Химические (классические) методы количественного анализа
Это гравиметрический и титриметрический методы. Хотя они постепенно уступают место инструментальным методам, они остаются непревзойденными по точности: их относительная ошибка меньше 0,2 %, тогда как инструментальных - 2-5 %. Они остаются стандартными для оценки правильности результатов других методов. Основное применение: прецизионное определение больших и средних количеств веществ.
Гравиметрический метод заключается в выделении вещества в чистом виде и его взвешивании. Чаще всего выделение проводят осаждением. Осадок должен быть практически нерастворимым. Определяемый компонент должен выделяться в осадок практически полностью, так чтобы концентрация компонента в растворе не превышала 10-6 М. Этот осадок должен быть по возможности крупнокристаллическим, чтобы его легко можно было промыть. Осадок должен быть стехиометрическим соединением определенного состава. При осаждении происходит захват примесей (соосаждение), поэтому его необходимо промывать. Затем осадок должен быть высушен и взвешен.
Применение гравиметрических методов:
Можно определить большинство неорганических катионов, анионов, нейтральных соединений. Для осаждения применяют неорганические и органические реагенты; последние более селективны. Примеры:
AgNO3+HCl=AgCl+HNO3
(определение серебра или хлорид-ионов),
BaCl2+H2SO4=BaSO4+2HCl
(определение бария или сульфат-ионов).
Катионы никеля осаждаются диметилглиоксимом.
Титриметрические методы используют реакции в растворах. Называются также волюмометрическими, так как основаны на измерении объема раствора. Заключаются в постепенном прибавлении к раствору определяемого вещества с неизвестной концентрацией раствора реагирующего с ним вещества (с известной концентрацией), который называется титрантом. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах: n1=n2.
Так как n=CV, где С - молярная концентрация эквивалента, V- объем, в котором растворено вещество, то для стехиометрически реагирующих веществ справедливо:
C1V1=C2V2
Cледовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (например, C2), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Зная молекулярную массу эквивалента М, можно рассчитать массу вещества: m2=C2M.
Для того, чтобы определить конец реакции (который называется точкой эквивалентности), используют изменение цвета раствора или измеряют какое-либо физико-химическое свойство раствора. Используют реакции всех типов: нейтрализации кислот и оснований, окисления и восстановления, комплексообразования, осаждения. Классификация титриметрических методов дана в таблице:
|
Метод титрования, тип реакции |
Подгруппы методов |
Вещества титрантов |
|
Кислотно-основное |
Ацидиметрия |
HCl |
|
|
Алкалиметрия |
NaOH, Na2CO3 |
|
Оксилительно-восстановительное |
Перманганатометрия |
KmnO4 |
|
|
Иодометрия |
I2 |
|
|
Дихроматометрия |
K2Cr2O7 |
|
|
Броматометрия |
KBrO3 |
|
|
Иодатометрия |
KIO3 |
|
Комплексометрическое |
Комплексонометрия |
ЭДТА |
|
Осадительное |
Аргентометрия |
AgNO3 |
Титрование бывает прямое и обратное. Если скорость реакции мала, добавляют заведомый избыток титранта, чтобы довести реакцию до конца, а затем количество непрореагированного титранта определяют титрованием другим реагентом.
В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации, в ходе реакции изменяется рН раствора. График зависимости рН от объема титранта называется кривой титрования, обычно имеет вид:
Д
ля определения
точки эквивалентности используют либо
рН-метрию, либо индикаторы, изменяющие
цвет при определенном значении рН.
Чувствительность и точность титрования
характеризуются крутизной кривой
титрования.
Комплексонометрия основана на реакции образования комплексов. Наиболее часто применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА )
(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)
либо ее) динатриевую соль. Эти вещества часто называют комплексонами. Они образуют прочные комплексы с катионами многих металлов, поэтому применение для титрования требует разделения.
Окислительно-восстановительное титрование сопровождается изменением потенциала системы. Ход титрования контролируется обычно потенциометрическим методом, см. Позднее.
Осадительное титрование - чаще всего применяют аргентометрию как способ определения галогенид-ионов. Последние образуют с катионами серебра практически нерастворимый осадок.
Методы титриметрического анализа обладают высокой точностью(относительная погрешность определения - 0,1 - 0,3%), малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления. Титриметрию применяют для экспрессного определения высоких и средних концентраций веществ в растворах, в том числе неводных.