1. INTRODUÇÃO

2. CLASSIFICAÇÃO DE MÉTODOS

3. SINAL ANALÍTICO

4.3. MÉTODOS QUÍMICOS

4.8. MÉTODOS TÉRMICOS

5. CONCLUSÃO

6. LISTA DE REFERÊNCIAS UTILIZADAS

INTRODUÇÃO

A análise química serve como meio de monitoramento da produção e da qualidade dos produtos em diversos setores da economia nacional. A exploração mineral é baseada em graus variados nos resultados da análise. A análise é o principal meio de monitorar a poluição ambiental. A determinação da composição química dos solos, fertilizantes, rações e produtos agrícolas é importante para o normal funcionamento do complexo agroindustrial. A análise química é indispensável em diagnósticos médicos e biotecnologia. O desenvolvimento de muitas ciências depende do nível de análise química e dos equipamentos do laboratório com métodos, instrumentos e reagentes.

A base científica da análise química é a química analítica, uma ciência que faz parte, e às vezes a parte principal, da química há séculos.

A química analítica é a ciência que determina a composição química das substâncias e, em parte, sua estrutura química. Os métodos de química analítica permitem responder a questões sobre em que consiste uma substância e quais componentes estão incluídos em sua composição. Esses métodos muitas vezes permitem descobrir de que forma um determinado componente está presente em uma substância, por exemplo, para determinar o estado de oxidação de um elemento. Às vezes é possível estimar a disposição espacial dos componentes.

Ao desenvolver métodos, muitas vezes você precisa pegar ideias emprestadas de campos científicos relacionados e adaptá-las aos seus objetivos. A tarefa da química analítica inclui desenvolver os fundamentos teóricos dos métodos, estabelecer os limites de sua aplicabilidade, avaliar características metrológicas e outras e criar métodos para análise de diversos objetos.

Os métodos e meios de análise estão em constante mudança: estão envolvidas novas abordagens, são utilizados novos princípios e fenómenos, muitas vezes provenientes de campos de conhecimento distantes.

O método de análise é entendido como um método bastante universal e teoricamente justificado para determinar a composição, independentemente do componente a ser determinado e do objeto a ser analisado. Quando falam de um método de análise, referem-se ao princípio subjacente, uma expressão quantitativa da relação entre a composição e qualquer propriedade medida; técnicas de implementação selecionadas, incluindo identificação e eliminação de interferências; dispositivos para implementação prática e métodos para processar resultados de medição. Uma técnica de análise é uma descrição detalhada da análise de um determinado objeto usando o método selecionado.

Podem ser distinguidas três funções da química analítica como campo do conhecimento:

1. resolver questões gerais de análise,

2. desenvolvimento de métodos analíticos,

3. resolução de problemas específicos de análise.

Você também pode destacar qualitativo E quantitativo testes. O primeiro resolve a questão de quais componentes o objeto analisado inclui, o segundo fornece informações sobre o conteúdo quantitativo de todos ou de componentes individuais.

2. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS

Todos os métodos existentes de química analítica podem ser divididos em métodos de amostragem, decomposição de amostras, separação de componentes, detecção (identificação) e determinação. Existem métodos híbridos que combinam separação e determinação. Os métodos de detecção e definição têm muito em comum.

Os métodos de determinação são da maior importância. Eles podem ser classificados de acordo com a natureza da propriedade que está sendo medida ou o método de registro do sinal correspondente. Os métodos de determinação são divididos em químico , físico E biológico. Os métodos químicos são baseados em reações químicas (incluindo eletroquímicas). Isso também inclui métodos chamados físico-químicos. Os métodos físicos baseiam-se em fenómenos e processos físicos, os métodos biológicos baseiam-se nos fenómenos da vida.

Os principais requisitos para os métodos de química analítica são: precisão e boa reprodutibilidade dos resultados, baixo limite de detecção dos componentes necessários, seletividade, rapidez, facilidade de análise e possibilidade de sua automação.

Ao escolher um método de análise, é necessário conhecer claramente o objetivo da análise, as tarefas que precisam ser resolvidas e avaliar as vantagens e desvantagens dos métodos de análise disponíveis.

3. SINAL ANALÍTICO

Após a amostragem e preparação da amostra, inicia-se a etapa de análise química, na qual o componente é detectado ou determinada sua quantidade. Para isso, medem sinal analítico. Na maioria dos métodos, o sinal analítico é a média das medições de uma grandeza física na fase final da análise, funcionalmente relacionada ao conteúdo do componente que está sendo determinado.

Se for necessário detectar algum componente, geralmente é corrigido aparência sinal analítico - o aparecimento de um precipitado, cor, linha no espectro, etc. A aparência de um sinal analítico deve ser registrada de forma confiável. Ao determinar a quantidade de um componente, ela é medida magnitude sinal analítico - massa de sedimentos, intensidade da corrente, intensidade da linha do espectro, etc.

4. MÉTODOS DE QUÍMICA ANALÍTICA

4.1. MÉTODOS DE MASCARAMENTO, SEPARAÇÃO E CONCENTRAÇÃO

Mascaramento.

Mascaramento é a inibição ou supressão completa de uma reação química na presença de substâncias que podem alterar sua direção ou velocidade. Neste caso, nenhuma nova fase é formada. Existem dois tipos de mascaramento: termodinâmico (equilíbrio) e cinético (não-equilíbrio). Com o mascaramento termodinâmico, são criadas condições sob as quais a constante de reação condicional é reduzida a tal ponto que a reação ocorre de forma insignificante. A concentração do componente mascarado torna-se insuficiente para registrar com segurança o sinal analítico. O mascaramento cinético baseia-se no aumento da diferença entre as taxas de reação das substâncias mascaradas e do analito com o mesmo reagente.

Separação e concentração.

A necessidade de separação e concentração pode ser devida aos seguintes fatores: a amostra contém componentes que interferem na determinação; a concentração do componente a ser determinado está abaixo do limite de detecção do método; os componentes determinados estão distribuídos de forma desigual na amostra; não existem amostras padrão para calibração de instrumentos; a amostra é altamente tóxica, radioativa e cara.

Separaçãoé uma operação (processo) pela qual os componentes que compõem a mistura inicial são separados uns dos outros.

Concentraçãoé uma operação (processo) que resulta em um aumento na razão entre a concentração ou quantidade de microcomponentes e a concentração ou quantidade de macrocomponentes.

Precipitação e coprecipitação.

A precipitação é normalmente usada para separar substâncias inorgânicas. A precipitação de microcomponentes com reagentes orgânicos, e especialmente a sua co-precipitação, proporciona um elevado coeficiente de concentração. Esses métodos são usados ​​em combinação com métodos de determinação projetados para obter um sinal analítico de amostras sólidas.

A separação por precipitação baseia-se nas diferentes solubilidades dos compostos, principalmente em soluções aquosas.

A co-precipitação é a distribuição de um microcomponente entre uma solução e um sedimento.

Extração.

A extração é um processo físico-químico de distribuição de uma substância entre duas fases, mais frequentemente entre dois líquidos imiscíveis. É também um processo de transferência de massa com reações químicas.

Os métodos de extração são adequados para concentração, extração de microcomponentes ou macrocomponentes, isolamento individual e de grupo de componentes na análise de uma variedade de objetos industriais e naturais. O método é simples e rápido de executar, proporciona alta eficiência de separação e concentração e é compatível com diversos métodos de determinação. A extração permite estudar o estado das substâncias em solução sob diversas condições e determinar as características físico-químicas.

Sorção.

A sorção é bem utilizada para separar e concentrar substâncias. Os métodos de sorção geralmente proporcionam boa seletividade de separação e altos coeficientes de concentração.

Sorção– o processo de absorção de gases, vapores e substâncias dissolvidas por absorvedores sólidos ou líquidos em um suporte sólido (sorventes).

Separação eletrolítica e cimentação.

O método mais comum é a eletrólise, em que a substância separada ou concentrada é isolada em eletrodos sólidos em estado elementar ou na forma de algum tipo de composto. Separação eletrolítica (eletrólise) baseado na deposição de uma substância por corrente elétrica com potencial controlado. A opção mais comum é a deposição catódica de metais. O material do eletrodo pode ser carbono, platina, prata, cobre, tungstênio, etc.

Eletroforese baseia-se nas diferenças nas velocidades de movimento de partículas de diferentes cargas, formas e tamanhos em um campo elétrico. A velocidade do movimento depende da carga, intensidade do campo e raio das partículas. Existem duas opções de eletroforese: frontal (simples) e zona (em suporte). No primeiro caso, um pequeno volume de solução contendo os componentes a serem separados é colocado em um tubo com uma solução eletrolítica. No segundo caso, o movimento ocorre em um ambiente estabilizador, que mantém as partículas no lugar após o desligamento do campo elétrico.

Método cimentação consiste na redução de componentes (geralmente pequenas quantidades) em metais com potenciais suficientemente negativos ou almagamas de metais eletronegativos. Durante a cimentação ocorrem simultaneamente dois processos: catódico (liberação do componente) e anódico (dissolução do metal cimentante).

Métodos de evaporação.

Métodos destilação com base em diferentes volatilidades das substâncias. Uma substância muda do estado líquido para o gasoso e então se condensa para formar um líquido ou, às vezes, uma fase sólida novamente.

Destilação simples (evaporação)– processo de separação e concentração em uma única etapa. A evaporação remove substâncias que estão na forma de compostos voláteis prontos. Podem ser macrocomponentes e microcomponentes, sendo a destilação destes últimos utilizada com menos frequência.

Sublimação (sublimação)- transferência de uma substância do estado sólido para o estado gasoso e sua posterior precipitação na forma sólida (contornando a fase líquida). A separação por sublimação é normalmente utilizada se os componentes a serem separados forem difíceis de fundir ou dissolver.

Cristalização controlada.

Quando uma solução, fundido ou gás é resfriado, ocorre a formação de núcleos da fase sólida - cristalização, que pode ser descontrolada (volumétrica) e controlada. Com a cristalização descontrolada, os cristais surgem espontaneamente em todo o volume. Com a cristalização controlada, o processo é determinado por condições externas (temperatura, direção do movimento da fase, etc.).

Existem dois tipos de cristalização controlada: cristalização direcional(em uma determinada direção) e fusão de zona(movimento de uma zona líquida em um sólido em uma determinada direção).

Com a cristalização direcional, aparece uma interface entre um sólido e um líquido – a frente de cristalização. Na fusão por zona existem dois limites: a frente de cristalização e a frente de fusão.

4.2. MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS

A cromatografia é o método analítico mais comumente usado. Os métodos cromatográficos mais recentes podem determinar substâncias gasosas, líquidas e sólidas com peso molecular de unidades a 10 6. Podem ser isótopos de hidrogênio, íons metálicos, polímeros sintéticos, proteínas, etc. Usando cromatografia, foram obtidas extensas informações sobre a estrutura e propriedades de compostos orgânicos de muitas classes.

Cromatografiaé um método físico-químico de separação de substâncias, baseado na distribuição dos componentes entre duas fases - estacionária e móvel. A fase estacionária é geralmente uma substância sólida (frequentemente chamada de sorvente) ou um filme líquido depositado sobre uma substância sólida. A fase móvel é um líquido ou gás que flui através da fase estacionária.

O método permite separar uma mistura multicomponente, identificar componentes e determinar sua composição quantitativa.

Os métodos cromatográficos são classificados de acordo com os seguintes critérios:

a) de acordo com o estado agregado da mistura, no qual ela é separada em componentes - cromatografia gasosa, líquida e gás-líquida;

b) de acordo com o mecanismo de separação - adsorção, distribuição, troca iônica, sedimentação, redox, adsorção - cromatografia complexante;

c) conforme a forma do processo cromatográfico - coluna, capilar, planar (papel, camada fina e membrana).

4.3. MÉTODOS QUÍMICOS

Os métodos de detecção e determinação química são baseados em três tipos de reações químicas: ácido-base, redox e complexação. Às vezes são acompanhados por uma mudança no estado agregado dos componentes. Os mais importantes entre os métodos químicos são o gravimétrico e o titulométrico. Esses métodos analíticos são chamados de clássicos. Os critérios para a adequação de uma reação química como base de um método analítico na maioria dos casos são completude e alta velocidade.

Métodos gravimétricos.

A análise gravimétrica envolve isolar uma substância em sua forma pura e pesá-la. Na maioria das vezes, esse isolamento é realizado por precipitação. Menos comumente, o componente a ser determinado é isolado na forma de um composto volátil (métodos de destilação). Em alguns casos, a gravimetria é a melhor forma de resolver um problema analítico. Este é o método absoluto (referência).

A desvantagem dos métodos gravimétricos é a duração da determinação, principalmente em análises seriadas de um grande número de amostras, bem como a não seletividade - os reagentes precipitantes, com algumas exceções, raramente são específicos. Portanto, separações preliminares são muitas vezes necessárias.

O sinal analítico na gravimetria é a massa.

Métodos titulométricos.

O método titulométrico de análise química quantitativa é um método baseado na medição da quantidade de reagente B gasta na reação com o componente A determinado. Na prática, é mais conveniente adicionar o reagente na forma de uma solução de concentração precisamente conhecida . Nesta modalidade, a titulação é o processo de adição contínua de uma quantidade controlada de uma solução reagente de concentração precisamente conhecida (titrano) a uma solução do componente que está sendo determinado.

Na titulação, três métodos de titulação são usados: titulação direta, reversa e titulação por substituinte.

Titulação direta- esta é a titulação de uma solução do analito A diretamente com uma solução de titulante B. É usada se a reação entre A e B ocorrer rapidamente.

Titulação reversa consiste em adicionar ao analito A um excesso de uma quantidade precisamente conhecida de solução padrão B e, após completar a reação entre eles, titular a quantidade restante de B com solução titulante B’. Este método é utilizado nos casos em que a reação entre A e B não ocorre com rapidez suficiente ou não existe um indicador adequado para fixar o ponto de equivalência da reação.

Titulação por substituinte consiste em titular com o titulante B não uma determinada quantidade de substância A, mas uma quantidade equivalente de substituinte A’ resultante de uma reação previamente realizada entre a determinada substância A e algum reagente. Este método de titulação é geralmente usado em casos onde a titulação direta não é possível.

Métodos cinéticos.

Os métodos cinéticos baseiam-se na utilização da dependência da taxa de uma reação química na concentração dos reagentes e, no caso de reações catalíticas, na concentração do catalisador. O sinal analítico nos métodos cinéticos é a taxa do processo ou um valor proporcional a ela.

A reação subjacente ao método cinético é chamada de indicador. Uma substância, pela mudança na concentração da qual é avaliada a velocidade do processo indicador, é um indicador.

Métodos bioquímicos.

Entre os métodos modernos de análise química, os métodos bioquímicos ocupam um lugar importante. Os métodos bioquímicos incluem métodos baseados na utilização de processos que ocorrem com a participação de componentes biológicos (enzimas, anticorpos, etc.). Neste caso, o sinal analítico é mais frequentemente a taxa inicial do processo ou a concentração final de um dos produtos da reação, determinada por qualquer método instrumental.

Métodos enzimáticos baseiam-se na utilização de reações catalisadas por enzimas - catalisadores biológicos caracterizados por alta atividade e seletividade de ação.

Métodos imunoquímicos as análises são baseadas na ligação específica do composto detectado - antígeno - pelos anticorpos correspondentes. A reação imunoquímica em solução entre anticorpos e antígenos é um processo complexo que ocorre em diversas etapas.

4.4. MÉTODOS ELETROQUÍMICOS

Os métodos eletroquímicos de análise e pesquisa baseiam-se no estudo e utilização de processos que ocorrem na superfície do eletrodo ou no espaço próximo ao eletrodo. Qualquer parâmetro elétrico (potencial, corrente, resistência, etc.), funcionalmente relacionado à concentração da solução analisada e passível de medição correta, pode servir como sinal analítico.

Existem métodos eletroquímicos diretos e indiretos. Os métodos diretos utilizam a dependência da intensidade da corrente (potencial, etc.) da concentração do componente que está sendo determinado. Nos métodos indiretos, a intensidade da corrente (potencial, etc.) é medida para encontrar o ponto final da titulação do analito com um titulante adequado, ou seja, A dependência do parâmetro medido no volume do titulante é usada.

Para qualquer tipo de medição eletroquímica é necessário um circuito eletroquímico ou célula eletroquímica, do qual a solução analisada é parte integrante.

Existem diferentes maneiras de classificar métodos eletroquímicos, desde muito simples até muito complexos, envolvendo a consideração dos detalhes dos processos do eletrodo.

4.5. MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS

Os métodos espectroscópicos de análise incluem métodos físicos baseados na interação da radiação eletromagnética com a matéria. Essa interação leva a diversas transições de energia, que são registradas experimentalmente na forma de absorção de radiação, reflexão e espalhamento de radiação eletromagnética.

4.6. MÉTODOS ESPECTROMÉTRICOS DE MASSA

O método de análise espectrométrica de massa baseia-se na ionização de átomos e moléculas da substância emitida e na subsequente separação dos íons resultantes no espaço ou no tempo.

A aplicação mais importante da espectrometria de massa é identificar e determinar a estrutura de compostos orgânicos. É aconselhável realizar análises moleculares de misturas complexas de compostos orgânicos após a sua separação cromatográfica.

4.7. MÉTODOS DE ANÁLISE BASEADOS NA RADIOATIVIDADE

Os métodos de análise baseados na radioatividade surgiram durante a era do desenvolvimento da física nuclear, da radioquímica e da tecnologia nuclear e são usados ​​​​com sucesso hoje na condução de diversas análises, inclusive na indústria e no serviço geológico. Esses métodos são muito numerosos e variados. Podem distinguir-se quatro grupos principais: análise radioativa; diluição de isótopos e outros métodos de radiotraçador; métodos baseados em absorção e espalhamento de radiação; métodos puramente radiométricos. O mais difundido método de radioativação. Este método surgiu após a descoberta da radioatividade artificial e baseia-se na formação de isótopos radioativos do elemento a ser determinado pela irradiação de uma amostra com partículas nucleares ou g e registro da radioatividade artificial obtida durante a ativação.

4.8. MÉTODOS TÉRMICOS

Os métodos de análise térmica baseiam-se na interação de uma substância com a energia térmica. A maior aplicação na química analítica são os efeitos térmicos, que são causa ou consequência de reações químicas. Em menor grau, são utilizados métodos baseados na liberação ou absorção de calor como resultado de processos físicos. São processos associados à transição de uma substância de uma modificação para outra, com mudança no estado de agregação e outras mudanças na interação intermolecular, por exemplo, ocorrendo durante a dissolução ou diluição. A tabela mostra os métodos de análise térmica mais comuns.

Os métodos térmicos são utilizados com sucesso para análise de materiais metalúrgicos, minerais, silicatos, bem como polímeros, para análise de fases de solos e determinação do teor de umidade em amostras.

4.9. MÉTODOS DE ANÁLISE BIOLÓGICA

Os métodos biológicos de análise baseiam-se no fato de que para a atividade vital - crescimento, reprodução e funcionamento geralmente normal dos seres vivos, é necessário um ambiente com uma composição química estritamente definida. Quando esta composição muda, por exemplo, quando qualquer componente é excluído do ambiente ou um composto adicional (detectável) é introduzido, o corpo envia um sinal de resposta apropriado após algum tempo, às vezes quase imediatamente. Estabelecer uma conexão entre a natureza ou intensidade do sinal de resposta do corpo e a quantidade de um componente introduzido no ambiente ou excluído do ambiente serve para detectá-lo e determiná-lo.

Os indicadores analíticos em métodos biológicos são vários organismos vivos, seus órgãos e tecidos, funções fisiológicas, etc. Microrganismos, invertebrados, vertebrados e plantas podem atuar como organismos indicadores.

5. CONCLUSÃO

A importância da química analítica é determinada pela necessidade da sociedade de resultados analíticos, para estabelecer a composição qualitativa e quantitativa das substâncias, o nível de desenvolvimento da sociedade, a necessidade social dos resultados das análises, bem como o nível de desenvolvimento de a própria química analítica.

Citação do livro didático de química analítica de N.A. Menshutkin, publicado em 1897: “Tendo apresentado todo o curso das aulas de química analítica na forma de problemas, cuja solução é fornecida ao aluno, devemos ressaltar que para tal solução de problemas, a química analítica fornecerá um caminho estritamente definido. Esta certeza (solução sistemática de problemas de química analítica) é de grande importância pedagógica, pois o aluno aprende a aplicar as propriedades dos compostos para resolver problemas, derivar condições de reação e combiná-las. Toda esta série de processos mentais pode ser expressa desta forma: a química analítica ensina você a pensar quimicamente. Alcançar este último parece ser o mais importante para estudos práticos em química analítica.”

LISTA DE REFERÊNCIAS USADAS

1. K. M. Olshanova, S. K. Piskareva, K. M. Barashkov “Química Analítica”, Moscou, “Química”, 1980

2. "Química Analítica. Métodos químicos de análise", Moscou, "Química", 1993.

3. “Fundamentos de química analítica. Livro 1", Moscou, "Escola Superior", 1999.

4. “Fundamentos de química analítica. Livro 2", Moscou, "Escola Superior", 1999.

INSTITUTO DE AUTOMÓVEIS E ESTRADAS DE MOSCOVO (UNIVERSIDADE TÉCNICA DO ESTADO)

Departamento de Química

Eu aprovo o Chefe. professor do departamento

IM Papisov "___" ____________ 2007

A.A. LITMANOVICH, O. E. LITMANOVICH

QUÍMICA ANALÍTICA Parte 1. Análise química qualitativa

Conjunto de ferramentas

para alunos do segundo ano da especialidade “Engenharia de Proteção Ambiental”

MOSCOU 2007

Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Química Analítica: Parte 1: Análise química qualitativa: Manual metodológico/MADI

(GTU) - M., 2007. 32 p.

São consideradas as leis químicas básicas da análise qualitativa de compostos inorgânicos e sua aplicabilidade para determinar a composição de objetos ambientais. O manual destina-se a alunos da especialidade “Engenharia de Proteção Ambiental”.

© Instituto de Automóveis e Rodovias de Moscou (Universidade Técnica Estadual), 2008

CAPÍTULO 1. ASSUNTO E TAREFAS DA QUÍMICA ANALÍTICA. REAÇÕES ANALÍTICAS

1.1. Assunto e tarefas de química analítica

Química Analítica– a ciência dos métodos de estudo da composição das substâncias. Por meio desses métodos, estabelece-se quais elementos químicos, em que forma e em que quantidades estão contidos no objeto em estudo. Na química analítica existem duas grandes seções - análise qualitativa e quantitativa. A química analítica resolve os problemas atribuídos utilizando métodos químicos e instrumentais (físicos, físico-químicos).

Em métodos químicos de análise o elemento que está sendo determinado é convertido em um composto que possui propriedades que podem ser utilizadas para estabelecer a presença desse elemento ou medir sua quantidade. Uma das principais formas de medir a quantidade de um composto formado é determinar a massa da substância por meio da pesagem em uma balança analítica - o método gravimétrico de análise. Métodos de análise química quantitativa e métodos instrumentais de análise serão discutidos na parte 2 do manual metodológico de química analítica.

Uma direção atual no desenvolvimento da química analítica moderna é o desenvolvimento de métodos para analisar objetos ambientais, resíduos e águas residuais, emissões de gases de empresas industriais e transporte rodoviário. O controle analítico permite detectar teores excessivos de componentes particularmente nocivos nas descargas e emissões e ajuda a identificar fontes de poluição ambiental.

A análise química é baseada nas leis fundamentais da química geral e inorgânica, com as quais você já está familiarizado. Os fundamentos teóricos da análise química incluem: conhecimento das propriedades das soluções aquosas; equilíbrio ácido-base em água

soluções; equilíbrio redox e propriedades das substâncias; padrões de reações de formação complexas; condições para a formação e dissolução da fase sólida (precipitados).

1.2. Reações analíticas. Condições e métodos de sua implementação

A análise química qualitativa é realizada usando reações analíticas, acompanhada de alterações externas perceptíveis: por exemplo, liberação de gás, mudança de cor, formação ou dissolução de um precipitado, em alguns casos, aparecimento de um odor específico.

Requisitos básicos para reações analíticas:

1) Alta sensibilidade, caracterizado pelo valor do limite de detecção (Cmin) - a concentração mais baixa de um componente em uma amostra de solução na qual esta técnica de análise permite detectar esse componente com segurança. O valor mínimo absoluto da massa de uma substância que pode ser detectada por reações analíticas é de 50 a 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).

2) Seletividade– caracterizado pela capacidade de um reagente reagir com o menor número possível de componentes (elementos). Na prática, eles tentam detectar íons sob condições sob as quais a reação seletiva se torna específica, ou seja, permite detectar um determinado íon na presença de outros íons. Como exemplos de reações específicas(dos quais são poucos) podem ser citados os seguintes.

a) Interação de sais de amônio com excesso de álcali quando aquecido:

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O. (1)

A amônia liberada pode ser facilmente reconhecida pelo seu odor característico (“amônia”) ou pela mudança de cor do papel indicador úmido levado até o gargalo do tubo de ensaio. Reação

permite detectar a presença de íons de amônio NH4 + na solução analisada.

b) A interação dos sais de ferro ferroso com o hexacianoferrato de potássio (III) K3 com a formação de um precipitado azul (azul de Turnbull ou azul da Prússia). Reação (bem familiar para você no tópico “Corrosão de Metais” no curso

Estas reações permitem detectar íons Fe2+ e Fe3+ na solução analisada.

As reações específicas são convenientes porque a presença de íons desconhecidos pode ser determinada por um método fracionário - em amostras separadas da solução analisada contendo outros íons.

3) A velocidade da reação ( alta velocidade) e facilidade de implementação.

A alta taxa de reação garante que o equilíbrio termodinâmico seja alcançado no sistema em um curto espaço de tempo (quase na taxa de mistura dos componentes durante as reações em solução).

Ao realizar reações analíticas, é necessário lembrar o que determina o deslocamento do equilíbrio da reação na direção desejada e sua ocorrência a uma grande profundidade de transformação. Para reações que ocorrem em soluções aquosas de eletrólitos, a mudança no equilíbrio termodinâmico é influenciada pela concentração de íons de mesmo nome, pH do meio e temperatura. Em particular, depende da temperatura o valor das constantes de equilíbrio – constantes

dissociação para eletrólitos fracos e produto de solubilidade (SP) para sais e bases pouco solúveis

Esses fatores determinam a profundidade da reação, o rendimento do produto e a precisão da determinação do analito (ou a própria possibilidade de detectar um íon específico em pequena quantidade e concentração do analito).

A sensibilidade de algumas reações aumenta em uma solução orgânica aquosa, por exemplo, quando acetona ou etanol são adicionados a uma solução aquosa. Por exemplo, em uma solução aquosa de etanol, a solubilidade do CaSO4 é significativamente menor do que em uma solução aquosa (o valor PR é menor), o que permite detectar inequivocamente a presença de íons Ca2+ na solução analisada em concentrações muito mais baixas do que numa solução aquosa, e também para libertar completamente a solução destes iões (precipitação com H2SO4) para continuar a analisar a solução.

Na análise química qualitativa, é desenvolvida uma sequência racional na separação e detecção de íons - um fluxo sistemático (esquema) de análise. Nesse caso, os íons são isolados da mistura em grupos, com base em sua relação idêntica com a ação de determinados reagentes do grupo.

É utilizada uma porção da solução analisada, da qual grupos de íons são isolados sequencialmente na forma de precipitados e soluções, nas quais os íons individuais são então detectados . O uso de reagentes de grupo permite decompor a complexa tarefa da análise qualitativa em várias tarefas mais simples. A proporção de íons para a ação de certos

reagentes de grupo são a base classificação analítica de íons.

1.3. Análise preliminar de uma solução aquosa contendo uma mistura de sais por cor, cheiro, valor de pH

A presença de cor em uma solução transparente proposta para análise pode indicar a presença de um ou mais íons ao mesmo tempo (Tabela 1). A intensidade da cor depende da concentração do íon na amostra, e a própria cor pode mudar se

Os cátions metálicos formam íons complexos mais estáveis ​​do que os cátions complexos com moléculas de H2O como ligantes, para os quais a cor da solução é indicada na Tabela. 1.

Medindo o pH da solução proposta ( se a solução for preparada em água, e não em uma solução alcalina ou ácida) também

Soluções aquosas de alguns sais podem apresentar odores específicos dependendo do pH da solução devido à formação de compostos instáveis ​​(em decomposição) ou voláteis. Adicionando soluções de NaOH ou

ácido forte (HCl, H2 SO4), você pode cheirar suavemente a solução (Tabela 3).

Tabela 3

A razão para o aparecimento do odor (ver Tabela 3) é a propriedade bem conhecida das reações em soluções eletrolíticas - o deslocamento de ácidos ou bases fracas (muitas vezes soluções aquosas de substâncias gasosas) de seus sais por ácidos e bases fortes, respectivamente .

CAPÍTULO 2. ANÁLISE QUÍMICA QUALITATIVA DE CÁTIOS

2.1. Método ácido-base para classificação de cátions em grupos analíticos

O método ácido-base (básico) de análise qualitativa mais simples e menos “prejudicial” é baseado na proporção de cátions para ácidos e bases. Os cátions são classificados de acordo com os seguintes critérios:

a) solubilidade de cloretos, sulfatos e hidróxidos; b) natureza básica ou anfotérica dos hidróxidos;

c) a capacidade de formar compostos complexos estáveis ​​​​com amônia (NH3) - amônia (ou seja, complexos de amina).

Todos os cátions são divididos em seis grupos analíticos usando 4 reagentes: solução 2M de HCl, solução 1M de H2SO4, solução 2M de NaOH e solução aquosa concentrada de amônia.

NH4OH (15-17%) (Tabela 4).

Tabela 4 Classificação dos cátions por grupos analíticos

Obviamente, a lista de cátions fornecida está longe de ser completa e inclui os cátions mais frequentemente encontrados na prática nas amostras analisadas. Além disso, existem outros princípios de classificação por grupos analíticos.

2.2. Análise intragrupo de cátions e reações analíticas para sua detecção

2.2.1. Primeiro grupo (Ag+, Pb2+)

Solução de teste contendo cátions Ag+, Pb2+

↓ + solução 2M de HCl + C 2 H5 OH (para reduzir a solubilidade de PbCl2)

Se PC > RP, precipitados brancos de uma mistura de cloretos,

que estão separados da solução (a solução não é analisada):

Ag+ + Cl– ↔ AgCl↓ e Pb2+ + 2Cl– ↔ PbCl2 ↓ (3)

É óbvio que em baixas concentrações de cátions precipitados, a concentração de ânions Cl– deve ser relativamente alta

↓ Para parte do sedimento + H2 O (destilado) + fervura

↓ À 2ª parte do sedimento de uma mistura de cloretos + 30%

I. Química e medicina

1. Matéria, metas e objetivos da química analítica. Um breve esboço histórico do desenvolvimento da química analítica. O lugar da química analítica entre as ciências naturais e no sistema de ensino médico.

Química Analítica – a ciência dos métodos para determinar a composição das substâncias. Item é - resolver problemas gerais da teoria da análise química, melhorar os existentes e desenvolver métodos de análise novos, mais rápidos e precisos (ou seja, a teoria e a prática da análise química). Tarefa - desenvolvimento da teoria dos métodos químicos e físico-químicos de análise, processos e operações em pesquisa científica, aprimoramento de métodos antigos de análise, desenvolvimento de MA expresso e remoto, desenvolvimento de métodos de ultra e microanálise.

Dependendo do objeto de estudo, a química analítica dividido em análise inorgânica e orgânica. A química analítica refere-se às ciências aplicadas. Seu significado prático é muito diversificado. Usando métodos de análise química, algumas leis foram descobertas - a lei da constância da composição, a lei das proporções múltiplas, as massas atômicas dos elementos foram determinadas,

equivalentes químicos, fórmulas químicas de muitos compostos foram estabelecidas, etc.

A química analítica contribui muito para o desenvolvimento das ciências naturais: geoquímica, geologia, mineralogia, física, biologia, química agrícola, metalurgia, tecnologia química, medicina, etc.

Assunto da análise qualitativa- desenvolvimento de fundamentos teóricos, aperfeiçoamento dos existentes e desenvolvimento de métodos novos e mais avançados de determinação da composição elementar das substâncias. O desafio da análise qualitativa- determinação da “qualidade” das substâncias ou detecção de elementos ou íons individuais que compõem o composto em estudo.

As reações analíticas qualitativas de acordo com o método de sua implementação são divididas em reações maneira “úmida” e “seca”. As reações pela via “úmida” são de maior importância. Para realizá-los, a substância em estudo deve primeiro ser dissolvida.

Na análise qualitativa, são utilizadas apenas as reações que são acompanhadas por quaisquer efeitos externos claramente visíveis ao observador: mudança na cor da solução; precipitação ou dissolução de sedimentos; liberação de gases com odor ou cor característicos.

Reações acompanhadas pela formação de precipitação e mudança na cor da solução são especialmente utilizadas. Tais reações são chamadas de reações "descobertas”, pois com a ajuda deles são detectados os íons presentes na solução.

As reações também são amplamente utilizadas identificação, com a ajuda do qual se verifica a exatidão da “descoberta” de um determinado íon. Finalmente, são utilizadas reações de precipitação, que geralmente separam um grupo de íons de outro ou um íon de outros íons.

Dependendo da quantidade da substância analisada, do volume da solução e da técnica de realização das operações individuais, os métodos químicos de análise qualitativa são divididos para macro, micro, semimicro e ultramicroanálise e etc.

II. Análise qualitativa

2. Conceitos básicos de química analítica. Tipos de reações analíticas e reagentes. Requisitos de análise, sensibilidade, seletividade na determinação da composição das substâncias.

Reação analítica - química. uma reação usada para separar, detectar e quantificar elementos, íons, moléculas. Deve ser acompanhado de um efeito analítico (precipitação, liberação de gás, mudança de cor, mudança de odor).

Por tipo de reações químicas:

São comuns– os sinais analíticos são os mesmos para muitos íons. O reagente é geral. Exemplo: precipitação de hidróxidos, carbonatos, sulfetos, etc.

Grupo– os sinais analíticos são característicos de um determinado grupo de íons com propriedades semelhantes. O reagente é de grupo. Exemplo: precipitação de íons Ag +, Pb 2+ com o reagente - ácido clorídrico com formação de precipitados brancos AgCl, PbCl 2

As reações gerais e de grupo são usadas para isolar e separar íons de uma mistura complexa.

Seletivo– os sinais analíticos são os mesmos para um número limitado de íons. O reagente é seletivo. Exemplo: quando o reagente NH 4 SCN atua sobre uma mistura de cátions, apenas dois cátions formam compostos complexos coloridos: vermelho sangue 3-

e azul 2-

Específico– o sinal analítico é característico de apenas um íon. O reagente é específico. Existem muito poucas reações desse tipo.

Por tipo de sinal analítico:

Colori

Precipitativo

Emissor de gás

Microcristalino

Por função:

Reações de detecção (identificação)

Reações de separação (separação) para remover íons interferentes por precipitação, extração ou sublimação.

Por técnica:

Tubo de ensaio– será realizado em tubos de ensaio.

Pingar são executados:

Em papel filtro

Em um vidro de relógio ou slide.

Neste caso, 1 a 2 gotas da solução analisada e 1 a 2 gotas de um reagente que dá uma cor característica ou formação de cristais são aplicadas em uma placa ou papel. Ao realizar reações em papel de filtro, são utilizadas as propriedades de adsorção do papel. Uma gota de líquido aplicada ao papel se dissolve rapidamente através dos capilares, e o composto colorido é adsorvido em uma pequena área da folha. Se houver várias substâncias em uma solução, sua velocidade de movimento pode ser diferente, o que dá a distribuição dos íons na forma de zonas concêntricas. Dependendo do produto de solubilidade do precipitado - ou dependendo da constante de estabilidade dos compostos complexos: quanto maiores os seus valores, mais próxima do centro ou no centro está uma determinada zona.

O método da gota foi desenvolvido pelo químico soviético N.A. Tananaev.

Reações microcristalinas baseiam-se na formação de compostos químicos que possuem forma, cor e capacidade de refração da luz características dos cristais. Eles são realizados em lâminas de vidro. Para fazer isso, aplique 1-2 gotas da solução de teste e 1-2 gotas do reagente próximo a um vidro limpo com uma pipeta capilar, misture-os cuidadosamente com uma vareta de vidro sem mexer. Em seguida, o vidro é colocado em uma platina de microscópio e o sedimento formado no local é examinado.

contato de gotas.

Para uso adequado em análise de reação, deve-se levar em consideração sensibilidade de reação . É determinado pela menor quantidade da substância desejada que pode ser detectada por um determinado reagente em uma gota de solução (0,01-0,03 ml). A sensibilidade é expressa por uma série de quantidades:

Mínimo de abertura- a menor quantidade de substância contida na solução de teste e aberta por um determinado reagente sob certas condições de reação.

Concentração mínima (limite) mostra em que concentração mais baixa da solução esta reação permite descobrir inequivocamente a substância detectada em uma pequena porção da solução.

Limitar a diluição- a quantidade máxima de diluente em que a substância ainda pode ser determinada.

Conclusão: A reação analítica é mais sensível, quanto menor o mínimo de abertura, menor a concentração mínima, mas maior a diluição máxima.

O seu tema como ciência é o aperfeiçoamento dos existentes e o desenvolvimento de novos métodos de análise, a sua aplicação prática e o estudo dos fundamentos teóricos dos métodos analíticos.

Dependendo da tarefa, a química analítica é subdividida em análise qualitativa, que visa determinar se O que ou qual substância, em que forma se encontra na amostra, e análise quantitativa destinada a determinar Quantos de uma determinada substância (elementos, íons, formas moleculares, etc.) está na amostra.

Determinar a composição elementar de objetos materiais é chamado Análise Elemental. Estabelecer a estrutura dos compostos químicos e suas misturas em nível molecular é chamado análise molecular. Um dos tipos de análise molecular de compostos químicos é a análise estrutural, que visa estudar a estrutura atômica espacial das substâncias, estabelecer fórmulas empíricas, massas moleculares, etc. As tarefas da química analítica incluem a determinação das características de objetos orgânicos, inorgânicos e bioquímicos. A análise de compostos orgânicos por grupos funcionais é chamada análise funcional.

História

A química analítica existe desde que a química existe em seu sentido moderno, e muitas das técnicas nela utilizadas datam de uma época ainda anterior, a era da alquimia, uma das principais tarefas da qual era determinar com precisão a composição de vários substâncias naturais e estudando os processos de suas transformações mútuas. Mas, com o desenvolvimento da química como um todo, os métodos de trabalho nela utilizados foram significativamente melhorados e, junto com seu significado puramente auxiliar como um dos departamentos auxiliares da química, a química analítica agora tem o significado de um departamento completamente independente. de conhecimentos químicos com tarefas teóricas muito sérias e importantes. A físico-química moderna teve uma influência muito importante no desenvolvimento da química analítica, o que a enriqueceu com uma série de métodos de trabalho e fundamentos teóricos completamente novos, que incluem a doutrina das soluções (ver), a teoria da dissociação eletrolítica, a lei de ação de massa (ver Equilíbrio químico) e toda a doutrina da afinidade química.

Métodos de química analítica

Comparação de métodos de química analítica

Totalidade métodos tradicionais A determinação da composição de uma substância por sua decomposição química sequencial é chamada de “química úmida” (“análise úmida”). Esses métodos têm precisão relativamente baixa, exigem qualificações relativamente baixas dos analistas e agora são quase completamente substituídos pelos modernos. métodos instrumentais(métodos ópticos, espectrométricos de massa, eletroquímicos, cromatográficos e outros métodos físico-químicos) determinação da composição de uma substância. Porém, a química úmida tem sua vantagem sobre os métodos espectrométricos - permite, através de procedimentos padronizados (análise sistemática), determinar diretamente a composição e diferentes estados oxidativos de elementos como ferro (Fe +2, Fe +3), titânio, etc.

Os métodos analíticos podem ser divididos em brutos e locais. Os métodos de análise em massa geralmente requerem uma substância separada e subdividida (uma amostra representativa). Métodos locais determinar a composição de uma substância em pequeno volume na própria amostra, o que permite compilar “mapas” da distribuição das propriedades químicas da amostra sobre sua superfície e/ou profundidade. Os métodos também devem ser destacados análise direta, ou seja, não relacionado ao preparo preliminar da amostra. A preparação da amostra é muitas vezes necessária (por exemplo, trituração, pré-concentração ou separação). Métodos estatísticos são usados ​​na preparação de amostras, interpretação de resultados e estimativa do número de análises.

Métodos de análise química qualitativa

Para determinar a composição qualitativa de uma substância, é necessário estudar suas propriedades, que, do ponto de vista da química analítica, podem ser de dois tipos: as propriedades da substância como tal e suas propriedades nas transformações químicas.

Os primeiros incluem: estado físico (sólido, líquido, gasoso), sua estrutura no estado sólido (substância amorfa ou cristalina), cor, cheiro, sabor, etc. com a ajuda dos órgãos dos sentidos humanos, parece possível estabelecer a natureza de uma determinada substância. Na maioria dos casos, é necessário transformar uma determinada substância em alguma nova com propriedades características claramente definidas, utilizando para esse fim alguns compostos especialmente selecionados chamados reagentes.

As reações utilizadas na química analítica são extremamente diversas e dependem das propriedades físicas e do grau de complexidade da composição da substância em estudo. No caso em que um composto químico obviamente puro e homogêneo é submetido à análise química, o trabalho é realizado de forma relativamente fácil e rápida; quando se trata de uma mistura de vários compostos químicos, a questão da sua análise torna-se mais complicada, e na hora de realizar o trabalho é necessário aderir a algum sistema específico para não descurar um único elemento incluído na substância. Existem dois tipos de reações em química analítica: reações úmidas(em soluções) e reações secas.

Reações em soluções

Na análise química qualitativa, são utilizadas apenas reações em soluções facilmente percebidas pelos sentidos humanos, sendo o momento de ocorrência da reação reconhecido por um dos seguintes fenômenos:

1. a formação de um precipitado insolúvel em água,
2. mudança na cor da solução
3. liberação de gás.

Formação de sedimentos nas reações de análise química depende da formação de alguma substância insolúvel em água; se, por exemplo, ácido sulfúrico ou um sal solúvel em água for adicionado a uma solução de qualquer sal de bário, forma-se um precipitado pulverulento branco de sulfato de bário:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = 2HCl + BaSO 4 ↓

Tendo em mente que alguns outros metais podem dar reação semelhante à formação de um precipitado branco sob a influência do ácido sulfúrico, por exemplo, o chumbo, que pode formar o sal sulfato insolúvel PbSO 4, para ter certeza absoluta de que este é exatamente um ou outro metal, é necessário produzir mais reações de calibração, submetendo o precipitado formado na reação a pesquisas apropriadas.

Para realizar com sucesso a reação de formação de precipitação, além de selecionar o reagente adequado, também é necessário observar uma série de condições muito importantes quanto à força das soluções do sal e do reagente em estudo, a proporção de ambos, temperatura, duração da interação, etc. Ao considerar a precipitação formada na análise de reações químicas, é necessário atentar para sua aparência, ou seja, cor, estrutura (precipitados amorfos e cristalinos), etc., bem como suas propriedades em relação ao influência do calor, ácidos ou álcalis, etc. Ao interagir soluções fracas Às vezes é necessário aguardar a formação de sedimentos por até 24-48 horas, desde que mantidos a uma determinada temperatura.

A reação de formação de precipitado, independentemente de seu significado qualitativo na análise química, é frequentemente utilizada para separar certos elementos uns dos outros. Para tanto, uma solução contendo compostos de dois ou mais elementos é tratada com um reagente apropriado capaz de converter alguns deles em compostos insolúveis e, em seguida, o precipitado resultante é separado da solução (filtrado) por filtração, estudando-os posteriormente separadamente. Se tomarmos, por exemplo, os sais de cloreto de potássio e cloreto de bário e adicionarmos ácido sulfúrico a eles, forma-se um precipitado insolúvel de sulfato de bário BaSO 4 e sulfato de potássio solúvel em água K 2 SO 4, que pode ser separado por filtração. Ao separar um precipitado de uma substância insolúvel em água de uma solução, deve-se primeiro ter o cuidado de garantir que ele receba uma estrutura adequada que permita realizar o trabalho de filtragem sem dificuldade e, em seguida, coletado no filtro, ele é necessário lavá-lo completamente de impurezas estranhas. Segundo a pesquisa de V. Ostwald, deve-se ter em mente que ao utilizar uma certa quantidade de água para a lavagem, é mais aconselhável enxaguar o sedimento muitas vezes em pequenas porções de água do que, pelo contrário, várias vezes em grandes porções. Quanto ao sucesso da reação de separação de qualquer elemento na forma de um precipitado insolúvel, então, com base na teoria das soluções, W. Ostwald estabeleceu que para uma separação suficientemente completa de qualquer elemento na forma de um precipitado insolúvel, é é sempre necessário retirar um excesso do reagente utilizado para a precipitação.

Mudança na cor da soluçãoé um dos sinais muito importantes nas reações de análise química e é muito importante, principalmente no que diz respeito aos processos de oxidação e redução, bem como no trabalho com indicadores químicos (ver abaixo - alcalimetria e acidimetria).

Exemplos reações de cor na análise química qualitativa pode ser utilizado o seguinte: tiocianato de potássio KCNS dá uma cor vermelho-sangue característica com sais de óxido de ferro; com sais de óxido ferroso o mesmo reagente não produz nada. Se você adicionar algum agente oxidante, por exemplo, água clorada, a uma solução de cloreto férrico FeCl 2 levemente verde, a solução fica amarela devido à formação de cloreto férrico, que é o maior estado de oxidação desse metal. Se você pegar o dicromato de potássio K 2 Cr 2 O 7 de cor laranja e adicionar em solução um pouco de ácido sulfúrico e algum agente redutor, por exemplo, álcool vínico, a cor laranja muda para verde escuro, correspondendo à formação de um fundo estado de oxidação do cromo na forma de um sal sulfato de cromo Cr 3 (SO 4) 3.

Dependendo do progresso da análise química, muitas vezes é necessário realizar estes processos de oxidação e redução. Os agentes oxidantes mais importantes são: halogênios, ácido nítrico, peróxido de hidrogênio, permanganato de potássio, dihidróxido de potássio; os agentes redutores mais importantes são: hidrogênio no momento da liberação, sulfeto de hidrogênio, ácido sulfuroso, cloreto de estanho, iodeto de hidrogênio.

Reações de evolução de gás em soluções durante a produção de análises químicas qualitativas, na maioria das vezes não têm significado independente e são reações auxiliares; na maioria das vezes encontramos a liberação de dióxido de carbono CO 2 - durante a ação de ácidos sobre sais de dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio - durante a decomposição de metais sulfurosos com ácidos, etc.

Reações secas

Essas reações são utilizadas em análises químicas, principalmente nas chamadas. “testes preliminares”, ao testar sedimentos quanto à pureza, para reações de verificação e ao estudar minerais. As reações mais importantes deste tipo consistem em testar uma substância em relação a:

1. sua fusibilidade quando aquecido,
2. capacidade de colorir a chama não luminosa de um queimador de gás,
3. volatilidade quando aquecido,
4. habilidades de oxidação e redução.

Para realizar esses testes, na maioria dos casos, utiliza-se uma chama não luminosa de um queimador de gás. Os principais componentes do gás iluminador (hidrogênio, monóxido de carbono, gás do pântano e outros hidrocarbonetos) são agentes redutores, mas quando queima no ar (ver Combustão), forma-se uma chama, em várias partes da qual estão reunidas as condições necessárias para a redução ou oxidação pode ser encontrado, e é igual ao aquecimento a uma temperatura mais ou menos alta.

Teste de fusibilidadeÉ realizado principalmente no estudo de minerais, para os quais um pequeníssimo fragmento deles, fixado em um fino fio de platina, é introduzido na parte da chama que tem a temperatura mais alta e, a seguir, com uma lupa, observam como as bordas da amostra são arredondadas.

Teste de cor da chamaé feito introduzindo uma pequena amostra sépia de uma pequena amostra da substância em um fio de platina, primeiro na base da chama e depois na parte dela com maior temperatura.

Teste de volatilidadeé produzido pelo aquecimento de uma amostra de uma substância em um cilindro de ensaio ou em um tubo de vidro selado em uma das extremidades, e as substâncias voláteis se transformam em vapores, que então se condensam na parte mais fria.

Oxidação e redução na forma seca pode ser produzida em bolas de bórax fundido ( 2 4 7 + 10 2 ) A substância testada é introduzida em pequenas quantidades em bolas obtidas pela fusão desses sais em um fio de platina, e são então aquecidas na parte oxidante ou redutora da chama . A restauração pode ser feita de várias outras maneiras, a saber: aquecimento em bastão carbonizado com soda, aquecimento em tubo de vidro com metais - sódio, potássio ou magnésio, aquecimento em carvão com maçarico ou aquecimento simples.

Classificação de elementos

A classificação dos elementos adotada na química analítica baseia-se na mesma divisão aceita na química geral - em metais e não metais (metalóides), sendo estes últimos mais frequentemente considerados na forma dos ácidos correspondentes. Para realizar uma análise qualitativa sistemática, cada uma dessas classes de elementos é dividida por sua vez em grupos com algumas características de grupo comuns.

Metais em química analítica são divididos em dois departamentos, que por sua vez são divididos em cinco grupos:

1. Metais cujos compostos de enxofre são solúveis em água- a distribuição dos metais neste departamento em grupos é baseada nas propriedades dos seus sais de dióxido de carbono. 1º grupo: potássio, sódio, rubídio, césio, lítio. Os compostos de enxofre e seus sais de dióxido de carbono são solúveis em água. Não existe um reagente geral para a precipitação de todos os metais deste grupo na forma de compostos insolúveis. 2º grupo: bário, estrôncio, cálcio, magnésio. Os compostos de enxofre são solúveis em água, os sais de dióxido de carbono são insolúveis. Um reagente comum que precipita todos os metais deste grupo na forma de compostos insolúveis é o carbonato de amônio.
2. Metais cujos compostos de enxofre são insolúveis em água- para dividir este departamento em três grupos, eles usam a proporção de seus compostos de enxofre para ácidos fracos e sulfeto de amônio. 3º grupo: alumínio, cromo, ferro, manganês, zinco, níquel, cobalto.

O alumínio e o cromo não formam compostos de enxofre pela água; outros metais formam compostos de enxofre que, assim como seus óxidos, são solúveis em ácidos fracos. O sulfeto de hidrogênio não os precipita de uma solução ácida; o sulfeto de amônio precipita óxidos ou compostos de enxofre. O sulfeto de amônio é um reagente comum para esse grupo e o excesso de seus compostos de enxofre não se dissolve. 4º grupo: prata, chumbo, bismuto, cobre, paládio, ródio, rutênio, ósmio. Os compostos de enxofre são insolúveis em ácidos fracos e são precipitados pelo sulfeto de hidrogênio em solução ácida; eles também são insolúveis em sulfeto de amônio. O sulfeto de hidrogênio é um reagente comum para este grupo. 5º grupo: estanho, arsênico, antimônio, ouro, platina. Os compostos de enxofre também são insolúveis em ácidos fracos e são precipitados pelo sulfeto de hidrogênio de uma solução ácida. Mas eles são solúveis em sulfeto de amônio e formam sulfassais solúveis em água com ele.

Não metais (metalóides) sempre devem ser descobertos na análise química na forma dos ácidos que formam ou de seus sais correspondentes. A base para dividir os ácidos em grupos são as propriedades dos seus sais de bário e prata em relação à sua solubilidade em água e parcialmente em ácidos. O cloreto de bário é um reagente geral para o grupo 1, o nitrato de prata em solução de nitrato é para o grupo 2, os sais de bário e de prata dos ácidos do grupo 3 são solúveis em água. 1º grupo: em solução neutra, o cloreto de bário precipita sais insolúveis; Os sais de prata são insolúveis em água, mas solúveis em ácido nítrico. Estes incluem ácidos: crômico, seroso, sulfuroso, aquoso, carbônico, silício, sulfúrico, hidrofluorossilícico (sais de bário, insolúveis em ácidos), arsênico e arsenoso. 2º grupo: em solução acidificada com ácido nítrico, o nitrato de prata precipita. Estes incluem ácidos: clorídrico, bromídrico e iodídrico, cianídrico, sulfeto de hidrogênio, hidrocianeto férrico e férrico e iodo. 3º grupo: ácido nítrico e ácido perclórico, que não são precipitados nem pelo nitrato de prata nem pelo cloreto de bário.

No entanto, deve-se ter em mente que os reagentes indicados para ácidos não são reagentes gerais que possam ser utilizados para separar ácidos em grupos. Estes reagentes só podem dar uma indicação da presença de um ácido ou outro grupo, e para descobrir cada ácido individual deve-se utilizar as reações particulares que lhes pertencem. A classificação acima de metais e não metais (metalóides) para fins de química analítica foi adotada nas escolas e laboratórios russos (de acordo com N.A. Menshutkin); nos laboratórios da Europa Ocidental foi adotada outra classificação, baseada, no entanto, essencialmente nos mesmos princípios.

Base teórica das reações

Os fundamentos teóricos para reações de análise química qualitativa em soluções devem ser buscados, como já indicado acima, nos departamentos de química geral e física sobre soluções e afinidade química. Uma das primeiras e mais importantes questões é o estado de todos os minerais em soluções aquosas, nas quais, segundo a teoria da dissociação eletrolítica, todas as substâncias pertencentes às classes dos sais, ácidos e álcalis se dissociam em íons. Portanto, todas as reações de análise química ocorrem não entre moléculas inteiras de compostos, mas entre seus íons. Por exemplo, a reação do cloreto de sódio NaCl e do nitrato de prata AgNO 3 ocorre de acordo com a equação:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - íon sódio + íon cloro + íon prata + ânion ácido nítrico = sal insolúvel + ânion ácido nítrico

Conseqüentemente, o nitrato de prata não é um reagente para cloreto de sódio ou ácido clorídrico, mas apenas para íon cloro. Assim, para cada sal em solução, do ponto de vista da química analítica, seu cátion (íon metálico) e ânion (resíduo ácido) devem ser considerados separadamente. Para um ácido livre, devem ser considerados íons hidrogênio e um ânion; finalmente, para cada álcali - um cátion metálico e um ânion hidroxila. E essencialmente a tarefa mais importante da análise química qualitativa é estudar as reações de vários íons e como descobri-los e separá-los uns dos outros.

Para atingir este último objetivo, pela ação de reagentes apropriados, os íons são convertidos em compostos insolúveis que precipitam da solução na forma de precipitação, ou são isolados das soluções na forma de gases. Na mesma teoria da dissociação eletrolítica, deve-se buscar uma explicação para a ação dos indicadores químicos, que muitas vezes encontram aplicação na análise química. Segundo a teoria de W. Ostwald, todos os indicadores químicos são ácidos relativamente fracos, parcialmente dissociados em soluções aquosas. Além disso, alguns deles possuem moléculas inteiras incolores e ânions coloridos, outros, ao contrário, possuem moléculas coloridas e um ânion incolor ou um ânion de cor diferente; Quando expostos à influência de íons hidrogênio livres de ácidos ou íons hidroxila de álcalis, os indicadores químicos podem alterar o grau de sua dissociação e, ao mesmo tempo, sua cor. Os indicadores mais importantes são:

1. Laranja de metila, que na presença de íons hidrogênio livres (reação ácida) dá uma cor rosa, e na presença de sais neutros ou álcalis dá uma cor amarela;
2. Fenolftaleína - na presença de íons hidroxila (reação alcalina) apresenta uma cor vermelha característica e na presença de sais ou ácidos neutros é incolor;
3. O tornassol fica vermelho sob a influência de ácidos e azul sob a influência de álcalis e, finalmente,
4. A curcumina torna-se marrom sob a influência de álcalis e, na presença de ácidos, adquire novamente uma cor amarela.

Os indicadores químicos têm aplicações muito importantes em análises químicas volumétricas (veja abaixo). Nas reações de análise química qualitativa, muitas vezes se depara com o fenômeno da hidrólise, ou seja, a decomposição de sais sob a influência da água, e a solução aquosa adquire uma reação alcalina ou ácida mais ou menos forte.

Progresso da análise química qualitativa

Numa análise química qualitativa, é importante determinar não apenas quais elementos ou compostos estão incluídos na composição de uma determinada substância, mas também em quais quantidades aproximadas esses componentes são encontrados. Para tanto, é sempre necessário partir de certas quantidades da substância analisada (normalmente basta levar 0,5-1 gramas) e, ao realizar a análise, comparar as quantidades de precipitação individual entre si. Também é necessária a utilização de soluções de reagentes de determinada dosagem, a saber: normal, meio normal, um décimo do normal.

Toda análise química qualitativa é dividida em três partes:

1. teste preliminar,
2. descoberta de metais (cátions),
3. descoberta de não metais (metalóides) ou ácidos (ânions).

Quanto à natureza do analito, quatro casos podem ocorrer:

1. substância não metálica sólida,
2. substância sólida na forma de metal ou liga metálica,
3. líquido (solução),

Ao analisar substância sólida não metálica Em primeiro lugar, é realizado um exame externo e um exame microscópico, bem como um teste preliminar utilizando os métodos de análise acima na forma seca. Inicialmente, uma amostra de uma substância é dissolvida, dependendo da sua natureza, em um dos seguintes solventes: água, ácido clorídrico, ácido nítrico e água régia (mistura de ácidos clorídrico e nítrico). Substâncias que não são capazes de se dissolver em nenhum dos solventes acima são transferidas para solução usando algumas técnicas especiais, tais como: fusão com soda ou potássio, fervura com solução de soda, aquecimento com certos ácidos, etc. com isolamento preliminar de metais e ácidos em grupos e sua posterior separação em elementos individuais, usando suas reações particulares características.

Ao analisar Liga metálica uma certa amostra é dissolvida em ácido nítrico (em casos raros em água régia), e a solução resultante é evaporada até a secura, após o que o resíduo sólido é dissolvido em água e submetido a análise sistemática.

Se a substância for líquido, em primeiro lugar, presta-se atenção à sua cor, cheiro e reação ao tornassol (ácido, alcalino, neutro). Para verificar a presença de algum sólido na solução, uma pequena porção do líquido é evaporada sobre uma placa de platina ou vidro de relógio. Após estes testes preliminares, o líquido é apalizado utilizando métodos convencionais.

Análise gases produzido por alguns métodos especiais indicados na análise quantitativa.

Métodos de análise química quantitativa

A análise química quantitativa visa determinar as quantidades relativas dos constituintes individuais de qualquer composto ou mistura química. Os métodos nele utilizados dependem das qualidades e composição da substância e, portanto, a análise química quantitativa deve ser sempre precedida da análise química qualitativa.

Para realizar análises quantitativas, dois métodos diferentes podem ser utilizados: gravimétrico e volumétrico. Com o método do peso, os corpos a serem determinados são isolados na forma, se possível, de compostos insolúveis ou pouco solúveis de composição química conhecida, e seu peso é determinado, com base no qual a quantidade do elemento desejado pode ser encontrada por Cálculo. Na análise volumétrica, são medidos os volumes de soluções tituladas (contendo uma certa quantidade de reagente) utilizadas para análise. Além disso, vários métodos especiais de análise química quantitativa diferem, a saber:

1. eletrolítico baseado na separação de metais individuais por eletrólise,
2. colorimétrico, produzido comparando a intensidade da cor de uma determinada solução com a cor de uma solução de uma determinada concentração,
3. análise orgânica, que consiste em queimar matéria orgânica em dióxido de carbono C0 2 e água H 2 0 e determinar pela quantidade de seu conteúdo relativo de carbono e hidrogênio na substância,
4. análise de gases, que consiste em determinar por alguns métodos especiais a composição qualitativa e quantitativa dos gases ou suas misturas.

Representa um grupo muito especial análise química médica, abrangendo vários métodos diferentes para estudar sangue, urina e outros resíduos do corpo humano.

Análise química quantitativa por gravidade

Os métodos de análise química quantitativa gravimétrica são de dois tipos: método de análise direta E método de análise indireta (indireta). No primeiro caso, o componente a ser determinado é isolado na forma de algum composto insolúvel, e o peso deste é determinado. A análise indireta baseia-se no fato de que duas ou mais substâncias submetidas ao mesmo tratamento químico sofrem alterações desiguais em seu peso. Tendo, por exemplo, uma mistura de cloreto de potássio e nitrato de sódio, pode-se determinar o primeiro deles por análise direta, precipitando o cloro na forma de cloreto de prata e pesando-o. Se houver uma mistura de sais de cloreto de potássio e sódio, você pode determinar indiretamente sua proporção precipitando todo o cloro na forma de cloreto de prata e determinando seu peso, seguido de cálculo.

Análise química volumétrica

Análise de eletrólise

Métodos colorimétricos

Análise orgânica elementar

Análise de gás

Classificação dos métodos de química analítica

• Métodos de análise elementar
  • Análise espectral de raios X (fluorescência de raios X)
  • Análise de ativação de nêutrons ( Inglês) (ver análise de radioativação)
  • Espectrometria eletrônica Auger (EOS) ( Inglês); veja efeito Auger
  • A espectrometria atômica analítica é um conjunto de métodos baseados na transformação de amostras analisadas no estado de átomos livres individuais, cujas concentrações são então medidas espectroscopicamente (às vezes a análise de fluorescência de raios X também está incluída aqui, embora não seja baseada na amostra atomização e não está associada à espectroscopia de vapor atômico).
    • MS - espectrometria de massa com registro de massas de íons atômicos
      • ICP-MS - espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ver plasma indutivamente acoplado em espectrometria de massa)
      • LA-ICP-MS - espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado e ablação a laser
      • LIMS - espectrometria de massa com faísca a laser; veja ablação a laser (exemplo comercial: LAMAS-10M)
      • MSVI - Espectrometria de Massa de Íons Secundários (SIMS)
      • TIMS - espectrometria de massa de ionização térmica (TIMS)
      • Espectrometria de massa com acelerador de partículas de alta energia (AMS)
    • AAS - espectrometria de absorção atômica
      • ETA-AAS - espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica (ver espectrômetros de absorção atômica)
      • SVZR - espectroscopia de tempo de decaimento de cavidade (CRDS)
      • VRLS - espectroscopia laser intracavitária
    • AES - espectrometria de emissão atômica
      • faísca e arco como fontes de radiação (ver descarga de faísca; arco elétrico)
      • ICP-AES - espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado
      • LIES - espectrometria de emissão de faíscas a laser (LIBS ou LIPS); veja ablação a laser
    • AFS - espectrometria de fluorescência atômica (ver fluorescência)
      • ICP-AFS - espectrometria de fluorescência atômica com plasma indutivamente acoplado (dispositivos Baird)
      • LAFS - espectrometria de fluorescência atômica a laser
      • APS em lâmpadas de cátodo oco (exemplo comercial: AI3300)
    • AIS - espectrometria de ionização atômica
      • LAIS (LIIS) - ionização atômica a laser ou espectroscopia de ionização intensificada por laser (eng. Ionização Aprimorada a Laser, LEI )
      • RIMS - espectrometria de massa por ionização por ressonância a laser
      • OG - optogalvânica (LOGS - espectroscopia optogalvânica a laser)

• Outros métodos de análise
  • titulação, análise volumétrica
  • análise gravimétrica - gravimetria, eletrogravimetria
  • espectrofotometria (geralmente absorção) de gases moleculares e matéria condensada
    • espectrometria eletrônica (espectro visível e espectrometria UV); veja espectroscopia eletrônica
    • espectrometria vibracional (espectrometria IR); veja espectroscopia vibracional
  • Espectroscopia Raman; veja o efeito Raman
  • análise de luminescência
  • espectrometria de massa com registro de massas de íons moleculares e cluster, radicais
  • espectrometria de mobilidade iônica (

Qualquer método de análise utiliza um sinal analítico específico, que, sob determinadas condições, é dado por objetos elementares específicos (átomos, moléculas, íons) que compõem as substâncias em estudo.

O sinal analítico fornece informações de natureza qualitativa e quantitativa. Por exemplo, se forem utilizadas reações de precipitação para análise, informações qualitativas são obtidas a partir do aparecimento ou ausência de precipitação. As informações quantitativas são obtidas a partir da massa de sedimentos. Quando uma substância emite luz sob certas condições, a informação qualitativa é obtida a partir do aparecimento de um sinal (emissão de luz) num comprimento de onda correspondente a uma cor característica, e a informação quantitativa é obtida a partir da intensidade da radiação luminosa.

Com base na origem do sinal analítico, os métodos de química analítica podem ser classificados em químicos, físicos e físico-químicos.

EM métodos químicos realizar uma reação química e medir a massa do produto resultante - métodos gravimétricos (peso), ou o volume do reagente gasto na interação com a substância - métodos titulométricos, gás-volumétricos (volumétricos).

A análise volumétrica de gases (análise volumétrica de gases) baseia-se na absorção seletiva dos componentes de uma mistura de gases em recipientes preenchidos com um ou outro absorvedor, seguida da medição da diminuição do volume do gás por meio de uma bureta. Assim, o dióxido de carbono é absorvido com uma solução de hidróxido de potássio, o oxigênio com uma solução de pirogalol e o monóxido de carbono com uma solução de amônia de cloreto de cobre. A volumemetria de gás refere-se a métodos rápidos de análise. É amplamente utilizado para a determinação de carbonatos em minerais e minerais.

Os métodos químicos de análise são amplamente utilizados para a análise de minérios, rochas, minerais e outros materiais para determinar seus componentes com conteúdos de décimos a várias dezenas de por cento. Os métodos químicos de análise são caracterizados por alta precisão (o erro de análise é geralmente décimos de por cento). No entanto, esses métodos estão sendo gradualmente substituídos por métodos de análise físico-químicos e físicos mais rápidos.

Métodos físicos as análises baseiam-se na medição de qualquer propriedade física das substâncias, que é função da composição. Por exemplo, a refratometria baseia-se na medição dos índices de refração relativos da luz. Na análise de ativação, é medida a atividade de isótopos, etc.. Freqüentemente, a análise envolve primeiro uma reação química, e a concentração do produto resultante é determinada por propriedades físicas, por exemplo, a intensidade de absorção da radiação luminosa pelo colorido produto da reação. Tais métodos de análise são chamados de físico-químicos.

Os métodos físicos de análise são caracterizados por alta produtividade, baixos limites de detecção de elementos, objetividade dos resultados da análise e alto nível de automação. Métodos físicos de análise são utilizados na análise de rochas e minerais. Por exemplo, o método de emissão atómica é utilizado para determinar tungsténio em granitos e xistos, antimónio, estanho e chumbo em rochas e fosfatos; método de absorção atômica – magnésio e silício em silicatos; Fluorescência de raios X - vanádio em ilmenita, magnesita, alumina; espectrometria de massa - manganês em regolito lunar; ativação de nêutrons - ferro, zinco, antimônio, prata, cobalto, selênio e escândio em óleo; pelo método de diluição de isótopos - cobalto em rochas de silicato.

Os métodos físicos e físico-químicos são por vezes denominados instrumentais, uma vez que requerem a utilização de instrumentos (equipamentos) especialmente adaptados para a realização das principais etapas da análise e registo dos seus resultados.

Métodos físico-químicos a análise pode incluir transformações químicas do analito, dissolução da amostra, concentração do componente analisado, mascaramento de substâncias interferentes e outros. Ao contrário dos métodos químicos “clássicos” de análise, onde o sinal analítico é a massa de uma substância ou seu volume, os métodos físico-químicos de análise usam intensidade de radiação, intensidade de corrente, condutividade elétrica e diferença de potencial como sinal analítico.

De grande importância prática são os métodos baseados no estudo da emissão e absorção de radiação eletromagnética em diversas regiões do espectro. Estes incluem espectroscopia (por exemplo, análise luminescente, análise espectral, nefelometria e turbidimetria, entre outras). Métodos físico-químicos importantes de análise incluem métodos eletroquímicos que utilizam a medição das propriedades elétricas de uma substância (coulometria, potenciometria, etc.), bem como cromatografia (por exemplo, cromatografia gasosa, cromatografia líquida, cromatografia de troca iônica, cromatografia em camada fina) . Métodos baseados na medição das taxas de reações químicas (métodos cinéticos de análise), nos efeitos térmicos das reações (titulação termométrica), bem como na separação de íons em um campo magnético (espectrometria de massa) estão sendo desenvolvidos com sucesso.