Раствор как среда для проведения аналитических реакций

Кафедра аналитической химии

 

 

Е. В. Радион, А. Е. Соколовский

 

Теоретические основы аналитической химии

Учебно-методическое пособие по дисциплинам «Аналитическая химия», «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов химико-технологических специальностей

 

Минск 2013

 

Кафедра аналитической химии

 

 

Е. В. Радион, А. Е. Соколовский

 

Теоретические основы аналитической химии

Учебно-методическое пособие по дисциплинам «Аналитическая химия», «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов химико-технологических специальностей

 

 

Минск 2013

УДК 543(072)

ББК 24.4я73

Т33

 

Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

 

Рецензенты:

кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической
химии БГУ Т.М. Якименко;

кандидат химических наук, доцент кафедры химии БГПУ им. М. Танка Е.Б. Окаев

 

Т33 Теоретические основы аналитической химии.Учебно-методическое пособие по дисциплинам «Аналитическая химия», «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов химико-технологических специальностей / сост.: Е. В. Радион, А. Е. Соколовский. – Минск: БГТУ, 2013. – 78 с.

 

В пособии рассматриваются общие теоретические основы аналитической химии: основы теории растворов и основные типы химических реакций, используемых в аналитической химии. Показана роль кислотно-основных, окислительно-восстановительных реакций, реакций осаждения и комплексообразования в химическом анализе. Рассмотрены вопросы использования табличных значений констант растворимости, кислотности, основности, устойчивости и стандартных окислительно-восстановительных потенциалов для решения химико-аналитических задач. Основные теоретические положения сопровождаются большим количеством примеров проведения типовых расчетов.

Предназначается для самостоятельной работы студентов химико-технологических специальностей: подготовка к защите тем, компьютерному тестированию, сдаче зачета и экзамена; выполнение расчетных заданий.

УДК 543(072)

ББК 24.4я73

 

© УО «Белорусский государственный

технологический университет», 2013

© Радион Е. В., Соколовский А. Е., 2013

ВВЕДЕНИЕ

 

В основе многих методов обнаружения и определения лежат химические реакции, подавляющее большинство которых протекает в растворе. Закономерности, управляющие протеканием этих реакций, являются наиболее важной составной частью теоретических основ химических и некоторых физико-химических методов анализа.

В аналитической химии используются четыре типа реакций:

1) кислотно-оснóвные реакции – реакции с переносом протона Н⁺;

2) окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции с переносом электрона ē;

3) реакции комплексообразования – реакции с переносом электронных пар и образованием связей по донорно-акцепторному механизму;

4) реакции осаждения – гетерогенные реакции в растворе.

Указанные типы химических равновесий лежат в основе классификации методов количественного химического анализа и являются теоретической базой этих методов.

Знание теоретических основ химических методов анализа и умение проводить расчеты, связанные с различными равновесиями, позволяют выбирать оптимальные условия проведения анализа.

Константы равновесий, используемые в аналитической химии, могут представлять собой очень малые (например, произведения растворимости) или очень большие величины (например, константы устойчивости прочных комплексов), поэтому часто для удобства проведения расчетов вместо значений констант равновесия используют их десятичные логарифмы lg K или отрицательные десятичные логарифмы (показатели констант pK):

pK = – lg K

Во всех расчетах с использованием констант равновесия используются молярные концентрации веществ (моль/л). В пособии приняты следующие обозначения:

§ С (Х) – общая концентрация вещества Х в растворе;

§ [Х] – равновесная концентрация вещества Х в растворе.

Общие вопросы теории растворов

 

Раствор как среда для проведения аналитических реакций

 

Большинство аналитических реакций проходит в растворах.

Растворы – это сложные многокомпонентные системы, в которых возможны различные взаимодействия между растворенными веществами и растворителем.

Виды взаимодействий в растворах:

§ хаотические столкновения частиц;

§ электростатические взаимодействия между ионами и диполями;

§ сольватация – взаимодействие молекул растворителя с молекулами или ионами растворенного вещества (в водном растворе – гидратация).

Характер взаимодействия зависит от природы растворенного вещества (неэлектролит, сильный или слабый электролит) и природы растворителя (растворители различаются по полярности, кислотно-основным и другим свойствам). Например, в растворах сильных электролитов особенно заметно проявляются электростатические взаимодействия.

Под действием разных растворителей меняется химико-аналитическое поведение ионов и молекул аналита, что сильно влияет на протекание аналитических реакций в растворах.

Например, иодид-ионы обнаруживают, окисляя их хлорной водой до иода:

2I^– + Cl₂ = I₂ + Cl^–.

Продукт реакции I₂ плохо растворяется в воде, поэтому аналитический эффект реакции – появление желто-бурой окраски раствора –выражен очень слабо. Однако если добавить в раствор хлороформ или бензол, то слой органического растворителя приобретает характерную для I₂ интенсивную фиолетово-розовую окраску. Причина заключается в том, что неполярное вещество I₂ лучше растворяется в неполярном органическом растворителе, чем в полярном (воде).