Современная аналитическая химия.Учебная литература

Содержание

Слайд 2

Учебная литература

1. Основы аналитической химии. В 2-х тт. Под ред. Ю.А.

Учебная литература 1. Основы аналитической химии. В 2-х тт. Под ред. Ю.А.
Золотова. М.:Высшая школа, 2004 (2010, 2014). Т.1. 360 с. Т.2. 504 с.
2. Основы аналитической химии. Практическое руководство. Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа. 2001 (2017). 463 с.
3. Основы аналитической химии. Задачи и вопросы. Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа. 2002. 412 с.
4. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Задачи и вопросы по аналитической химии. М.: Мир, 2001. 267 с.
4. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2-х ч. М.: Дрофа.2002. 320, 384 с.
5. Кристиан Г. Аналитическая химия. М.: Изд-во Бином. 2009. В 2-х томах. 623 с. 504 с.

Слайд 3

Лекция 1 (вводная)

Лекция 1 (вводная)

Слайд 4

Аналитическая химия – наука, изучающая свойства и химические превращения веществ с целью

Аналитическая химия – наука, изучающая свойства и химические превращения веществ с целью
разработки методов качественного и количественного анализа
- наука об определении химического состава веществ и отчасти их химического строения, наука о методах и средствах химического анализа.
Химический анализ – получение информации о качественном и количественном составе веществ.

объекты
электроники

лекарства

косметика

полимеры

биология
и медицина

воздух

воды

объекты
материало-
ведения

ОБЪЕКТЫ АНАЛИЗА:

*Количество анализов
по данным
Американского
химического общества

Слайд 5

аналитическая химия

геохимия

биология

медицина

экология

с/х науки

космонавтика

океанология

химия

физика

техника

Место аналитической химии среди других
отраслей знания

аналитическая химия геохимия биология медицина экология с/х науки космонавтика океанология химия физика

Слайд 6

Классификация химического анализа

виды анализа

по природе определяемых частиц:
полный
элементный (C, Н2, О2, Pb, P)
вещественный

Классификация химического анализа виды анализа по природе определяемых частиц: полный элементный (C,
(в виде чего: S, SO2, K2SO4)
функциональный (структурно-групповой)
фазовый
изотопный

по существу решаемой задачи:
валовый – локальный
деструктивный – недеструктивный
контактный – дистанционный
дискретный – непрерывный

по общей задаче:

Слайд 7

Примеры массовых анализов

Автомобильные выхлопы на СО.
Контроль состава сырья и готовой

Примеры массовых анализов Автомобильные выхлопы на СО. Контроль состава сырья и готовой
продукции во всех отраслях промышленности
Кровь на сахар.
Молоко на содержание жира.
Почвы на азот, фосфор, калий; рН.
Выдыхаемый воздух водителей на С2Н5ОН.
Воздух помещений на пары ртути.
Воды плавательных бассейнов на хлор.

Слайд 8

Методы аналитической химии (методики) сопровождаются аналитическим сигналом Химическое или физическое свойство, функционально связанной

Методы аналитической химии (методики) сопровождаются аналитическим сигналом Химическое или физическое свойство, функционально
с содержанием компонента, - аналитический сигнал

A.C. = f(C)

Природа А.С.:
химические и физико-химические методы /масса осадка,
объем раствора , потенциал, сила тока/
физические методы
гибридные методы (сочетание разделения и определения)

Химические методы основаны

на измерении массы вещества – ГРАВИМЕТРИЯ
на измерении объемов – ТИТРИМЕТРИЯ

Слайд 9

Этапы анализа:

Выбор метода анализа
Отбор пробы (“Основы аналитической химии”, Т.1, гл.3)
Подготовка пробы к

Этапы анализа: Выбор метода анализа Отбор пробы (“Основы аналитической химии”, Т.1, гл.3)
анализу
Проведение измерений
Обработка результатов анализа

Характеристики методов анализа:
1. Чувствительность: А.С. = f(c),
А.С. – масса, объем, потенциал, сила тока…
Коэффициент чувствительности – s
s = tg α = Δy/Δx
s1 > s2
2. Предел обнаружения Сmin
(диапазон определяемых содержаний)

1

2

y
(А.С.)

x (с)

α

α

Концентрация измеряется в г/л, мг/мл, мкг/мл, моль/л (М) и т.д.

Слайд 10

Характеристики методов анализа (продолжение):
3. Точность
правильность воспроизводимость
отклонение результатов рассеяние результатов относ.
от истинного содержания

Характеристики методов анализа (продолжение): 3. Точность правильность воспроизводимость отклонение результатов рассеяние результатов
среднего, принимаемого за
истинное
4. Избирательность (селективность)
5. Экспрессность
6. Простота анализа
7. Возможность автоматизации
8. Стоимость

Слайд 11

Химические методы растворы

cA – общая (аналитическая) концентрация компонента А
[A] – равновесная концентрация,

Химические методы растворы cA – общая (аналитическая) концентрация компонента А [A] –
т.е. концентрация конкретной формы компонента А
aA – активность компонента А
С = Σ [ ]

Na2CO3 ↔ 2Na+ + CO32- основная реакция
0,1 М р-р → СNa2CO3
В кислой среде протекают конкурирующие реакции по аниону:
CO32- + H+ = HCO3-; константа Ка2=[H+][CO32-]/[HCO3-]
HCO3- + H+ = H2CO3 ; константа Ка1=[H+][HCO3-]/[H2CO3]

с = [CO32-] + [HCO3-] + [H2CO3]

Уравнение материального
баланса:

Слайд 12

[A]=αAcA

α-коэффициент (молярная доля)
характеризует глубину протекания конкурирующих реакций

0 < α <

[A]=αAcA α-коэффициент (молярная доля) характеризует глубину протекания конкурирующих реакций 0 раствор Na2CO3
1

раствор Na2CO3

H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ H+ + CO32-
1.
2. c = [H2CO3] + [HCO3-] + [CO32-]

Вывод формулы для вычисления молярной доли – на основе уравнения материального баланса и констант конкурирующих реакций:

Слайд 13

Если конкурирующие реакции в системе не протекают: cA= [A]; α = 1.

Если конкурирующие реакции в системе не протекают: cA= [A]; α = 1.

Слайд 14

аА – активность (эффективная, действующая концентрация
компонента А), моль/л

аА ≤ [A] ≤ cA

Мера

аА – активность (эффективная, действующая концентрация компонента А), моль/л аА ≤ [A]
напряженности электростатического поля
в растворе электролита – ионная сила:

Идеальные и реальные
системы

Идеальная система – отсутствуют электростатические и
химические взаимодействия:
EAA = EBB = EAB I ~ 0
aA = [A] = сА

Слайд 15

В реальной системе

а) Электростатические взаимодействия – I > 0
EAA ≠ EBB

В реальной системе а) Электростатические взаимодействия – I > 0 EAA ≠
≠ EAB [A] ≠ aA
приводят к отклонениям свойств растворов от идеальных (особенно для растворов электролитов)
Но: сА = [A] , т.к. не протекают конкурирующие реакции.

аА = γА[A]

γΑ – коэффициент активности,
мера электростатических взаимодействий в растворах электролитов; γ = f(I)

Для бинарного электролита:

Если γ <1, то аА < [А]

Слайд 16

Коэффициенты активности индивидуальных ионов
вычисляют по формулам Дебая-Хюккеля

(I ≤ 0,01 М)
(I

Коэффициенты активности индивидуальных ионов вычисляют по формулам Дебая-Хюккеля (I ≤ 0,01 М)
= 0,01 – 0,1 M)

A~0,5
B~0,33
a~3 Å

А и В – константы, зависящие от Т и ε растворителя,
а – минимальное расстояние между двумя взаимодействующими
ионами (константа, учитывающая размеры ионы)

Экспериментально можно определить только средний коэффициент активности γ±

Для электролита AmBn

В разбавленных растворах - при I → 0 величина γi → 1
При I < 1•10-4 раствор можно считать идеальным

Слайд 17

б) Химические взаимодействия
I > 0, α < 1, поэтому aA ≠

б) Химические взаимодействия I > 0, α Компоненты системы могут одновременно участвовать
[A] ≠ сА
Компоненты системы могут одновременно участвовать в нескольких равновесиях. Одна из реакций главная, остальные – побочные (конкурирующие).

α = f(K, c)

Итак, в реальной системе: aA = γA[A] = γAαACA

В каком интервале лежат значения коэффициента активности и молярной доли?
γ ~1 – 0,3
α ~ 1 – 10-30

В концентрированных растворах I > 1 M
γ >1! (в 12 М HCl : γ± =58)

Слайд 18

Химическое равновесие в гомогенной системе

При равновесии в химической системе ΔG =0

aA +

Химическое равновесие в гомогенной системе При равновесии в химической системе ΔG =0
bB = cC + dD

свободная
энергия
Гиббса

K = f (T, P, р-ль)

Закон действующих масс
Для идеальных систем в состоянии химического равновесия отношение произведения концентраций продуктов реакции в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, и произведению концентраций исходных веществ, есть величина постоянная при данной температуре, давлении и в данном растворителе

K > 1 – реакция протекает → (в прямом направлении)
K < 1 – реакция протекает ← (в обратном направлении)

Значение константы равновесия позволяет оценить направление и глубину протекания химической реакции

термодинамическая
константа
равновесия

Слайд 19

Концентрационные константы равновесий в гомогенной системе

K = f (T, P, I)

реальная

K’ =

Концентрационные константы равновесий в гомогенной системе K = f (T, P, I)
f (T, P, I, α)

условная

т.к.

Для выполнения расчетов:
1. Если можно пренебречь влиянием конкурирующих реакций, α=1, K’=K.
Необходимо учитывать только электростатические взаимодействия (γ ≠ 1).
2. Если γ = 1 (очень разбавленные растворы), α=1, то K’ = K = K0
3. Если влияние электростатических взаимодействий << химических, то полагаем K ≈ K0, рассчитываем только α-коэффициент.

Слайд 20

Константы равновесий в гетерогенной системе

mA + nB = AmBn

Термодинамическая

Реальная (концентрационная)

Условная

Константы равновесий в гетерогенной системе mA + nB = AmBn Термодинамическая Реальная (концентрационная) Условная

Слайд 21

Задача: вычислить реальную константу диссоциации Ка,1 для
янтарной кислоты НООС-(СН2)2-СООН (НА) в

Задача: вычислить реальную константу диссоциации Ка,1 для янтарной кислоты НООС-(СН2)2-СООН (НА) в
присутствии
0,0164 М раствора K2SO4, если К0а,1 = 6,5 х 10-5 .

Ионная
сила:

Диссоциация кислоты:

При I = 0,05: γHA=1, γH+= γA- = 0,84 (справочные данные)

Если γ<1, то K0a < Ka (диссоциирует сильнее)

Слайд 22

Титриметрические методы анализа

Достоинства: быстрота; универсальность; высокая точность (sr<0,2 – 0,5%); низкая

Титриметрические методы анализа Достоинства: быстрота; универсальность; высокая точность (sr Недостатки: низкая чувствительность.
стоимость; простота.
Недостатки: низкая чувствительность.
Классические титриметрические методы пригодны при определении >0,5%.
Вещества взаимодействуют в эквивалентных количествах:

С1V1=C2V2

Конец реакции – точка эквивалентности (Т.Э.) (определяют К.Т.Т.)
Реагент – титрант (первичный стандарт, вторичный стандарт)
Процесс – титрование
Индикатор (вспомогательное вещество)

Слайд 23

А + T ↔ продукты

Сущность метода титриметрии
– о содержании определяемого компонента

А + T ↔ продукты Сущность метода титриметрии – о содержании определяемого
A судят по объему раствора реагента T с точно известной концентрацией, в эквивалентных количествах прореагировавшего с определяемым компонентом.

Измеряют объемы реагирующих веществ.

Слайд 24

Процесс добавления реагента T к определяемому компоненту A до тех пор, пока

Процесс добавления реагента T к определяемому компоненту A до тех пор, пока
они не прореагируют в эквивалентных количествах, называют титрованием → титриметрический метод.

Раствор реагента с точно известной концентрацией – титрант.
Определение к.т.т.:
Визуальное (индикаторы, без индикаторов – KMnO4)
Физико-химическое (E, I, A, …) – резкое изменение физического свойства раствора в т.э.

Слайд 25

Требования к реакциям в титриметрии

Строгая стехиометричность (только «по одному уравнению»)
Отсутствие конкурирующих реакций
Практически

Требования к реакциям в титриметрии Строгая стехиометричность (только «по одному уравнению») Отсутствие
необратимая реакция
Высокая скорость
Возможность надежного фиксирования точки эквивалентности (к.т.т.)
Доступные и дешевые реагенты (титранты, стандарты)

Слайд 26

Классификация титриметрических методов

По типу реакций, положенных в основу
Кислотно-основное титрование
HA + B- ↔

Классификация титриметрических методов По типу реакций, положенных в основу Кислотно-основное титрование HA
HB + A-
Окислительно-восстановительное титрование
Ox1 + Red2 ↔ Red1 + Ox2
Комплексометрическое титрование
M + L ↔ ML
Осадительное титрование
M + X ↔ MX↓(тв)
По способу выполнения
Прямое А + Т
Обратное А + В(изб) + Т
Заместительное А + В С + D
T
(A – аналит, Т – титрант)
По способу проведения
Метод пипетирования (титрования равных порций раствора (т.е. аликвот)
Метод отдельных навесок

+

Слайд 27

Стандартные растворы

Раствор с известной концентрацией называют стандартным раствором
Первичные стандартные растворы готовят растворением

Стандартные растворы Раствор с известной концентрацией называют стандартным раствором Первичные стандартные растворы
точного количества химического вещества в определенном объеме
Вторничные стандарты – растворы, концентрацию которых определяют (стандартизуют) по первичному стандартному раствору

Требования к первичному стандарту:
Строго установленный химический состав
Получение в химически чистом виде (и наличие метода контроля чистоты)
Устойчивость к воздействию компонентов атмосферы (H2O, CO2, и др.)
Большая молекулярная масса эквивалента
Доступность и дешевизна

Слайд 28

Кривые титрования

графическая зависимость параметра (рН, pM, E, I) от состава раствора
( V

Кривые титрования графическая зависимость параметра (рН, pM, E, I) от состава раствора
- объем титранта, f - степень оттитрованности)

VT – объем титранта, добавленный к данному
моменту титрования,
V0 – исходный объем титруемого вещества,
c0 и cT – концентрации титруемого вещества
и титранта.
До Т.Э. f<1, в Т.Э. f=1, после Т.Э. f>1

рН

1

f

1

f

I

Т.Э.

Т.Э.

Слайд 29

Закон кратных отношений
вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах: n1 = n2
aA

Закон кратных отношений вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах: n1 =
+ bB → продукты
A + (b/a)B → продукты (a > b)
(b/a) = fB – фактор эквивалентности вещества В в данной реакции
fA = 1 - фактор эквивалентности вещества А в данной реакции

Эквивалент -
– молекула, атом, ион ( f = 1) или часть молекулы (f ≠ 1,
a ≠ b) - условная частица, равноценная одному иону водорода или одному электрону в данной реакции
(кислотно-основной или окислительно-восстановительной).

Слайд 30

Примеры:

а) HCl + Na2CO3 → NaHCO3 + NaCl
f(Na2CO3) = 1
Эквивалент –

Примеры: а) HCl + Na2CO3 → NaHCO3 + NaCl f(Na2CO3) = 1
1 молекула Na2CO3

б) 2HCl + Na2CO3 → H2CO3 + 2NaCl
f(Na2CO3) = 1/2
Эквивалент – 1/2 молекулы Na2CO3
( HCl + 1/2 Na2CO3 → 1/2 H2CO3 + NaCl )

в) H3PO4 + 3KOH → K3PO4 + 3H2O
f(H3PO4) = 1/3
Эквивалент – 1/3 молекулы H3PO4

г) MnO4- + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O
f(MnO4-) = 1/5
Эквивалент – 1/5 молекулы KMnO4

Слайд 31

Единица измерения количества вещества (количества частиц) – моль
1 Моль – количество вещества,

Единица измерения количества вещества (количества частиц) – моль 1 Моль – количество
которое содержит столько частиц,
сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг изотопа 12С,
т.е. NA = 6,02∙1023 моль-1
Масса одного моля – молярная масса (кг/моль, г/моль)
Масса одного моля эквивалентов (эквивалентная масса)
= молярная масса х f
Молярная концентрация – количество вещества в 1 л, выраженное
в молях (эквивалента)
Например, 0,1 М HCl; 0,01 M HCl
C(Na2CO3) = 0,1 M (a)
C(1/2 Na2CO3) = 0,1 M (б)
Имя файла: Современная-аналитическая-химия.Учебная-литература.pptx
Количество просмотров: 48
Количество скачиваний: 0