Молекулярная рефракция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

1. Физические методы анализа. Молекулярная рефракция

2. Химический качественный анализ. Анионы 3 группы

3. Химический количественный анализ. Метод окислительно-восстановительного титрования. Дихроматометрия

4. ФХМА абсорбционная спектрометрия

5. Рассчитать pH 0.0001M раствора NaOH

1. Физические методы анализа. Молекулярная рефракция

Они основаны на измерении эффекта, вызванного взаимод. с в-вом излучения - потока квантов или частиц. Излучение играет примерно ту же роль, что играет реактив в химических методах анализа. Измеряемый физ. эффект представляет собой сигнал. В результате неск. или мн. измерений величины сигнала и их стати-стич. обработки получают аналит. сигнал. Он связан с концентрацией или массой определяемых компонентов.

Исходя из характера используемого излучения, Ф. м. а. можно разделить на три группы:

1) методы, использующие первичное излучение, поглощаемое образцом;

2) применяющие первичное излучение, рассеиваемое образцом;

3) использующие вторичное излучение, испускаемое образцом.

К примеру, масс-спектрометрия относится к третьей группе - первичным излучением здесь служит поток электронов, квантов света, первичных ионов или др. частиц, а вторичное излучение представляет собой ионы разл. масс и зарядов.

С точки зрения практич. применения чаще используют др. классификацию Ф. м. а.: 1) спектроскопич. методы анализа -атомно-эмиссионная, атомно-абсорбционная, атомно-флуо-ресцентная спектрометрия и др. (см., напр., Атомно-абсорб-ционный анализ, Атомно-флуоресцентный анализ, Инфракрасная спектроскопия, Ультрафиолетовая спектроскопия), рентгеновская спектроскопия, в т. ч. рентгено-флуоресцент-ный метод и рентгеноспектральный микроанализ, масс-спектрометрия, электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс, электронная спектрометрия; 2) ядер-но-физ. и радиохим. методы - радиоактивационный анализ (см.Активационный анализ), ядерная гамма-резонансная, или мёссбауэровская спектроскопия, изотопного разбавления метод',3) прочие методы, напр. рентгеновская дифрактометрия (см. Дифракционные методы), и др.

Достоинства физ. методов: простота пробоподготовки (в большинстве случаев) и качественного анализа проб, большая универсальность по сравнению с хим. и физ.-хим. методами (в т. ч. возможность анализа многокомпонентных смесей), широкий динамич. диапазон (т. е. возможность определения основных, примесных и следовых составляющих), часто низкие пределы обнаружения как по концентрации (до 10-8 % без использования концентрирования), так и по массе (10-10 -10-20 г), что позволяет расходовать предельно малые кол-ва пробы, а иногда проводить неразрушающий анализ. Многие Ф. м. а. позволяют выполнять как валовый, так и локальный и послойный анализ с пространств. разрешением вплоть до моноатомного уровня. Ф. м. а. удобны для автоматизации.

Рефракция молекулярная

Рефракция молекулярная (R), связывает электронную поляризуемость aэл вещества с его преломления показателем n. В пределах применимости выражений для Р. м. она, характеризуя, как и n,способность вещества преломлять свет, отличается от n тем, что практически не зависит от плотности, температуры и агрегатного состояния данного вещества. Основная формула для Р. м. имеет вид

,

где М -- молекулярная масса вещества, r -- его плотность, NA -- Авогадро число. Выражение (*) для Р. м. является эквивалентом Лоренц -- Лоренца формулы (с теми же ограничениями на применимость), но во многих случаях более удобно для практических приложений. Часто Р. м. можно представить как сумму "рефракций" атомов или групп атомов веществ, составляющих молекулу сложного вещества, или их связей в такой молекуле.

2. Химический качественный анализ. Анионы 3 группы

Качественный анализ позволяет установить, из каких химических элементов состоит анализируемое вещество и какие ионы, группы атомов или молекулы входят в его состав. При исследовании состава неизвестного вещества качественный анализ всегда предшествует количественному, т. к. выбор метода количественного определения составных частей анализируемого вещества зависит от данных, полученных при его качественном анализе. Этот анализ основывается на превращении анализируемого вещества в какое-нибудь новое соединение» обладающее характерными свойствами: цветом, определенным физическим состоянием, кристаллической или аморфной структурой, специфическим запахом и т. п. Химическое превращение, происходящее при этом, называют качественной аналитической реакцией, а вещества, вызывающие это превращение, называют реактивами (реагентами).

Общая характеристика анионов 3 группы

К третьей группе анионов относятся нитрат-ион NO3-, нитрит-нон NO2- , ацетат- ион CH3COO- .

Катионы бария Ва+ и серебра Ag+ с аннонами этой группы осадков не образуют. Группового реагента на анионы третьей группы нет.

Обнаружение анионов третьей группы

При наличии в испытуемом растворе сульфид-иона S2- его необходимо предварительно удалить действием сульфата цинка ZnS04.

Обнаружение нитрит-иона NO2- . Возьмите 5--6

капель испытуемого раствора, добавьте 2--3 капли 2 н . раствора серной кислоты H2S04, 4--5 капель 10-процентного раствора иодида калия KI и несколько капель крахмального клейстера. Полученную смесь перемешайте. В присутствии нитрит-иона NO2- появляется интенсивно-синее окрашивание раствора.

Обнаружение нитрат-иона NO3- в присутствии нитрит-иона NO2- . При наличии нитрит-иона его необходимо, предварительно удалить. Для этого в пробирку поместите 5--6 капель анализируемого раствора, добавьте несколько кристалликов хлорида аммония NН4Cl и нагрейте до прекращения выделения газа (N2). Возьмите 2--3 капли раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте и поместите их на фарфоровую пластинку или предметное стекло. Туда же внесите на кончике стеклянной палочки небольшое количество анализируемого раствора и перемешайте.

В присутствии нитрат-иона NO3- появляется интенсивно-синее окрашивание.

Обнаружение ацетат-иона СН3СОО- производится частными реакциями.

Частные реакции анионов третьей группы

В качестве примера рассмотрим реакции с нитрат-ионом NO3-

1. Дифениламин (C6H5)2NH с нитрат-ионом

NO3- образует интенсивно-синее окрашивание.

Опыт. На чистое и сухое часовое стекло поместите 4--5 капель раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Внесите туда же стеклянной палочкой каплю испытуемого раствора и перемешайте. В присутствии аниона NO3- появляется интенсивно-синяя окраска раствора вследствие окисления дифениламина. Аналогичное окрашивание дает и анион NO2- .

Условия проведения опыта.

1. Окислители и иодид-ион I-, который может окисляться сернойкислотой до I2, мешают проведению реакции.

2. Анионы-восстановители S032-, S2- и др. также мешают открытию нитрат-нона NO3- .

3. Для выполнения реакции лучше брать разбавленные растворы испытуемых веществ.

спектрометрия молекулярный химический анион

3. Химический количественный анализ. Метод окислительно-восстановительного титрования. Дихроматометрия

Количественный анализ позволяет установить количественные соотношения составных частей данного соединения или смеси веществ. В отличие от качественного анализа количественный анализ дает возможность определить содержание отдельных компонентов анализируемого вещества или общее содержание определяемого вещества в исследуемом продукте.

Окислительно -восстановительное титрование основано на реакциях окисления - восстановления. Определяемое вещество (титруемое) вступает в реакцию с титрантом. Если титрант - окислитель, то титрование называется окислительным или оксидиметрия. Если титрант - восстановитель, то титрование называется восстановительным или редуктометрия.

Для количественного анализа подходят только те окислительно-восстановительные реакции, которые протекают количественно до конца и являются необратимыми. Для таких реакций константа равновесия Кр> 108. Реакции с меньшей константой равновесия протекают не до конца и подвергаются сильному влиянию различных факторов (pH, t, ионной силе раствора). Реакция должна протекать быстро. Медленные реакции можно ускорить нагреванием или добавлением катализатора. Продукты реакции должны быть определенного состава.

Точка эквивалентности окислительно - восстановительной реакции зависит от величины ЭДС ( разности потенциалов окислительно- восстановительных пар E0ок. - Е0восст. ). ЭДС при химической индикации должна быть не менее 0,4 -0,5 В, при инструментальной - не менее 0,2 В. В противном случае отсутствует резкий скачок потенциала в области эквивалентности и трудно установить конец титрования.

Характеристика титранта

Титрантами в методах окислительно-восстановительного титрования могут быть растворы окислителей и восстановителей. В зависимости от условий реакции титранты могут принимать или отдавать разное число электронов, поэтому молярная масса эквивалента титранта не является постоянной величиной. Например, титрант KMnO4 принимает разное количество электронов в зависимости от рН среды реакции:

в кислой среде MnO4- + 5e + 8 H+= Mn2+ + 4H2O E0= 1,51 В

Мэ(1/5 KMnO4) = M (KMnO4)/5 = 158/5 = 31,6 г/моль

в щелочной среде MnO4- + 1e = MnO42- E0 = 0,56 В

Mэ( 1 KMnO4 ) = M ( KMnO4) = 158 г/моль

в нейтральной среде MnO4- + 2 H2O + 3e = MnO2 + 4 OH- E0 = 0,60 В

Mэ ( 1/3 KMnO4 ) = 1/3 M ( KMnO4) = 158/3 = 52,7 г/моль.

Таким образом, в кислой среде KMnO4 является более сильным окислителем, так как стандартный электродный потенциал его окислительно - восстановительной пары является наибольшей величиной E0 (MnO4-/ Mn2+) = 1,51 B.

Титрант окислительно-восстановительного метода титрования характеризуется:

типом полуреакции, где указано число передаваемых электронов; величиной окислительно-восстановительного потенциала окислительно-восстановительной пары.

Потенциал в точке эквивалентности (ЕТ.Э.).

Если в полуреакциях титранта и определяемого вещества одинаковое число передаваемых электронов, то потенциал в точке эквивалентности будет равен среднему арифметическому соответствующих стандартных потенциалов. При разном числе передаваемых электронов потенциал в точке эквивалентности вычисляется по формуле: Ет.э. = Е0титр.nтитр. + Е0оп. n оп. ./ nтитр + nоп.

В методах окислительно-восстановительного титрования чаще используют титранты - окислители в связи с большей устойчивостью их растворов. Растворы титрантов - восстановителей менее устойчивы (окисление кислородом воздуха), хранятся недолго. Метод окислительно-восстановительного титрования называют по типу применяемого титранта ( табл.1 )

Таблица 1 Методы окислительно-восстановительного титрования

Дихроматометрия (бихроматометрия, хроматометрия), титриметрический метод определения восстановителей, а также катионов металлов, образующих малорастворимые хроматы. Основана на применении стандартного раствора К2Сr2O7. При титровании восстановителей дихромат восстанавливается по схеме: Сr2О72- + 14Н+ + 6е D 2Сr3+ + 7Н2О (стандартный электродный потенциал + 1,33 В). Реальный потенциал системы Cr(VI)/Cr(III) меняется в широких пределах в зависимости от состава среды - от 0,93 (0,1 М НСl) до 1,66 В (13 М Н3РО4).Во всех случаях, когда не требуется очень высокий окислит. потенциал титранта, Д. предпочтительнее перманганатометрии , т. к. титрант - водный раствор К2Сr2О7 -готовят по точной навеске, концентрация его практически не меняется длительное время, он не восстанавливается Сl и следами органических. веществ, обычно присутствующих в дистиллированной воде. Процесс проводят в кислой среде. Конечную точку титрования устанавливают с помощью внутренних окислительно-восстановительных индикаторов (напр., дифениламина, дифениламиносульфокислоты, N-фенилантраниловой кислоты), реже - с помощью внеш. индикаторов, например, AgNO3, K3[Fe(CN)6], образующих окрашенные осадки с избытком титранта, или по появлению окраски ионов Cr(VI). Последний способ наим. точный. Д. применяют для определения Fe(II), Te(IV), W(III), Mo(III), Sn(II), Ti(III), V(IV), SO32-, Fe(CN)64-, органических веществ (гидрохинона, аскорбиновой кислоты и др.). Д. используют также для определения необратимо восстанавливающихся окислителей (напр., хлоратов, нитратов), которые предварительно восстанавливают известным объемом стандартного раствора Fe(II). Избыток Fe(II) оттитровывают дихроматом с индикаторами дифениламином, дифениламиносульфокислотой (в присут. Н3РО4) или N-фенилантраниловой кислотой. Этот вариант Д. иногда называется обратным феррометрическим титрованием. Дихроматометрическое определение катионов таких металлов, как Ag(I), Ba, Pb(II), основано на их взаимодействии с К2Сr2О7 с образованием малорастворимых в воде хроматов (т. наз. осадительное титрование). Конечную точку устанавливают с помощью внешнего индикатора AgNO3. При обратном титровании избыток ионов Сr2О72- после осаждения хроматов оттитровывают растворомром соли Fe(II) с ферроином в качестве индикатора или раствором Na2S2O3 с KI и крахмалом.

4. ФХМА абсорбционная спектрометрия

Изучает спектры поглощения электромагн. излучения атомами и молекулами в-ва в разл. агрегатных состояниях. Интенсивность светового потока при его прохождении через исследуемую среду уменьшается вследствие превращения энергии излучения в разл. формы внутр. энергии в-ва и (или) в энергию вторичного излучения. Поглощат. способность в-ва зависит гл. обр. от электронного строения атомов и молекул, а также от длины волны и поляризации падающего света, толщины слоя, концентрации в-ва, т-ры, наличия электрич. и магн. полей. Для измерения поглощат. способности используют спектрофотометры-оптич. приборы, состоящие из источника света, камеры для образцов, монохроматора (призма или дифракционная решетка) и детектора. Сигнал от детектора регистрируется в виде непрерывной кривой (спектра поглощения) или в виде таблиц, если спектрофотометр имеет встроенную ЭВМ. Применение А. с. основано на след. законах.

1. Закон Бугера-Ламберта: если среда однородна и слой вещества перпендикулярен падающему параллельному световому потоку, то I= 0exp (Ч kd), где 0 и I-интенсивности соотвенно падающего и прошедшего через вещество света, d-толщина слоя, k-коэффициент поглощения, который не зависит от толщины поглощающего слоя и интенсивности падающего излучения. Для характеристики поглощаельной способности широко используют коэффициент экстинкции, или светопоглощения; k' = k/2,303 (в см -1) и оптическая плотность А =lg 0/I,> а также величину пропускания Т= I/I0.> Отклонения от закона известны только для световых потоков чрезвычайно большой интенсивности (для лазерного излучения). Коэффициент k зависит от длины волны падающего света, т. к. его величина определяется электронной конфигурацией молекул и атомов и вероятностями переходов между их электронными уровнями. Совокупность переходов создает спектр поглощения (абсорбции), характерный для данного вещества.

2. Закон Бера: каждая молекула или атом независимо от относит. расположения др. молекул или атомов поглощает одну и ту же долю энергии излучения, т. е.k =?c , где с-концентрация вещества. Если с выражена в моль/л,

? называют молярным коэффициентом поглощения. Отклонения от этого закона свидетельствуют об образовании димеров, полимеров, ассоциатов, о хим. взаимодействии поглощающих частиц.

3. Объединенный закон Бугера-Ламберта-Бера:

I = I0exp*(- ?cd)

Вид спектра поглощения определяется как природой образующих его атомов и молекул, так и агрегатным состоянием вещества. Спектр разреженных атомарных газов - ряд узких дискретных линий, положение которых зависит от энергии основного и возбужденных электронных состояний атомов. Спектры молекулярных газов - полосы, образованные тесно расположенными линиями, соответствующими переходам между колебательным и вращательным энергетическими уровнями молекул. Спектр вещества в конденсированной фазе определяется не только природой составляющих его молекул, но и межмолекулярными взаимодействиями, влияющими на структуру электронных уровней. Обычно такой спектр состоит из ряда широких полос различной интенсивности. Иногда в нем проявляется структура колебательных уровней (особенно у кристаллов при охлаждении). Прозрачные среды, вода, кварц, не имеют в спектре полос поглощения, а обладают лишь границей поглощения.

5. Рассчитать pH 0.0001M р-ра NaOH

рН = - lg[H+] pH = 14 - pOH

pOH = - lg[OH-]

NaOH = Na+ + OH- [OH-] = 0,0001 моль/л = 1*10^-4 моль/л

pOH = 4 pH = 14-4 = 10.

Размещено на Allbest.ru