Решение задачи по фармацевтической химии: рефракция и ИК-спектрометрия

Хорошо, вот ответы на вопросы из представленного изображения. Вопросы для зачета (лабораторные работы, фармацевтическая химия) 1. Дайте определение рефракции. В чем заключается метод рефрактометрии? Рефракция (преломление света) – это изменение направления распространения света при переходе из одной среды в другую. Метод рефрактометрии основан на измерении показателя преломления света, который зависит от концентрации вещества в растворе, его природы и температуры. Этот метод используется для определения концентрации растворов, идентификации веществ, контроля чистоты и других целей. 2. В чем заключается метод ИК-спектрометрии и для чего он используется? Метод ИК-спектрометрии (инфракрасной спектрометрии) основан на поглощении веществом инфракрасного излучения. Каждое вещество имеет свой уникальный ИК-спектр, который является "отпечатком пальца" молекулы. Этот метод используется для идентификации органических и неорганических соединений, определения их структуры, контроля чистоты веществ, а также для количественного анализа. 3. Для чего используется метод рефрактометрического анализа? Метод рефрактометрического анализа используется для: * Определения концентрации растворов (например, сахара в сиропах, спирта в водных растворах). * Идентификации веществ (показатель преломления является характерной константой для многих веществ). * Контроля чистоты веществ. * Определения степени полимеризации. * Определения жирности молока. 4. Какие основные методы определения концентрации раствора по показателю преломления существуют? Основные методы определения концентрации раствора по показателю преломления: * Прямое измерение показателя преломления раствора и сравнение его со стандартными значениями или калибровочной кривой. * Использование таблиц или формул, связывающих показатель преломления с концентрацией для конкретного вещества. * Дифференциальный метод, когда измеряется разница в показателях преломления раствора и чистого растворителя. 5. В чем заключается метод ИК-спектрометрии и для чего он используется? (Повтор вопроса 2, ответ см. выше). 6. Дайте определение методу хроматографии. Какие типы хроматографии бывают? Хроматография – это физико-химический метод разделения смесей веществ, основанный на различном распределении компонентов между двумя несмешивающимися фазами: неподвижной (стационарной) и подвижной (элюентом). Основные типы хроматографии: * Газовая хроматография (ГХ) * Жидкостная хроматография (ЖХ), включая высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) * Тонкослойная хроматография (ТСХ) * Бумажная хроматография * Ионообменная хроматография * Гель-проникающая (эксклюзионная) хроматография * Аффинная хроматография 7. Что такое вязкость и какие показатели вязкости существуют? Вязкость – это свойство жидкости или газа сопротивляться относительному перемещению своих слоев. Она характеризует внутреннее трение в среде. Показатели вязкости: * Динамическая вязкость (\(\eta\)) – мера сопротивления жидкости сдвигу. Единица измерения в СИ – паскаль-секунда (Па·с) или пуаз (П). * Кинематическая вязкость (\(\nu\)) – отношение динамической вязкости к плотности жидкости. Единица измерения в СИ – квадратный метр в секунду (\(\text{м}^2/\text{с}\)) или стокс (Ст). 8. Дайте определение плотности. Приведите примеры веществ с величинами их плотностей (вода, спирт, вазелиновое масло). Плотность (\(\rho\)) – это физическая величина, равная отношению массы вещества к занимаемому им объему. Формула: \(\rho = \frac{m}{V}\), где \(m\) – масса, \(V\) – объем. Единица измерения в СИ – килограмм на кубический метр (\(\text{кг}/\text{м}^3\)) или грамм на кубический сантиметр (\(\text{г}/\text{см}^3\)). Примеры плотностей (при 20°C): * Вода: \(\approx 1,0 \text{ г}/\text{см}^3\) * Этиловый спирт: \(\approx 0,789 \text{ г}/\text{см}^3\) * Вазелиновое масло: \(\approx 0,87 \text{ г}/\text{см}^3\) 9. Какие приборы для измерения плотности вы знаете? Приборы для измерения плотности: * Ареометры (для жидкостей) * Пикнометры (для жидкостей и твердых веществ) * Денсиметры (электронные приборы) * Гидростатические весы (метод Архимеда) * У-образные трубки с осциллирующим элементом 10. Напишите реакции подлинности для водорода пероксида. Реакции подлинности для пероксида водорода (\(\text{H}_2\text{O}_2\)): * С раствором перманганата калия (\(\text{KMnO}_4\)) в кислой среде: \(\text{2KMnO}_4 + \text{5H}_2\text{O}_2 + \text{3H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{2MnSO}_4 + \text{5O}_2 \uparrow + \text{8H}_2\text{O}\) (Наблюдается обесцвечивание фиолетового раствора перманганата калия и выделение газа – кислорода). * С раствором иодида калия (\(\text{KI}\)) в кислой среде: \(\text{H}_2\text{O}_2 + \text{2KI} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{I}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{2H}_2\text{O}\) (Выделяется свободный иод, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. При добавлении крахмала появляется синее окрашивание). * С солями титана (IV) (например, \(\text{TiOSO}_4\)) в кислой среде: \(\text{TiOSO}_4 + \text{H}_2\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{TiO}_4\text{SO}_4\) (или \(\text{TiO}(\text{O}_2)\text{SO}_4\)) (Образуется комплексное соединение пероксотитановой кислоты, окрашивающее раствор в оранжево-желтый цвет). 11. Какие препараты, в состав которых входят соединения иода, используются в медицинской практике? Напишите реакции подлинности для иода. Препараты, содержащие иод: * Раствор иода спиртовой (антисептик) * Иодид калия (\(\text{KI}\)) (при заболеваниях щитовидной железы, как отхаркивающее) * Иодоформ (\(\text{CHI}_3\)) (антисептик) * Повидон-иод (антисептик) * Люголь (раствор иода в иодиде калия) Реакции подлинности для иода (в виде иодид-иона \(\text{I}^-\) или свободного иода \(\text{I}_2\)): * Для иодид-иона (\(\text{I}^-\)) с нитратом серебра (\(\text{AgNO}_3\)): \(\text{KI} + \text{AgNO}_3 \rightarrow \text{AgI} \downarrow + \text{KNO}_3\) (Образуется желтый осадок иодида серебра, нерастворимый в аммиаке). * Для иодид-иона (\(\text{I}^-\)) с хлорной водой или другими окислителями: \(\text{2KI} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{2KCl} + \text{I}_2\) (Выделяется свободный иод, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. При добавлении крахмала – синее окрашивание). * Для свободного иода (\(\text{I}_2\)) с раствором крахмала: (Образуется синий комплекс иода с крахмалом). 12. Для чего добавляют иодид калия в спиртовый раствор иода? Иодид калия (\(\text{KI}\)) добавляют в спиртовой раствор иода (например, в растворе Люголя) для увеличения растворимости иода (\(\text{I}_2\)). Иод плохо растворяется в воде и спирте, но хорошо растворяется в растворах иодидов, образуя комплексные ионы трииодида: \(\text{I}_2 + \text{KI} \rightleftharpoons \text{KI}_3\) (или \(\text{I}_2 + \text{I}^- \rightleftharpoons \text{I}_3^-\)) Это позволяет получить более концентрированные растворы иода, что важно для его антисептических свойств. 13. Напишите уравнения реакций для качественного определения хлорид-ионов в хлориде калия, хлориде натрия, хлориде аммония, хлориде кальция. Качественное определение хлорид-ионов (\(\text{Cl}^-\)) обычно проводят с использованием нитрата серебра (\(\text{AgNO}_3\)). * Для хлорида калия (\(\text{KCl}\)): \(\text{KCl} + \text{AgNO}_3 \rightarrow \text{AgCl} \downarrow + \text{KNO}_3\) * Для хлорида натрия (\(\text{NaCl}\)): \(\text{NaCl} + \text{AgNO}_3 \rightarrow \text{AgCl} \downarrow + \text{NaNO}_3\) * Для хлорида аммония (\(\text{NH}_4\text{Cl}\)): \(\text{NH}_4\text{Cl} + \text{AgNO}_3 \rightarrow \text{AgCl} \downarrow + \text{NH}_4\text{NO}_3\) * Для хлорида кальция (\(\text{CaCl}_2\)): \(\text{CaCl}_2 + \text{2AgNO}_3 \rightarrow \text{2AgCl} \downarrow + \text{Ca(NO}_3\text{)}_2\) Во всех случаях образуется белый творожистый осадок хлорида серебра (\(\text{AgCl}\)), который нерастворим в азотной кислоте, но растворим в растворе аммиака с образованием комплексного соединения: \(\text{AgCl} + \text{2NH}_3 \rightarrow [\text{Ag(NH}_3\text{)}_2]\text{Cl}\) 14. Охарактеризуйте осадки, получающиеся в результате взаимодействия аммиака с соединениями висмута, цинка, меди, железа и серебра. Запишите в таблицу полученные данные о внешнем виде и растворимости продуктов реакции. | Ион | Реагент | Продукт реакции (осадок) | Внешний вид осадка | Растворимость в избытке аммиака | | :-- | :------ | :----------------------- | :----------------- | :------------------------------ | | \(\text{Bi}^{3+}\) | \(\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O}\) | \(\text{Bi(OH)}_3\) | Белый студенистый | Нерастворим | | \(\text{Zn}^{2+}\) | \(\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O}\) | \(\text{Zn(OH)}_2\) | Белый студенистый | Растворим с образованием \([\text{Zn(NH}_3\text{)}_4]^{2+}\) (бесцветный раствор) | | \(\text{Cu}^{2+}\) | \(\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O}\) | \(\text{Cu(OH)}_2\) | Голубой студенистый | Растворим с образованием \([\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]^{2+}\) (ярко-синий раствор) | | \(\text{Fe}^{3+}\) | \(\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O}\) | \(\text{Fe(OH)}_3\) | Красно-бурый студенистый | Нерастворим | | \(\text{Ag}^{+}\) | \(\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O}\) | \(\text{Ag}_2\text{O}\) (или \(\text{AgOH}\)) | Коричневый (черный) | Растворим с образованием \([\text{Ag(NH}_3\text{)}_2]^+\) (бесцветный раствор) | Уравнения реакций: * \(\text{Bi}^{3+} + \text{3NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Bi(OH)}_3 \downarrow + \text{3NH}_4^+\) * \(\text{Zn}^{2+} + \text{2NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Zn(OH)}_2 \downarrow + \text{2NH}_4^+\) \(\text{Zn(OH)}_2 + \text{4NH}_3 \rightarrow [\text{Zn(NH}_3\text{)}_4]^{2+} + \text{2OH}^-\) * \(\text{Cu}^{2+} + \text{2NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + \text{2NH}_4^+\) \(\text{Cu(OH)}_2 + \text{4NH}_3 \rightarrow [\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]^{2+} + \text{2OH}^-\) * \(\text{Fe}^{3+} + \text{3NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 \downarrow + \text{3NH}_4^+\) * \(\text{2Ag}^{+} + \text{2NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ag}_2\text{O} \downarrow + \text{2NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O}\) \(\text{Ag}_2\text{O} + \text{4NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{2}[\text{Ag(NH}_3\text{)}_2]^+ + \text{2OH}^-\) 15. На каких реакциях основано количественное определение тиосульфата натрия? Как называется данный метод? Количественное определение тиосульфата натрия (\(\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3\)) основано на его способности восстанавливать иод (\(\text{I}_2\)) до иодид-ионов (\(\text{I}^-\)). Реакция: \(\text{2Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + \text{I}_2 \rightarrow \text{Na}_2\text{S}_4\text{O}_6 + \text{2NaI}\) (Тиосульфат-ион окисляется до тетратионат-иона, а иод восстанавливается до иодид-иона). Данный метод называется **иодометрией** (разновидность редокс-титриметрии). В этом методе титрование проводят стандартным раствором тиосульфата натрия, а конечную точку титрования определяют по исчезновению синего окрашивания иода с крахмалом.