Предмет и методы аналитической химии: Решение

Ниже представлены ответы на основные вопросы по материалам лекций по аналитической химии, оформленные так, чтобы их было удобно переписать в тетрадь. Предмет и методы аналитической химии Аналитическая химия (АХ) — это наука о методах определения химического состава веществ и их структуры. Задачи АХ: 1. Качественный анализ — установление того, какие элементы или группы атомов входят в состав вещества. 2. Количественный анализ — определение количественного содержания компонентов. 3. Структурный анализ — выяснение расположения атомов в молекулах и кристаллах. 4. Фазовый анализ — определение того, в виде каких соединений и фаз присутствует элемент. Аналитический сигнал (АС) — это измеряемое свойство вещества, связанное с его составом. Классификация методов анализа по происхождению сигнала: 1. Химические методы: АС возникает в результате химической реакции (гравиметрия, титриметрия). 2. Физико-химические методы: АС связан с физическими величинами, меняющимися в ходе реакции (электрохимия, фотометрия). 3. Физические методы: используются физические явления без химических реакций (спектроскопия, масс-спектрометрия). Способы выражения концентрации 1. Молярная концентрация \( C(x) \) — количество вещества в единице объема: \[ C(x) = \frac{n(x)}{V(x)} = \frac{m(x)}{M(x) \cdot V(x)} \] Единицы измерения: моль/л. 2. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) \( C(1/z \cdot x) \): \[ C(1/z \cdot x) = \frac{n(1/z \cdot x)}{V} \] Связь с молярной концентрацией: \[ C(1/z \cdot x) = C(x) \cdot z \] где \( z \) — число эквивалентности. 3. Титр \( T(x) \) — масса вещества в 1 мл раствора: \[ T(x) = \frac{m(x)}{V(x)} \] Единицы измерения: г/мл. Титриметрический метод анализа Сущность метода заключается в точном измерении объема реагента (титранта), затраченного на реакцию с определяемым веществом. Точка эквивалентности (ТЭ) — момент, когда количество добавленного титранта эквивалентно количеству определяемого вещества. Основное уравнение титриметрии: \[ C(1/z \cdot X) \cdot V(X) = C(1/z \cdot R) \cdot V(R) \] Приемы титрования: 1. Прямое титрование: титрант добавляют непосредственно к определяемому веществу. 2. Обратное титрование (по остатку): к веществу добавляют избыток реагента, а затем его остаток оттитровывают вторым стандартным раствором. 3. Титрование заместителя: к веществу добавляют реагент, в результате чего выделяется новое вещество (заместитель), которое затем титруют. Кислотно-основное титрование Основано на протолитической теории Бренстеда-Лоури: Кислота — донор протонов \( H^{+} \). Основание — акцептор протонов. Водородный показатель \( pH \): \[ pH = -\lg a_{H^{+}} \approx -\lg [H^{+}] \] Для чистой воды при \( 25^{\circ}C \): \[ [H^{+}] \cdot [OH^{-}] = 10^{-14} \] \[ pH + pOH = 14 \] Буферные растворы — это системы, поддерживающие постоянное значение \( pH \) при добавлении небольших количеств кислот или щелочей. Расчет \( pH \) для кислотного буфера: \[ pH = pK_{A} + \lg \frac{C_{соли}}{C_{кислоты}} \] Окислительно-восстановительное титрование (Редоксметрия) Основано на реакциях с переносом электронов. Потенциал системы описывается уравнением Нернста: \[ E = E_{0} + \frac{0,059}{n} \lg \frac{C_{Ox}}{C_{Red}} \] Основные методы: 1. Перманганатометрия (титрант \( KMnO_{4} \)). 2. Иодометрия (использование системы \( I_{2}/2I^{-} \)). Комплексонометрическое титрование Основано на образовании прочных комплексных соединений (хелатов). Чаще всего используется ЭДТА (трилон Б). Для фиксации точки эквивалентности применяют металлоиндикаторы (например, эриохром черный Т).