R OH + H2SO4 R2SO4 + 2H2O , где R – сложный органический радикал.
Кроме того, реакции различают общие и частные.
Общими называют реакции, при которых реактив реагирует с несколькими ионами. Например, общей реакцией для Ca2+, Ba2+ и Sr2+ является взаимодействие с H2SO4.
Частные реакции свойственны только данному иону.
Реакции проводят мокрым и сухим путем. Химический анализ исследуемых веществ в растворе называют анализом мокрым путем. В некоторых случаях вещества анализируют без перевода в раствор – сухим путем. Например, при внесении на платиновой или нихромовой проволоке в бесцветное пламя горелки пламя окрашивается в присутствии Na в желтый цвет; Ca – кирпично-красный; К – фиолетовый; Ва – зелено-желтый; В, Cu, Bi – зеленый.
Методы анализа классифицируют на основании изучения их свойств на химические и физические.
Химические методы определения состава веществ основаны на наблюдении их химических свойств. Они широко применяются в практике. Однако данные методы имеют ряд недостатков.
1. Часто необходимо выделять вещества в чистом виде, что представляет трудную, иногда невыполнимую задачу.
2. Для определения малых количеств примесей (10-4 %), содержащихся в веществе, необходимо брать большие пробы.
Методы, основанные на изучении физических свойств, называют физическими. К ним относят спектральный, люминесцентный, рентгеноструктурный, масспектральный.
Метод, основанный на избирательном поглощении (адсорбции) отдельных компонентов анализируемой смеси различными адсорбентамти называют хромографическим.
В зависимости от количества анализируемого вещества, объема раствора, методы делят на макро-, полумикро- и микрометоды. При выполнении анализа макрометодом, исследуемые растворы содержат 10-1 г вещества, реагента добавляют не менее 1мл.
При полумикрометодах для выполнения анализа требуется 10-2 г вещества и 0,1 мл реагента. При микрометоде, количество вещества 10-3 г и 0,001 мл реагента.
В настоящее время большое распространение получил капельный метод анализа. Он проводится на фильтровальной бумаге и основан на капиллярно-адсорбционных свойствах бумаги. Например, для обнаружения ионов никеля капельным методом на бумагу наносят каплю испытуемого раствора и каплю спиртового раствора диметилглиоксима. Для нейтрализации бумагу обрабатывают парами аммиака. В присутствии ионов никеля на бумаге образуется красное пятно – диметилглиоксимата никеля. Реакция очень чувствительна.
На свойствах ионов в результате реакции образовывать соединения, обладающие характерной формой кристаллов, основан микрокристаллический анализ. Форму кристаллов и их цвет наблюдают в микроскоп. Например, кристаллы K2[PtCl6] представляют собой лимонно-желтые октаэдры и комбинации куба с октаэдром.
Условия выполнения качественных реакций. В качественном анализе важное значение имеет чувствительность реакции.
Чувствительность реакции определяется минимальным количеством искомого вещества, которое может быть обнаружено в капле раствора.
Чувствительность выражается рядом взаимосвязанных величин: открываемый минимум, предельная концентрация, предельное разбавление.
Открываемый минимум – наименьшее количество вещества, содержащееся в исследуемом растворе и определяемое данным реактивом при определенных условиях – обычно 10-6 г.
Предельная концентрация показывает, что при какой минимальной концентрации раствора данная реакция может обнаружить вещество.
Предельное разбавление – величина, обратная предельной концентрации.
Следовательно, аналитическая реакция тем чувствительней, чем меньше открываемый минимум и предельная концентрация и чем больше предельное разбавление.
Повысить чувствительность реакции можно применяя чистые реактивы, а также предварительным отделением или маскировкой посторонних ионов. Для этого применяют методы соосаждения, экстракцию, дистилляцию, избирательную адсобцию. Для устранения влияния посторонних ионов при определении нескольких компонентов применяют прием маскировки мешающих ионов. В качестве маскирующих применяют комплексообразующие вещества, окислители, восстановители, которые образуют с мешающими ионами соединения, которые не мешают открытию искомых. Например, с целью маскировки Fe3+ к исследуемому раствору добавляют фториды, которые образуют с ионами железа устойчивое комплексное соединение [FeF6]3-.
При качественном анализе большое значение имеет PH среды (т.е. кислотность или щелочность). PH – это показатель концентрации ионов водорода.
PH = -lqCH+
В нейтральной среде PH = 7; в кислом водном растворе PH меньше 7; в щелочном водном растворе PH больше 7.
Поэтому в качественном анализе пользуются точными методами определения PH: применяют индикаторы или специальные приборы.
При проведении реакции необходимо поддерживать PH исследуемого раствора в определенных пределах. Для регулирования PH применяют буферные растворы, которые в процессе реакции поддерживают необходимую среду.
Классификация химических реактивов и требования, предъявляемые к ним. Реактивы в зависимости от состава могут быть неорганические и органические. По степени чистоты реактивы делят на «химически чистые» (х.ч.), «чистые для анализа» (ч.д.а.), «чистые» (ч.) и «технические». Для подавляющего большинства анализов вполне пригодными являются реактивы «ч.д.а.». Для особо точных анализов и специальных целей применяют реактивы марки «х.ч.».
По способу определения ионов реактивы подразделяют на специфические, избирательные или селективные и групповые.
Специфические реактивы предназначаются для обнаружения искомых ионов в присутствии других. Например, специфическим реактивом на Fe3+ является ферроцианид калия К4[Fe(CN)6] , с которым он образует синий осадок берлинской лазури: Fe4[Fe(CN)6]3.
Избирательные или селективные реактивы реагируют с ограниченным числом индивидуальных ионов. Например, 8-оксихинолин реагирует при определенных условиях с ионами магния, алюминия и образует малорастворимые соединения. Особое значение в аналитической практике имеют селективные растворители, которые позволяют растворять или извлекать определенные компоненты в сложной смеси веществ.
Групповые реактивы реагируют с целой группой ионов. Например, гидроокись аммония (NH4OH) взаимодействует одновременно с Na+, Cu2+, Fe3, Mn2+, Mg2+.
Требования, предъявляемые к реактивам: чистота, чувствительность и специфичность. Предельное содержание примесей в реактивах регламентируется техническими требованиями, приводимыми в государственных стандартах.
Дробный и систематический анализ. Для обнаружения индивидуальных ионов берут отдельную порцию исследуемого раствора и приливают к нему при определенных условиях реактив, специфически реагирующий с обнаруживаемыми ионами. Применяя специфические реактивы можно определить ограниченное число ионов. Задача значительно затрудняется в присутствии посторонних ионов, которые могут давать аналогичные продукты реакции или другие затруднения в процессе анализа. Особенно усложняется анализ, когда концентрация посторонних ионов превышает концентрацию обнаруживаемых. Поэтому часто при анализе сложных смесей из отдельных порций исследуемого раствора предварительно выделяют искомые, а затем с помощью характерных реакций доказывают их присутствие.
Метод анализа, основанный на применении реакций, при помощи которых можно обнаружить искомые ионы в отдельных порциях исходного раствора, не прибегая к определенной схеме, называют дробным анализом. То есть, искомый ион можно обнаружить в присутствии других ионов при определенных условиях (температура, давление, PH–среды, маскировка посторонних ионов).
При дробном методе анализа в первую очередь используют высокочувствительные специфичные реактивы. Такой метод дает возможность быстро определить интересующие анионы.
Систематический анализ заключается в полном анализе исследуемого образца при соблюдении определенной последовательности обнаружения индивидуальных ионов. Для исследования берут большую пробу анализируемого раствора. Разделение ионов на группы выполняют в определенной последовательности. Для этого используют сходства или различия ионов в отношении действия групповых реактивов. Группы ионов подразделяют на подгруппы, а затем в данной подгруппе разделяют индивидуальные ионы и обнаруживают их при помощи характерных реакций.
То есть при систематическом методе анализа индивидуальные ионы определяют, если все другие, реагирующие с данным реактивом будут отделены от них действием групповых реактивов. В качестве групповых реактивов применяют соляную кислоту, сероводород, сульфид аммония, карбонат аммония и другие.
Для разделения ионов на группы применяются различные методы:
1) осаждение ионов в виде малорастворимых соединений;
2) восстановление ионов металлами в соответствии с их нормальными окислительно-восстановительными потенциалами;
3) избирательную адсорбцию ионов.
Для удобства обнаружения ионы делят на аналитические группы. Классификация ионов по аналитическим группам основана на отношении ионов к действию реактивов, на сходстве и различии растворимости образуемых ими соединений и на других признаках.
|
