ИЗПИТНА ТЕМА №1:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
СТЕРИЛИЗИРАНИ КОНСЕРВИ.
МЕТОДИ ЗА КАЧЕСТВЕН АНАЛИЗ. ВИДОВЕ, ТИПОВЕ И ОСНОВНИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА АНАЛИТИЧНИТЕ РЕАКЦИИ.
ИЗПИТНА ТЕМА №11:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
ХАЛВА И ЛОКУМ
МЕТОДИ ЗА КАЧЕСТВЕН АНАЛИЗ. ВИДОВЕ, ТИПОВЕ И ОСНОВНИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА АНАЛИТИЧНИТЕ РЕАКЦИ
План-тезис:
Класификация и характеристика на методите за качествен анализ.
Изисквания към химичните реакции използвани в качествения анализ.
Типове качествени реакции в зависимост от видимия ефект, примири.
Чувствителност и показатели за чувствителност.
Специфичност, видове качествени реакции според специфичността, примери.
№ по
ред Критерии за оценяване на изпитна тема №1 Максимален брой точки
5. Класифицира и характеризира методите за качествен анализ в 15
зависимост от количеството на пробата, начина на провеждане и 5
състояние на пробата.
6. Посочва изискванията към химичните реакции.
7. Класифицира и характеризира типовете качествени реакции и ги 10
изразява със съкратени йонни уравнения.
8. Дефинира понятието чувствителност и посочва показателите за 5
чувствителност.
9. Дефинира понятието специфичност и посочва видовете качествени 5
реакции според специфичността и дава примери за тях.
Задачите на качествения анализ се свеждат до определяне на качествения състав на веществата чрез рационално прилагане на съществуващите и създаване на нови аналитични методи. Чрез качествен анализ се откриват и доказват компонентите (атоми, молекули, йони), които се съдържат в дадена проба за анализ. Методите на качествения анализ са разнообразни и могат да се класифицират по следните показатели:
В зависимост от процесите, на които се основават:
-
химични методи – извършва се химично превръщане на анализирания компонент в пробата под действие на подходящ реактив в съединение с познати и характерни свойства и видим аналитичен сигнал (аналитична реакция)
-
физични и физикохимични методи – изследват се подходящи физични и физикохимични константи за дадения компонент
В зависимост от количеството на пробата за анализ биват
-
макрометоди – масата на пробата за анализ е 0,1-1g, а ако пробата е течна обемът й е >1ml
-
полумикрометоди – масата на пробата за анализ е 0,01-0,1g, а ако пробата е течна обемът й е 0,1-1ml
-
микрометоди – масата на пробата за анализ е 0,001-0,01g, а ако пробата е течна обемът й е 0,01-0,1ml
-
ултрамикро-,субмикрометоди и т.н.
В зависимост от начина на провеждане и състоянието на пробата биват
-
предварителен(сух) анализ – изследват се проби от твърдото, неразтворено вещество. Методите за откриване на металните йони са най-често високотемпературни (оцветяване на пламък, оцветяване на бисерки и др.). Анионният състав на пробата може да се анализира чрез т.н. нискотемпературни опити (опити с р. и к. сярна киселина). Информацията, която се получава е ориентировъчна, не достатъчно точна.
-
мокър анализ – извършва се в разтвор на пробата. Чрез този анализ могат да се открият и докажат компонентите в пробата. Съществуват два вида мокър анализ – дробен, при който анализираната проба се разделя на части и с всяка част се извършват реакции, гарантиращи отделянето и доказването само на един вид йони при най-сложен състав на разтвора.
Другият вид е системен анализ, който се използва най-често за определяне на пълния качествен състав на дадена проба и се основава на методично и последователно извършване на групови, селективни и специфични реакции.
Основните изисквания към химичните реакции за качествен анализ са:
-
бързина
-
ярко изразен аналитичен сигнал
-
добра чувствителност и специфичност
Видимият ефект на аналитичните реакции се изразява главно в образуването или разтварянето на утайки, оцветяването на разтвора или отделянето на газ. Прието е качествените реакции да се изразяват опростено, като се записват само основните взаимодействащи йони и продуктите, при които се наблюдава външния аналитичен ефект.
Най-често в качествения мокър анализ се използват утаечни реакции. Утаяването позволява да се утаи един или няколко йона от изследвания разтвор и да се направят изводи въз основа на физичните и химични свойства на утайките – цвят, плътност, вид и др. Напр.образуването на светлосиня пихтиеста утайка под действие на ОН- означава, че в разтвора се съдържат Сu2+
2ОН- + Сu2+ )Сu(OH)2'
Друг тип качествени реакции са комплексообразувателните, при които се образува цветно комплексно съединение. Напр. при прибавяне на NH3 към разтвор, съдържащ Сu2+ се получава интензивно синьо оцветяване, което се дължи на комплексния йон:
Сu2+ + 4NH3 ) [Сu(NH3)4]2+
Характерни за качествения анализ са и реакциите, при които се отделя газ, макар че се използват по-рядко. Напр. отделянето на СО2
СО32-+ Н+ ) СО2Ê + Н2О
Чувствителността е една от основните характеристики на аналитичните реакции. Тя е мярка за възможността да се установи присъствието на минимално количество вещество при максимално разреждане. Показателите за оценка на чувствителността са следните:
-
откриваем минимум – (m) минималното количество вещество, изразено в микрограмове
(10-6 g), което все още може да се докаже с дадената качествена реакция при възприетите условия за нейното извършване
-
пределна (гранична) концентрация (Сlim) – най-ниската концентрация, изразена като отношение на 1 грам от разтвореното вещество към съответния обем от разтворителя в милилитри, при която качествената реакция дава все още резултат. Напр. 1:50 000
-
пределно разреждане (Vlim) – реципрочната стойност на пределното разреждане,т.е. максимално допустимия обем на разтворителя в милилитри, в който се съдържа 1 грам от разтвореното вещество. Напр. в горния случай Vlim = 50 000
Аналитичната реакция е толкова по-чувствителна, колкото е по-малък откриваемия минимум, по-ниска пределната концентрация и по-голямо пределното разреждане. Чувствителността зависи и от конкретните условия, при които се провежда аналитичната реакция.
Специфичност(избирателност) е мярка за възможността да се открие определен вид йони в присъствието на други. В зависимост от специфичността си, аналитичните реакции биват:
-
групови – характерни са за по-голяма група от йони. Напр. йоните на алкалоземните метали имат сходни свойства и са включени в ІV аналитична група катийони, които се утаяват с общ групов утаител
-
селективни – реакции, които са характерни само за няколко йона или съединения. Въз основа на селективни реакции, ІІ аналитична група се разделя на две подгрупи.
-
специфични – те са характерни само за един вид йони и се използват за доказването му. Напр. синьото оцветяване при взаимодействие на нишесте и йод.
-
реакции за маскиране – използват се за блокиране на пречещите компоненти с подходящи реактиви, за да се повиши селективността
ИЗПИТНА ТЕМА №2:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
СОКОВЕ. ЗАКОН ЗА ДЕЙСТВИЕ НА МАСИТЕ.
ИЗПИТНА ТЕМА №12:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
БЪЛГАРСКО КИСЕЛО МЛЯКО. ЗАКОН ЗА ДЕЙСТВИЕ НА МАСИТЕ
План-тезис:
Обратими и необратими реакции.
Същност и формулировка на закона за действие на масите.
Химично равновесие, принцип на Льо-Шателие-Браун.
Концентрационна равновесна константа (Кс), активност (а), термодинамична
равновесна константа (К).
№ по Критерии за оценяване на изпитна тема №2 Максимален брой точки
ред
5. Характеризира два типа химични реакции: “обратими” и 5
“необратими”.
6. Изяснява същността и формулира закона за действие на масите. 10
7. Дефинира понятието химично равновесие и принципа на Льо- 10
Шателие-Браун.
8. Формулира и характеризира Кс, а, К. 15
Известни са два типа химични реакции - необратими и обратими. Първите протичат докрай, до пълно изчерпване на някое от реагиращите вещества, например бурното взаимодействие на метален натрий с водата. Преобладаващата част от реакциите обаче са обратими, т. е. успоредно с правата в определена степен протича и обратната реакция, водеща до образуване на изходните вещества. Такива са и най-важните аналитични реакции, свързани с получаването на утайки, оцветени съединения и други външни ефекти.
Първостепенна задача в качествения химичен анализ е да се осигуряват такива условия, при които обратимата аналитична реакция става практически необратима, т. е. протича до почти пълно свързване на определяния компонент в характерен продукт. Това може да се постигне само при задълбочено познаване и умело използване на закона м действие на масите, характеризиращ обратимите химични процеси.
Нека разгледаме една обратима реакция, изразена най-общо е уравнението :
→права реакция
аА + bB ) cC + dD
← обратна реакция
Съгласно със закона за действие на масите скоростта на правата реакция е пропорционална на произведението от установените в момента моларни концентрации на реагиращите вещества, взети в степени, равни на техните стехиометрични коефициенти в реакцията, т. е. на броя на участващите в реакцията молекули:
V1= k1[A]a [B]b
Скоростта на обратната реакция се определя по аналогичен начин от моментните моларни концентрации на продуктите:
V2= k2[C]c [D]d
k1 и k2 са съответните скоростни константи на двете реакции, зависещи от температурата, налягането и природата на реагиращите вещества, но не от техните концентрации.
Под химично равновесие разбираме такова динамично състояние на един обратим процес, при което скоростите на правата и обратната реакция са равни, а концентрациите на всички компоненти в системата - постоянни. Следователно условието за равновесие на разглежданата обратима реакция е
V1 = V2 k1[A]a [B]b = k2[C]c [D]d .
Ако се замени отношението на двете скоростни константи с нова константа -k1/k2 = Кс, стига се до общия израз за концентрационната равновесна константа на обратимата химична реакция
Кс = [C]c [D]d / [A]a [B]b , t0 = const
Тази зависимост е най-важното следствие от закона за действието на масите и може да сe формулира така: при установено химично равновесие за дадени постоянна температура и постоянно налягане отношението от произведението на концентрациите на продуктите и произведението на концентрациите на реагиращите вещества, вдигнати в степени, равни на стехиометричните коефициенти в реакцията, е постоянна величина.
Ако Кс > 1, това означава, че реакцията протича надясно, при Кс < 1 преобладава обратната реакция, а при Кс = 1 концентрациите на реагентите и продуктите са съизмерими.
От израза за равновесната константа следва, че ако се измени концентрацията поне на едно от участващите в реакцията вещества, равновесието се нарушава. В резултат на това се извършва правата или обратната реакция и се установява ново динамично равновесие при други концентрации на компонентите, но при постоянна стойност на Кс.
Към обратимите химични реакции е приложим изцяло принципът на Льо Шателие—Браун: ако една система изпитва външно въздействие, в нея настъпват такива изменения, които отслабват това въздействие. Например внасянето на излишък от реактива при една аналитична реакция води до увеличаване концентрацията на продуктите, т. е. до по-пълно свързване на определения компонент. По същия резултат води и отстраняването от разтвора на някой от продуктите под формата на газ или утайка.
Цялата теория на качествения анална, а също и на количествения анализ е изградена върху системното прилагане на закона за действие на масите, към аналитичните реакции от различен тип.
Законът за действие на масите е един от най-универсалните.химични закони. Приложим е към обратимите реакции, протичащи в хомогенни и хетерогенни системи, в разтвори на електролити и неелектролити. В своята класическа форма обаче този закон се спазва строго само при сравнително ниски концентрации на реагиращите вещества. Особено съществени са отклоненията от него при реакции в системи на силни електролити - соли, силни киселини и основи. В този случай концентрационната равновесна константа (Кс) вече зависи и от концентрацията на електролита, дори ако тя е само 10-4 – 10-5 М.
Най-често отклоненията от закона за действие на масите с повишаване на концентрацията са от такъв характер, че се създава впечатление за по-ниски равновесни концентрации на реагиращите компоненти в сравнение с действителните. Следователно при тези условия част от общата маса на всеки компонент трябва да се разглежда като неактивна, неспособна за химично взаимодействие.
Според съвременните представи в реалните разтвори за разлика от идеалните, частиците не са свободни, а си пречат взаимно в резултат на различни физикохимични взаимодействия, които са главно три типа
- електростатични, междумолекулни (вандсрваалсови) и взаимодействия, свързани с образуването на слаби химични връзки, например водородни връзки.
Първостепенно значение при разтворите на силните електролити имат междумолекулните електростатични взаимодействия. Всеки катион взаимодейства електростатично с най-близките до него аниони и обратно, в резултат на което общата подвижност на йоните в разтвора и способността им да участват в химични реакции се намаляват. При това е от значение не само концентрацията, т. е. разстоянието между йоните, но и техният заряд. Съгласно със закона на Кулон силата (Р) на взаимодействието между две заредени частици е правопропорционална на произведението от техните заряди и обратнопропорционална на квадрата от разстоянието между центровете им.
Законът за действие на масите става приложим и при неидеалиите разтвори, ако вместо действителната концентрация се използва друга ефективна концентрация, наречена от Люис активност. Активността (а) е пропорционална на реалната моларна (йонна) концентрация (С), но отчита и взаимодействията между частиците в системата посредством т. нар. коефициент на активност (f):
При безкрайно разредените разтвори, близки до идеалните, където тези взаимодействията отсъстват а ) С
Равновесната константа на една обратима реакция, изразена чрез активностите, се нарича термодинамичиа равновесна константа (К). За разлика от концентрационната константа (Кс) термодинамичната константа е действително постоянна величина при всички концентрации на компонентите в системата. Тя отразява закона за действие на масите в неговия най-общ вид.
К = аСс.аDd/aAa.aBb = [C]c fСс [D]d fDd / [A]a fAa [B]b fBb= Kc.fСс.fDd/fAa.fBb,
t0 = const
Теорията на Дебай и Хюкел, предложена през 1923 г., обяснява отклоненията от закона за действие на масите при сравнително по-разредените разтвори на силни електролити. Според нея коефициентите на активност се определят в решаваща степен от електростатичните взаимодействия между йоните. Мярка за тези взаимодействия е йонната сила.
ИЗПИТНА ТЕМА №3:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
КОНЦЕНТРАТИ
КИСЕЛИНИ И ОСНОВИ. ВОДОРОДЕН ЕКСПОНЕНТ ( РН).
ИЗПИТНА ТЕМА №13:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
СИРЕНЕ.
КИСЕЛИНИ И ОСНОВИ. ВОДОРОДЕН ЕКСПОНЕНТ
План-тезис:
Теория за електролитната дисоциация и протолитна теория.
Понятия за протолит, протолитно взаимодействие и амфолит, примери.
Автопротолиза на вода, автопротолитна константа (Кw).
Йонно произведение на водата, рН, рОН, връзка между рН и рОН, характер на
средата.
№ по Критерии за оценяване на изпитна тема №3 Максимален брой точки
ред
5. Изяснява същността на теорията за електролитната 10
дисоциация и протолитната теория.
6. Дефинира понятията протолит, протолитно 5
взаимодействие, амфолит и представя примери.
7. Обяснява процеса автопротолиза на вода, представя 10
го с химично уравнение, извежда Кw.
8. Представя формулите за йонно произведение на водата, 10
рН, рОН, връзка между рН и рОН.
9. Определя киселинен, основен и неутрален характер 5
на средата чрез рН.
Според класическата теория на Сванте Арениус /Теория за електролитната дисоциация ТЕД/ електролитната дисоциация е процес на спонтанно разпадане на молекулите на електролитите във воден разтвор на положително и отрицателно заредени йони. Според ТЕД киселините са вещества, които във воден разтвор се разпадат само на водородни катийони и киселинни анийони. Напр.
HCl L H+ + Cl-
H2SO4 ) H+ + HSO4-
Основите, според ТЕД са вещества, които във воден разтвор се разпадат само на хидроксидни аниони и метални или други(NH4+) катийони.Напр. NaOH ) OH- + Na+
Солите са вещества, които във воден разтвор се дисоциират на метални или други катиони и киселинни аниони. Напр.
Na2CO3 ) 2Na+ + CO32-
Чрез тази теория не могат да се обяснят киселинно-основните свойства на много газове, като HCl, NH3 при отсъствие на вода, а също и на вещества в неводни разтвори.
Не могат да се обяснят също и основните свойства на някои органични вещества, които не съдържат и не отделят хидроксидни групи.
Значително по-обща и пълна представа за киселините и основите дава Протолитната теория на Брьонстед-Лаури,ссъздадена през 1923 година. Тази теория борави със следните понятия:
Протолит – молекули или йони, притежаващи свойството да отдават или приемат протони(Н+)
Киселините са вещества (неутрални молекули, катиони или аниони),способни да отдават протони Напр.
CH3COOH + H2O ) CH3COO- + H3O+
NH4+ + H2O ) NH3 + H3O+
Основи са вещества(неутрални молекули, катиони или аниони), способни да приемат протони(Н+) .Напр.
NH3+ H2O ) NH4+ + OH-
Cu(OH)+ + H2O ) Cu2+ + H2O+ OH-
Амфолити са вещества с амфипротонни(амфотерни) свойства, които са способни както да приемат, така и да отдават протони(Н+). Типичен амфолит е водата, повечето хидрогенсоли и др. Напр.
HCO3- + H2O ) H2CO3 + OH- (основа)
HCO3- + H2O ) CO32- + H3O+ (киселина)
Протолитно взаимодействие – взаимодействието между протолити, т.е. обмяна на протони между киселини и основи, при което се получават спрегнатите им основи и киселини
к-на1 + осн.2 ) осн.1 +к-на2
` Съгласно протолитната теория водата е типичен амфолит и нейната автопротолиза може да се изрази по следния начин
H2O + H2O ) OH- + H3O+
За да се прояви една водна молекула като киселина, тя трябва да отдаде своя протон на друга водна молекула, която взаимодейства с нея като основа. Процесът се нарича автопротолиза на водата. Чрез този механизъм се отразяват по-точно реалните взаимодействия в сравнение с представите за спонтанната електролитна дисоциация на водните молекули. Продуктите на автопротолизата на водата са много по-силната киселина H3O+ и основа OH- от молекулите на водата, защото протонният обмен между тях се извършва много по-лесно. Поради това преобладава изцяло обратната реакция и автопротолизата протича в незначителна степен. Следователно в чистата дестилирана вода концентрацията на йоните е много ниска, коефициентите на активност са 1, а термодинамичната и концентрационна равновесна константа на автопротолизата съвпадат
К = а H3O+.а OH-/a H2O 2 = [H3O+] [OH-] / [H2O]2,
t0 = const
Произведението К. [H2O]2 е също постоянна величина и се нарича автопротолитна константа на водата Kw.
Kw = [H3O+] [OH-] =1,00.10 -14 при 250С.
От този израз следва, че произведението от равновесните концентрации на хидроксониевите и хидроксидни йони в разредени водни разтвори за дадена температура е постоянна величина.
Изводите на протолитната теория и теорията на Арениус при разредени водни разтвори съвпадат. По смисъл и по стойност автопротолизната константа на водата напълно съответства на йонното произведение на водата
KH2O = [H+] [OH-] =1,00.10 -14 при 250С
Изразяването на киселинността и основността чрез концентрациите на H+ и OH- йоните е неудобно поради ниските стойности, записвани най-често с отрицателни степени. Датският физикохимик Сьоренсен е дефинирал величината рН, наречена водороден експонент като мярка за киселинността, респ. основността на средата. рН се дефинира като отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията на H+.
рН = -lg[H+]
Според съвременните представи рН = -lg а(H3О+)
рОН се дефинира като отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията на ОH-.
рОН = -lg[ОH-]
От автопротолизната константа може да се изведе връзката
[H+] [OH-] =1,00.10 -14 при 250С, рН + рОН = 14
Еднозначността на тази зависимост показва, че киселинността и основността на средата могат да се охарактеризират напълно само с една величина рН.
При рН < 7 и [H+] >10 -7mol/L средата e кисела,
при рН > 7 и [H+] <10 -7mol/L средата е основна
при рН = 7 и [H+] = 10 -7 mol/Lсредата е неутрална.
За успешното провеждане на качествените аналитични реакции най-голямо значение има извършването им при точно определено рН на средата на изследвания разтвор.
ИЗПИТНА ТЕМА №4:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
СУШЕНИ ПРОДУКТИ.
УТАЕЧЕН ТЕГЛОВЕН АНАЛИЗ
ИЗПИТНА ТЕМА №14:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
МАСЛО. УТАЕЧЕН ТЕГЛОВЕН АНАЛИЗ.
План-тезис:
Същност, предимства, недостатъци и приложение на утаечния тегловен анализ.
Утаечна и тегловна форма, примери.
Утаяване и съутаяване.
Видове утайки, характеристика и условия за получаване на чисти утайки.
Процентно съдържание на определен компонент (Х %) и фактор на тегловното
определяне (F).
№ Критерии за оценяване на изпитна тема №14 Максимален
по
ред брой точки
5. Изяснява същността, предимствата, недостатъците и 5
приложението на утаечния тегловен анализ.
6. Характеризира понятията утаечна и тегловна форма и представя 5
примери.
7. Изяснява същността на утаяването и съутаяването. 5
8. Посочва и характеризира видовете утайки и условията за 15
получаване на чисти утайки.
9. Представя формулите за (Х %) и (F). 10
Тегловният анализ се основава на изолирането на определяния компонент в чист вид или утаяването му с подходящ реактив (X + R LP) или електричен ток. Полученият продукт се изолира от системата, суши се и се измерва масата му на аналитична везна (в някои случаи продуктът се накалява). От масата му се изчислява масата на изследвания компонент или масовата му част в пробата.
Тегловните методи биват:
физични - изпарителен тегловен анализ (термогравиметрия),
химични - утаечен тегловен анализ (утаечна гравиметрия),
електротегловен анализ (електрогравиметрия)
Утаечният тегловен анализ е най-старият и най-добре разработен количествен химичен метод. Основни понятия, които се използват:
Утаечна форма – съединението, под чиято форма се утаява изследвания компонент.
Изисквания към утаечната форма:
- разтворимостта на утайката трябва да бъде незначителна ( S< 10-4 – 10-5), което гарантира пълното утаяване на определяния компонент. Не се използват утайки с Кs> 10-8
- утайката трябва да се получи в достатъчно чист вид
- утайката трябва да се обработва лесно (филтруване, измиване)
- превръщането на утаечната в тегловна форма да става пълно и да се извършва лесно
Тегловна форма - съединението, под чиято форма се тегли изследвания компонент
Изисквания към тегловната форма:
-
да бъде съединение с точно определен състав, който може да се изрази с химична формула
-
да бъде стабилно химично съединение, което не търпи промени в твърдо състояние и в разтвор
-
да има възможно по-голяма молекулна маса, за да се намали относителната грешка от анализа
Напр. Ba2+ + SO42- = BaSO4 t0 BaSO4
утаечна форма тегловна форма
Fe3+ +3NH4OH Fe(OH)3 + 3NH4+ t0 Fe2O3
утаечна форма тегл. форма
Основните етапи на утаечния тегловен анализ и необходимите прибори, лабораторни съдове и материали при изпълнението им са:
1. Изчисляване на количеството на пробата за анализ
-
Претегляне на изчисленото количество проба на аналитична везна – необходими са – аналитична везна, тегловно стъкло, пластмасова лъжичка (шпатула)
-
Разтваряне в подходящ разтворител (д.вода, киселини, др.) – бехерова чаша, стъклена пръчица с гумен накрайник, котлон и др.
-
Утаяване с подходящ утаител – бюрета, пипета, мерителен цилиндър и др.
-
Филтруване през подходящ филтър (отделяне на утаечната форма) – статив за филтруване, пръстен с щипка, подходяща фуния, филтърна хартия или друг подходящ филтър, чаша за филтрата
-
Измиване на утайката с подходяща промивна течност – колба пръскалка
-
Сушене и (или) накаляване – сушилен шкаф, котлон, муфелна или тиглова пещ, порцеланови тигли, щипки за тигли
-
Темпериране – ексикатор
-
Теглене на аналитична везна на тегловната форма – аналитична везна
-
Изчисления за
масата на определяния компонент Х m(Х) = F. m(P)
масовата част на определяния компонент w(Х)% = m(Х) .100 /mпр
w(Х)% = F. m(P).100 /mпр
Фактор на тегловното определение F – характерна константа за дадения тегловен метод и изразява относителното съдържание на определяния компонент в тегловната форма.
F = nA/M , където
n – брой атоми на определяния елемент в молекулата на тегловната форма
A – атомна маса на определяното вещество
M – моларна маса на тегловната форма
Утаяване и съутаяване.
Утаяването е процес, при който се получават малкоразтворими в дадения разтворител химични съединения. За целите на тегловния анализ са подходящи едрокристалните или едрозърнестите аморфни утайки, тъй като те са сравнително най-чисти от примеси лесно се обработват (филтруват и промиват). За да се проведе утаяването така, че да се получат такива форми е необходимо да се знаят основните етапи на процеса утаяване:
-
образуване на кристални зародиши
-
нарастване на кристалите
Скоростта, с която се извършват отделните процеси и големината на частичките зависи от т.н. относително пресищане на разтвора ОП ОП = C – S/ S >0, където
С е моларната концентрация на утаяваното вещество в разтвора,
S е моларната разтворимост на утайката
Когато ОП е много голямо, преобладава първия процес – образуването на кристалните зародиши. Това води до получаването на утайка, изградена от голям брой кристали с малки размери. Когато пресищането е по-малко, преобладава втория процес – нарастване на кристалите. В този случай се образуват по едри кристали. При образуване на утайки с много ниски Ks, каквито са повечето сулфиди и хидроксиди, разтворът остава силно преситен дори при много малък излишък на утаяващия реактив. В тези случаи образуването на голям брой зародиши е лимитиращия процес и поради това се получават или много дребнокристални форми или аморфни утайки.
Утаяването на примеси или следи едновременно с главния компонент се нарича съутаяване. Съутаяването е нежелателен процес, тъй като води до замърсяване(онечистване) на утайката. Възможни са два начина на онечистване на утайките – адсорбция и оклюзия. Адсорбцията се извършва върху повърхността на утайките и колкото по-голяма е тя, толкова повече йони се адсорбират върху нея и следователно замърсяването е значително. Значение имат и концентрацията на разтворите и заряда на йоните според правилото на Панет-Фаянс-Хан, както и скоростта на утаяването. Когато то се извършва бавно, се получава повърхностна адсорбция на йони, които могат да се отстранят чрез старателно промиване на утайкато с подходяща промивна течност. Но когато утаяването се извършва бързо е възможно частично включване на други йони от разтвора в кристалната решетка, който процес се нарича оклюзия. Оклюдираните йони не се отстраняват чрез промиване, а само чрез ново разтваряне и повторно утаяване. Разновидност на оклюзията е т.н. явление изоморфизъм, при което се получават смесени кристали на химични съединения с еднотипни формули и образуват кристали с еднаква геометрична структура. Изоморфното утаяване довежда до големи грешки при тегловния анализ, но се среща сравнително рядко.
Видове утайки, характеристика
Познати са два вида утайки в зависимост от подредеността на частиците – кристални и аморфни.
Кристалните утайки имат строга подреденост на изграждащите частици на утайката в кристална решетка.
Аморфните утайки са изградени от множество малки кристалчета, разположени хаотично и образуват пореста, пихтиеста маса, включваща понякога малки количества вода и странични вещества.
Условията за получаване на чисти едрокристални утайки са:
-
разредени разтвори
-
бавно прибавяне на разтворителя
-
висока температура
-
подходяща киселинност, рН
-
непрекъснато разбъркване по време на утаяването
-
отстояване (стареене ) на утайката след утаяването
Условията за получаване на чисти едрозърнести аморфни утайки са:
-
концентрирани разтвори
-
висока температура
-
присъствие на електролити с цел коагулация
-
разреждане след утаяването и бързо филтруване
Предимствата на тегловния анализ са:
-
висока точност
-
прости изчисления
-
директен метод
Недостатъци на метода са:
-
продължителност
-
голямо количество проба за анализ
-
могат да се определят само основни компоненти
-
голям разход на реактиви
-
ниска и средна селективност
-
енергоемкост и трудоемкост
Тегловният утаечен анализ намира широко приложение за анализ на неорганични вещества, когато се изисква висока точност, но няма значение времето за анализ.
Изпарителният тегловен анализ се използва най-често за определяне на съдържанието на влага или т.н. сухо вещество като предварително претеглената проба се суши при определена температура до постоянна маса . Сушенето може да се извърши при атмосферно налягане и t0 = 1050С или при понижено налягане и t0 = 700С. Изпарителният анализ включва следните лабораторни операции, за които се използват подходящи прибори, лабораторни съдове и материали:
-
Претегляне на изчисленото количество проба на аналитична везна – необходими са – аналитична везна, тегловно стъкло
-
Сушене при определена температура – сушилен шкаф, термометър, метални щипки
-
Темпериране – ексикатор
-
Теглене на аналитична везна – аналитична везна
-
Изчисления – калкулатор
Изпарителният тегловен анализ е много продължителен, трудоемък, енергоемък, но е точен, сигурен и лесноизпълним при окачествяването на сушени продукти.
ИЗПИТНА ТЕМА №5:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ВИНОПРОИЗВОДСТВО.
ОБЕМЕН (ТИТРИМЕТРИЧЕН) АНАЛИЗ.
ИЗРАЗЯВАНЕ КОНЦЕНТРАЦИЯТА НА РАЗТВОРИТЕ.
ИЗПИТНА ТЕМА №15:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРЕДКЛАНИЧНА И
КЛАНИЧНА ОБРАБОТКА НА ЖИВОТНИТЕ ЗА МЕСОДОБИВ.
ОБЕМЕН (ТИТРИМЕТРИЧЕН) АНАЛИЗ.
ИЗРАЗЯВАНЕ КОНЦЕНТРАЦИЯТА НА РАЗТВОРИТЕ.
План-тезис:
Същност, основни понятия и класификация на методите за обемен анализ.
Изисквания към обемно-аналитичните реакции.
Изчислителни формули и дефиниции за основните концентрационни единици.
Формули за изчисляване на милиеквивалент (m Meq), на киселини, основи, соли,
оксиди, окислител и редуктор.
№ Критерии за оценяване на изпитна тема №15 Максимален
по брой точки
ред
5. Изяснява същността на обемния анализ и класифицира 5
методите според типа на използваните химични реакции.
6. Изяснява понятията: титрант, титруване, стандартен 5
разтвор, еквивалентен пункт, индикатор и аликвотна част.
7. Посочва изискванията към обемно-аналитичните реакции. 5
8. Дефинира и представя изчислителни формули за масова 20
процентна концентрация, обемна процентна концентрация,
моларност, нормалност и титър.
9. Представя формули за изчисляване на m Meq на киселини, 5
основи, соли, оксиди, окислител и редуктор.
Обемният анализ (Титриметрия, Волюмометрия) е дял на количествения химичен анализ и се основава на измерването на обема на разтвора на реактива, който се прибавя към изследвания компонент за извършване на химична реакция при условие, че концентрацията на реактива е точно определена (стандартна) и измерването се извършва в момента на еквивалентно взаимодействие.
X + R → P
Основните понятия в обемния анализ са:
титрант – разтвор на реактива с точна конценкрация (стандартен разтвор)
титруване – прибавянето на титранта към пробата на малки порции най-често с помощта на бюрета
стандартен разтвор – разтвор с точна концентрация, разтвор с концентрация, определена с точност до четвърти знак след десетичната запетая
еквивалентен пункт – моментът от титруването, в който изследвания компонент и титранта са в еквивалентни количества neq(X) = neq(R) еквивалентния пункт (е.п.)
индикатор – вещество, с помощта на което се открива еквивалентния пункт (най-често органично багрило, което има поне две цветни форми, напр. лакмус, фенолфталейн, ериохромчерно Т и др.)
аликвотна част – точно отмерен обем от предварително разреден в мерителна колба разтвор на аналитичната проба
За титриметрични определения са подходящи само такива химичните реакции, които протичат бързо, стехиометрично и практически напълно. При реакциите, протичащи с малка скорост титруването е бавно и определянето на еквивалентния пункт е несигурно. Всяка реакция, използвана в обемния анализ трябва да протича по точно установено уравнение, за да могат да се изчисляват еквивалентите на реагиращите вещества и резултатите да са точни. За да протичат докрай или практически пълно е необходимо равновесната константа на процеса да бъде по-голяма от 106.
Обемноаналитичните методи се разделят на следните видове в зависимост от типа на използваните химични реакции:
-
киселинно-основен (неутрализационен, протонометрия, протолиметрия)
основава се на киселинно-основни взаимодействия
-
комплексообразувателен - използват се реакции на комплексообразуване
-
окислително-редукционен (редоксиметрия) – основава се на реакции с обмен на електрони
-
утаечен обемен анализ, свързан с образуване на малкоразтворими съединения
Най-широко приложение в аналитичната практика имат следните концентрационни единици:
-
Масова част на разтвореното вещество в проценти w(A)% или масова процентна концентрация – изразява се с масата на разтвореното веществоА в грамове, съдържащо се в 100 грама разтвор.
w(A)%= m(A)/m(р-р).100,
m(р-р)= m(A) + m(S)
2. Обемна част на разтвореното вещество в проценти w(A)% или обемна процентна концентрация (градус) – изразява се с обема на разтвореното течно вещество А в милилитри, съдържащо се в 100 милилитра разтвор.
φ(A)%= V(A)/V(р-р).100,
V(р-р)= V(A) + V(S)
3. Моларна концентрация (моларност) СМ – изразява се чрез броя молове разтворено вещество в 1 литър разтвор или броя милимолове на веществото в 1 милилитър разтвор.
СМ(А) = n(A)/V(р-р) mol/L n(A) = m(A)/M(A)
СМ(А) = m(A)/M(A).V(р-р) mol/L
4. Моларна концентрация на еквивалента (нормалност) СN – изразява се чрез броя еквиваленти разтворено вещество в 1 литър разтвор или броя милиеквеваленти на веществото в 1 милилитър разтвор.
СN(А) = neq(A)/V(р-р) mol/L neq(A) = m(A)/Meq(A)
СN(А) = m(A)/Meq(A).V(р-р) mol/L
5. Титър Т(А) – изразява се с масата на разтвореното вещество в грамове ,съдържащо се в 1 милилитър разтвор
Т(А) = m(A)/V(р-р), g/mL
В аналитичната химия се използва широко химичната величина Еквивалентна маса (Meq,E). Това е такава част от моларната маса, която по своето химическо действие е еквивалентна, т.е. съответстваща на един водороден йон или един електрон от молекулата на веществото, участващи в химичната реакция. Еквивалентната маса се изчислява по различен начин в зависимост от веществото:
-
за киселини Meq се изчислява като се раздели молекулната маса на броя Н+
които участват в химичния процес. Напр. за едноосновните киселини Meq = M
-
за основи Meq се изчислява като се раздели молекулната маса на броя ОН-
които участват в химичния процес. Напр. за едновалентните основи Meq = M
за окислители и редуктори Meq се изчислява като се раздели молекулната маса на броя е-, които се отдават или приемат в химичния процес. Напр. за
MnO4- + 5e- + 8H+ = Mn2+ + 4H2O,
Meq = M/5
-
за соли Meq се изчислява като се раздели молекулната маса на броя Мn+
и валентността им. Напр. за Na2CO3 Meq = M/2
за оксиди Meq се изчислява като се раздели молекулната маса на валентността на Мn+
mMeq = Meq.10-3
ИЗПИТНА ТЕМА №6:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПИВОПРОИЗВОДСТВО.
НАЧИНИ ЗА ПРИГОТВЯНЕ И СТАНДАРТИЗИРАНЕ НА ИЗХОДНИ
РАЗТВОРИ В ОБЕМНИЯ АНАЛИЗ.
ИЗПИТНА ТЕМА №16:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ХЛАДИЛНО
СЪХРАНЕНИЕ НА МЕСО.
НАЧИНИ ЗА ПРИГОТВЯНЕ И СТАНДАРТИЗИРАНЕ НА ИЗХОДНИ
РАЗТВОРИ В ОБЕМНИЯ АНАЛИЗ
План-тезис:
Понятия за стандартен разтвор, стандартизиране, титроустановител (стандартно
вещество).
Изисквания и примери за титроустановители.
Същност, техника на изпълнение и изчисления при директния и индиректния
начин за приготвяне и стандартизиране на разтвори.
Примери за разтвори, които се приготвят по директен и индиректен начин.
№ по Максимален
ред Критерии за оценяване на изпитна тема №6 брой точки
5. Дефинира понятията стандартен разтвор, стандартизиране, 5
титроустановител (стандартно вещество).
6. Познава изискванията към титроустановителя и посочва 5
примери.
7. Познава начините и изяснява същността, техниката на 25
изпълнение и изчисленията за приготвяне и стандартизиране
на разтвори.
8. Посочва примери за разтвори, които се приготвят по 5
директен и индиректен начин.
Основните понятия за разтвори в обемния анализ са:
-
изходен разтвор – разтворът на титранта с точно определена концентрация
-
стандартен разтвор - разтвор с точно определена концентрация, стандартизиран по определен начин
-
разтвор с точна концентрация – разтвор, чиято концентрация е определена и изчислена с точност до четвърти знак след десетичната запетая
-
титрант – разтворът на реактива с точно определена концентрация, който се прибавя към определяното вещество чрез титруване
-
титроустановител (стандартно вещество) – вещество или разтвор, с които се определя точната концентрация(стандартизира се) на друг разтвор
-
стандартизация в обемния анализ(стандартизиране) – определяне на точната концентрация на даден разтвор
Съществуват три основни начина за приготвяне на разтвори на титранти с точно определена стандартна концентрация – директен (пряк) , индиректен (коствен) и чрез използване на фиксанали.
Пряко (директно) приготвяне на изходни разтвори в обемния анализ
По този начин могат да се приготвят разтвори само на някои вещества, които се отличават с много голяма чистота и устойчивост при съхранение ( K2Cr2O7, KBrO3 и др). Към веществата, от които се приготвят разтвори по пряк начин се предявяват следните изисквания:
-
съставът им да отговаря на точно определена химична формула
-
да не търпят промени в твърдо състояние и в разтвор
-
да са химически чисти(х.ч.) или лесно да се пречистват чрез подходящи методи
-
да имат възможно по-голяма моларна или еквивалентна маса, за да се намали относителната грешка
Такива вещества се наричат титроустановители или стандарти. Най-често използваните в лабораторната практика са: безводният динатриев карбонат(Na2CO3), боракс(Na2B4O7.10H2O), оксалова киселина(H2C2O4.2H2O), натриев хлорид(NaCl), дикалиев дихромат(K2Cr2O7)
Стандартни разтвори се приготвят директно, като се използва следния алгоритъм:
-
Изчислява се масата на реактива, необходима за приготвяне на Vk милилитра разтвор с концентрация СN(R)
-
Претегля се изчисленото количество от реактива m(R) на аналитична везна
-
Прехвърля се количествено в мерителна колба с определен обем Vk
-
Разтваря се с д.вода или подходящ разтворител
-
Приготвя се на разтвора по всички правила за работа с мерителни колби и старателно хомогенизиране.
-
Изчислява се концентрацията на разтвора с точност до четвърти знак след десетичната запетая от общата зависимост
СN(R) = m(R) /mМeq (R).Vk ,където СN(R) – нормална концентрация на стандартния разтвор в mol/L
m(R) – масата на титроустановителя, измерена на аналитична везна в грамове
mМeq (R) – еквивалентната маса на титроустановителя в g/mmol
Vk – обем на мерителната колба, изразен в mL
Непряко (индиректно) приготвяне на разтвори в обемния анализ
Този начин се използва тогава, когато веществата не отговарят на посочените по-горе условия. Напр. алкалните основи са хигроскопични и поглъщат въглероден диоксид, сярната киселина също е хигроскопична, к.солна киселина отделя непрекъснато хлороводород, разтворите на калиев перманганат и др. променят концентрацията си в първите дни след приготвянето им и т.н.
Стандартни разтвори от такива вещества се приготвят непряко по следния алгоритъм:
-
Изчислява се масата на реактива, необходима за приготвяне на Vk милилитра разтвор с концентрация СN(R)
-
Претегля се изчисленото количество от реактива m(R) на техническа везна
-
Внася се в мерителна колба с определен обем Vk или друг съд за приготвяне на разтвор
-
Разтваря се с д.вода или подходящ разтворител
-
Приготвя се на разтвора и старателно се хомогенизира
-
Определя се концентрацията на разтвора чрез титруване, което може да се извърши по два начина: титруване на няколко аликвотни части от директно приготвен разтвор на стандартно вещество или чрез отделни(единични) проби на стандартното вещество.
-
Изчислява се концентрацията на разтвора с точност до четвърти знак след десетичната запетая от общата зависимост
СN(R) = СN (St).V(St)/ Vср(R) или
СN(R) = m(St) / СN (St).V(R)
Vср(R) е средноаритметичното от обемите на три хармонични проби
Приготвяне на разтвори в обемния анализ от фиксанали
Фиксаналите (фиксали) представляват запоена стъклена или пластмасова ампула, съдържаща точно 0,1000 мола от реактива. За да се приготви стандартен разтвор е необходимо ампулата да се отвори над фуния, поставена в мерителна колба и съдържанието й да се прехвърли количествено в мерителната колба и да се приготви разтвора.
Пример за пряко приготвяне на разтвор от Na2CO3
Приготвянето на стандартен разтвор на титроустановителя Na2CO3 с концентрация
СN = 0,1 mol/l следва етапите:
1. Изчисляване на масата на Na2CO3 в грамове, необходима за приготвяне на Vk ml разтвор с концентрация СN(Na2CO3) по формулата
m(Na2CO3)= СN (Na2CO3).Vk.mMeq(Na2CO3)
2. Претегляне на тази маса на аналитична везна
3. Количествено прехвърляне в мерителна колба за приготвяне на разтвора
4. Приготвяне на разтвора с точна концентрация по всички правила за работа с мерителни съдове, хомогенизиране
5. Изчисляване на точната концентрация на титранта по формулата
СN(Na2CO3) = m(Na2CO3) /mМeq (Na2CO3).Vk
Пример за непряко приготвяне на разтвор от NaOН
Най-използваният титрант в алкалиметрията е разтвор на NaOH с концентрация
СN( NaOH) = 0,1 mol/l. Приготвянето му се извършва по непряк начин, тъй като NaOH е силно хигроскопична и лесно карбонатизира на въздуха. Основните етапи на приготвянето на стандартен разтвор на NaOH са:
1. Изчисляване на масата на NaOH в грамове, необходима за приготвяне на Vk ml разтвор с концентрация СN( NaOH) по формулата
m(NaOH)= СN (NaOH).Vkm.Meq(NaOH)
2. Претегляне на тази маса на техническа везна
3. Прехвърляне в подходящ мерителен съд за приготвяне на разтвора
4. Приготвяне на разтвора с приблизителна концентрация, хомогенизиране
5. Стандартизиране на разтвора (определяне на точната концентрация) чрез титруване с разтвор на титроустановител H2C2O4.2H2O или с отделни (единични) проби на стандартното вещество H2C2O4.2H2O
6. Изчисляване на точната концентрация на титранта по формулата
СN (NaOH )= СN (H2C2O4).V(H2C2O4)/ V(NaOH)
ИЗПИТНА ТЕМА №7:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА
ГАЗИРАНИ БЕЗАЛКОХОЛНИ НАПИТКИ.
КИСЕЛИННО -ОСНОВЕН ОБЕМЕН АНАЛИЗ.
ИЗПИТНА ТЕМА №18:
КОНТРОЛ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ ПРОЦЕС ПРИ ПРИЕМАНЕ И
СУШЕНЕ НА ТЮТЮН.
КИСЕЛИННО-ОСНОВЕН ОБЕМЕН АНАЛИЗ
План-тезис:
Киселинно-основен обемен анализ.Принцип на метода, дялове и примери за
изходни разтвори и индикатори.
Същност, роля и основни характеристики на киселинно-основните индикатори.
Методи на титруване и изчисления.
Понятие за крива на титруване и значението и за избор на индикатор.
№ Критерии за оценяване на изпитна тема №7 Максимален
по ред брой точки
6. Познава принципа и дяловете на киселинно-основния обемен
анализ и представя примери за изходни разтвори и индикатори. 10
7. Изяснява същността, ролята и основните характеристики на 15
киселинно-основните индикатори.
8. Посочва методите за титруване и изчисленията. 10
9. Обяснява понятието крива на титруване и значението и за избор 5
на индикатор.
Киселинно-основният обемен анализ (неутрализационен, протонометрия, протолиметрия) е титриметричен метод за анализ, който се основава на взаимодействието между киселини и основи - неутрализация
Н+ + OH- L H2O
или казано от гледна точка на Протолитната теория - протолиза
Н3О+ + OH- L 2H2O
Кис.1 + Осн.2 L Кис.2 + Осн.1
Могат да се определят както киселини и киселиннодействащи вещества с помощта на основи, така и основи и основнодействащи вещества с помощта на киселини в присъствие на подходящи индикатори за установяване на еквивалентния пункт ( визуална титриметрия).
Казано от гледна точка на Протолитната теория – титриметричен метод за определяне на протолити (киселини, основи и амфолити).
В зависимост от титрантите, които се използват, се различават:
- ацидиметрично титруване (ацидиметрия)
- алкалиметрично титруване (алкалиметрия)
Ацидиметрията се използва за определяне на силни и слаби основи, основни соли, соли на слаби киселини и органични съединения, притежаващи основни свойства. Най-често като титранти се използват стандартни разтвори на солна киселина, но в някои случаи - сярна, азотна , перхлорна и др.киселини. Стандартни разтвори на тези киселина не могат да се приготвят по пряк начин, тъй като търпят промени. Първоначално се приготвя разтвор с приблизителна концентрация, а стандартизацията се извършва с разтвор на титроустановител като Na2CO3, Na2B4O7.10H2O и др. Най-често срещаните в практиката индикатори за ацидиметрията са метилоранж, метилрот и др., които имат рКInd< 7.
Титрувалните криви представят зависимостта pH = f(Vкис.)
Ацидиметрията намира приложение за определяне на масова част (w%) на основи , алкалност на води и др. проби, временна твърдост на вода, соли и др.
Акалиметрията се използва за определяне на силни и слаби киселини, кисели соли, соли на слаби основи и органични съединения, притежаващи киселинни свойства (органични киселини, феноли идр.). Най-често като титранти се използват стандартни разтвори на натриева основа, калиева основа и др., но в някои случаи се използва и алкохолен разтвор на калиева основа за титруване на органични проби. Стандартни разтвори на тези основи не могат да се приготвят по пряк начин, тъй като търпят промени (хигроскопични са и карбонатизират). Първоначално се приготвя разтвор с приблизителна концентрация, а стандартизацията се извършва с разтвор на титроустановител като Н2C2O4.2Н2О, С6Н5СOОН и др. Най-често срещаните в практиката индикатори за ацидиметрията са фенолфталейн, тимолфталейн и др.които имат рКНInd>7.
Титрувалните криви представят зависимостта pH = f(Vосн.) и имат вида
Алкалиметрията намира приложение за определяне на масова част (w%) на киселини, киселинност на води и хранителни продукти, соли, алкалоземни карбонати и др.
10>
Сподели с приятели: |