МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ
ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБIТ З АНАЛІТИЧНОЇ ХIМIЇ
для студентів біологічного та географічного факультетів
Методичні рекомендації написано для студентів біологічного та географічного факультетів, що вивчають аналітичну хімію. До видання, що пропонується, внесено в максимально стислому і скороченому вигляді лише основні теоретичні положення аналітичної хімії та найтиповіші лабораторні роботи. Вивчення їх дозволить студентами біологічного та географічного факультетів одержати достатні відомості з питань теорії і практики якісного й кількісного аналізу.
Аналітична хімія - наука про методи визначення складу речовини. Курс аналітичної хімії складається з двох розділів - якісного та кількісного аналізу. Якісний аналіз завжди передує кількісному, тому що перш ніж визначити скільки, треба знати що визначати. Крім того, від якісного складу речовини залежить вибір тих чи інших методів аналізу для встановлення кількісних співвідношень.
Існує близько 50 методів аналізу. Їх можна розділити на дві групи: 1) хімічні та фізико-хімічні, 2) фізичні. При виконанні аналізу хімічним або фізико-хімічним методами головним є проведення хімічної реакції. При використанні фізичних методів якісний склад речовини, що аналізується, виявляють вимірюючи величину певної фізичної характеристики.
Вище відмічено, що в основі хімічних методів аналізу лежать хімічні реакції. В якісному аналізі використовують лише ті хімічні реакції, які супроводжуються певним зовнішнім ефектом: утворенням або розчиненням осаду, утворенням або руйнуванням забарвленої розчинної сполуки, виділенням газоподібної речовини. Такі реакції називаються аналітичними, а реактиви, за допомогою яких вони проводяться, - аналітичними реагентами.
Успішне застосування аналітичних реагентів залежить від чутливості аналітичних реакцій. Під чутливістю реакції розуміють ту найменшу кількість речовини (іона), яку можна виявити за допомогою зазначеного реагенту. Кількісно чутливість реакції характеризується межею визначення (г/мл) та мінімальним об’ємом розчину (V мл) з таким вмістом речовини.
Залежно від кількості речовини, що використовується для аналізу, розрізняють макро-, мікро- та напівмікроаналіз. Метод аналізу, для якого беруть 0,1 - 1 г речовини, називають макрометодом, меньше 0,01 г речовини – мікрометодом, 0,01 - 0,1 г речовини - напівмікрометодом.
При виборі аналітичного реагенту велике значення має його специфічність, що характеризує розмаїття іонів, з якими цей реагент дає подібний зовнішній ефект реакції. Ті реагенти, що дають можливість виявляти один вид іонів у присутності інших, називають специфічними. Звичайно, специфічних реагентів, що реагують тільки з одним видом іонів, дуже мало. Аналітичні реагенти, які взаємодіють з обмеженим числом видів іонів, називають вибірковими або селективними. Крім специфічних і селективних реагентів, розрізняють ще групові та загальні реагенти, які реагують із більшою кількістю іонів.
Як правило, у розчині, що досліджується, присутні декілька різновидів іонів. Причому, багато з них дають схожі реакції та заважають при визначенні одних іонів у присутності інших. Тому не можна проводити реакції виявлення окремих різновидів іонів у довільній послідовності. Їх треба комбінувати таким чином, щоб при визначенні певних іонів усі інші, що заважають, були усунуті. Послідовність реакцій, що відповідає цій вимозі, називається систематичним ходом аналізу. При цьому іони розділяють за допомогою так званих групових реагентів, які осаджують різні іони цілими групами. Це має велике значення, а саме: складна задача аналізу суміші іонів розкладається на ряд більш простих задач. Окрім цього, груповим реагентом можна встановити відсутність певної групи іонів.
Вплив сторонніх іонів на реакцію, що є характерною для даного виду іонів, залежить від їх концентрації та умов проведення реакцій. Іони, які заважають проведенню реакції, часто зв’язують у стійкі комплекси (маскують), а це спрощує та прискорює процес аналізу, оскільки дозволяє виявляти одні іони в присутності інших.
Для виявлення катіонів та аніонів використовують різні схеми аналізу.
Виявлення катіонів. Існують різні класифікації катіонів на аналітичні групи. Так, сірководнева класифікація грунтується на неоднаковій розчинності карбонатів і сульфідів металів у воді та кислотах (табл. 1). Цей метод розподілу катіонів на групи є класичним, ним завжди користуються в складних випадках, саме цей метод є арбітражним.
Крім сірководневої класифікації при попередніх долсіджуваннях речовин, у польових умовах користуються й іншими класифікаціями – кислотноосновною, аміачно-фосфатною тощо.
У даному посібнику аналіз суміші катіонів рекомендується проводити дробносистематичним методом із використанням безсірководневого методу розділення катіонів на групи - кислотно- основного.
Груповими реагентами кислотно-основного методу є соляна та сірчана кислоти, луг та гідроксид амонію. За їх допомогою катіони розділяють на групи, а потім аналізують останні на присутність тих чи інших катіонів.
| Групи | Катіони | Груповий реагент і умови осадження | Одержання системи | Характеристика одержаних сполук |
| І | K+, Na+, NH4+, Mg2+ | Відсутній | Сульфіди і карбонати, розчинні у воді, основний карбонат магнію (MgOH)2CO3 –тільки у присутності солей амонію | |
| ІІ | Ba2+, Sr2+, Ca2+ | Карбонат амонію (NH4)2CO3 в нейтральному або слаболужному середовищі | Осади карбонатів: BaCO3, SrCO3, CaCO3 | Сульфіди, розчинні у воді, розчинні у розведених кислотах |
| ІІІ | Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Zn2+ | Сульфід амонію (NH4)2S у нейтральному середовищі | Осади гідроксидів: Al(OH)3, Сr(OH)3 Осади сульфідів: FeS, Fe2S3 ,NiS, CoS, MnS, ZnS | Сульфіди, нерозчинні у воді, розчинні у розведених кислотах |
| IV | Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, Hg2+ | Сірководень H2S у кислому середовищі | Осади сульфідів: PbS, Bi2S3 ,CuS, CdS, HgS | Сульфіди, нерозчинні у воді, розведених кислотах (крім нітратної) і в полісульфіді амонію |
| V | Sn2+, Sn4+, As3+, As5+, Sb3+, Sb5+ | Сірководень H2S у кислому середовищі | Осади сульфідів: SnS, SnS2 ,As2S3, As2S5, Sb2S3, Sb2S5 | Сульфіди, нерозчинні в розведених кислотах , розчинні в сульфідах (крім SnS) і полісульфідах лужних металів або амонію |
Таблиця 2. Розподіл катіонів на групи за кислотно-лужною класифікацією
| Група | Катіони | Груповий реагент, умови осадження | Одержані системи | Характеристика одержання сполук |
| І | Na+, K+, NH4+ | Відсутній | Хлориди, сульфати, гідроксиди, розчинні у воді | |
| ІІ | Ag+, Pb2+, Hg22+ | Хлороводнева кислота HCl | Осади хлоридів: AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 | Хлориди, нерозчинні у воді і розведених кислотах |
| ІІІ | Ba2+, Sr2+, Ca2+ | Сірчана кислота H2SO4 | Осади сульфатів: BaSO4, SrSO4, CaSO4 | Сульфати, нерозчинні у воді і розведених кислотах |
| ІV | Zn2+, Al3+, Cr3+, Sn2+, Sn4+, As3+, As5+ | Гідроксид натрію або калію (NaOH, KOH) | Розчини, що містять комплексні аніони: Zn(OH)42- - тетрагідроксоцинкат (ІІ)Al(OH4)- - тетрагідроксоалюмінат (ІІІ) – Cr(OH)63- - гексагідроксохромат (ІІІ) – Sn(OH)62- - гексагідроксостанат (ІV) – Sn(OH)42- - тетрагідроксостанат (ІІ) – AsO33- ортоарсеніт-; AsO43- - арсеніт | Гідроксиди, нерозчинні у воді; внаслідок амфотерності - розчинні у лугах |
| V | Mg2+, Mn2+, Bi3+, Fe2+, Fe3+, Sb3+, Sb5+ | Водний розчин аміаку NH3 . H2O | Осади гідроксидів: Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3, H3SbO4 | Гідроксиди, нерозчинні у воді та лугах |
| VI | Cu2+, Hg2+, Cd2+, Co2+, Ni2+ | Водний розчин аміаку NH3 . H2O | Розчини, що містять комплексні катіони: [Cu(NH3)4]2+ - тетраамінмідь (ІІ)- [Hg(NH)3]42+ - тетраамінртуть (ІІ) – [Cd(NH)3]42+ - тетраамінкадмій – [Co(NH)3]62+ - гексаамінкобальт (ІІ) – [Ni(NH3)6]2+ - гексааміннікель (ІІ) – | Гідроксиди, нерозчинні у воді та лугах, розчинні у водному розчині аміаку |
За кислотно-основною класифікацією катіони поділяються на шість аналітичних груп (див. табл. 2).