Расчет количественного химического анализа

Количественный анализ

Количественный анализ дает возможность устанавливать элементный и молекулярный состав исследуемого объекта или содержание его отдельных элементов. В зависимости от того, какой объект исследуется, принято различать неорганический и органический анализ. Они в свою очередь подразделяются на элементарный анализ, задача которого заключается в установлении количества элементов, содержащихся в объекте анализа, а также молекулярный и функциональный анализы, которые могут дать ответ о количественном содержании радикалов и соединений, а также функциональных групп анатомов в объекте анализа.

Количественный анализ проводится в строго определенной последовательности, включающей процессы отбора и подготовки проб, анализ, обработку и расчет результатов анализа.

Количественный анализ широко используется в изучении состава руд, металлов, неорганических и органических соединений. В последнее время особое внимание обращают на процессы определения содержания токсичных веществ в воздухе, водоеме, почве, а также в продуктах питания и разного рода товарах.

Методы количественного анализа

Все методы количественного анализа можно разделить на две большие группы: химические и инструментальные. Такое деление достаточно условно, так как много методов, отнесенных к инструментальным, основано на использовании химических законов и свойств веществ.

Классические методы химического количественного анализа – гравиметрический (весовой) и титриметрический (объемный) анализ.

Гравимитрический метод основан на получении труднорастворимых соединений, в состав которых входит тот или иной компонент. Для этого навеска вещества должна быть растворена в определенном растворителе, обычно это вода, далее его осаждают с использованием реагента, который с анализируемым соединение образует малорастворимое соединение, имеющее низкое значение ПР. Далее, после фильтрования осадок высушивается, прокаливается и взвешивается. По массе вещества можно найти массу определяемого компонента и провести расчет его массовой доли в анализируемой навеске.

Разработано несколько разновидностей гравиметрического метода. Метод отгонки предполагает, что анализируемый компонент выделяется в виде газа, взаимодействующего с реактивом. По изменению массы реактива можно судить о содержании в навеске определяемого компонента.

Один из недостатков гравиметрического метода – его трудоемкость и относительно растянутая продолжительность. Менее трудоемкий метод – электрогравиметрический, когда определяемый металл осаждается на катоде.

Тетриметрический анализ предполагает измерение объема раствора определенного реагента, который был израсходован на реакцию с анализируемым компонентом. С этой целью используют титрованные растворы, концентрация которых известна.

Данный анализ проводится методом титрования, то есть через постепенное приливание титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объем которого предварительно точно измерили. Титрование прекращают в тот момент, когда достигнута точка эквивалентности, то есть эквивалентность реагента титруемого раствора и анализируемого компонента.

Разработано несколько разновидностей титриметрического анализа:

• кислотно-основное титрование;
• осадительное титрование;
• комплексонометрическое титрование;
• окислительно-восстановительное титрование.

Основа кислотно-основного титрования – реакция нейтрализации:

$H+ + OH- ↔ H_2O$

Благодаря методу можно определить концентрацию кислоты или катионов, которые гидролизируются с образованием ионов водорода, благодаря титрованию раствором щелочи или определяют концентрацию оснований, включая анионы, гидролизирующиеся в образованием гидроксид-ионов титрованием растворами кислот. Точку эквивалентности устанавливают благодаря кислотно-основных индикаторов, которые способны изменять окраску в определенном интервале pH.

При использовании осадительного титрования, анализируемый раствор подвергается титрованию с использованием реагента, образующего с компонентом титрованного раствора, малорастворимого соединения. Точку эквивалентности определяют с использованием индикатора, который образует с реагентом окрашенное соединение.

Комплексонометрическое титрование предполагает определение необходимого компонента в растворе благодаря титрованию раствором комплексона, в качестве которого чаще всего используют этилендиаминотетрауксисную кислоту, либо ее двунатриевую соль. Комплексоны представляют собой лиганды, которые образуют комплексы со многими катионами. В качестве индикаторов точки эквивалентности обычно выступают лиганды, которые образуют с ионом, подвергающимся анализу, окрашенное комплексное соединение. Метод комплексометрического титрованию используют, чтобы определять общую жесткость воды.

Окислительно-восстановительное титрование предполагает титрование раствора восстановителя уже титрованным раствором окислителя или титрование раствора окислителя уже титрованным раствором восстановителя. В качестве титрованных растворов окислителей использую преимущественно раствор перманганата калия – перманганатометрия - $КМn0_4$, дихромат калия – дихроматометрия – $К_2Сг_20_7$, йода – йодометрия – $I_2$.

При дихроматическом титровании в качестве индикатора используют дифениламин, который окрашивает раствор в синий цвет при условии избытка дихромат-ионов. При йодометрическом титровании в качестве индикатора выступает крахмал. Йодометрическое титрование используют, чтобы анализировать растворы окислителей, в таком случае в титрованных растворах содержатся йодид-ионы.