sales y bases. Estas sustancias son electrolitos y se disocian en iones en soluciones. Por tanto, el análisis se reduce a la determinación de iones individuales: cationes y aniones.

Al realizar un análisis cualitativo, se puede trabajar con diferentes cantidades de la sustancia problema. Existen los llamados método del gramo en el que la masa de la sustancia problema se toma más de 0,5 g (más de 10 ml de solución), método del centigramo(la masa de la sustancia problema es de 0,05 a 0,5 g, o de 1 a 10 ml de solución), método del miligramo(peso de la sustancia problema de 10 -6 g a 10 -3 g, o de 0,001 a 0,1 ml de solución), etc. El más común es el método del centigramo, o método semimicro.

1. Métodos de análisis cualitativo.

El análisis cualitativo tiene como objetivo detectar determinadas sustancias o sus componentes en el objeto analizado. La detección se lleva a cabo identificando sustancias, es decir, estableciendo la identidad (igualdad) del AS del objeto analizado y el AS conocido de las sustancias determinadas en las condiciones del método de análisis utilizado. Para ello, este método examina previamente sustancias estándar en las que se conoce la presencia de sustancias analitas. Por ejemplo, se ha establecido que la presencia de una línea espectral con una longitud de onda de 350,11 nm en el espectro de emisión de la aleación, cuando el espectro es excitado por un arco eléctrico, indica la presencia de bario en la aleación; El color azul de una solución acuosa cuando se le agrega almidón es un indicador de la presencia de I2 en ella y viceversa.

El análisis cualitativo siempre precede al análisis cuantitativo.

Actualmente, el análisis cualitativo se realiza mediante métodos instrumentales: espectral, cromatográfico, electroquímico, etc. Los métodos químicos se utilizan en determinadas etapas instrumentales (apertura de la muestra, separación y concentración, etc.), pero en ocasiones con la ayuda del análisis químico es posible obtener resultados de forma más sencilla y rápida, por ejemplo, para establecer la presencia de dobles y triples enlaces en hidrocarburos insaturados al pasarlos por agua con bromo o una solución acuosa de KMnO4. En este caso, las soluciones pierden color.

Un análisis químico cualitativo detallado permite determinar la composición elemental (atómica), iónica, molecular (material), funcional, estructural y de fases de sustancias inorgánicas y orgánicas.

Al analizar sustancias inorgánicas, los análisis elementales e iónicos son de primordial importancia, ya que el conocimiento de la composición elemental e iónica es suficiente para establecer la composición material de las sustancias inorgánicas. Las propiedades de las sustancias orgánicas están determinadas por su composición elemental, pero también por su estructura y la presencia de diversos grupos funcionales. Por tanto, el análisis de sustancias orgánicas tiene sus propias particularidades.

El análisis químico cualitativo se basa en un sistema de reacciones químicas características de una sustancia determinada: separación, separación y detección.

Los siguientes requisitos se aplican a las reacciones químicas en el análisis cualitativo.

1. La reacción debería ocurrir casi instantáneamente.

2. La reacción debe ser irreversible.

3. La reacción debe ir acompañada de un efecto externo (AS):

a) cambio de color de la solución;

b) formación o disolución de un precipitado;

c) liberación de sustancias gaseosas;

d) coloración a la llama, etc.

4. La reacción debe ser lo más sensible y específica posible.

Las reacciones que permiten obtener un efecto externo con el analito se denominan analíticas, y la sustancia añadida para ello se denomina reactivo. Las reacciones analíticas que se llevan a cabo entre sólidos se denominan reacciones de "vía seca" y, en soluciones, "vía húmeda".

Las reacciones "secas" incluyen reacciones que se realizan triturando una sustancia problema sólida con un reactivo sólido, así como obteniendo vidrios coloreados (perlas) fusionando ciertos elementos con bórax.

Mucho más a menudo el análisis se realiza "húmedo", para lo cual la sustancia analizada se transfiere a una solución. Las reacciones con soluciones se pueden llevar a cabo mediante métodos de tubo de ensayo, gotitas y microcristalinos. En el semimicroanálisis en probeta, se realiza en tubos de ensayo con una capacidad de 2-5 cm3. La centrifugación se utiliza para separar los sedimentos y la evaporación se realiza en copas o crisoles de porcelana. El análisis de gotas (N.A. Tananaev, 1920) se realiza sobre placas de porcelana o tiras de papel filtrado, obteniendo reacciones de color agregando una gota de una solución reactiva a una gota de una solución de una sustancia. El análisis microcristalino se basa en la detección de componentes mediante reacciones que producen compuestos con colores y formas de cristal característicos observados al microscopio.

2. Especificidad y sensibilidad de las reacciones.

Sensibilidadreacciones caracterizado por la cantidad mínima del componente que se determina o su concentración mínima en solución a la que este componente puede detectarse utilizando un reactivo determinado.

Límite concentración C min es la concentración mínima de una sustancia en solución a la que una reacción determinada todavía da un resultado positivo. Límite dilución GRAMO -- el recíproco de la concentración límite. La concentración límite se expresa mediante la relación 1: GRAMO, que muestra qué cantidad de disolvente debe contener una parte en masa de la sustancia para que el efecto externo siga siendo perceptible. Por ejemplo, para la reacción de Cu 2+ con amoníaco, la dilución límite es 250.000 y la concentración límite es 1:250.000, lo que significa que es posible abrir iones de cobre en una solución que contiene 1 g de Cu 2+ en 250.000 g de agua. La reacción se considera más sensible cuanto mayor es el límite de dilución.

La sensibilidad de una reacción depende de muchas condiciones: acidez del medio, temperatura, fuerza iónica de la solución y otras, por lo que cada reacción analítica debe realizarse en condiciones estrictamente definidas. Si no se cumplen las condiciones requeridas, la reacción puede no ocurrir en absoluto o tomar una dirección no deseada.

Una reacción analítica característica únicamente de un ion dado se llama específico reacción. Ésta es, por ejemplo, la reacción de detección del ion NH + 4 bajo la acción de un álcali en una cámara de gas, la coloración azul del almidón bajo la acción del yodo y algunas otras reacciones. En presencia de reacciones específicas, sería posible descubrir cualquier ion directamente en una muestra de la mezcla en estudio, independientemente de la presencia de otros iones en ella. El descubrimiento de iones mediante reacciones específicas en muestras individuales de la solución de prueba completa en una secuencia elegida arbitrariamente se llama fraccionario análisis.

Ausencia específicoreacciones Para la mayoría de los iones, es imposible realizar análisis cualitativos de mezclas complejas mediante el método fraccionado. Diseñado para tales casos sistemático análisis. Consiste en predividir una mezcla de iones en grupos separados mediante reactivos de grupo especiales.

De estos grupos, cada ion se aísla en una secuencia estrictamente definida y luego se descubre mediante su reacción analítica característica.

Los reactivos que permiten, bajo ciertas condiciones, separar iones en grupos analíticos se denominan grupo reactivos (reactivos). El uso de reactivos grupales se basa en la selectividad de su acción. A diferencia de las reacciones específicas, las reacciones selectivas (o selectivas) ocurren con varios iones o sustancias. Por ejemplo, los iones C1--- forman precipitados con los cationes Ag +, Hg 2 2+ y Pb 2+, por lo tanto, esta reacción es selectiva para estos iones y el ácido clorhídrico HCl se puede utilizar como reactivo de grupo de un grupo analítico. que incluye estos cationes.

3. Tipos de reacciones utilizadas en el análisis cualitativo

Reacciones piroquímicas. Varios métodos de análisis cualitativo se basan en reacciones químicas que se llevan a cabo mediante fusión, calentamiento con carbón vegetal, con la llama de un quemador de gas o con un soplete. En este caso, las sustancias se oxidan con el oxígeno del aire y se reducen con monóxido de carbono, carbono atómico de llama o carbón vegetal. La oxidación o reducción puede dar lugar a la formación de productos coloreados. Una de las reacciones piroquímicas más utilizadas es la prueba del color de la llama. La llama tiene el color característico del catión. La coloración de la llama mediante compuestos de algunos elementos se presenta en la tabla.

Las reacciones microcristaloscópicas son reacciones durante las cuales se forma precipitación, que consiste en cristales de forma y color característicos. Determinar la forma externa de cristales que tienen cierta simetría. Las reacciones que desprenden gases son reacciones en las que se liberan compuestos gaseosos. Para detectar gases individuales, se utilizan reactivos específicos (el sulfuro de hidrógeno se detecta con acetato de plomo - ennegrecimiento, amoníaco-fenolftaleína - enrojecimiento en un ambiente alcalino). Las reacciones de color son el principal tipo de reacciones para detectar sustancias. El color se conserva en todos los compuestos de cationes y aniones coloreados (manganatos, cromatos, dicromatos). El color puede aparecer y cambiar dependiendo de las condiciones bajo la influencia de un ion de signo opuesto; por ejemplo, los iones b/c de yodo y plata forman yoduro de plata de color marrón amarillento.

La detección de iones mediante reacciones específicas en una muestra separada de toda la solución problema en cualquier secuencia se denomina análisis fraccionado. El curso de análisis sistemático, a diferencia del análisis fraccionado, consiste en que primero se separa una mezcla de iones en grupos separados utilizando reactivos especiales. De estos grupos, cada ion se aísla en una secuencia determinada y luego se descubre mediante una reacción característica. Los reactivos que permiten la separación de iones en grupos analíticos en una secuencia determinada se denominan reactivos de grupo.

4. Enmascaramiento de iones en análisis cualitativo.

Muchas reacciones cualitativas son comunes a varios iones, lo que hace imposible detectarlas en presencia de otros. En este caso, el enmascaramiento o la eliminación de iones perturbadores se utiliza de una de las siguientes maneras:

Unión de iones que interfieren en un compuesto complejo. La mayoría de las veces, para este fin, se utiliza la producción de fluoruro (Al3+, Fe3+), cloruro (Ag+, Fe3+, Mn2+), tiocianato (Cu2+, Zn2+, Cd2+, Co2+, Ni2+), tiosulfato (Pb2+, Bi3+, Cr3+, Cu2+). , Ag+), amoníaco (Zn2+, Cd2+, Co2+, Ni2+), EDTA - (la mayoría de los cationes) y otros complejos. El complejo resultante debe tener la estabilidad necesaria para garantizar una unión suficientemente completa del ion perturbador. La posibilidad de utilizar un reactivo enmascarante particular está determinada por la constante general de la reacción química con equilibrios combinados. En este caso, se guían principalmente por la ausencia de interacción del ion determinado con el reactivo de enmascaramiento y el grado de enmascaramiento de los iones perturbadores, a partir del cual se determina el valor requerido de la constante de equilibrio. Un valor grande de la constante de equilibrio indica la integridad de la unión del no enmascarado (o el grado de enmascaramiento).

Eliminación de iones que interfieren en un precipitado. En este caso, se guían por los productos de solubilidad de los precipitados resultantes y el valor de la constante general de reacción en equilibrios combinados.

A menudo, para la precipitación selectiva de iones de interferencia, se utilizan reactivos poco solubles, cuya PR es menor que la PR del precipitado de los iones detectados y mayor que la PR de la precipitación de los iones de interferencia. En este caso, los iones detectados, debido a su estado de equilibrio, no se unen y los que interfieren precipitan. De manera similar se resuelven problemas bastante complejos de eliminación selectiva de muchos iones perturbadores. La precipitación de hidróxidos, carbonatos, sulfuros, sulfatos y fosfatos se utiliza con mayor frecuencia.

Extracción con disolventes orgánicos. Es uno de los métodos más utilizados para eliminar iones que interfieren. Los compuestos iónicos que son fácilmente solubles en disolventes orgánicos se someten a separación por extracción. Muy a menudo, la extracción elimina iones en forma de cloruro (Co2+, Sn2+), ditizonato (Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+), hidroxiquinolato (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Fe2+), dietilditiocarbamato (Mn2+, Co2+, Fe2+). , Ni2+, Cu2+), cupferonato (Ba2+, Cr3+, Fe3+, Sn2+, Bi3+, Sb3+) y otros complejos. En este caso, se utilizan disolventes orgánicos que no se mezclan con agua: benceno, hexano, cloroformo y alcoholes superiores. La separación por extracción se realiza a un determinado valor de pH óptimo, lo que favorece la extracción completa de los iones perturbadores.

Oxidación de iones perturbadores a estados de oxidación superiores. En este caso se obtienen iones que no reaccionan con el reactivo. Se utiliza para enmascarar iones Cr3+ (oxidación a CrO42-), Sn2+ (oxidación a Sn4+), Mn2+ (oxidación a MnO4- o MnO2), Fe2+ (conversión a Fe3+), etc. La oxidación se suele realizar con peróxido de hidrógeno cuando se calienta.

También se utiliza a menudo la reducción de cationes al estado elemental o estados de oxidación más bajos. A la hora de elegir un agente reductor se guían por los valores de los potenciales redox E°. Muy a menudo se utiliza zinc, que reduce los cationes de los elementos d (excepto Cr3+, Fe2+, Fe3+) y algunos elementos p (Pb2+, Sb3+, Bi3+) en un ambiente de amoníaco. En ocasiones se utilizan agentes reductores que actúan de forma selectiva. Por ejemplo, el hierro elemental reduce Sb3+, Cu2+, Bi3+ a metal, convierte Sn4+ en Sn2+, el cloruro de estaño (II) reduce Fe3+ a Fe2+.

5. Reacciones de detección de iones fraccionales.

Las reacciones fraccionarias están diseñadas para detectar iones en presencia de todos los demás, después de una eliminación preliminar (1 o 2 operaciones) o después de enmascarar los iones que interfieren. Se sabe poco sobre reacciones específicas que permiten detectar un ion determinado en presencia de todos los demás. Por lo tanto, muchas reacciones deben llevarse a cabo después de preprocesar la muestra analizada y enmascarar o eliminar cationes y sustancias que interfieren con la determinación. Al seleccionar y realizar reacciones fraccionarias, generalmente es necesario: seleccionar la reacción más específica para detectar la muestra. ion analizado; averiguar a partir de datos bibliográficos o experimentalmente qué cationes, aniones u otros compuestos interfieren con la detección; establecer mediante reacciones específicas la presencia de iones interferentes en la muestra analizada; seleccionar, basándose en los datos tabulares, un reactivo enmascarador que no reaccione con la sustancia analizada; calcular la integridad de la eliminación de los iones que interfieren (basándose en la constante de reacción general); Determine el procedimiento para realizar una reacción fraccionada.

6. Clasificación analítica de iones.

En el análisis cualitativo, existen dos métodos para analizar una sustancia: análisis fraccionario y análisis sistemático.

El análisis fraccionario se basa en la detección de iones mediante reacciones específicas realizadas en porciones separadas de la solución problema. Por ejemplo, el ion Fe2+ se puede abrir usando el reactivo K3 en presencia de cualquier ion. Dado que las reacciones específicas son pocas, en algunos casos se elimina la influencia perturbadora de iones extraños mediante agentes enmascarantes. Por ejemplo, el ion Zn2+ se puede abrir en presencia de Fe2+ usando el reactivo (NH4)2, uniendo los iones Fe2+ que interfieren con el hidrogenotartrato de sodio en un complejo incoloro.

El análisis fraccional tiene una serie de ventajas sobre el análisis sistemático: la capacidad de detectar iones en porciones individuales en cualquier secuencia, además de ahorrar tiempo y reactivos. Sin embargo, la mayoría de las reacciones analíticas no son lo suficientemente específicas y producen efectos similares con varios iones. Hay pocas reacciones específicas y los agentes enmascarantes no pueden eliminar la influencia perturbadora de muchos iones. Por tanto, para poder realizar un análisis completo y obtener resultados más fiables, el proceso de análisis debe recurrir a separar los iones en grupos para luego abrirlos en una secuencia determinada. La separación secuencial de iones y su posterior descubrimiento es un método de análisis sistemático. Sólo algunos iones se descubren mediante el método fraccionado. El análisis sistemático es un análisis completo del objeto en estudio, que se lleva a cabo dividiendo el sistema analítico original en varios subsistemas (grupos) en una secuencia determinada en función de las similitudes y diferencias en las propiedades analíticas de los componentes del sistema. El curso sistemático del análisis se basa en el hecho de que primero, utilizando reactivos grupales, una mezcla de iones se divide en grupos y subgrupos, y luego, dentro de estos subgrupos, cada ion se detecta mediante reacciones características. Los reactivos grupales actúan sobre una mezcla de iones de forma secuencial y en un orden estrictamente definido. Para facilitar la determinación en química analítica, se ha propuesto combinar iones en grupos analíticos que dan efectos iguales o similares (precipitados) con ciertos reactivos, y se han creado clasificaciones analíticas de iones (por separado para cationes y aniones). Establecer la presencia de ciertos cationes en la solución de prueba facilita enormemente la detección de aniones. Utilizando la tabla de solubilidad, se puede predecir de antemano la presencia de aniones individuales en la solución de prueba. Por ejemplo, si una sal es muy soluble en agua y el catión Ba2+ se encuentra en una solución acuosa neutra, entonces esta solución no puede contener los aniones SO42-, CO32-, SO32-. Por tanto, primero se descubren los cationes presentes en la solución en estudio y luego los aniones.

Para los cationes, dos clasificaciones son de importancia práctica: sulfuro de hidrógeno y ácido-base. La base de la clasificación del sulfuro de hidrógeno y del método de análisis sistemático del sulfuro (o sulfuro de hidrógeno) es la interacción de cationes con sulfuro de amonio (o polisulfuro) o sulfuro de hidrógeno. Una grave desventaja de este método es el uso de sulfuro de hidrógeno venenoso, de ahí la necesidad de utilizar equipos especiales.

Por tanto, en los laboratorios de enseñanza es preferible el uso del método ácido-base de análisis sistemático. Este método se basa en la interacción de cationes con ácido sulfúrico y clorhídrico, hidróxidos de sodio y amonio.

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

Conclusión

La importancia de la química analítica está determinada por la necesidad de la sociedad de obtener resultados analíticos, de establecer 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 propia química analítica.

Cita del libro de texto sobre química analítica de N.A. Menshutkin, publicado en 1897: “Habiendo presentado todo el curso de 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 proporcionará un camino estrictamente definido. Esta certeza (solución sistemática de problemas de química analítica) es de gran importancia pedagógica. El estudiante aprende a aplicar las propiedades de los compuestos para resolver problemas, derivar condiciones de reacción y combinarlas. Toda esta serie de procesos mentales se puede expresar de esta manera: la química analítica te enseña a pensar químicamente. Lograr esto último parece ser lo más importante para los estudios prácticos en química analítica”.

Lista de literatura usada

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Analytical_chemistry.

2. “Química analítica. Métodos químicos de análisis", Moscú, "Química", 1993.

3. http://www.chem-astu.ru/chair/study/anchem/.

4. http://studopedia.ru/7_12227_analiticheskaya-himiya.html.

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