Analyse chimique qualitative. Méthodes chimiques d'analyse qualitative

Conférence 3

Analyse qualitative

1. Vasiliev V.P. Chimie analytique : En 2 livres. : Livre. 1 : Méthodes d'analyse titrimétriques et gravimétriques : manuel. pour les étudiants universités étudiant le génie chimique. spécialiste. – 4e éd., stéréotype. – M. : Outarde, 2004. – 368 p. (P. 33 – 35, 263, 309 – 311).

2. Lebedeva M.I. Chimie analytique et méthodes d'analyse physiques et chimiques : manuel. allocation / M.I. Lebedeva. – Tambov : maison d'édition Tamb. État technologie. Univ., 2005. – 216 p. – http://window.edu.ru/window_catalog/files/r38085/tstu2005-134.pdf

Analyse qualitative – c'est une analyse but qui est l’identification des éléments chimiques, des ions et des substances contenus dans l’échantillon.

Méthodes d'analyse qualitative

Les méthodes d'analyse qualitative sont différentes : chimique, physique, physico-chimique.

Les méthodes d'analyse qualitative qui permettent de déterminer le contenu d'éléments individuels dans la substance analysée sont appelées analyse élémentaire;groupes fonctionnels – analyse fonctionnelle; composés chimiques individuels caractérisés par un certain poids moléculaire - analyse moléculaire.

Un ensemble de diverses méthodes chimiques, physiques et physicochimiques pour séparer et déterminer les composants structurels (phases) individuels de systèmes hétérogènes qui diffèrent par leurs propriétés et leur structure physique et sont limités les uns aux autres par des interfaces est appelé analyse de phase.

Méthodes chimiques sont basés sur le fait que l’élément ou l’ion découvert est converti en un composé possédant certaines propriétés. La transformation chimique qui se produit s'appelle réaction analytique. La substance qui provoque cette transformation s'appelle réactif(réactif).

Les réactions analytiques peuvent être classer comme suit:

1. Réactions de groupe: Le même réactif réagit avec un groupe d'ions, donnant le même signal. Par exemple, pour séparer un groupe d'ions (Ag +, Pb 2 +, Hg 2 2+), ils réagissent avec les ions Cl − et des précipités blancs se forment (AgCl, PbCl 2, Hg 2 Cl 2).

2. Réactions sélectives (sélectives).

Par exemple: réaction iode-amidon. Je l'ai décrit pour la première fois en 1815 chimiste allemand F.Strohmeyer. À ces fins, des réactifs organiques sont utilisés.

Par exemple: diméthylglyoxime + Ni 2 + → formation d'un précipité rouge écarlate de diméthylglyoximate de nickel.

En modifiant les conditions de la réaction analytique, les réactions non sélectives peuvent devenir sélectives.

Par exemple: si les réactions Ag + , Pb 2 + , Hg 2 2 + + Cl − sont effectuées lorsqu'elles sont chauffées, alors PbCl 2 ne précipite pas car il est très soluble dans l'eau chaude.

3. Réactions de complexation sont utilisés dans le but de masquer les ions interférents.

Par exemple: pour détecter le Co 2 + en présence d'ions Fe 3 + à l'aide de KSCN, la réaction est réalisée en présence d'ions F −. Dans ce cas, Fe 3 + + 4F − → − , Kn = 10 − 16, donc les ions Fe 3 + sont complexés et n'interfèrent pas avec la détermination des ions Co 2 +.

En chimie analytique sont utilisés suivant réactions:

1. Hydrolyse(par cation, par anion, par cation et anion) :

Al 3 + + HOH ↔ Al(OH) 2 + + H + ;

CO 3 2 − + HOH ↔ HCO 3 − + OH − ;

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

2. Réactions d'oxydo-réduction:

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

3. Réactions de complexation:

CuSO 4 + 4NH 4 OH → SO 4 + 4H 2 O

4. Réactions aux précipitations:

Ba 2 + + SO 4 2 − → BaSO 4 ↓

Utilisations de l'analyse qualitative seulement ces réactions, qui sont accompagnés de tout effets externes clairement visibles:

1. Formation ou dissolution brouillon:

Hg 2 + + 2I − → HgI 2 ↓ ;

HgI 2 + 2KI − → K 2 HgI 4

incolore

2. Apparition, changement, disparition coloration solution (réactions colorées) :

Mn 2 + → MnO 4 − → MnO 4 2 −

incolore violet vert

3. Sélection gaz:

SO 3 2 − + 2H + → SO 2 + H 2 O.

4. Réactions pédagogiques cristaux forme strictement définie (réactions microcristalscopiques).

5. Réactions colorantes flamme.

Les réactions analytiques peuvent être réalisées de manière « sèche » ou « humide ».

Exemples de réactions réalisées par voie « sèche »:

– réactions de coloration de la flamme (Na + – jaune ; Sr 2 + – rouge ; Ba 2 + – vert ; Ca 2+ – rouge brique, K + – violet ; Li + – cramoisi, Tl 3 + – vert, In + – bleu etc. .);

– lorsque Na 2 B 4 O 7 et Co 2+, Na 2 B 4 O 7 et Ni 2+, Na 2 B 4 O 7 et Cr 3+ sont fusionnés, " perles» forets de différentes couleurs. Par exemple, les composés Co 2 + donneront une couleur bleu intense, Cr 3 + - vert émeraude.

La couleur de la perle dépend parce que dans quel cône(zone) de la flamme, un échauffement se produit - oxydatif ou réducteur. Au centre de la flamme à la base la température de la mèche atteint 320 0 C - ceci zone de récupération, plus haut situé zone d'oxydation, la température en partie haute atteint 1550 0 C.

Méthode d'obtention des perles simple. Ils prennent fil de platine, une extrémité est pliée dans l'oreille, et l'autre est soudé dans un tube de verre. Oreille platine chauffer dans la flamme du brûleur et plus chaude immergé dans le sel. Le sel adhérant est d'abord conservé sous la flamme d'un brûleur afin que l'eau ne s'échappe pas trop intensément, puis fondu dans incolore perle (sel de borax Na 2 B 4 O 7 7H 2 O). Après cela, la perle encore chaude est touchée substance d'essai puis introduit à nouveau dans la partie oxydante de la flamme, obtenant couleur perle. Observez la couleur obtenue à froid et à chaud.

Plus souvent des réactions analytiques sont effectuées dans les solutions (voie "humide")). L'objet analysé (une substance individuelle ou un mélange de substances) peut être dans n'importe quel état d'agrégation (solide, liquide, gazeux). L'objet à analyser s'appelle exemple, ou panne. Même élément l'échantillon peut contenir sous diverses formes chimiques. Par exemple : S 0, S 2 −, SO 4 2 −, SO 3 2 −, etc. En fonction du but et du but de l'analyse, après transfert en solution, les échantillons sont effectués analyse élémentaire(détermination de la teneur en soufre total) ou analyse de phase(détermination de la teneur en soufre dans chaque phase ou sous ses formes chimiques individuelles).

Selon lequel quantités de substance effectuer des opérations lors de la réalisation d'une réaction analytique, différencier:

– macroanalyse– 1 – 10 g, 10 – 100 ml ;

– semi-microanalyse– 0,05 – 0,5 g, jusqu'à 10 ml ;

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

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

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

Existe méthode d'analyse par chute, introduit dans la pratique analytique N / A. Tananaev (1920). Les réactions sont réalisées sur une plaque de porcelaine, une lame de verre, mais le plus souvent sur une bande de papier filtre.

Lors de toute réaction analytique, il est nécessaire de respecter strictement certaines conditions son évolution (température, pH de la solution, concentration) pour qu'elle se déroule rapide et j'en ai eu assez limite de détection basse. Par exemple, les précipités dont la solubilité augmente avec l'augmentation de la température doivent être obtenus uniquement à froid. Dans le même temps, certaines précipitations ne se produisent que lorsqu'elles sont chauffées.

Très condition importante– une concentration suffisamment élevée de l'ion découvert dans la solution. La plus petite quantité d'une substance (ion) pouvant être découverte à l'aide d'un réactif donné dans une goutte de la solution d'essai d'un volume de 1 microlitre (10 -6 l) est appelée sensibilité à la réaction.

La sensibilité est caractérisée quantitativement les indicateurs suivants :

– ouverture minimale (m) est la plus petite quantité d'une substance ou d'un ion pouvant être découverte par une réaction donnée dans certaines conditions.

m = du précédent. Vmin 10 6 mcg

m = Vmin 10 6 / V pré µg

Où d'avant– concentration maximale ; Vmin– volume minimum de solution extrêmement diluée ; V pré– dilution maximale.

– Limiter la concentration(d'avant) est le rapport entre une unité de masse d'un ion particulier et la masse de la plus grande quantité de solvant.

, [µg/ml]

– Limiter la dilution(V pré) est l'inverse de la concentration limite et indique quelle quantité d'une solution aqueuse (en ml) contient 1 g de l'ion à déterminer.

;

– Volume minimal(Vmin) est le volume de solution contenant le minimum détectable d'un ion particulier.

, [ml]

Sensibilité de la réponse, utilisé pour ouvrir la même chose ion, peut très fortement varier. Par exemple, sensibilité de la réaction au Cu 2+ :

– si du HCl est utilisé, alors m= 1 µg, le complexe 2-jaune-vert se forme ;

– si NH 3 est utilisé, alors m= 0,2 µg, un complexe bleu 2+ se forme ;

– si K 4 est utilisé, alors m= 0,02 µg, un complexe Cu 2 de couleur rouge-brun se forme.

Pour augmenter la sensibilité de la réaction vous pouvez utiliser ce qui suit techniques:

– augmenter la durée réactions, ce qui est particulièrement efficace s'ils participent non-électrolytes ou électrolytes faibles.

– ajouter de l'alcool éthylique à la solution, qui réduit la solubilité des composés inorganiques si la formation d'un précipité est observée dans la réaction ;

– secouer un mélange réactionnel aqueux avec n'importe quel immiscible avec de l'eau liquide organique.

La solution d'essai peut contenir plus d'un ion, UN quelques. Grâce à des réactions spécifiques, l'ion correspondant peut être découvert méthode fractionnaire, c'est-à-dire directement dans des portions séparées de la solution de test, sans prêter attention aux ions qui se combinent avec celui donné. L'analyse fractionnaire a été découverte Tananaev en 1950.

Dignité l'analyse fractionnaire est rapidité sa mise en œuvre. Il joue un rôle majeur lorsqu’il est analysé mélange en quantité limitée des ions et composé mélanges approximativement connu.

Inconvénient la méthode fractionnaire est dans certains cas manque de réactions spécifiques fiables pour certains ions.

Par conséquent, pour de tels ions, il est nécessaire de développer une certaine séquence de réactions pour la découverte d'ions individuels, ce qui est cours systématique d'analyse. Cela consiste dans le fait qu'à la découverte de chaque ion ils commencent seulement alors, Quand tous les autres ions, empêcher son ouverture sera préalablement ouvert et retiré. Par exemple, l'analyse d'un mélange contenant Ba 2+ et Ca 2+ est ouverte avec l'ion oxalate C 2 O 4 2- :

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

filtrat-Ca 2+ + C 2 O 4 2- → CaC 2 O 4 ↓ (blanc)

Dans une analyse systématique, les ions ressortirà partir de mélanges complexes non pas un à la fois, mais des groupes entiers en utilisant des réactifs spéciaux qui donnent la même réaction. Ces réactifs sont appelés réactifs de groupe (réactifs de groupe). De tels réactifs sont considérablement simplifier l'analyse.

T.N.ORKINA

CHIMIE

ANALYSE CHIMIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE

Tutoriel

Orkina T.N. Chimie. Analyse chimique et physico-chimique./ Saint-Pétersbourg : Maison d'édition Polytechnique. Université, 2012. – p.

Les buts et objectifs de la chimie analytique moderne - méthodes d'analyse chimiques, physico-chimiques et physiques - sont décrits. Les fondements théoriques et les méthodes de réalisation d'analyses qualitatives et quantitatives sont présentés en détail. Une description des travaux de laboratoire sur l'analyse qualitative des solutions et des alliages métalliques est donnée, ainsi que des calculs et des méthodes pour effectuer une analyse titrimétrique (volumétrique). Les bases de l'analyse physique et chimique sont considérées - la construction de diagrammes de phases, l'analyse thermique des alliages métalliques et la construction de diagrammes de fusibilité.

Le manuel est destiné aux étudiants des établissements d'enseignement supérieur qui étudient dans divers domaines et spécialités dans le domaine de l'ingénierie et de la technologie dans les domaines de la « Science des matériaux », de la « Métallurgie » et autres. Le manuel peut être utile aux étudiants qui étudient dans n'importe quelle spécialité technique de la discipline « Chimie ».

INTRODUCTION

Chimie analytique est une branche de la chimie qui étudie les propriétés et les processus de transformation des substances afin d'établir leur composition chimique. L'établissement de la composition chimique des substances (identification chimique) est la réponse à la question de savoir quels éléments ou leurs composés et dans quels rapports quantitatifs sont contenus dans l'échantillon analysé. La chimie analytique développe les fondements théoriques de l'analyse chimique des substances et des matériaux, développe des méthodes d'identification, de détection, de séparation et de détermination des éléments chimiques et de leurs composés, ainsi que des méthodes pour établir la structure d'une substance. La détection ou, comme on dit, la découverte d'éléments ou d'ions qui composent la substance étudiée constitue le sujet analyse qualitative. Déterminer les concentrations ou les quantités de substances chimiques qui composent les objets analysés est une tâche analyse quantitative . L'analyse qualitative précède généralement l'analyse quantitative, car pour effectuer une analyse quantitative, il est nécessaire de connaître la composition qualitative de l'échantillon analysé. Lorsque la composition de l’objet étudié est connue à l’avance, une analyse qualitative est réalisée si nécessaire.

1. MÉTHODES DE CHIMIE ANALYTIQUE.

Pour détecter un composant, un signal dit analytique est généralement utilisé. UN signal lytique – Il s'agit de changements visibles dans l'objet d'étude lui-même (formation de sédiments, changement de couleur, etc.) ou de changements dans les paramètres des instruments de mesure (déviation de l'aiguille de l'instrument, changement de lecture numérique, apparition d'une raie dans le spectre, etc.). Pour obtenir un signal analytique, des réactions chimiques de divers types (échange d'ions, complexation, redox), divers processus (par exemple, précipitation, dégagement gazeux), ainsi que diverses propriétés chimiques, physiques et biologiques des substances elles-mêmes et des produits de leurs réactions sont utilisées. Par conséquent, la chimie analytique dispose de diverses méthodes pour résoudre ses problèmes.

Méthodes chimiques (analyse chimique) sont basés sur une réaction chimique entre l’échantillon étudié et des réactifs spécialement sélectionnés. Dans les méthodes chimiques, le signal analytique résultant d’une réaction chimique est observé principalement visuellement.

Méthodes physico-chimiques les analyses sont basées sur une étude quantitative de la dépendance composition - propriété physique objet. Un signal analytique est un signal électrique (potentiel, courant, résistance, etc.) ou tout autre paramètre (température des transformations de phase, dureté, densité, viscosité, pression de vapeur saturée, etc.), associé à une certaine relation fonctionnelle avec la composition. et la concentration de l'objet d'étude. Les méthodes de recherche physicochimique impliquent généralement l’utilisation d’équipements très sensibles. Les avantages de ces méthodes sont leur objectivité, la possibilité d'automatisation et la rapidité d'obtention des résultats. Un exemple de méthode d'analyse physico-chimique est la détermination potentiométrique du pH d'une solution à l'aide d'instruments de mesure potentiométriques. Cette méthode permet non seulement de mesurer, mais également de surveiller en permanence les changements de pH lorsque des processus se produisent dans les solutions.

DANS méthodes physiques d'analyse Le signal analytique est généralement reçu et enregistré à l'aide d'un équipement spécial. Les méthodes physiques comprennent principalement les méthodes d'analyse spectroscopiques optiques, basées sur la capacité des atomes et des molécules à émettre, absorber et diffuser un rayonnement électromagnétique. En enregistrant l'émission, l'absorption ou la diffusion d'ondes électromagnétiques par l'échantillon analysé, on obtient un ensemble de signaux qui caractérisent sa composition qualitative et quantitative.

Il n’y a pas de frontière nette entre les trois méthodes, cette division est donc quelque peu arbitraire. Par exemple, dans les méthodes chimiques, l'échantillon est d'abord exposé à un réactif, c'est-à-dire effectuer une certaine réaction chimique, et seulement après cela, la propriété physique est observée et mesurée. Lors de l'analyse par méthodes physiques, l'observation et la mesure sont effectuées directement sur le matériau analysé, à l'aide d'un équipement spécial, et les réactions chimiques, si elles sont effectuées, jouent un rôle secondaire. En conséquence, dans les méthodes d'analyse chimiques, l'attention principale est portée à l'exécution correcte de la réaction chimique, tandis que dans les méthodes physico-chimiques et physiques, l'accent est mis sur l'équipement de mesure approprié - la détermination d'une propriété physique.

2. CLASSIFICATION DES MÉTHODES CHIMIQUES ET PHYSICO-CHIMIQUES.

Les méthodes d'analyse chimiques et physicochimiques sont classées en fonction de la masse et du volume des échantillons analysés. En fonction de la quantité de substance ou de mélange de substances (échantillon) utilisée pour l'analyse, on distingue les analyses macro, semi-micro, submicro et ultramicro. Le tableau 1 montre les plages de masse et de volume des solutions d'échantillon recommandées par la Division IUPAC de chimie analytique (une abréviation de l'abréviation anglaise de l'Union internationale de chimie pure et appliquée).

Tableau 1

Selon la nature de la tâche à accomplir, on distingue les types d'analyse suivants.

1 . Analyse élémentaire – établir la présence et le contenu d'éléments individuels dans une substance donnée, c'est-à-dire trouver sa composition élémentaire.

2 . Analyse des phases – établir la présence et le contenu des différentes phases du matériau étudié. Par exemple, le carbone dans l’acier peut être sous forme de graphite ou sous forme de carbures de fer. La tâche de l’analyse de phase est de déterminer quelle quantité de carbone est contenue sous forme de graphite et quelle quantité est sous forme de carbures.

3 . Analyse moléculaire (analyse des matériaux) - établir la présence et le contenu de molécules de diverses substances (composés) dans le matériau. Par exemple, la quantité de CO, CO 2 , N 2 , O 2 d'autres gaz est déterminée dans l'atmosphère.

4 . Analyse fonctionnelle – établir la présence et la teneur en groupes fonctionnels dans les molécules de composés organiques, par exemple les groupes amino (-NH 2), nitro (-NO 2), hydroxyle (-OH), carboxyle (-COOH) et d'autres groupes.

Selon la nature du matériel analysé, il existe analyse de substances inorganiques et organiques. La séparation de l'analyse des substances organiques en une section distincte de la chimie analytique est associée aux caractéristiques des substances organiques. Même la première étape de l'analyse - le transfert de l'échantillon en solution - diffère considérablement selon les substances organiques et inorganiques.

Les principales étapes de toute analyse chimique les matériaux complexes sont les étapes suivantes.

1. Échantillonnage pour analyse. La composition moyenne de l'échantillon doit correspondre à la composition moyenne de l'ensemble du lot de matière analysée.

2. Décomposition de l'échantillon et transfert en solution. L'échantillon est dissous dans de l'eau ou des acides, fusionné avec diverses substances, ou d'autres méthodes ou influences chimiques sont utilisées.

3. Réalisation d'une réaction chimique : X + R = P, où X est le composant de l'échantillon ; R – réactif ; P est le produit de la réaction.

4. Enregistrement ou mesure de tout paramètre physique d'un produit de réaction, d'un réactif ou d'un analyte.

Considérons plus en détail deux types d'analyses chimiques - analyse qualitative et quantitative.

3. ANALYSE QUALITATIVE

La tâche de l'analyse qualitative est d'identifier les composants et de déterminer la composition qualitative d'une substance ou d'un mélange de substances. La détection ou, comme on dit, la découverte d'éléments et d'ions dans la composition de la substance étudiée s'effectue en les convertissant en un composé possédant certaines propriétés caractéristiques, c'est-à-dire que l'apparition d'un signal analytique est enregistrée. Les transformations chimiques qui se produisent au cours de ce processus sont appelées réaction analytique . La substance utilisée pour faire la découverte est réactif ou réactif .

Il existe différentes méthodes d'analyse qualitative qui nécessitent l'utilisation de différentes quantités de substance d'essai conformément au tableau 1. Par exemple : dans méthode macroanalytique prendre environ 1 g de la substance (0,5 g pour les métaux et alliages) et la dissoudre dans 20 à 30 ml d'eau. Les réactions sont réalisées dans des tubes à essai (analyse en tube). En cas de microanalyse les substances sont prélevées environ 100 fois moins par rapport à la macroanalyse (milligrammes de matière solide et quelques dixièmes de millilitres de solution). Des réactions très sensibles sont utilisées pour ouvrir des pièces individuelles afin de détecter la présence de petites quantités d'un élément ou d'un ion. Les réactions sont réalisées soit par la méthode microcristalline, soit par la méthode des gouttes. Réactions microcristallines effectuée sur une lame de verre et la présence de l'élément est jugée par la forme des cristaux obtenus, qui sont examinés au microscope. Réactions au goutte-à-goutte , accompagnés d'un changement de couleur de la solution et de la formation de précipités colorés, sont réalisés sur une bande de papier filtre en y appliquant goutte à goutte les solutions à tester et les réactifs. Parfois, les réactions de gouttes sont effectuées sur une « plaque à gouttes » spéciale - une plaque de porcelaine avec des empreintes, ainsi que sur un verre de montre ou dans un petit creuset en porcelaine. Semi-microanalyse (semi-microméthode) occupe une position intermédiaire entre la macro et la microanalyse. La quantité de substance nécessaire pour étudier la composition est environ 20 à 25 fois inférieure à celle nécessaire pour effectuer une macroanalyse - environ 50 mg de substance solide et 1 ml de solution. Cette méthode conserve le système de macroanalyse et de découverte d'ions, mais toutes les réactions sont effectuées avec de petites quantités de substance, à l'aide d'équipements et d'équipements spéciaux. Par exemple, les réactions sont réalisées dans des petits tubes à essai de 1 à 2 ml, dans lesquels les solutions sont introduites à l'aide de pipettes. La sédimentation s'effectue uniquement par centrifugation. Submicroanalyse et ultramicroanalyse sont réalisées à l'aide de techniques spéciales utilisant des microscopes de différents degrés de grossissement, des microscopes électroniques et d'autres équipements. Leur prise en compte dépasse le cadre de ce manuel.

En analyse qualitative, les réactions chimiques sont le plus souvent réalisées dans une solution, appelée "voie humide". Mais il est parfois possible d'effectuer des réactions en phase solide, c'est-à-dire réactions "route sèche" . La substance et les réactifs correspondants sont pris sous forme solide et chauffés à haute température pour réaliser les réactions. Un exemple de telles réactions est la réaction de coloration de la flamme avec des sels de certains métaux. On sait que les sels de sodium colorent la flamme en jaune vif, les sels de potassium en violet et les sels de cuivre en vert. Cette couleur peut être utilisée pour détecter la présence de ces éléments dans la substance étudiée. Les réactions « sèches » incluent également les réactions de formation perles colorées – alliages vitreux de divers sels . Par exemple, le borax - Na 2 B 4 O 7 10H 2 O ou les perles de sel double NaNH 4 HPO 4 4H 2 O. Ces méthodes sont appelées pyrochimiques et sont largement utilisées pour déterminer les minéraux et les roches. Mais fondamentalement, en analyse qualitative, les réactions s'effectuent « par voie humide » entre solutés.

Méthodologie pour mener une analyse qualitative

La première étape de toute analyse consiste à mettre l’échantillon en solution à l’aide de divers solvants. Lors de l'analyse de substances inorganiques, l'eau, les solutions aqueuses d'acides, d'alcalis et, moins souvent, d'autres substances inorganiques sont le plus souvent utilisées comme solvants. Ensuite, les réactions caractéristiques d’ouverture des ions sont réalisées. Les réactions qualitatives de découverte d'ions sont des réactions chimiques qui s'accompagnent d'un effet externe (changement de couleur de la solution, dégagement de gaz, formation d'un précipité), sur la base duquel on peut juger que la réaction a lieu. Le plus souvent, il s'agit de solutions aqueuses de sels, d'acides, de bases, entre lesquelles se produisent des réactions d'échange d'ions (moins souvent des réactions redox).

Telle ou telle réaction analytique doit être réalisée dans certaines conditions, en fonction des propriétés des composés obtenus. Si ces conditions ne sont pas remplies, les résultats de la découverte d’ions peuvent ne pas être fiables. Par exemple, les précipités solubles dans l'acide ne se détachent pas de la solution en cas d'excès d'acide. Par conséquent, les points suivants doivent être respectés conditions de réaction.

1. L'environnement approprié de la solution de test, créé par l'ajout d'un acide ou d'un alcali.

2. Une certaine température de la solution. Par exemple, les réactions qui forment des précipités dont la solubilité augmente fortement avec la température sont réalisées à « froid ». A l’inverse, si la réaction est extrêmement lente, un chauffage est nécessaire.

3. Une concentration assez élevée de l'ion ouvert, car à de faibles concentrations, la réaction ne se produit pas, c'est-à-dire la réaction est insensible.

Concept "sensibilité de réponse" est caractérisé quantitativement par deux indicateurs : ouverture minimum et dilution maximum. Pour déterminer expérimentalement la sensibilité, la réaction est répétée plusieurs fois avec les solutions testées, réduisant progressivement la quantité de soluté et le volume de solvant. Ouverture minimale(Υ) - il s'agit de la plus petite quantité d'une substance pouvant être découverte grâce à une réaction donnée dans certaines conditions pour sa mise en œuvre. Exprimé en microgrammes (1Υ - millionièmes de gramme, 10 -6 g). Le minimum d'ouverture ne peut pas caractériser complètement la sensibilité de la réaction, car la concentration de l'ion ouvert dans la solution est importante. Limiter la dilution(1:G) caractérise la concentration la plus faible d'une substance (ion) à laquelle elle peut être ouverte par une réaction donnée ; où G est la quantité massique de solvant par unité de masse de la substance ou de l'ion découvert. En macroanalyse et en semi-microméthode, on utilise les réactions dont la sensibilité dépasse 50Υ et la dilution maximale est de 1 : 1000.

Lors de la réalisation de réactions analytiques, non seulement la sensibilité doit être prise en compte, mais également spécificité de la réaction – la possibilité d'ouvrir un ion donné en présence d'autres ions. La découverte d'ions par des réactions spécifiques, réalisées dans des parties séparées de la solution d'essai dans un ordre arbitraire, est appelée analyse fractionnaire . Mais il n’y a pas beaucoup de réactions spécifiques. Le plus souvent, vous devez faire face à des réactifs qui donnent un effet de réaction identique ou similaire avec de nombreux ions. Par exemple, le chlorure de baryum précipite les ions carbonate et sulfate de la solution sous forme de précipités BaCO 3 et BaSO 4. Les réactifs qui donnent le même signal analytique avec un nombre limité d'ions sont appelés sélectif ou sélectif . Plus le nombre d’ions exposés par un réactif donné est petit, plus le degré de sélectivité du réactif est élevé.

Parfois, les ions étrangers ne réagissent pas avec un réactif donné, mais réduisent la sensibilité de la réaction ou modifient la nature des produits formés. Dans ce cas, il faut prendre en compte le rapport maximum des concentrations des ions découverts et étrangers, et également utiliser des agents masquants (techniques ou réactifs). L'ion interférent est transformé en composés à faible dissociation ou en ions complexes, sa concentration dans la solution diminue et cet ion ne gêne plus la découverte des ions analysés. Toutes les caractéristiques et techniques ci-dessus sont utilisées pour développer la séquence de réactions chimiques au cours du processus d'analyse. Si les réactions utilisées dans l'analyse ne sont pas spécifiques et que l'influence perturbatrice des ions étrangers ne peut être éliminée, alors l'utilisation de la méthode fractionnaire devient impossible et le recours à cours systématique d'analyse .

Un cours d'analyse systématique est une séquence spécifique de réactions conçue de telle manière que la découverte de chaque ion n'est effectuée qu'après la découverte et l'élimination de tous les ions interférant avec cette découverte. Dans une analyse systématique, des groupes distincts d'ions sont isolés d'un mélange complexe d'ions, en utilisant leur relation similaire avec l'action de certains réactifs, appelés . Par exemple, l'un des réactifs du groupe est le chlorure de sodium, qui produit un effet similaire sur les ions Ag +, Pb 2+, Hg 2 2+. L'action du chlorure de sodium sur les sels solubles contenant ces cations conduit à la formation de précipités insolubles dans l'acide chlorhydrique :

Ag + + Cl - = AgCl↓

Pb 2 + Cl - = PbCl 2 ↓

Hg 2 2+ + 2Cl - = Hg 2 Cl 2 ↓

Tous les autres ions, s'ils sont exposés à HCl, entreront en solution et les trois cations Ag +, Pb 2+ et Hg 2 2+ seront séparés des autres à l'aide du réactif de groupe NaCl. L'utilisation de réactifs de groupe est très pratique : un problème complexe est décomposé en un certain nombre de problèmes plus simples. De plus, si un groupe d’ions est complètement absent, alors son réactif de groupe ne produira aucun précipité avec la solution analysée. Dans ce cas, cela n'a aucun sens d'effectuer des réactions sur des ions individuels de ce groupe. Le résultat est une économie significative de main d’œuvre, de temps et de réactifs. De ce qui précède, il s'ensuit que dans l'analyse qualitative, la base de la classification des ions est la différence de solubilité de certains des composés qu'ils forment ; La méthode de séparation d’un groupe d’ions d’un autre est basée sur cette différence. La classification principale des cations a été introduite par l'éminent chimiste russe N.A. Menshutkin (1871) et est présenté dans le tableau.

La classification des anions est basée sur la solubilité des sels de baryum et d'argent dans les acides correspondants. Cette classification n'est pas strictement établie, puisque différents auteurs divisent les anions en différents nombres de groupes. L'une des options les plus courantes consiste à diviser les anions étudiés en trois groupes, comme le montre le tableau 3. Contrairement aux cations, dans la plupart des cas, les anions n'interfèrent pas avec la détection les uns des autres, de sorte que les réactions de séparation des anions doivent être utilisées uniquement dans de rares cas. Le plus souvent, les anions sont détectés par analyse fractionnée, c'est-à-dire dans des portions séparées de la solution d’essai. Lors de l'analyse des anions, les réactifs de groupe ne sont généralement pas utilisés pour séparer les groupes, mais uniquement pour les détecter. L'absence de tout groupe dans la solution de test simplifie grandement le travail.

Tableau 2

Classification des cations

Tableau 3

Classification des anions

3.2. Travaux de laboratoire sur le thème « Analyse qualitative »

Les méthodes d'analyse qualitative sont divisées en méthodes physiques, physico-chimiques et chimiques.

Les méthodes d'analyse physiques et physicochimiques reposent sur la mesure de tout paramètre du système, fonction de la composition. Par exemple, l'analyse spectrale examine les spectres de rayonnement qui apparaissent lorsqu'une substance est introduite dans la flamme d'un brûleur ou d'un arc électrique. Par la présence dans le spectre de raies caractéristiques de ces éléments, on apprend la composition élémentaire de la substance.

Dans les méthodes d'analyse physico-chimiques, la composition élémentaire des substances est jugée par certaines propriétés caractéristiques des atomes ou des ions utilisés dans cette méthode. Par exemple, en chromatographie, la composition d'une substance est déterminée par la couleur caractéristique des ions adsorbés dans un certain ordre, ou par la couleur des composés formés lors du développement du chromatogramme.

Il n'est pas toujours possible d'établir une frontière stricte entre les méthodes physiques et physico-chimiques. C’est pourquoi elles sont souvent regroupées sous le nom général de méthodes « instrumentales ».

Les méthodes chimiques sont basées sur la transformation de l'analyte en de nouveaux composés possédant certaines propriétés. Sur la base de la formation de composés caractéristiques d'éléments, la composition élémentaire des substances est déterminée. Par exemple, les ions Cu 2+ peuvent être détectés par la formation d'un ion complexe [Cu (NH 3) 4 ] 2+ de couleur bleu azur.

Les réactions analytiques qualitatives, selon leur mode de mise en œuvre, sont divisées en réactions « humides » et « sèches ». Les réactions par voie « humide » sont de la plus haute importance. Pour les réaliser, la substance d'essai doit d'abord être dissoute. Dans l'analyse qualitative, seules sont utilisées les réactions accompagnées d'effets externes clairement visibles pour l'observateur : un changement de couleur de la solution ; précipitation ou dissolution des sédiments; dégagement de gaz avec une odeur ou une couleur caractéristique, etc.

Les réactions accompagnées de la formation de précipitations et d'un changement de couleur de la solution sont particulièrement souvent utilisées. Ces réactions sont appelées réactions de « découverte » car elles révèlent les ions présents dans une solution. Les réactions d'identification sont également largement utilisées, à l'aide desquelles l'exactitude de la « découverte » d'un ion particulier est vérifiée. Enfin, des réactions de précipitation sont utilisées, qui séparent généralement un groupe d'ions d'un autre ou un ion d'autres ions.

En fonction de la quantité de substance analysée, du volume de la solution et de la technique d'exécution des opérations individuelles, les méthodes chimiques d'analyse qualitative sont divisées en macro, micro, semi-micro et ultramicroanalyse, etc.

En 1955, la section de chimie analytique de l'Association internationale de chimie pure et appliquée adopte la « Classification des méthodes analytiques » et propose leurs nouveaux noms (Tableau 1.1).

L'analyse macrochimique classique nécessite de 1 à 10 g d'une substance ou de 10 à 100 ml de solution à tester pour effectuer l'analyse. Elle est réalisée dans des tubes à essai ordinaires de 10 à 15 ml, tandis que des béchers et des flacons de 150 à 200 ml, des entonnoirs à filtrer et d'autres équipements sont également utilisés. L'analyse microchimique permet d'analyser de 0,001 à 10 -6 g d'une substance ou de 0,1 à 10 -4 ml de solution à tester. Sur la base de la technique utilisée, l'analyse microchimique est divisée en méthodes de microcristalloscopie et d'analyse de gouttelettes.

La méthode d'analyse microcristalloscopique est réalisée à l'aide d'un microscope. Sur une lame de microscope, une goutte de la solution à tester est mise en interaction avec une goutte du réactif. Le composé chimique obtenu est déterminé par la forme des cristaux, et parfois par sa couleur ou ses propriétés optiques.

La méthode d'analyse des gouttes a été introduite dans la pratique analytique par N. A. Tananaev depuis 1920. Avec cette méthode, des réactions sont effectuées avec des gouttes de solutions et de réactifs très sensibles. Leur utilisation permet donc de détecter de très faibles quantités de cations. Ce type d'analyse peut être effectué sur une plaque de porcelaine, une lame de verre, un verre de montre et du papier filtre.

En semi-microanalyse, le chimiste travaille avec des échantillons de la substance à tester pesant de 0,05 à 0,5 g et opère avec des volumes de solution de 1 à 10 ml. Ce type d'analyse utilise en partie les techniques de macroanalyse et de microanalyse. Les ustensiles et équipements sont les mêmes qu'en macroanalyse, mais de type réduit.

Les méthodes d'analyse micro et semi-microchimique présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux méthodes d'analyse macrochimique ; ils permettent d'effectuer l'analyse des gouttelettes avec moins de temps et de réactifs.

L'analyse sèche est effectuée sur des solides. Elle est divisée en analyse pyrochimique et analyse par trituration.

Analyse pyrochimique - chauffage de la substance d'essai dans la flamme d'un brûleur à gaz. Considérons deux méthodes d'analyse : l'obtention de perles colorées ; réactions de couleur de flamme.

Obtention de perles colorées. Un certain nombre de sels et d'oxydes métalliques, lorsqu'ils sont dissous dans du phosphate d'ammonium et de sodium NaNH 4 HPO 4 · 4H 2 O ou du tétraborate de sodium Na 2 B 4 O 7 · l0H 2 O, forment des verres (perles). En observant leur couleur, il est possible de déterminer quels éléments sont présents dans la substance étudiée. Par exemple, les composés de chrome produisent des perles vert émeraude ; composés de cobalt - perles bleues intenses ; composés de manganèse - perles violettes-améthystes; composés de fer - perles jaune-brun; composé de nickel - perles rouge-brun, etc. La méthode de production de perles est assez simple. Un fil de platine, dont une extrémité est pliée en œil et l'autre soudée en tube de verre, est chauffé à la flamme d'un brûleur à gaz et immergé dans du sel, par exemple du tétraborate de sodium. Une partie du sel fond près du fil chaud et s’y colle. Le fil avec les cristaux est d'abord maintenu au-dessus de la flamme du brûleur, puis placé dans la partie incolore de la flamme et on obtient une perle incolore. La perle chaude est mise en contact avec la substance à tester, puis elle est chauffée dans la flamme oxydante du brûleur jusqu'à ce que la substance prélevée soit complètement dissoute, et la couleur de la perle à l'état chaud et froid est notée.

Réactions de couleur de flamme. Les sels volatils de nombreux métaux, lorsqu'ils sont introduits dans la partie non lumineuse de la flamme d'un brûleur à gaz, colorent la flamme de diverses couleurs caractéristiques de ces métaux (tableau 1.2). La couleur dépend des vapeurs chaudes de métaux libres résultant de la décomposition thermique des sels lors de leur introduction dans la flamme du brûleur.

Les réactions de couleur de flamme ne fonctionnent bien qu'avec les sels volatils (chlorures, carbonates et nitrates). Les sels non volatils (borates, silicates, phosphates) sont humidifiés avec de l'acide chlorhydrique concentré avant de les introduire dans la flamme pour les transformer en chlorures volatils.

Les techniques d'analyse pyrochimique sont utilisées en analyse qualitative comme test préliminaire lors de l'analyse d'un mélange de substances sèches ou comme réactions de vérification.

Analyse de trituration proposé en 1898 par F. M. Flavitsky. Dans la méthode de trituration, le solide à tester est placé dans un mortier de porcelaine et broyé avec une quantité approximativement égale de réactif solide. À la suite de la réaction, une substance colorée se forme généralement, dont la couleur est utilisée pour juger de la présence de l'ion déterminé. Par exemple, pour ouvrir l'ion cobalt, plusieurs cristaux de chlorure de cobalt CoCl 2 sont broyés avec des cristaux de thiocyanate d'ammonium NH 4 SCN. Dans ce cas, le mélange devient bleu en raison de la formation d'un sel complexe de cobaltate d'ammonium tétrarhodane (II) (NH 4) 2 :

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

Pour ouvrir l'anion acétate CH 3 COO - le cristal de sel est broyé avec une petite quantité d'hydrogénosulfate de sodium solide ou d'hydrogénosulfate de potassium. L'acide acétique libre libéré est reconnaissable à son odeur :

CH 3 COONa + NaHSO 4 = Na 2 SO + CH 3 COOH

La méthode de F. M. Flavitsky n'a presque jamais été utilisée dans la pratique et ce n'est que dans les années 50 que P. M. Isakov a considérablement élargi et approfondi la méthode de broyage et a montré la faisabilité de son utilisation dans l'analyse des minerais et des minéraux sur le terrain.

Dans l'analyse qualitative, les réactions « sèches » jouent un rôle de soutien ; Ils sont généralement utilisés comme tests préliminaires et réactions de vérification.

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SUD DE L'OURAL GAU

INSTITUT DE MÉDECINE VÉTÉRINAIRE

Département de Chimie Générale et Surveillance de l'Environnement

dans la discipline "Chimie Analytique"

sur le thème : « Analyse qualitative »

Complété par : élève du groupe 1a Korepanova A.A.

Vérifié par : Gizatullina Yulia Abdulovna

Troïtsk 2017

ion de réaction d'analyse qualitative

Introduction

Conclusion

Introduction

La chimie analytique est l'établissement de la composition qualitative et quantitative d'une substance ou d'un mélange de substances. Conformément à cela, la chimie analytique est divisée en analyses qualitatives et quantitatives.

La tâche de l'analyse qualitative est de déterminer la composition qualitative d'une substance, c'est-à-dire de quels éléments ou ions la substance est constituée.

Lors de l'étude de la composition de substances inorganiques, il s'agit dans la plupart des cas de solutions aqueuses d'acides, de sels et de bases. Ces substances sont des électrolytes et sont dissociées en ions dans les solutions. Par conséquent, l'analyse se résume à la détermination des ions individuels - cations et anions.

Lorsque vous effectuez une analyse qualitative, vous pouvez travailler avec différentes quantités de substance d’essai. Il y a ce qu'on appelle méthode des grammes dans lequel la masse de la substance d'essai est supérieure à 0,5 g (plus de 10 ml de solution), méthode du centigramme(la masse de la substance à tester est de 0,05 à 0,5 g, ou 1 à 10 ml de solution), méthode du milligramme(poids de la substance à tester de 10 -6 g à 10 -3 g, ou de 0,001 à 0,1 ml de solution), etc. La plus courante est la méthode du centigramme, ou méthode semi-micro.

1. Méthodes d'analyse qualitative

L'analyse qualitative vise à détecter certaines substances ou leurs composants dans l'objet analysé. La détection s'effectue en identifiant les substances, c'est-à-dire en établissant l'identité (identité) de l'AS de l'objet analysé et de l'AS connu des substances déterminées dans les conditions de la méthode d'analyse utilisée. Pour ce faire, cette méthode examine au préalable les substances standards dans lesquelles la présence de substances analytes est connue. Par exemple, il a été établi que la présence d'une raie spectrale d'une longueur d'onde de 350,11 nm dans le spectre d'émission de l'alliage, lorsque le spectre est excité par un arc électrique, indique la présence de baryum dans l'alliage ; Le bleuissement d'une solution aqueuse lorsqu'on y ajoute de l'amidon est un indicateur de la présence d'I2 dans celle-ci et vice versa.

L'analyse qualitative précède toujours l'analyse quantitative.

Actuellement, l'analyse qualitative est réalisée par des méthodes instrumentales : spectrales, chromatographiques, électrochimiques, etc. Les méthodes chimiques sont utilisées à certaines étapes instrumentales (ouverture de l'échantillon, séparation et concentration, etc.), mais parfois à l'aide de l'analyse chimique il est possible de obtenir des résultats plus simplement et plus rapidement, par exemple pour établir la présence de doubles et triples liaisons dans des hydrocarbures insaturés lors de leur passage dans de l'eau bromée ou une solution aqueuse de KMnO4. Dans ce cas, les solutions perdent leur couleur.

Une analyse chimique qualitative détaillée permet de déterminer la composition élémentaire (atomique), ionique, moléculaire (matériau), fonctionnelle, structurelle et de phase des substances inorganiques et organiques.

Lors de l'analyse de substances inorganiques, les analyses élémentaires et ioniques sont de première importance, car la connaissance de la composition élémentaire et ionique est suffisante pour établir la composition matérielle des substances inorganiques. Les propriétés des substances organiques sont déterminées par leur composition élémentaire, mais aussi par leur structure et la présence de divers groupes fonctionnels. L’analyse des substances organiques a donc ses propres spécificités.

L'analyse chimique qualitative repose sur un système de réactions chimiques caractéristiques d'une substance donnée - séparation, séparation et détection.

Les exigences suivantes s'appliquent aux réactions chimiques dans l'analyse qualitative.

1. La réaction devrait se produire presque instantanément.

2. La réaction doit être irréversible.

3. La réaction doit s'accompagner d'un effet externe (AS) :

a) changement de couleur de la solution ;

b) formation ou dissolution d'un précipité ;

c) rejet de substances gazeuses ;

d) coloration des flammes, etc.

4. La réaction doit être aussi sensible et spécifique que possible.

Les réactions qui permettent d'obtenir un effet externe avec la substance à déterminer sont dites analytiques, et la substance ajoutée à cet effet est appelée réactif. Les réactions analytiques effectuées entre solides sont appelées réactions « par voie sèche » et dans les solutions, « par voie humide ».

Les réactions « sèches » comprennent les réactions réalisées en broyant une substance d'essai solide avec un réactif solide, ainsi qu'en obtenant des verres colorés (perles) en fusionnant certains éléments avec du borax.

Beaucoup plus souvent, l'analyse est effectuée « par voie humide », pour laquelle la substance analysée est transférée en solution. Les réactions avec les solutions peuvent être effectuées à l'aide de méthodes en éprouvette, en gouttelettes et microcristallines. En semi-microanalyse en éprouvette, elle est réalisée dans des tubes à essai d'une capacité de 2 à 5 cm3. La centrifugation est utilisée pour séparer les sédiments et l'évaporation est effectuée dans des tasses ou des creusets en porcelaine. L'analyse des gouttes (N.A. Tananaev, 1920) est effectuée sur des plaques de porcelaine ou des bandes de papier filtré, obtenant des réactions colorées en ajoutant une goutte d'une solution réactive à une goutte d'une solution d'une substance. L'analyse microcristalline est basée sur la détection de composants par des réactions qui produisent des composés aux couleurs et formes cristallines caractéristiques observées au microscope.

2. Spécificité et sensibilité des réactions

Sensibilitéréactions caractérisé par la quantité minimale du composant à déterminer ou sa concentration minimale en solution à laquelle ce composant peut être détecté à l'aide d'un réactif donné.

Limite concentration C min est la concentration minimale d'une substance en solution à laquelle une réaction donnée donne toujours un résultat positif. Limite dilution G -- l’inverse de la concentration limite. La concentration limite est exprimée par le rapport 1 : G, qui montre quelle quantité de solvant doit contenir une partie massique de la substance pour que l'effet externe soit encore perceptible. Par exemple, pour la réaction du Cu 2+ avec l'ammoniac, la dilution limite est de 250 000 et la concentration limite est de 1 : 250 000, ce qui signifie qu'il est possible d'ouvrir des ions cuivre dans une solution contenant 1 g de Cu 2+ dans 250 000 g de eau. La réaction est considérée comme d’autant plus sensible que la limite de dilution est élevée.

La sensibilité d'une réaction dépend de nombreuses conditions : acidité du milieu, température, force ionique de la solution et autres, c'est pourquoi chaque réaction analytique doit être réalisée dans des conditions strictement définies. Si les conditions requises ne sont pas remplies, la réaction peut ne pas se produire du tout ou prendre une direction indésirable.

Une réaction analytique caractéristique uniquement d'un ion donné est appelée spécifique réaction. Il s'agit par exemple de la réaction de détection de l'ion NH + 4 sous l'action d'un alcali dans une chambre à gaz, de la coloration bleue de l'amidon sous l'action de l'iode, et de quelques autres réactions. En présence de réactions spécifiques, il serait possible de découvrir n'importe quel ion directement dans un échantillon du mélange étudié, quelle que soit la présence d'autres ions dans celui-ci. La découverte d'ions par des réactions spécifiques dans des échantillons individuels de la solution d'essai entière dans une séquence arbitrairement choisie est appelée fractionnaire analyse.

Absence spécifiqueréactions Pour la plupart des ions, il est impossible d'effectuer une analyse qualitative de mélanges complexes par la méthode fractionnaire. Conçu pour de tels cas systématique analyse. Cela consiste dans le fait qu'un mélange d'ions est d'abord séparé en groupes séparés à l'aide de réactifs de groupe spéciaux.

A partir de ces groupes, chaque ion est isolé dans une séquence strictement définie, puis découvert par sa réaction analytique caractéristique.

Les réactifs qui permettent, sous certaines conditions, de séparer les ions en groupes analytiques sont appelés groupe réactifs (réactifs). L'utilisation de réactifs de groupe repose sur la sélectivité de leur action. Contrairement aux réactions spécifiques, les réactions sélectives (ou sélectives) se produisent avec plusieurs ions ou substances. Par exemple, les ions C1 --- précipitent avec les cations Ag +, Hg 2 2+ et Pb 2+, par conséquent, cette réaction est sélective pour ces ions et l'acide chlorhydrique HCl peut être utilisé comme réactif de groupe d'un groupe analytique qui inclut ces cations.

3. Types de réactions utilisées dans l'analyse qualitative

Réactions pyrochimiques. De nombreuses méthodes d'analyse qualitative s'appuient sur des réactions chimiques réalisées par fusion, chauffage sur charbon de bois, à la flamme d'un brûleur à gaz ou d'un chalumeau. Dans ce cas, les substances sont oxydées par l'oxygène atmosphérique et réduites par le monoxyde de carbone, le carbone atomique de la flamme ou le charbon de bois. L'oxydation ou la réduction peut entraîner la formation de produits colorés. L’une des réactions pyrochimiques les plus couramment utilisées est le test de couleur de la flamme. La flamme est colorée caractéristique du cation. La coloration de la flamme par les composés de certains éléments est présentée dans le tableau.

Les réactions microcristalloscopiques sont des réactions au cours desquelles se forment des précipitations constituées de cristaux de forme et de couleur caractéristiques. Déterminez la forme externe des cristaux qui ont une certaine symétrie. Les réactions dégageant des gaz sont des réactions dans lesquelles des composés gazeux sont libérés. Pour détecter des gaz individuels, des réactifs spécifiques sont utilisés (le sulfure d'hydrogène est détecté avec l'acétate de plomb - noircissement, ammoniac-phénolphtaléine - rougeur en milieu alcalin). Les réactions colorées sont le principal type de réactions permettant de détecter des substances. La couleur est préservée dans tous les composés de cations et d'anions colorés (manganates, chromates, dichromates). La couleur peut apparaître et changer en fonction des conditions sous l'influence d'un ion de signe opposé - par exemple, les ions b/c de l'iode et de l'argent forment de l'iodure d'argent jaune-brun.

La découverte d'ions par des réactions spécifiques dans un échantillon séparé de la solution d'essai entière dans n'importe quelle séquence est appelée analyse fractionnaire. Le déroulement systématique de l'analyse, contrairement à l'analyse fractionnée, consiste dans le fait qu'un mélange d'ions est d'abord séparé en groupes séparés à l'aide de réactifs spéciaux. À partir de ces groupes, chaque ion est isolé dans une certaine séquence, puis découvert avec une réaction caractéristique. Les réactifs qui permettent la séparation des ions en groupes analytiques dans un certain ordre sont appelés réactifs de groupe.

4. Masquage des ions dans l'analyse qualitative

De nombreuses réactions qualitatives sont communes à plusieurs ions, ce qui rend impossible leur détection en présence les uns des autres. Dans ce cas, le masquage ou l'élimination des ions interférents est utilisé de l'une des manières suivantes :

Liaison d'ions interférents dans un composé complexe. Le plus souvent, ils utilisent à cet effet la production de fluorure (Al3+, Fe3+), chlorure (Ag+, Fe3+, Mn2+), thiocyanate (Cu2+, Zn2+, Cd2+, Co2+, Ni2+), thiosulfate (Pb2+, Bi3+, Cr3+, Cu2+ , Ag+), ammoniac (Zn2+, Cd2+, Co2+, Ni2+), EDTA - (la plupart des cations) et autres complexes. Le complexe résultant doit avoir la stabilité nécessaire pour assurer une liaison suffisamment complète de l'ion interférent. La possibilité d'utiliser un réactif masquant particulier est déterminée par la constante générale de la réaction chimique avec des équilibres combinés. Dans ce cas, ils sont guidés principalement par l'absence d'interaction de l'ion déterminé avec le réactif de masquage et par le degré de masquage des ions interférents, sur la base duquel la valeur requise de la constante d'équilibre est déterminée. Une valeur élevée de la constante d'équilibre indique l'intégralité de la liaison du non masqué (ou le degré de masquage).

Élimination des ions interférents dans un précipité. Dans ce cas, ils sont guidés par les produits de solubilité des précipités résultants et la valeur de la constante générale de réaction avec des équilibres combinés.

Souvent, pour la précipitation sélective des ions interférents, on utilise des réactifs peu solubles dont le PR est inférieur au PR du précipité des ions détectés et supérieur au PR de la précipitation des ions interférents. Dans ce cas, les ions détectés, en raison de leur état d'équilibre, ne se lient pas et les ions interférents précipitent. De la même manière, des problèmes assez complexes d'élimination sélective de nombreux ions interférents sont résolus. La précipitation des hydroxydes, carbonates, sulfures, sulfates et phosphates est le plus souvent utilisée.

Extraction avec des solvants organiques. C’est l’une des méthodes les plus utilisées pour éliminer les ions interférents. Les composés ioniques facilement solubles dans les solvants organiques sont soumis à une séparation par extraction. Le plus souvent, l'extraction élimine les ions sous forme de chlorure (Co2+, Sn2+), de dithizonate (Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+), d'hydroxyquinolate (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Fe2+), de diéthyldithiocarbamate (Mn2+, Co2+, Fe2+). , Ni2+, Cu2+), cupféronate (Ba2+, Cr3+, Fe3+, Sn2+, Bi3+, Sb3+) et autres complexes. Dans ce cas, des solvants organiques qui ne se mélangent pas à l'eau sont utilisés - benzène, hexane, chloroforme et alcools supérieurs. La séparation par extraction est effectuée à une certaine valeur de pH optimale, ce qui favorise une extraction complète des ions interférents.

Oxydation des ions interférents vers des états d'oxydation plus élevés. Dans ce cas, on obtient des ions qui ne réagissent pas avec le réactif. Ils sont utilisés pour masquer les ions Cr3+ (oxydation en CrO42-), Sn2+ (oxydation en Sn4+), Mn2+ (oxydation en MnO4- ou MnO2), Fe2+ (conversion en Fe3+), etc. L'oxydation est généralement réalisée avec du peroxyde d'hydrogène lorsqu'elle est chauffée. .

La réduction des cations à l’état élémentaire ou à des états d’oxydation inférieurs est également souvent utilisée. Lors du choix d'un agent réducteur, on se laisse guider par les valeurs des potentiels redox E°. Le plus souvent, le zinc est utilisé, qui réduit les cations des éléments d (sauf Cr3+, Fe2+, Fe3+) et de certains éléments p (Pb2+, Sb3+, Bi3+) dans un environnement ammoniac. Parfois, des agents réducteurs agissant de manière sélective sont utilisés. Par exemple, le fer élémentaire réduit Sb3+, Cu2+, Bi3+ en métal, convertit Sn4+ en Sn2+, le chlorure d'étain (II) réduit Fe3+ en Fe2+.

5. Réactions de détection d'ions fractionnaires

Les réactions fractionnées sont conçues pour détecter les ions soit en présence de tous les autres, soit après élimination préalable (1 à 2 opérations), soit après masquage des ions interférents. On sait peu de choses sur les réactions spécifiques qui permettent de détecter un ion donné en présence de tous les autres. Par conséquent, de nombreuses réactions doivent être effectuées après avoir prétraité l'échantillon analysé et masqué ou éliminé les cations et les substances qui interfèrent avec la détermination. Lors de la sélection et de la réalisation de réactions fractionnaires, il est généralement nécessaire de : sélectionner la réaction la plus spécifique pour détecter la réaction. ion analysé ; découvrir à partir des données de la littérature ou expérimentalement quels cations, anions ou autres composés interfèrent avec la détection ; établir par des réactions spécifiques la présence d'ions interférents dans l'échantillon analysé ; sélectionner, sur la base des données tabulaires, un réactif masquant qui ne réagit pas avec la substance analysée ; calculer l'intégralité de l'élimination des ions interférents (sur la base de la constante de réaction globale) ; déterminer la procédure à suivre pour effectuer une réaction fractionnée.

6. Classification analytique des ions

En analyse qualitative, il existe deux méthodes pour analyser une substance : l’analyse fractionnée et l’analyse systématique.

L'analyse fractionnée est basée sur la découverte d'ions par des réactions spécifiques effectuées dans des portions séparées de la solution d'essai. Par exemple, l'ion Fe2+ peut être ouvert à l'aide du réactif K3 en présence d'ions quelconques. Comme il y a peu de réactions spécifiques, dans certains cas, l'influence perturbatrice des ions étrangers est éliminée à l'aide d'agents masquants. Par exemple, l'ion Zn2+ peut être ouvert en présence de Fe2+ à l'aide du réactif (NH4)2, liant les ions Fe2+ interférents avec l'hydrogénotartrate de sodium en un complexe incolore.

L'analyse fractionnée présente un certain nombre d'avantages par rapport à l'analyse systématique : la capacité de détecter les ions dans des portions individuelles dans n'importe quel ordre, ainsi qu'un gain de temps et de réactifs. Cependant, la plupart des réactions analytiques ne sont pas suffisamment spécifiques et produisent des effets similaires avec plusieurs ions. Il existe peu de réactions spécifiques et l'influence perturbatrice de nombreux ions ne peut être éliminée par des agents masquants. Par conséquent, afin d'effectuer une analyse complète et d'obtenir des résultats plus fiables, le processus d'analyse doit recourir à la séparation des ions en groupes, puis à leur ouverture dans un certain ordre. La séparation séquentielle des ions et leur découverte ultérieure est une méthode d'analyse systématique. Seuls quelques ions sont découverts par la méthode fractionnaire. L'analyse systématique est une analyse complète de l'objet étudié, réalisée en divisant le système analytique d'origine en plusieurs sous-systèmes (groupes) dans un certain ordre basé sur les similitudes et les différences dans les propriétés analytiques des composants du système. Le déroulement systématique de l'analyse est basé sur le fait que d'abord, à l'aide de réactifs de groupe, un mélange d'ions est divisé en groupes et sous-groupes, puis au sein de ces sous-groupes, chaque ion est détecté par des réactions caractéristiques. Les réactifs de groupe agissent sur un mélange d'ions de manière séquentielle et dans un ordre strictement défini. Pour faciliter la détermination en chimie analytique, il a été proposé de combiner les ions en groupes analytiques qui donnent des effets identiques ou similaires (précipités) avec certains réactifs, et des classifications analytiques des ions ont été créées (séparément pour les cations et les anions). L'établissement de la présence de certains cations dans la solution test facilite grandement la détection des anions. À l'aide du tableau de solubilité, vous pouvez prédire à l'avance la présence d'anions individuels dans la solution de test. Par exemple, si un sel est très soluble dans l’eau et que le cation Ba2+ se trouve dans une solution aqueuse neutre, alors cette solution ne peut pas contenir les anions SO42-, CO32-, SO32-. On découvre donc d’abord les cations présents dans la solution étudiée, puis les anions.

Pour les cations, deux classifications sont d'une importance pratique : le sulfure d'hydrogène et l'acide-base. La base de la classification du sulfure d'hydrogène et de la méthode d'analyse systématique du sulfure (ou sulfure d'hydrogène) est l'interaction des cations avec le sulfure d'ammonium (ou polysulfure) ou le sulfure d'hydrogène. Un sérieux inconvénient de cette méthode est l’utilisation de sulfure d’hydrogène toxique, d’où la nécessité d’utiliser un équipement spécial.

Par conséquent, dans les laboratoires d'enseignement, l'utilisation de la méthode acide-base d'analyse systématique est préférable. Cette méthode est basée sur l'interaction des cations avec les acides sulfurique et chlorhydrique, les hydroxydes de sodium et d'ammonium.

Selon la classification acido-basique, les cations sont divisés en six groupes analytiques.

Conclusion

L'importance de la chimie analytique est déterminée par le besoin de la société en résultats d'analyse, pour établir la composition qualitative et quantitative des substances, le niveau de développement de la société, le besoin social des résultats d'analyse, ainsi que le niveau de développement de la chimie analytique elle-même.

Citation du manuel de chimie analytique de N.A. Menshutkin, publié en 1897 : « Après avoir présenté l'ensemble du cours de chimie analytique sous forme de problèmes dont la solution est fournie à l'étudiant, il faut souligner que pour un tel solution des problèmes, la chimie analytique fournira un chemin strictement défini. Cette certitude (solution systématique des problèmes de chimie analytique) est d'une grande importance pédagogique. L'étudiant apprend à appliquer les propriétés des composés pour résoudre des problèmes, dériver des conditions de réaction et les combiner. Toute cette série de processus mentaux peut s’exprimer ainsi : la chimie analytique vous apprend à penser chimiquement. Atteindre ce dernier semble être le plus important pour les études pratiques en chimie analytique.

Liste de la littérature utilisée

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

2. « Chimie analytique. Méthodes chimiques d'analyse", Moscou, "Chimie", 1993.

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

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

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résumé, ajouté le 23/01/2009


Concept et types de réactions complexes. Réactions réversibles de divers ordres. Le cas le plus simple de deux réactions parallèles irréversibles du premier ordre. Mécanisme et étapes des réactions séquentielles. Caractéristiques et vitesse des réactions en chaîne et conjuguées.