8

Лекція 1

Тема: Об’єкт, предмет, завдання та методи аналітичної хімії

ПЛАН

1. Аналітична хімія: історія розвитку та завдання.

2. Характеристика методів аналітичної хімії.

3. Аналітичні реакції та вимоги до них.

1. Аналітична хімія – це наука, яка розвиває теоретичні основи аналізу і розробляє методи відкриття, ідентифікації, визначення і розділення хімічних елементів та їх сполук.

Відповідно до поділу хімії на неорганічну і органічну, аналітична хімія теж поділяється на аналітичну хімію неорганічних сполук і аналітичну хімію органічних сполук.

Аналітична хімія об’єднує: теорію хімічного аналізу, якісний аналіз і кількісний аналіз.

Перші спроби розрізняти, розділяти речовини та оцінювати їх для практичного використання були зроблені ще в глибоку давнину.

Так, наприклад, у єгипетських папірусах, написаних близько трьох тисяч років тому, міститься опис випробувань золотих та срібних виробів.

XІV-XVІ ст. алхіміки ввели зважування і експериментальним шляхом накопили інформацію про властивості деяких речовин.

В XVІ-XVІІ століттях з’явились хімічні методи визначення речовин, які ґрунтувалися на переведенні цих речовин у розчин.

Вперше, у 1661р. Роберт Бойль науково обґрунтував поняття хімічного аналізу у своїй книжці “Химик - скептик”.

У наукову дисципліну аналітична хімія оформилась лише у другій половині XlX ст.

Велика заслуга у розвитку аналітичної хімії належить працям М.В. Ломоносова, Д.І. Мендєлєєва, В.І. Тананаєва. В Україні аналітична хімія розвивалась з кінця XlX ст. Великий вклад у розвиток аналітичної хімії України вніс академік НАН України А.К. Бобко (ХХ ст.). Він розробив хемілюмінесцентний аналіз, теорію і практику різнолігандних комплексних сполук, використання екстракції в аналітичній хімії.

До основних завдань аналітичної хімії належать:

1. Дослідницька функція, яка включає розвиток теорії хімічних процесів, розрахунок складних хімічних систем, вивчення взаємозв’язку між будовою речовини та їх хіміко-аналітичними властивостями, дослідження структури найважливіших біологічно активних сполук, розвиток інструментальних методів аналізу, вирішення проблеми охорони навколишнього природного середовища. Ці завдання розв’язує аналітик-дослідник.

2. Хіміко–технологічний контроль виробництва на всіх його етапах. Ці завдання розв’язують аналітики-практики. Методи аналізів включені в технологічні регламенти та державні стандарти на готову продукцію.

Стандарт – це нормативний документ на метод або методику аналізу, який визначає допустимі кількості речовин домішок та методи їх визначення. Категорії стандартів:

• державні;

• галузеві;

• стандарти підприємств;

• технічні умови;

• державна фармакопея.

В Україні прийнятий Державний стандарт України ДСТУ 2439-94 “Елементи хімічні та речовини прості. Терміни та визначення основних понять. Умовні позначення” (чинний від 1995-01-01).

Цей стандарт установлює терміни, визначення та позначення для елементів періодичної системи і простих речовин.

2. Характеристика методів аналітичної хімії

Аналіз – це одержування даних про якісний і кількісний склад речовини, хімічної сполуки, суміші хімічних сполук тощо.

Метод аналізу – це коротке визначення принципів, на яких ґрунтується аналіз речовини.

Методика аналізу – це описування всіх умов і операцій, які забезпечують задану вірність аналізу.

Методи аналізу класифікують за способами розв’язання тієї чи іншої аналітичної задачі на:

1. ідентифікація або виявлення (якісний аналіз дозволяє визначити з яких іонів, елементів складається досліджуваний об’єкт);

2. визначення вмісту елементів у аналізованому об’єкті (кількісний аналіз – дозволяє кількісно визначить вміст елементів або їх сполук в досліджуваному об’єкті);

3. визначення молекулярного складу об’єкта, або окремих його фаз (фазовий аналіз).

Аналіз невідомої речовини завжди починають з якісного аналізу.

Залежно від вимірюваної властивості речовини методи класифікують на: 1). Хімічні методи ґрунтуються на хімічних реакціях (осадження, гідролізу, комплексоутворення).

2). Фізичні методи основані на спостереженні будь-якої фізичної властивості, яка характерна для даного елемента. (це вимірювання густини, в’язкості, вивчення оптичних, електричних, магнітних та інших властивостей речовин).

3). Фізико-хімічні методи основані на вивченні фізичних явищ, які відбуваються при хімічних реакціях.

Фізичні та фізико-хімічні методи називаються ще інструментальними методами, оскільки для виконання аналізу потрібні пристрої – інструменти.

У хімічних методах якісного аналізу використовують якісні аналітичні реакції. За допомогою таких реакц.й потрібний хімічний елемент чи функціональну групу перетворюють у сполуку, яка має ряд характерних властивостей: колір, запах, агрегатний стан. Речовина, яка використовується для проведення якісної аналітичної реакції, зветься реагентом або реактивом.

Реактиви за ступенем чистоти діляться на:

• особо чисті (о.ч);

• хімічно чисті (х.ч);

• чисті для аналізу (ч.д.а.);

• чисті (ч).

Реактиви, які осаджають цілу групу іонів називають груповими.

3. Аналітичні реакції та вимоги до них

Аналітичними реакціями називаються такі хімічні реакції, які використовують для ідентифікації, розділення та кількісного визначення елементів, іонів, молекул.

Аналітичні реакції класифікуються за застосуванням:

а) реакції виявлення;

б) реакції кількісного визначення;

в) реакції розподілення.

За характером хімічної взаємодії:

а) кислотно-основні (протолітичні);

б) реакції осадження;

в) реакції комплексоутворення;

г) окисно-відновні реакції.

Аналітичні реакції, які характерні для даного йона або речовини називаються характерними аналітичними реакціями.

Аналітичні реагенти на даний йон або речовину називаються характерними аналітичними реагентами (реактивами).

Селективними (вибірковими) аналітичними реакціями називають такі реакції, які при визначених умовах відбуваються одночасно тільки з деякими йонами.

Специфічними аналітичними реакціями називаються такі реакції, які дозволяють визначити даний йон (речовину) в присутності інших йонів (речовин).

Наприклад: NH₄⁺ +OH^- NH₃ ↑+H₂O

(за запахом, за посинінням лакмусового паперу, розовіння паперу, який змочений фенолфталеїном).

Ця реакція є специфічною, а кон – специфічний реагент на катіон амонію.

Цією реакцією можна визначити NH₄⁺ в присутності інших йонів в неорганічному аналізі.

Для запису рівнянь хімічних реакцій в аналітичній хімії використовують:

1. молекулярні рівняння;

2. йонно-молекулярні;

3. йонно-електронні.

Термохімічні рівняння дуже рідко використовують в аналітичній хімії.

Вимоги до аналітичних рівнянь:

1. повинні відбуватися швидко;

2. бути незворотними;

3. повинні проходити в еквівалентних співвідношеннях;

4. супроводжуватися зовнішнім ефектом (в хімічних методах аналізу);

5. бути специфічними або селективними.