Третья аналитическая группа анионов

 

Опыт 10. Определение аниона NO₃^–

 

Большинство нитратов растворимо в воде. Ион NO₃^– бесцветен. Определяют его с помощью реакций окисления-восстановления.

 

А) Реакция с металлической медью

 

В присутствии серной кислоты нитраты восстанавливаются металлической медью до оксида азота (II), который сразу же окисляется кислородом воздуха до бурого оксида азота (IV)

2NO₃^– + 3Cu + 8Н⁺ = 2NO + 3Cu²⁺ + 4Н₂О

2NO + О₂ = 2NO₂

К 2 - 3 каплям раствора нитрата добавьте 1 - 2 капли концентрированной серной кислоты, кусочек меди и нагревайте на водяной бане. Бурая окраска NO₂ хорошо заметна на белом фоне.

 

 

Б) Реакция с сульфатом железа (II)

 

В кислой среде нитраты также восстанавливаются FeSО₄ до NO

2NO^3– + 6Fе²⁺ + 8Н⁺ = 2NO + 6Fe³⁺ + 4Н₂О

Образующийся в результате реакции оксид азота (II) даст с сульфатом железа комплексное соединение бурого цвета

NO + FеSО₄ = [Fе(NО)SО₄]

К 2 - 3 каплям раствора нитрата натрия на часовом стекле поместите кристалл сульфата железа (II) FeSO₄∙7Н₂О и добавьте каплю концентрированной серной кислоты. Вокруг кристалла появится бурое кольцо. Анион NO^2– также дает эту реакцию.

 

В) Реакция с металлическим алюминием

 

Металлический алюминий в присутствии щелочи восстанавливает нитраты до аммиака

3NO^3– + 8А1 + 5ОН^– + 2Н₂О = 3NН₃ + 8АlO^2–

К 2 - 3 каплям раствора нитрата натрия добавьте 1 - 2 капли 6 н раствора гидроксида натрия, кусочек алюминия и нагрейте. Поднесите к отверстию пробирки влажную красную лакмусовую бумагу. Под действием выделяющегося аммиака она изменит свой цвет. Анион NO₂^– также даст аналогичную реакцию. Катион NН₄⁺ должен быть предварительно удален из раствора кипячением его со щелочью.

 

Г) Реакция с дифениламином

 

Дифениламин (С₆Н₅)₂NH окисляется ионом NO^3– до продукта, имеющего темно-синюю окраску.

К 3 - 4 каплям раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте, нанесенным на чистое часовое стекло, прибавьте стеклянной палочкой очень немного раствора нитрата натрия. Аналогично окрашивают дифениламин и анионы NO₂^–.

 

Опыт П. Определение анионов NO₂^–

 

Нитриты хорошо растворимы в воде. Анион NO₂^– в растворе бесцветен.

 

А) Реакция с сульфаниловой кислотой и a-нафтиламином

 

К капле нейтрального или слабокислого раствора нитрита на часовом стекле прибавьте 1 - 2 капли смеси сульфаниловой кислоты НSО₃С₆Н₄NН₂ и a-нафтиламина С₁₀H₇NH₂, называемой реактивом Грисса - Илосвая. Появится красное окрашивание. Реакция характерна только для нитритов.

 

Б) Реакция с кислотами

 

Разбавленные кислоты разлагают нитриты с выделением бурого оксида азота (IV)

2NO₂^– + 2Н⁺ = NO₂ + NO + Н₂O

К 6 - 8 каплям раствора нитрита натрия добавьте 5 - 6 капель серной кислоты. Наблюдайте на белом фоне выделение бурого оксида азота.

 

В) Реакция с иодидом калия

 

В слабокислой среде нитриты окисляют анион иода до свободного иода

2NO₂^– + 2H⁺ = NO₂ + NO + 2Н₂О

К 2 - 3 каплям раствора нитрита прибавьте столько же 2 н серной кислоты, 2 - 3 капли раствора иодида калия и 1 - 2 капли бензола или раствора крахмала. Бензол окрашивается иодом в фиолетовый цвет, а крахмал - в синий.

 

Г) Реакция с перманганатом калия

 

В кислой среде перманганат калия окисляет нитриты до нитратов

5NO₂^– + 2MnO₄^– + 6Н⁺ = 5NO₃^– + 2Mn²⁺ + 3Н₂О

К 2 - 3 каплям раствора перманганата калия прибавьте столько же 2 н серной кислоты и 5 - 6 капель раствора нитрита. В результате реакции малиновая окраска раствора обесцвечивается. Также действуют на перманганат калия другие восстановители: S^2–, Br ^–, I ^–.

Таким образом, реакции с сульфатом железа (II) и дифениламином являются общими для нитратов и нитритов. В присутствии нитрита нитрат можно обнаружить действием металлической меди и серной кислоты по выделению оксида азота NO₂.

В большинстве случаев для надежного определения нитратов нитриты необходимо предварительно удалить из исследуемого раствора. Достигается это нагреванием раствора с твердым хлоридом или сульфатом аммония

NO₂^– + 2H⁺ = N₂ + 2Н₂О

Полноту удаления нитритов контролируют реакцией с перманганатом калия.

Подобно солям аммония действует мочевина в кислой среде

2NO₂^– + 2Н⁺ + СО(NH₂)₂ = 3Н₂О + СО₂ + 2N₂

В 4 каплях исследуемого раствора растворяют около 0,1 г мочевины, полученный раствор по каплям прибавляют к 2 - 4 каплям 2 н раствора серной кислоты. Каждую следующую каплю прибавляют только после того, как закончится бурная реакция с предыдущей каплей. Когда весь раствор будет добавлен, жидкости дают некоторое время постоять, после чего отдельную порцию ее испытывают на присутствие нитритов реакцией с иодидом калия.

Следует заметить, что нитриты сравнительно легко окисляются. Поэтому, если в растворе нитриты присутствуют в значительных количествах, то почти всегда будут присутствовать и ионы NO₃^–. Поэтому специфическая реакция на нитраты едва ли существует. С достаточной достоверностью можно обнаружить только большие количества нитратов в присутствии малых количеств нитритов.

 

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

 

Количественный анализ представляет собой раздел аналитической химии, основной задачей которого является определение содержания (массы, концентрации и т.п.) или количеств. соотношений компонентов в анализируемом образце. Определяемыми компонентами могут быть атомы, молекулы, изотопы, функц. группы, т. п.

Методика проведения количественного анализа включает следующие стадии: отбор и подготовку пробы; переведение анализируемой части пробы в состояние, удобное для анализа; возбуждение и измерение аналит. сигнала; построение градуировочной характеристики, расчет результата единичного определения; расчет результата анализа путем усреднения результатов единичных определений и др.

Большинство методов количественного анализа относятся к сравнительным (относительным), в которых градуировочную характеристику строят с использованием образцов сравнения. В абсолютных методах, например, гравиметрии, кулонометрии, образцами сравнения не пользуются.

Большое значение имеют метрологические характеристики - закон распределения результатов параллельных определений, границы интервала определяемых содержаний, воспроизводимость, правильность, погрешности анализа.

По количеству вещества, взятого для анализа, различают макрометоды (масса пробы более 0,1 г), полумикрометоды (0,01-0,1 г), микрометоды (0,001-0,01 г), субмикрометоды (0,1-1 мг) и ультрамикрометоды (менее 0,1 мг).

Компоненты анализируемого вещества по их относительному содержанию условно делят на основные (составляют 1-100% по массе), неосновные (0,01-1% по массе) и следовые, или примесные (менее 0,01% по массе).

При контроле технологических процессов используют непрерывный автоматизированный количественный анализ, результаты количественного анализа используют для оперативного регулирования условий проведения технологических процессов. В автоматизированных системах аналитического контроля возможен как периодический отбор пробы, так и анализ вещества в потоке.

Тенденция развития количественного анализа - дальнейшая автоматизация с применением компьютеров и внедрение физико - химических методов, отличающихся экспрессностью, хорошими метрологическими характеристиками, высокой разрешающей способностью.

 

ГРАВИМЕТРИЯ

Гравиметрический анализ (весовой анализ) – количественный анализ, основанный на измерении массы веществ.

Суть метода заключается в том, что определяемый компонент полупроводникового соединения или системы после перевода в раствор выделяется из него в виде осадка, который отфильтровывается, промывается, прокаливается и взвешивается в той или другой весовой форме.

Длительность проведения операций и недостаточная чувствительность ограничивают применение весовых методов для анализа полупроводниковых материалов. Однако в тех случаях, когда требуется особо точно определить состав сложного полупроводникового соединения или отклонения от стехиометрического состава в десятых и сотых долях процента и время выполнения анализа не лимитировано, эти методы оказываются незаменимыми.

В табл 7.1 приведены некоторые примеры весового определения компонентов полупроводников.

 

 

Таблица7.1