Качественный анализ основан на. Химические методы качественного анализа. Определение катионов железа

Качественный анализ - это метод, используемый в аналитической химии для определения ионов внутри вещества. Проанализируем его особенности, а также варианты практического применения элементов в аналитической химии.

Классификация

Качественный анализ - это метод, который предполагает деление на несколько групп:

• химические, которые основываются на каком-либо внешнем эффекте;
• физические, позволяющие определять состав с помощью тепловых, магнитных, электрических свойств;
• физико-химические, базирующиеся на анализе физических процессов, происходящих в результате химических взаимодействий.

При проведении экспериментов выбирается та разновидность, которая больше всего подходит в конкретном случае.

Предназначение

Качественный анализ - это открытие ионов, химических элементов, молекул, групп в анализируемой пробе вещества. Его целью является обнаружение определенных ионов либо элементов, которые есть в составе соединения.

Определение качественного анализа объясняет применение в его рамках физических и химических свойств вещества.

Избирательность

Из многочисленных химических реакций применяют для обнаружения ионов либо элементов только те процессы, которые характеризуются внешним результатом. Методы качественного анализа эффективны при образовании осадка, выделении газа, изменении окраски, выделении энергии. Все процессы, лежащие в основе метода, именуют аналитическими реакциями.

Качественный анализ - это способ, который базируется на селективных (специфичных) процессах, проявляемых у конкретного иона (группы элементов).

Требования к реакциям

Существуют определенные требования, которые предъявляются к взаимодействиям в качественном анализе:

• быстрота и необратимость протекания;
• внешние признаки (осадок, газ, цвет);
• высокая чувствительность

Специфичной называют такую реакцию, которая дает возможность обнаруживать необходимый элемент даже в случае его минимальных концентраций, причем при присутствии в смеси иных элементов.

Чувствительность определяется минимальным количеством выявляемого элемента, при которой он обнаруживается без дополнительного обогащения раствора. Это важная характеристика качественного анализа, позволяющая вести речь об эффективности проведенного (планируемого) эксперимента.

Методы проведения

Выделяют следующие методы качественного и количественного анализа:

• по числу выявляемых частиц: элементарный, функциональный, фазовый, изотопный, молекулярный;
• по количеству соединения, взятого для проведения анализа: макро- (более 100 мг, 5 мл), микро- (не больше 0,1 мл, 1 - мг), полумикро - (средний диапазон), ультрамикрометоды (вещества берется меньше 0,1 мг, 0,05 мл);
• по определяемому объекту: органический и неорганический.

Небольшая справка

Краткая характеристика качественного и количественного анализа позволяет понять их основные различия. При качественном анализе образец может быть в виде раствора либо сухого материала, в котором присутствует сразу несколько соединений. Анализ образца осуществляют дробной методикой, открывая ионы с помощью определенных качественных реакций.

Сначала выявляют наличие катиона аммония, так как его легче всего вывести с помощью реагентов из смеси. Далее осуществляется выявление анионов, подводятся итоги о составе имеющейся пробы.

Как определить катион аммония

Для того чтобы открыть данные ионы, в качественном анализе используются две методики. Первый вариант базируется на добавлении раствора щелочи (гидроксида активного металла). Несколько капель рассматриваемого раствора либо соли аммония обрабатывают раствором гидроксида натрия (калия). В результате качественной реакции наблюдается выделение газообразного аммиака. Для его обнаружения применяют индикаторную бумагу (фенолфталеин становится малиновым).

Второй способ определения катионов аммония в пробе предполагает использование реактива Несслера. Несколькими его каплями обрабатывают избыток щелочи для осаждения цветных оснований, которые мешают наблюдению осадка, появляющегося в результате взаимодействия с реактивом Несслера катиона аммония.

Данный реактив - это комплексная соль калия и ртути, дающая с катионом аммония красно-бурый осадок. Его используют для определения в смеси катионов кальция.

Определение катионов кальция

Для проведения качественного анализа допустимо применение микроскопической реакции в виде гипса. К нескольким каплям анализируемого раствора прибавляют одну каплю концентрированной серной кислоты. Спустя пару минут переносят ее на предметное стекло, выпаривают до образования каемки. Результат эксперимента изучают под микроскопом.

Второй вариант обнаружения катионов кальция в анализируемой пробе основывается на окрашивании летучими солями кальция бесцветного пламени спиртовки в насыщенный кирпично-красный цвет.

Определение катионов железа

Двухвалентное и трехвалентное железо обнаруживают из начального раствора, так как под действием некоторых химических реактивов (перекиси водорода, щелочи, сероводорода) происходит изменение степени окисления с +2 до +3. Для обнаружения катиона железа со степенью окисления +2 необходимо к испытуемому раствору прибавить смесь гексацианоферрата (3) калия и соляной кислоты. При появлении насыщенного синего осадка берлинской лазури можно вести речь о содержании в растворе Fe 2+ .

Для того чтобы определить трехвалентное железо, нужно добавить к раствору соли K 4 и Появление насыщенного синего цвета является подтверждением присутствия в растворе Fe 3+ .

Способы обнаружения Co2+, Ni2+, Cr3+

У данных катионов есть специфические реакции, поэтому их можно обнаруживать в порциях начального раствора. Для обнаружения катиона кобальта к имеющемуся раствору добавляют по каплям ацетат натрия до получения кислой среды. Потом к раствору добавляют фторид натрия (или аммония) и NH4NCS, чтобы катион железа связался в комплекс, далее экстрагируют изоамиловым спиртом.

При образовании комплексного соединения наблюдается окрашивание органического слоя растворителя в синий цвет.

Для открытия в анализируемом растворе катиона никеля используют раствор фторида натрия (убирают катионы двухвалентного железа и меди), потом добавляют нашатырный спирт и несколько капель диметилглиоксима. При наличии катиона никеля наблюдается появление осадка насыщенного красного цвета.

Для выявления катиона трехвалентного хрома к раствору добавляют несколько капель раствора уксусной кислоты и ацетата натрия, а также избыток комплексона 3 (ЭДТА). Затем всю смесь нагревают на водяной бане. Появление фиолетовой окраски свидетельствует о наличии в анализируемом растворе катиона трехвалентного хрома.

Определение анионов

Для выявления сульфата используют взаимодействие с хлоридом бария. К нескольким каплям раствора, в котором есть данный анион, добавляют несколько капель хлорида бария. Сульфат бария обрабатывают раствором азотной или соляной кислоты, появляющийся осадок не растворяется.

Карбонат можно выявить в растворе с помощью специфической реакции с соляной кислотой. При наличии в растворе карбоната наблюдается выделение углекислого газа.

Хлорид можно найти в анализируемом растворе, воспользовавшись нитратом серебра. Появление белого творожистого осадка является подтверждением присутствия хлорида.

Т.Н.ОРКИНА

ХИМИЯ

ХИМИЧЕСКИЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Учебное пособие

Оркина Т. Н. Химия.Химический и физико-химический анализ. / СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2012. – с.

Изложены цели и задачи современной аналитической химии - химических, физико-химических и физических методов анализа. Подробно изложены теоретические основы и методики проведения качественного и количественного анализа. Дается описание лабораторных работ по качественному анализу растворов и металлических сплавов, а также расчеты и методика проведения титриметрического (объемного) анализа. Рассмотрены основы физико-химического анализа - построение фазовых диаграмм, термический анализ металлических сплавов и построение диаграмм плавкости.

Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по различным направлениям и специальностям в области техники и технологии по направлению «Материаловедение», «Металлургия» и другим. Пособие может быть полезно для студентов, обучающихся по любым техническим специальностям в рамках дисциплины «Химия».

ВВЕДЕНИЕ

Аналитическая химия – это раздел химии, изучающий свойства и процессы превращения веществ с целью установления их химического состава. Установление химического состава веществ (химическая идентификация) – это ответ на вопрос о том, какие элементы или их соединения и в каких количественных соотношениях содержаться в анализируемом образце. Аналитическая химия развивает теоретические основы химического анализа веществ и материалов, разрабатывает методы идентификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, а также методы установления строения вещества. Обнаружение или, как говорят, открытие элементов или ионов, входящих в состав исследуемого вещества, составляют предмет качественного анализа . Определение концентраций или количества химических веществ, входящих в состав анализируемых объектов, составляет задачу количественного анализа . Качественный анализ обычно предшествует количественному, так как для выполнения количественного анализа требуется знать качественный состав анализируемого образца. Когда состав изучаемого объекта известен заранее, качественный анализ проводят по мере необходимости.

1. МЕТОДЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

Для обнаружения какого-либо компонента обычно используют так называемый аналитический сигнал. Аналитический сигнал – этовидимые изменения в самом объекте исследования (образование осадка, изменение окраски, и т.д.) или изменение параметров измерительных приборов (отклонение стрелки прибора, изменение цифрового отсчета, появление линии в спектре и пр.). Для получения аналитического сигнала используют химические реакции разных типов (ионообменные, комплексообразования, окислительно-восстановительные), различные процессы (например, осаждение, выделение газов), а также разнообразные химические, физические и биологические свойства самих веществ и продуктов их реакций. Поэтому аналитическая химия располагает различными методами для решения своих задач.

Химические методы (химический анализ) основаны на проведении химической реакции между изучаемым образцом и специально подобранными реактивами. В химических методах аналитический сигнал, возникающий в результате химической реакции, наблюдают, главным образом, визуально.

Физико-химические методы анализа основаны на количественном изучении зависимости состав – физическое свойство объекта. Аналитическим сигналом служит электрический (потенциал, сила тока, сопротивление и др.) или любой другой параметр (температура фазовых превращений, твердость, плотность, вязкость, давление насыщенного пара и т.п.), связанный определенной функциональной зависимостью с составом и концентрацией объекта исследования. Физико-химические методы исследования обычно связаны с применением высокочувствительной аппаратуры. Достоинствами этих методов являются их объективность, возможность автоматизации и быстрота получения результатов. Примером физико-химического метода анализа является потенциометрическое определение рН раствора с помощью измерительных приборов потенциометров. Этот метод позволяет не только измерять, но и непрерывно следить за изменением рН при протекании в растворах каких-либо процессов.

В физических методах анализа аналитический сигнал, как правило, получают и регистрируют с помощью специальной аппаратуры. К физическим методам, прежде всего, относятся оптические спектроскопические методы анализа, основанные на способности атомов и молекул испускать, поглощать и рассеивать электромагнитное излучение. Регистрируя испускание, поглощение или рассеяние электромагнитных волн анализируемым образцом, получают совокупность сигналов, характеризующих ее качественный и количественный состав.

Между всеми тремя методами нет резкой границы, поэтому это деление несколько условно. Например, в химических методах пробу подвергают сначала действию какого-либо реагента, т.е. проводят определенную химическую реакцию, и только после этого наблюдают и измеряют физическое свойство. При анализе физическими методами наблюдение и измерение выполняют непосредственно с анализируемым материалом, используя специальную аппаратуру, причем химические реакции, если они проводятся, играют вспомогательную роль. В соответствии с этим в химических методах анализа главное внимание уделяют правильному выполнению химической реакции, в то время как в физико-химических и физических методах основной упор делается на соответствующее аппаратурное обеспечение измерения – определение физического свойства.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ.

Химические и физико-химические методы анализа классифицируют в зависимости от массы и объема анализируемых проб. По количеству вещества или смеси веществ (пробы), используемого для анализа, различают макро-, полумикро-, субмикро-, и ультрамикроанализ. В таблице 1 приведены диапазоны массы и объема растворов пробы, рекомендуемые отделением аналитической химии ИЮПАК (аббревиатура с английского Международного союза теоретической и прикладной химии).

Таблица 1

В зависимости от характера поставленной задачи различают следующие виды анализа.

1 . Элементный анализ – установление наличия и содержания отдельных элементов в данном веществе, т.е. нахождение его элементного состава.

2 . Фазовый анализ – установление наличия и содержания отдельных фаз исследуемого материала. Например, углерод в стали может находиться в виде графита или в форме карбидов железа. Задача фазового анализа – найти, сколько углерода содержится в виде графита и сколько в виде карбидов.

3 . Молекулярный анализ (вещественный анализ) - установление наличия и содержания молекул различных веществ (соединений) в материале. Например, в атмосфере определяют количество CO, CO 2 , N 2 , O 2 др. газы.

4 . Функциональный анализ – установление наличия и содержания функциональных групп в молекулах органических соединений, например аминогрупп (-NH 2), нитро(-NO 2), гидроксильных (-ОН), карбоксильных (-СООН) и других групп.

В зависимости от характера анализируемого материала различают анализнеорганических и органических веществ. Выделение анализа органических веществ в отдельный раздел аналитической химии связано с особенностями органических веществ. Даже первый этап анализа – переведение пробы в раствор - существенным образом различается для органических и неорганических веществ.

Основными этапами любого химического анализа сложных материалов являются следующие действия.

1. Отбор пробы для анализа. Средний состав пробы должен соответствовать среднему составу всей партии анализируемого материала.

2. Разложение пробы и переведение ее в раствор. Пробу растворяют в воде или кислотах, сплавляют с различными веществами или используют другие способы или химические воздействия.

3. Проведение химической реакции: Х + R = Р, где Х – компонент пробы; R – реагент; Р – продукт реакции.

4. Фиксация или измерение какого-либо физического параметра продукта реакции, реагента или определяемого вещества.

Рассмотрим более подробно два вида химического анализа – качественный и количественный анализ.

3. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Задачей качественного анализа является идентификация компонентов и определение качественного состава вещества или смеси веществ. Обнаружение или, как говорят, открытие элементов и ли ионов в составе исследуемого вещества производят, переводя их в соединение, обладающее какими-либо характерными свойствами, т. е. фиксируют появление аналитического сигнала. Происходящие при этом химические превращения называются аналитической реакцией . Вещество, с помощью которого проводят открытие – реактивом или реагентом .

Существуют разные приемы качественного анализа, требующие применения различных количеств исследуемого вещества в соответствии с таблицей 1. Например: в макроаналитическом методе берут около 1г вещества (0,5г для металлов и сплавов) и растворяют в 20-30 мл воды. Реакции проводят в пробирках (пробирочный анализ). В случае проведения микроанализа веществ берут примерно в 100 раз меньше по сравнению с макроанализом (миллиграммы твердого вещества и несколько десятых миллилитров раствора). Для открытия отдельных частей применяют высокочувствительные реакции, позволяющие обнаружить присутствие малых количеств элемента или иона. Выполнение реакций производят либо микрокристаллическим, либо капельным методом. Микрокристаллические реакции выполняют на предметном стекле и о присутствии элемента судят по форме образующихся кристаллов, которые рассматривают под микроскопом. Капельные реакции , сопровождающиеся изменением окраски раствора и образованием окрашенных осадков, выполняют на полоске фильтровальной бумаги, нанося на нее по капле исследуемые растворы и реактивы. Иногда капельные реакции проводят на специальной «капельной пластинке» - фарфоровой пластинке с углублениями, а также на часовом стекле или в фарфоровом тигле малого размера. Полумикроананализ (полумикрометод) занимает промежуточное положение между макро- и микроанализом. Необходимое для исследования состава количество вещества, примерно 20-25 раз меньше, чем при проведении макроанализа – около 50мг твердого вещества и 1мл раствора. В данном методе сохраняется система макроанализа и открытия ионов, но все реакции выполняют с малыми количествами вещества, пользуясь специальной техникой и аппаратурой. Например, реакции проводят в маленьких пробирках на 1-2мл, в которые растворы вводят с помощью пипеток. Отделение осадков производят только центрифугированием. Субмикроанализ и ультрамикроанализ проводятся по специальным методикам с использованием микроскопов разной степени увеличения, электронных микроскопов и другой аппаратуры. Их рассмотрение не входит в задачу данного пособия.

В качественном анализе химические реакции проводят чаще всего в растворе, так называемым «мокрым путем». Но иногда возможно проведение твердофазных реакций, т.е. реакций «сухим путем» . Вещество и соответствующие реактивы берут в твердом виде и для проведения реакций нагревают до высокой температуры. Примером таких реакций могут служить реакции окрашивания пламени солями некоторых металлов. Известно, что соли натрия окрашивают пламя в ярко-желтый цвет, соли калия – в фиолетовый, соли меди – в зеленый. По этой окраске можно обнаружить присутствие указанных элементов в исследуемом веществе. К реакциям «сухим путем» относятся также реакции образования окрашенных перлов – стеклообразных сплавов различных солей . Например буры – Na 2 B 4 O 7 10H 2 O или перлов двойной соли NaNH 4 HPO 4 4Н 2 О. Эти методы называются пирохимическими и широко используются для определения минералов и горных пород. Но в основном, в качественном анализе реакции проводятся «мокрым путем» между растворенными веществами.

Методика проведения качественного анализа

Первый этап любого анализа состоит в переведении пробы в раствор с помощью различных растворителей. При анализе неорганических веществ в качестве растворителей чаще всего используются вода, водные растворы кислот, щелочей, реже - других неорганических веществ. Затем проводят характерные реакции открытия ионов. Качественные реакций открытия ионов – это химические реакции, которые сопровождаются внешним эффектом (изменение окраски раствора, выделение газа, образование осадка), на основании которого можно судить, что реакция имеет место. Чаще всего имеют дело с водными растворами солей, кислот, оснований, между которыми протекают ионообменные реакции (реже – окислительно-восстановительные).

Та или иная аналитическая реакция должна выполняться в определенных условиях, зависящих от свойств образующихся соединений. При несоблюдении этих условий результаты открытия ионов могут оказаться недостоверными. Например, осадки, растворимые в кислотах, не выпадают из раствора при избытке кислоты. Поэтому необходимо соблюдать следующие условия проведения реакций.

1.Надлежащая среда исследуемого раствора, которая создается прибавлением кислоты или щелочи.

2.Определенная температура раствора. Например, реакции образования осадков, растворимость которых сильно возрастает с температурой, проводят на «холоду». Наоборот, если реакция протекает чрезвычайно медленно, требуется нагревание.

3.Достаточно высокая концентрация открываемого иона, так как при малых концентрациях реакция не проходит, т.е. реакция малочувствительна.

Понятие «чувствительность реакции» количественно характеризуется двумя показателями: открываемый минимум и предельное разбавление. Для экспериментального определения чувствительности реакцию многократно повторяют с исследуемыми растворами, постепенно уменьшая количество растворенного вещества и объем растворителя. Открываемый минимум (Υ) – это наименьшее количество вещества, которое может быть открыто посредством данной реакции при определенных условиях ее выполнения. Выражают в микрограммах (1Υ- миллионные доли грамма, 10 -6 г). Открываемый минимум не может полностью характеризовать чувствительность реакции, так как имеет значение концентрация открываемого иона в растворе. Предельное разбавление (1:G)характеризует наименьшую концентрацию вещества (иона), при которой его можно открыть посредством данной реакции; где G – массовое количество растворителя, приходящееся на единицу массы открываемого вещества или иона. В макроанализе и полумикрометоде применяют те реакции, чувствительность которых превышает 50Υ, а предельное разбавление 1: 1000.

При выполнении аналитических реакций следует учитывать не только чувствительность, но и специфичностьреакции – возможность открытия данного иона в присутствии других ионов. Открытие ионов посредством специфических реакций, производимое в отдельных порциях исследуемого раствора в произвольной последовательности, называется дробным анализом . Но специфических реакций не так много. Чаще приходится иметь дело с реактивами, дающими одинаковый или сходный эффект реакции со многими ионами. Например, хлорид бария осаждает из раствора карбонат- и сульфат- ионы в виде осадков ВаСО 3 и ВаSO 4 . Реактивы, дающие одинаковый аналитический сигнал с ограниченным числом ионов, называются избирательными или селективными . Чем меньше число ионов, открываемых данным реактивом, тем выше степень селективности реактива.

Иногда посторонние ионы не реагируют с данным реактивом, но уменьшают чувствительность реакции или изменяют характер образующихся продуктов. В этом случае надо учитывать предельное соотношение концентраций открываемого и постороннего ионов, а также использовать маскирующие средства (приемы или реактивы). Мешающий ион переводят в малодиссоциирующие соединения или комплексные ионы, его концентрация в растворе понижается, и этот ион уже не препятствует открытию анализируемых ионов. Все выше перечисленные особенности и приемы используются при разработке последовательности проведения химических реакций в процессе анализа. Если реакции, используемые при анализе, неспецифичны, и мешающее влияние посторонних ионов устранить нельзя, то применение дробного метода становиться невозможным и прибегают к систематическому ходу анализа .

Систематический ход анализа – это определенная последовательность реакций, разработанная с таким расчетом, чтобы открытие каждого иона производилось лишь после открытия и удаления всех мешающих этому открытию ионов. При систематическом ходе анализа из сложной смеси ионов производят выделение отдельных групп ионов, пользуясь сходным отношением их к действию некоторых реактивов, называемых групповым реагентом . Например, одним из групповых реагентов является хлорид натрия, который производит сходное действие на ионы Ag + , Pb 2+ , Hg 2 2+ . Действие хлорида натрия на растворимые соли, содержащие эти катионы, приводит к образованию осадков, нерастворимых в хлороводородной кислоте:

Ag + + Cl - = AgCl↓

Pb 2 + Cl - = PbCl 2 ↓

Hg 2 2+ + 2Cl - = Hg 2 Cl 2 ↓

Все остальные ионы, если подействовать HCl, перейдут в раствор, а три катиона Ag + , Pb 2+ и Hg 2 2+ будут отделены от других с помощью группового реагента NaCl. Применение групповых реагентов представляет большие удобства: сложная задача распадается на ряд более простых. Кроме того, если какая-либо группа ионов полностью отсутствует, то ее групповой реагент не даст с анализируемым раствором никакого осадка. В этом случае не имеет смысла проводить реакции на отдельные ионы этой группы. В результате достигается значительная экономия труда, времени и реактивов. Из вышесказанного следует, что в качественном анализе в основу классификации ионов положено различие в растворимости некоторых образуемых ими соединений; на основании этого различия основан метод отделения одной группы ионов от другой. Основная классификация катионов была введена выдающимся русским химиком Н.А. Меншуткиным (1871г.) и представлена в таблице.

В основу классификации анионов положена растворимость солей бария и серебра в соответствующих кислотах. Эта классификация не является строго установленной, так как различные авторы подразделяют анионы на различное число групп. Один из самых распространенных вариантов – подразделение изучаемых анионов на три группы, как показано в таблице 3. В противоположность катионам анионы в большинстве случаев не мешают обнаружению друг друга, поэтому к реакциям отделения анионов приходиться прибегать только в редких случаях. Чаще обнаружение анионов ведут дробным анализом, т.е. в отдельных порциях исследуемого раствора. При анализе анионов групповые реагенты обычно применяются не для разделения групп, а лишь для их обнаружения. Отсутствие в исследуемом растворе какой-либо группы значительно облегчает работу.

Таблица 2

Классификация катионов

Таблица 3

Классификация анионов

3.2. Лабораторные работы по теме «Качественный анализ»

Методы качественного анализа делятся на физические, физико-химические и химические.

Физические и физико-химические методы анализа основаны на измерении какого-либо параметра системы, который является функ­цией состава. Например, в спектральном анализе исследуют спектры излучения, возникающие при внесении вещества в пламя горелки или электрической дуги. По наличию в спектре линий, характер­ных для данных элементов, узнают об элементарном составе веще­ства.

В физико-химических методах анализа об элементарном составе веществ судят по тем или иным характерным свойствам атомов или ионов, используемых в данном методе. Например, в хроматографии состав вещества определяют по характерной окраске ионов, адсорбирующихся в определенном порядке, или же по окраске соединений, образующихся при проявлении хроматограммы.

Между физическими и физико-химическими методами не всегда можно установить строгую границу. Поэтому их часто объединяют под общим названием «инструментальные» методы.

Химические методы основаны на превращении анализируемого вещества в новые соединения, обладающие определенными свой­ствами. По образованию характерных соединений элементов и уста­навливают элементарный состав веществ. Например, ионы Сu 2+ можно обнаружить по образованию комплексного иона [Сu (NH 3) 4 ] 2+ лазурно-синего цвета.

Качественные аналитические реакции по способу их выполнения делятся на реакции «мокрым» и «сухим» путем. Наибольшее зна­чение имеют реакции «мокрым» путем. Для проведения их иссле­дуемое вещество должно быть предварительно растворено. В ка­чественном анализе находят применение только те реакции, которые сопровождаются ка­кими-либо хорошо заметными для наблюда­теля внешними эффектами: изменением окраски раствора; выпаде­нием или растворением осадка; выделением газов, обладающих характерным запахом или цветом, и т. п.

Особенно часто применяются реакции, сопровождающиеся образованием осадков и изменением окраски раствора. Такие реакции называются реакциями «открытия», так как с их помощью обнаруживаются присутствующие в растворе ионы. Широко используются также реакции идентификации, с помощью которых проверяется правильность «открытия» того или иного иона. Наконец, применяют­ся реакции осаждения, с помощью которых обычно отделяется одна группа ионов от другой или один ион от других ионов.

В зависимости от количества анализируемого вещества, объема раствора и техники выполнения отдельных операций химические методы качественного анализа делятся на макро-, микро-, полумикро- и ультрамикроанализ и др.

В 1955 г. секция аналитической химии Международного объединения по чистой и прикладной химии приняла «Классификацию методов анализа» и предложила их новые наименования (табл. 1.1).

Классический макрохимический анализ требует для проведения анализа от 1 до 10 г вещества или от 10 до 100 мл исследуемого раствора. Он проводится в обычных пробирках на 10-15 мл, при этом пользуются также химическими стаканами и колбами на 150-200 мл, воронками для фильтрования и другим оборудованием. Микрохимический анализ позволяет анализировать от 0,001 до 10 -6 г вещества или от 0,1 до 10 -4 мл исследуемого раствора. По тех­нике выполнения микрохимический анализ делится на микрокристаллоскопический и капельный методы анализа.

Микрокристаллоскопический метод анализа проводится с помощью микроскопа. На предметном стекле микроскопа капля исследуемого раствора приводится во взаимодействие с каплей реагента. Образующееся химическое соединение определяется по форме кристал­лов, а иногда по окраске или оптическим свойствам его.

Капельный метод анализа введен в аналитическую практику Н. А. Тананаевым с 1920 г. Этим методом реакции выполняются с каплями растворов и реагентов, обладающих высокой чувствительностью. Применение их, поэтому дает возможность обнаруживать весьма малые количества катионов. Данный вид анализа можно проводить на фарфоровой плас­тинке, предметном и часовом стеклах и на фильтровальной бумаге.

В полумикроанализе химик работает с пробами исследуемого вещества массой от 0,05 до 0,5 г и оперирует с объемами растворов от 1 до 10 мл. При этом виде анализа частично используется техника макроанализа и микроанализа. Посуда и оборудование те же, что и в макроанализе, но уменьшенного типа.

Методы микро- и полумикрохимического анализа имеют целый ряд преимуществ перед методами макрохимического анализа; они позволяют с меньшей затратой времени и реактивов производить капельный анализ.

Анализ «сухим» путем проводится с твердыми веществами. Он делится на пирохимический анализ и анализ методом растирания.

Пирохимический анализ - нагревание исследуемого вещества в пламени газовой горелки. Рассмотрим два приема анализа: полу­чение окрашенных перлов; реакции окрашивания пламени.

Получение окрашенных перлов. Ряд солей и оксидов металлов при растворении в расплавленном фосфате натрия-аммония NaNH 4 HPО 4 · 4Н 2 О или тетраборате натрия Na 2 B 4 О 7 · l0H 2 O об­разуют стекла (перлы). Наблюдая их окраску, можно установить, какие элементы имеются в исследуемом веществе. Так, например, соединения хрома дают изумрудно-зеленые перлы; соединения ко­бальта - интенсивно синие перлы; соединения марганца - фиоле­тово-аметистовые перлы; соединения железа - желто-бурые пер­лы; соединение никеля - красно-бурые перлы и т. д. Методика получения перлов довольно проста. Платиновую про­волочку, один конец которой согнут в ушко, а второй впаян в стек­лянную трубку, накаливают в пламени газовой горелки и погружа­ют в соль, например тетраборат натрия. Часть соли расплавляется около горячей проволоки и пристает к ней. Проволоку с кристалли­ками сначала держат над пламенем горелки, а затем помещают в бесцветную часть пламени и получают бесцветный перл. Горячим перлом прикасаются к исследуемому веществу, затем его накали­вают в окислительном пламени горелки до полного растворения взятого вещества и отмечают цвет перла в горячем и холодном состоянии.

Реакции окрашивания пламени. Летучие соли многих металлов при внесении их в несветящуюся часть пламени газовой горелки окрашивают пламя в различные цвета, характерные для этих ме­таллов (табл. 1.2). Окраска зависит от раскаленных паров свободных металлов, получающихся в результате термического разложения солей при внесении их в пламя горелки.

Реакции окрашивания пламени удаются хорошо только с лету­чими солями (хлоридами, карбонатами и нитратами). Нелетучие соли (бораты, силикаты, фосфаты) смачивают перед внесением их в пламя концентрированной соляной кислотой для перевода их в летучие хлориды.

Приемы пирохимического анализа используются в качественном анализе как предварительное испытание при анализе смеси сухих веществ или как проверочные реакции.

Анализ методом растирания предложен в 1898 г. Ф. М. Флавицким. В методе растирания исследуемое твердое вещество помещают в фарфоровую ступку и растирают с примерно равным количеством твердого реагента. В результате реакции обычно образуется окра­шенное вещество, по окраске которого и судят о наличии определя­емого иона. Например, для открытия иона кобальта несколько кри­сталликов хлорида кобальта CoCl 2 растирают с кристаллами роданида аммония NH 4 SCN. При этом смесь синеет вследствие обра­зования комплексной соли тетрародано (II) кобальтата аммония (NH 4) 2 :

CoCI 2 + 4NH 4 SCN = (NH 2) 2 + 2NH 4 C1

Для открытия ацетат-аниона СН 3 СОО - кристалл соли расти­рают с небольшим количеством твердого гидросульфата натрия или гидросульфата калия. Выделяющаяся при этом свободная уксусная кислота узнается по запаху:

CH 3 COONa + NaHSO 4 = Na 2 SO + СН 3 СООН

Метод Ф. М. Флавицкого почти не применялся на практике и и только в 50-х годах П. М. Исаков значительно расширил и углу­бил метод растирания и показал целесообразность его применения при анализе руд и минералов в полевых условиях.

В качественном анализе реакции «сухим» путем играют вспомогательную роль; ими пользуются обычно в качестве предварительных испытаний и проведения проверочных реакций.

Химические методы качественного анализа

Химические методы химического анализа

Химический способ сравнения природы и количества частиц определяемого компонента с его названием и единицей измерения (1 моль) реализован в способе сравнения с эталоном единицы величины количества компонента путём проведения химической реакции, основанной на определённых химических свойствах искомого компонента, подчиняющейся законам сохранения в конкретных условиях её проведения. В первую очередь, эти реакция подчиняются закону постоянства химического состава, закону сохранения массы или количества элемента при химических взаимодействиях, закону эквивалентов.

Химические методы качественного анализа

Химические методы качественного химического анализа вещества объекта анализа основанына проведении химических реакций с определяемым компонентом в пробе анализируемого вещества с реагентом, дающим визуально наблюдаемый аналитический эффект (аналитический сигнал ). Можно наблюдать следующие аналитические эффекты: выпадение или растворение осадка, изменение окраски анализируемого вещества, выделение газа, появление запаха, окрашивание бесцветного пламени горелки при внесение анализируемого вещества в пламя горелки.

Химическую реакцию, дающую визуально наблюдаемый аналитический эффект, называют аналитической реакцией.

Примеры аналитических реакций:

1. Выпадение окрашенного осадка

2.Изменение окраски раствора

3. Выделение газа с поверхности твёрдого вещества

4. Окрашивание бесцветного пламени горелки: при внесении в пламя горелки анализируемого вещества, содержащего конкретные ионы, пламя окрашивается в

Желтый цвет ионами Na +

Желто-зеленый цвет ионами Ba 2+ , Mo;

Зелено-голубойцвет ионами Cu 2+

Зелёный цвет ионами бора

Изумрудно-зелёный цвет ионами Те

Кирпично-красный цвет ионами Ca 2+

Кармино-красный (малиновый) цвет ионами Li;

Темно-красный цвет ионами Sr 2+

Синий цвет ионами In 3+ и Tl + , Sb, As, Pb, Se

Сине-фиолетовый цвет ионами Rb + ;

Бледно-фиолетовый цвет ионами К + и Ga 3+

Фиолетово-синий цвет ионами Сs + .

Способ сравнения с эталоном при проведении качественного анализа химическим методом следующий. Сначала проводят аналитическую реакцию с веществом сравнения (эталоном), в котором со 100 %-ной уверенностью известно, что в нём содержится определяемый компонент в конкретной форме нахождения (аналитической форме). Наблюдают аналитический эффект.

Аналитические реакции и реагенты, согласно рекомендации международной химической организации ИЮПАК, подразделяют на специфические и избирательные (селективные) .

Для повышения достоверности результата анализа переводят определяемый компонент в аналитическую форму, соответствующую форме нахождения элементов в веществе сравнения.

Если эффекты окажутся идентичными, то принимают решение с высокой долей уверенности о присутствии определяемого компонента в пробе анализируемого вещества.

Если эффекты окажутся неидентичными, то решение будет неопределённым. Неопределенность решения может быть обусловлена тремя причинами:

1) искомый компонент в пробе анализируемого вещества отсутствует;

2) его содержание меньше предела обнаружения данной аналитической реакции; Аналитические реагенты и аналитические реакции позволяют обнаруживать определяемый компонент в пробе вещества, если его содержание превышает некоторый минимальный предел (предел обнаружения ). Если концентрация определяемого компонента ниже этого предела, то и содержание аналитической формы (например, окрашенного соединения) окажется настолько незначительной, что визуально невозможно будет зарегистрировать аналитический сигнал.

3) искомый компонент присутствует, но мешающее влияние других компонентов не позволяют его обнаружить. Вещество объектов химического анализа всегда многокомпонентно, часто оно многофазно по агрегатному состоянию. Качественный химический анализ вещества – трудная аналитическая задача, поскольку сопутствующие компоненты могут препятствовать обнаружению искомого компонента. Такие сопутствующие компоненты называют мешающими . Помехи со стороны сопутствующих компонентов начинают проявляться при определенном количественном соотношении обнаруживаемых и мешающих компонентов и усиливаются с увеличением концентрации последних. Для обнаружения каждого компонента необходимо создать условия протекания аналитической реакции, устранить мешающее влияние сопутствующих компонентов и зарегистрировать аналитический сигнал.

В настоящее время в качественном химическом анализе используется большое число реагентов и частных реакций с низкими пределами обнаружения. Обычно для обнаружения ионов применяют реакции с пределом обнаружения 10 –7 г (0,1 мкг ) в 1 см 3 раствора пробы анализируемого вещества. Предел обнаружения, наряду с избирательностью, является важнейшей характеристикой аналитической реакции и методов качественного химического анализа. Однако, предел обнаружения не является постоянной характеристикой химической реакции, используемой для анализа. Значение предела обнаружения в значительной степени зависит от условий протекания реакции: кислотности среды, концентрации реагентов, присутствия сопутствующих компонентов, температуры, времени наблюдения и др.

Приемы и техника выполнения качественных реакций. Химические реакции обнаружения различаются по технике их выполнения и способу наблюдения. Реакции можно выполнять «мокрым» и «сухим» путем. Например, качественный анализ проб неорганических веществ чаще всего проводят «мокрым» путем. Исследуемую пробу вещества предварительно растворяют в воде, кислоте или щелочи. Если вещество нерастворимо, его сплавляют, например, со щелочью, а затем уже полученный плав растворяют в воде или кислоте. Реакции «сухим» путем иногда используют для анализа проб твердых неорганических веществ при проведении предварительных испытаний.

Используют следующие техники выполнения качественных химических реакций: реакции в пробирке, капельные реакции, люминесцентные реакции, каталитические реакции, микрокристаллоскопические реакции, обнаружение с использованием экстракции, обнаружение с использованием флотации, твердофазные химические реакции способом растирания порошков анализируемого вещества и химического реагента.

Результат качественного химического анализа, полученный с помощью химического метода – принятие решения о наличии или отсутствии определяемого компонента в пробе вещества объекта анализа, либо идентификация присутствующих в нём компонентов.

I . Уже в ходе исследования можно предполагать о его результатах, но обычно эти вы­воды рассматривают как предварительные, а более достоверные и основательные данные можно получить лишь в результате тщательного анализа.

Анализ данных в социальной работе заключается в интеграции всей собранной информации и в приведении ее к виду, удобному для объяснения.

Методы анализа социальной информации можно условно разделить на два больших класса в соответствии с той формой, в которой эта информации представлена:

– каче ственные методы ориентированы на анализ инфор­мации, представленной главным образом в словесной форме.

– количественные методы носят математический характер и представля­ют собой приемы обработки цифровой информации.

Качественный анализ является предварительным условием для применения количественных методов, он направлен на выявление внутренней структуры данных, то есть на уточнение тех категорий, которые используются для описания изучаемой сферы реальности. На этой стадии происходит окончательное определение параметров (переменных), необходимых для исчерпывающего описания. Когда имеются четкие описательные категории, легко перейти к простейшей измерительной процеду­ре - подсчету. Например, если выделить группулюдей, нуждающихся в определенной помощи, то можно подсчитать количество таких людей в дан­ном микрорайоне.

При качественном анализе возникает необходимость произвести сжатие инфор­ мации, то есть получить данные в более компактном виде.

Основным приемом сжатия информации выступаеткодирование  процесс анализа качественной информации, который включа­ет выделение смысловых сегментов текста или реаль­ного поведения, их категоризацию (называние) и реорганизацию .

Для этого в самом тексте находят и отмечают ключевые слова, то есть те слова и выражения, которые несут главную смысловую нагрузку, прямо указывают на со­держание текста в целом или его отдельного фрагмен­та. Используются разные типы выделения: подчерки­вание одной или двумя линиями, цветовая маркировка, наносят пометки на полях, которые могут носить характер как дополни­тельных значков, так и комментариев. Например, можно выделять те фрагменты, где клиент говорит о себе. С другой стороны, можно выделять все, что касается его здоровья, можно разделить те проблемы, которые клиент в состоянии решить сам, и те проблемы, для решения которых он нуждается в посторонней помощи.

Сходные по содержанию фрагмен­ты метятся аналогичным образом. Это позволяет легко их идентифицировать и при необходимости собиратьвместе. Затем выделенные фрагменты отыскивают по разным рубрикам. Анализируя текст, можно сравнить отдельные его фрагменты между собой, выявляя сходства и различия.

Обработанный таким образом материал становится легко обозри­мым. Главные моменты выступают на первый план, как бы возвышаясь над массой деталей. Появляется возможность анализировать отношения между ними, выявлять их общую структуру и на этой основе вы­двигать некоторые объяснительные гипотезы.

Когда изучается одновременно несколько объектов (как минимум два) и когда сопоставление с целью обнаружения сходств и различий становится основ­ным приемом анализа применяется сравнительный мето д . Количество изучае­мых объектов здесь невелико (чаще всего два или три), и каждый из них изучается достаточно углубленно и всесторонне.

Необходимо найти такую форму представления данных, которая наиболее удобна для анализа. Основ­ным приемом здесь выступает схематизация. Схема всегда упрощает реальные отношения, огрубляет истинную картину. В этом смысле схематизация отноше­ний является одновременно и сжатием информации. Но она предполагает также нахождение наглядной и легко обозримой формы представления информа­ции. Этой цели служит сведение данных в таблицы или диаграммы.

Для удобства сравнения материал сводят в таблицы . Общая структура таблицы такова: каждая клетка представляет собой пересечение строки и столбца. Таблица удобна тем, что в нее можно включать как ко­личественные, так и качественные данные. Смысл таблицы в том, чтобы ее мож­но было окинуть взглядом. Поэтому обычно таблица должна умещаться на одном листе. Сводная таблица, используемая для анализа, часто чертится на большом листе бумаги. Но большую таблицу всегда можно раз­бить на несколько частей, то есть сделать из нее не­сколько таблиц. Чаще всего строка соответствует одному случаю, а столбцы представляют его различные аспекты (при­знаки).

Еще одним приемом сжатого и наглядного пред­ставления информации служат диаграммы . Существу­ют разные типы диаграмм, но практически все они яв­ляются структурными схемами, на которых условными фигурами (прямоугольниками или овалами) изобража­ются элементы, а линиями или стрелками - связи между ними. Например, с помощью диаграммы удобно представить структуру любой организации. Элемента­ми ее выступают люди, точнее - должности. Если ор­ганизация большая, то в качестве элементов выбира­ются более крупные структурные элементы - подраз­деления. С помощью диаграммы легко представить иерархию отношений (систему подчинения): старшие должности располагаются на схеме выше, а младшие - ниже. Линии, соединяющие элементы, точно указыва­ют, кто кому непосредственно подчиняется.

Представление в виде диаграмм вполне можно ис­пользовать и для выявления логической структуры со­бытий или текста. В этом случае вначале проводится смысловой анализ и намечаются узловые события или компоненты, а затем они представляются в графичес­кой форме так, чтобы максимально ясной становилась связь между ними. Понятно, что схематизация приво­дит к огрублению картины за счет опускания многих деталей. Однако происходит сжатие информации, преобразование ее в вид, удобный для восприятия и запоминания.

Таким образом, основными приемами ка­чественного анализа являются кодирование и нагляд­ное представление информации.

II . Количественный анализ включает методы статистического описания выборки и методы статистического вывода (проверки статистических гипотез).

Количественные (статистические) методы анализа широко применяются в научных исследованиях вооб­ще и в социальных науках в частности. Социологи прибегают к статисти­ческим методам для обработки результатов массовых опросов общественного мнения. Психологи применя­ют аппарат математической статистики для создания надежных диагностических инструментов - тестов.

Все методы количественного анализа принято разделять на две большие группы. Методы статистичес­ кого описания направлены на получение количествен­ной характеристики данных, полученных в конкрет­ном исследовании. Методы статистического вывода позволяют корректно распространять резуль­таты, полученные в конкретном исследовании, на всё явление как таковое, делать заключения общего ха­рактера. Статистические методы позволяют выявлять устойчивые тенденции и строить на этой основе теории, предназначенные для их объяснения.

Наука всегда имеет дело с разнообразием действи­тельности, но свою задачу она видит в обнаружении порядка вещей, некоторой устойчивости внутри на­блюдаемого разнообразия. Статистика снабжает удобны­ми приемами такого анализа.

Для использования статистики требуются два ос­новных условия:

а) необходимо иметь данные о группе (выборке) людей;

б) эти данные должны быть представлены в формализованном (кодифицированном) виде.

Нужно учитывать возможную ошибку выборки, так как для исследования берутся только отдельные респонденты, нет никакой га­рантии, что они являются типичными представителя­ми социальной группы в целом. Ошибка выборки зависит от двух моментов: от размера выборки и от степени вари­ации признака, который интересует исследователя. Чем больше выборка, тем меньше вероятность того, что в нее попа­дут индивиды с крайними значениями исследуемой переменной. С другой стороны, чем меньше степень вариации признака, тем в целом ближе будет каждое значение к истинному среднему. Зная размер выборки, и получив меру рассеяния наблюдений, нетрудно вывести показатель, который называется стандартная ошибка среднего. Он дает интервал, в котором должна лежать истинная средняя популяции.

Статистический вывод представляет собой процесс проверки гипотез. Причем первоначально всегда выдвигается предположение, что наблюдаемые различия носят случайный характер, то есть выборка принадле­жит к той же генеральной совокупности. В статистике такое предположение получило название нулевая ги­ потеза.