Модуль 2

Программная лекция из модуля 2

• Нормативные учебные элементы из модуля 2:

• Знание, умение и привычки (ЗУН), что должны сформироваться у студента в результате изучения модуля 2:

Перечень литературы рекомендованной к изучению модуля и подготовки к коллоквиуму из модуля 2

Химические методы измерения параметров окружающей среды

Классическими химическими методами принято называть, в основном, гравиметрический (весовые) и титрометрический (объемные) методы. Эти методы широко применяются в практике химического анализа.

Основными преимуществами химических методов анализа есть простота выполнения и довольно высокая точность (0,10-0,01 %).

К недостаткам химических методов анализа относятся большая продолжительность и высокая граница выявления.

1. Гравиметрический (весовой) метод анализа

Основные операции: расчет навешивания, взвешивание образца, растворение пробы, осаждение, созревание осадка, фильтрование и промывание осадка, высушивание, прожаривание, взвешивание гравиметрической формы, расчеты.

Гравиметрический метод считают надежным и используют для оценки надежности других методов.

2. Титрометрические (объемные) методы анализа

При титриметрических (объемных) методах количество исследуемого вещества определяют за объемом (массой) раствора реактива, израсходованного в реакции с данным соединением, т.е. измерение массы (взвешивание) заменяют измерением объема. При этом к раствору исследуемого вещества или части раствора (аликвоте) постепенно прибавляют раствор точно известной концентрации до тех пор, пока вещества не прореагують полностью. Этот процесс называют титрованием.

Титр раствора – количество растворенного вещества, которое вмещается в 1 мл раствора, выраженная граммах.

Момент полного связывания исследуемого соединения – точка эквивалентности (ТО) - находят, например, за изменением крашения раствора, или за какими другими признаками.

Титрант – раствор, которым титруют и который имеет определенную концентрацию, - называется стандартным (титрованним).

Аликвотна частица (аликвота) – это точно известная часть анализируемого раствора, взятая для анализа (V_a, см³), что отбирают пипеткой.

Конечная точка титрования (КТТ) – момент или точка титрования, в которой некоторое свойство раствора (например, крашение) пометка изменяется. КТТ более или менее отвечает ТО, но чаще всего не совпадает с ней.

Кислотно-основное титрование. Растворы, которые содержат слабую кислоту и ее соль и образующие буферное действие называются буферными.

Эти растворы сохраняют неизменным значение pН при воздержанном разведении и при добавлении к ним небольших количеств кислот или щелочей. Это свойство называется буферным действием. Буферное действие не безграничное и она зависит от качественного и количественного состава буферного раствора.

Буферная емкость – это предельное количество кислоты или щелочи определенной концентрации (молярной, нормальной), которую можно прибавить до 1 дм³ буферного раствора, чтобы значение pН его изменилось только на единицу.

Такие титранты, как HC1, H₂SO₄, NaOH, КОН не отвечают требованиям, предлагаемым к стандартным веществам, поэтому их концентрацию определяют за первичными стандартами.

Первичные стандартные вещества должны удовлетворять следующим основным требованиям: высокая чистота; стойкость на воздухе; отсутствие гигроскопической влаги (должны быть негигроскопические); большая молярная масса эквивалента (что уменьшает ошибку взвешивания); доступность; отсутствие токсичности. Самые титранти - вторичные стандарты.

Процесс нейтрализации можно представить графически в виде кривой титрования, которое изображает изменение рН раствора, который титруется, по мере добавления к нему стандартного раствора кислоты или щелочи. На основании кривой титрования проводят выбор индикатора, который есть важнейшим в методе нейтрализации.

Момент эквивалентности устанавливают индикаторным методом по изменению крашения индикатора, 1-2 капле которого прибавляют в титруемой раствор.

Резкое изменение рН вблизи ТО называется прыжком титрования.

Индикаторы – это сложные органические кислоты или гидроксиды, при диссоциации которых происходит изменение структуры их молекул, т.е. появление или исчезновения хромофорных групп.

Область значений рН, в которой индикатор изменяет свое крашение, называется интервалом перехода индикатора.

Вместо интервала перехода крашения индикатора пользуются также показателем титрования индикатора (рТ) – это оптимальное значение рН раствора, который титруется, при котором наблюдается наиболее резкое изменение крашения индикатора, который свидетельствует об окончании титрования. Значение величины рТ приблизительно совпадают со значениями величин рК_інд.

Ошибки Результаты определения содержания любого компоненту при проведении количественного анализа всегда отличаются от его искреннего значения. Эти ошибки могут быть как случайными, так и систематическими и имеют разную природу.

1. Субъективные ошибки обусловлены несовершенством измерительных приборов и глазу, неточностью взвешивания. Для уменьшения этих ошибок следует пользоваться градуированной измерительной посудой (бюретки, пипетки, мерные колбы и т.д.). Затрата титранта в бюретке должна быть не менее 15-25 см³.

2. Индикаторные ошибки. Иногда индикаторную ошибку титрования называют просто ошибкой титрования, т.е. величина, найденная в конечной точке, за вычитанием величины, которая отвечает точке эквивалентности. Такое определение универсально и справедливо для всех титриметрических методов. Эти ошибки обусловленные тем, что титрование должно быть закончено при рн = 7, а практически при использовании индикаторов оно заканчивается или в кислому, или в щелочному средах.

Другие ошибки. Индикатор реагирует с исследуемым веществом или титрантом, что зависит от его концентрации и рН раствора. Для учета подобных ошибок проводят контрольный (холостой опыт).

Прямое титрование применяют для определения кислот, гидроксидов (сильных и слабых), солей и их смесей, твердости воды, кислотности и щелочности разных естественных объектов.

Обратное титрование используют для определения солей аммония. Определения основывается на титровании раствором НСl излишка раствора щелочи, которые прибавляют к соли аммония, который раскладывается при кипячении щелочного раствора с образованием nh₃.

Физические методы измерения параметра окружающей среды

Эти методы анализа используют зависимость между физическими свойствами веществ и их качественным и количественным составом.

Преимущества этих методов:

• возможность автоматизации;

• низкая граница выявления (1-10−⁹ мкг) и малая предельная концентрация до 10−¹² г/мл;

• высокая чувствительность;

• высокая селективность;

• малая продолжительность.

Недостатки:

• воспроизводимость хуже химических методов;

• погрешности ±5,0% (в классических методах: 0,1-0,5 %);

• сложность аппаратур, ее высокая стоимость.

Наиболее распространенными есть следующие физические методы анализа.