Методи за качествен анализ. Видове, типове и основни характеристики на аналитичните реакции



страница1/4
Дата11.01.2018
Размер0.64 Mb.
#44360
  1   2   3   4
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 lim) – 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 с) 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 с) 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 = аСсDd/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+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



  1. Претегляне на изчисленото количество проба на аналитична везна – необходими са – аналитична везна, тегловно стъкло, пластмасова лъжичка (шпатула)

  2. Разтваряне в подходящ разтворител (д.вода, киселини, др.) – бехерова чаша, стъклена пръчица с гумен накрайник, котлон и др.

  3. Утаяване с подходящ утаител – бюрета, пипета, мерителен цилиндър и др.

  4. 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

  5. Измиване на утайката с подходяща промивна течност – колба пръскалка

  6. Сушене и (или) накаляване – сушилен шкаф, котлон, муфелна или тиглова пещ, порцеланови тигли, щипки за тигли

  7. Темпериране – ексикатор

  8. Теглене на аналитична везна на тегловната форма – аналитична везна

  9. 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

Mмоларна 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 = CS/ 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:

  1. Претегляне на изчисленото количество проба на аналитична везна – необходими са – аналитична везна, тегловно стъкло

  2. Сушене при определена температура – сушилен шкаф, термометър, метални щипки

  3. Темпериране – ексикатор

  4. Теглене на аналитична везна – аналитична везна

  5. 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:

титрантразтвор 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:

    1. 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:



  1. Изчислява се масата на реактива, необходима за приготвяне на Vk милилитра разтвор с концентрация СN(R)

  2. Претегля се изчисленото количество от реактива m(R) на аналитична везна

  3. Прехвърля се количествено в мерителна колба с определен обем Vk

  4. Разтваря се с д.вода или подходящ разтворител

  5. Приготвя се на разтвора по всички правила за работа с мерителни колби и старателно хомогенизиране.

  6. 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

Vkобем 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:


  1. Изчислява се масата на реактива, необходима за приготвяне на Vk милилитра разтвор с концентрация СN(R)

  2. Претегля се изчисленото количество от реактива m(R) на техническа везна

  3. Внася се в мерителна колба с определен обем Vk или друг съд за приготвяне на разтвор

  4. Разтваря се с д.вода или подходящ разтворител

  5. Приготвя се на разтвора и старателно се хомогенизира

  6. 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.

  7. 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 Н2C2O4.2О, 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.


Сподели с приятели:
  1   2   3   4




©obuch.info 2023
отнасят до администрацията

    Начална страница