б) НNО3 до кислої реакції середовища та AgNO3 - утворився білий осад;
в) частину розчину випарювали досуха, додали Н2SO4 - відчули характерний запах.
Що можна сказати про склад розчину? Присутність чи відсутність яких аніонів можна вважати доведеною?
Досліджуваний зразок може бути розчином або твердою речовиною. Аналіз твердої речовини включає, як окрему стадію, аналіз розчину, що утворюється після розчинення проби у воді або кислотах.
Лабораторна робота № 4 Аналіз індивідуальної речовини
Перш за все зразок слід ретельно оглянути і визначити деякі його фізичні властивості. Зокрема, легко встановити, металевий чи неметалевий характер має проба. Зовнішній вигляд неметалевої проби інколи може дати певну інформацію про її хімічний склад.
Насамперед, звертають увагу на колір проби. Наприклад, синє або блакитне забарвлення дає підставу гадати, що до складу сполуки входять іони міді; рожеве - іони кобальту або марганцю тощо.
Певну інформацію можна отримати, спостерігаючи колір полум’я при внесенні в нього платинової дротинки з нанесеною на неї речовиною. Так, жовте забарвлення полум’я свідчить про наявність у пробі натрію, фіолетове - калію, цегляно-червоне - кальцію тощо.
З попередніх дослідів не можна робити остаточних висновків, оскільки досить часто забарвлення одного елементу маскується іншим.
Досліджуваний зразок слід поділити на три частини. Одну з них використати для підбору розчинника, другу - для проведення аналізу, а третю залишити для контролю.
Розчинення у воді. Підбір розчинника починають з того, що намагаються розчинити невелику кількість зразка у воді, спочатку в холодній, а потім при нагріванні.
Якщо зразок розчиняється, тоді за допомогою індикаторного папірця визначають кислотність середовища. Кисла реакція може свідчити або про наявність вільних кислот, або кислих солей, або солей слабких основ і сильних кислот. Лужне середовище створюють основи, деякі кислі солі та солі сильних основ і слабких кислот. Необхідно також звернути увагу на колір отриманого розчину.
Розчинення в кислотах. Якщо речовина не розчиняється ні в холодній, ні в гарячій воді, тоді намагаються розчинити її в кислотах, спочатку в розбавлених, потім у концентрованих, спочатку на холоді, а потім при нагріванні.
Під час розчинення проби в кислотах слід уважно стежити за явищами, які при цьому відбуваються. Зокрема, особливу увагу необхідно звернути та виділення газів із характерним запахом чи без нього. Так, карбонати при розчиненні в кислотах бурхливо виділяють вуглекислий газ. Запах сірководню або сірчистого газу вказує на присутність відповідно сульфідів чи сульфітів.
Випробування розчинності в кислотах починають з оцтової кислоти, після цього беруть соляну, далі, якщо речовина не розчинилась, беруть азотну кислоту. Нарешті, якщо речовина не розчинилась і в азотній кислоті, розчиняють її в царській водці.
Соляна кислота HCl розчиняє всі метали, які в ряду напруг стоять ліворуч від водню, наприклад: Mg, Zn, Al, Cr, Fe, Co, Ni, Cd; більшість оксидів, усі карбонати та гідроксиди, за винятком сполук Pb, Ag, Hg(I). Якщо невідома речовина розчиняється в розбавленій НСl, то вона не містить Ag+ та Hg22+. Концентрована НСl при нагріванні розчиняє всі сульфіди, крім сульфідів ртуті та арсену. Розбавлена НСl розчиняє лише CdS, FeS, Fe2S3, MnS, ZnS. При обробці концентрованою НСl деяких речовин, що є окиснювачами (Cr2O72-,
MnO4-), може виділятись вільний хлор.
Азотна кислота НNO3 розчиняє всі оксиди, гідроксиди, сульфіди (крім HgS) та всі нерозчинні у воді солі слабких кислот за винятком солей стибію та олова. Більшість металів розчиняється в НNО3; при розчиненні Sb та Sn утворюються малорозчинні кислоти HSbO3 та H2SnO3 відповідно.
Розчинення в лугах та інших розчинниках. У деяких випадках для переведення речовини в розчин доцільно застосовувати луги або спеціальні розчинники.
Так, у лугах розчиняються такі метали, як Zn, Al, Pb, Cr, Sb, Sn, їх оксиди, гідроксиди та деякі інші сполуки.
Розчин Na2СО3 використовують для переведення в розчин сульфатів Ba2+, Sr2+ та Ca2+.
30%-ним розчином ацетату амонію NH4Ac переводять у розчин PbSO4. Іноді для переведення речовини в розчин доводиться сплавляти її з відповідними плавнями (KHSO4, Na2CO3 тощо).
Найчастіше досліджуваний розчин невідомої речовини містить один катіон і один аніон. Але розчини кислот не містять іонів металу, а в розчинах оксидів, гідроксидів та вільних металів не буде аніонів (крім тих, які вводяться при розчиненні в кислотах). Нарешті, досліджувана речовина може бути подвійною сіллю або комплексною сполукою, і тоді в розчині буде два або більше катіонів чи аніонів.
Виявлення катіонів починають з того, що за допомогою групового реагенту визначають, до якої аналітичної групи вони належать. Далі використовують характерні реакції аби визначити, який саме катіон даної групи є в розчині.
Виявлення аніонів починають з того, що за допомогою групових реагентів визначають, аніони яких аналітичних груп присутні в розчині. Далі використовують характерні реакції для визначення, які саме аніони з тієї чи іншої групи є в розчині. Виявлення аніонів іноді ускладнюється наявністю в розчині певних катіонів.
Якщо досліджувана речовина розчинилась у воді, тоді катіон, як правило, не заважає виявленню аніона спочатку за допомогою групових реагентів, а потім характерними реакціями в межах визначеної групи.
Якщо ж речовина розчиняється лише в кислотах, тоді треба врахувати такі обставини:
а) ряд аніонів при обробці зразка кислотами втрачаються внаслідок виділення газів (CO32-, SO32-, S2- та ін.);
б) при розчиненні сполуки в кислоті вводиться певний аніон.
Для виявлення аніонів сполук, що розчинились у кислотах, готують, як правило, спеціальний розчин за такою методикою. До досліджуваного розчину додають концентрований розчин карбонату натрію NaСО3, суміш кип’ятять і осад відфільтровують. За такої обробки переважна більшість сполук перетворюється в гідроксиди або карбонати металів. Наприклад: Ba(NO3)2 + Na2CO3 = 2NaNO3 + BaCO3
2FeCl2 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 6NaCl + 3CO2
У фільтраті можуть знаходитись солі всіх аніонів з лужними металами за винятком РО43-, F-, S2- та галогенідів, які можуть залишитись в осаді у вигляді, наприклад, Ba3(PO4)2, CaF2, CuS, AgI тощо.
Крім того, у фільтраті можуть знаходитись також арсен, алюміній, олово, стибій у вигляді NaAsO2, Na3AsO4, NaAlO2, Na2SnO3, NaSbO3, а також частково мідь. Позбутись цих елементів (за винятком арсену) можна обережною нейтралізаією розчину оцтовою кислотою. У нейтральному розчині осаджуються відповідні гідроксиди.
Під час нейтралізації треба стежити з тим, щоб не було надлишку кислоти, бо тоді гідроксиди, що утворились, знову розчиняться.
Нейтралізований розчин відфільтровують від осаду і фільтрат використовують для виявлення аніонів за звичайною методикою.
Щоб виявити фосфат-іони, частину осаду, який залишився після обробки речовини розчином карбонату натрію, розчиняють в азотній кислоті і додають до розчину молібденову рідину. Поява жовтого осаду вказує на присутність аніонів РО43-.
Сульфід-іони виявляють, обробляючи частину осаду сірчаною кислотою. Сірководень, що виділяється, виявляють за запахом або за почорнінням фільтрувального паперу, змоченого розчином ацетату свинцю.
Щоб виявити фторид-іони, осад висушують, переносять у пробірку і обробляють концентрованою Н2SO4. Через 1-2 хвилини пробірку треба сполоснути водою (обережно!). Ефект див. на с.
Нарешті, галогенід-іони визначають, як це вказано на с.
Кількісний аналіз - розділ аналітичної хімії, завданням якого є визначення кількісного вмісту елементів, іонів або хімічних сполук, що входять до складу речовин і матеріалів, які вивчаються.
У наш час все більшого поширення набувають фізико-хімічні та фізичні методи аналізу, засновані на вимірюванні величини якоїсь фізичної властивості (густини, температури кипіння, температури плавлення, інтенсивності смуги поглинання у спектрі тощо), але значення хімічних методів залишається вагомим. Це пов’язано з тим, що, по-перше, хімічні методи аналізу прості у виконанні й мають високу точність. По-друге, застосування фізико-хімічних та фізичних методів аналізу потребує калібрування вимірювальної апаратури, для чого використовуються стандартні речовини, точний склад яких визначається хімічними методами. В процесі виконання лабораторних робіт з кількісного аналізу студенти повинні дістати практичні навички, головним чином, з титриметричних, гравіметричних та спектрофотометричних методів аналізу.
Для свідомого виконання робіт студентам необхідно засвоїти теоретичні питання, що пов’язані з добутком розчинності осадів, точкою еквівалентності, робочими розчинами, вихідними речовинами тощо, засвоїти принципи і способи розрахунків.
У цьому розділі будуть розглянуті хімічні методи аналізу. Найбільш поширеними методами є:
1) гравіметричний (ваговий) аналіз;
2) титриметричний (об’ємний) аналіз; 3) фотометричний аналіз; 4) електрохімічний аналіз.
В основі всіх хімічних методів аналізу лежать хімічні реакції, які можна зобразити такою схемою: Х +R = P
Кількість речовини, яку визначають, розраховують, вимірявши кількість продукту реакції Р або кількість реагенту R, який був використаний при реакції.
Класифікація методів кількісного аналізу пов’язана з тим, кількість якого компонента реакції вимірюється.
У гравіметричному та колориметричному методах вимірюють кількість продукту реакції Р; в об’ємному - кількість реагента R.
В основі гравіметричних методів аналізу лежать хімічні реакції утворення малорозчинних сполук, наприклад: FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 ↓ + 2HCl