"Departamento de Química Analítica Aprobado por la Comisión Metodológica del Departamento de Química Analítica A. V. Ivanov GUÍA METODOLÓGICA DE CUALITATIVO Y CUANTITATIVO ..."
La Universidad Estatal de Moscú lleva el nombre de M.V. Lomonosov
Facultad de química
Departamento de Química Analítica
Aprobado por la comisión metodológica
Departamento de Química Analítica
A. V. Ivanov
GUIA METODOLOGICA
CUALITATIVO Y CUANTITATIVO
ANÁLISIS
PARA ESTUDIANTES 2 CURSOS GEOGRÁFICOS
FACULTAD
Editado por el profesor VM Ivanov Moscú 2001 Introducción La guía metodológica pretende ser una guía para la formación práctica en el curso "Análisis Cualitativo y Cuantitativo" para estudiantes de 2º año de la Facultad de Geografía, especialidad en el Departamento de Geografía de Suelos. El programa de la disciplina "Análisis cualitativo y cuantitativo para la Facultad de Geografía de la Universidad Estatal de Moscú" tiene como objetivo estudiar los fundamentos teóricos de los métodos de análisis químicos (titrimétricos y gravimétricos) e instrumentales (espectroscópicos y electroquímicos) y familiarizarse con las posibilidades de su aplicación práctica. La guía metodológica consta de tres partes, la primera incluye un calendario de conferencias y talleres y preguntas para coloquios. Se presenta la escala de valoración de la valoración de conocimientos según los puestos que proporciona el plan de estudios. La segunda parte contiene métodos para llevar a cabo reacciones cualitativas de cationes y aniones individuales, la tercera, análisis cuantitativo "- incluye métodos para la determinación gravimétrica y titrimétrica de varios elementos en soluciones puras y en objetos reales. Facultad de la Universidad Estatal de Moscú.La primera parte del manual se elaboró con la participación del Profesor, Doctor en Ciencias Químicas.
T.N. Shekhovtsova.
Los comentarios y deseos de profesores y alumnos serán percibidos por el autor con profunda gratitud.
PROGRAMA DEL CURSO
El programa de lecciones incluye 14 conferencias, 16 lecciones prácticas, 3 pruebas parciales (durante las horas de conferencia) y 3 coloquios. Al final del semestre, se programa un examen.Plan de conferencias y pruebas Tema 1 Asignatura y métodos de química analítica. Equilibrio químico.
Factores que afectan el equilibrio químico.
Constantes de equilibrio.
Clase 2 Equilibrio ácido-base.
Tema 3 Cálculo del pH en varios sistemas Tema 4 Equilibrio químico en un sistema heterogéneo.
Tema 5 Cálculo de condiciones de disolución y precipitación. Cálculo del producto de solubilidad a partir de datos sobre solubilidad.
Trabajo de control de medio término "Equilibrio ácido-base y equilibrio en un sistema heterogéneo".
Tema 6 Reacciones de complejación. Compuestos complejos.
Tema 7 Reactivos orgánicos en química analítica.
Tema 8 Equilibrio en reacciones redox.
Cálculo de potenciales redox.
Dirección de las reacciones de oxidación-reducción.
Tema 9 Método de análisis gravimétrico II Trabajo de control de hitos "Reacciones redox y reacciones de complejación".
Tema 10 Métodos de análisis titrimétricos, su aplicación. Valoración ácido-base.
Tema 11 Titulación complexométrica y redox.
Clase 12 Fundamentos metrológicos de la química analítica. Procesamiento estadístico de resultados de análisis.
III trabajo de control de medio término "Métodos de análisis titrimétricos, fundamentos metrológicos de la química analítica".
Clase 13 Introducción a los métodos de análisis espectroscópicos.
Tema 14. Introducción a los métodos de análisis electroquímicos.
Plan de lecciones prácticas
Sesión 1 Charla introductoria sobre análisis cualitativo. Reacciones cualitativas de cationes de los grupos I-III: К +, Na +, NH4 +, Mg2 +, Ba2 +, Ca2 +, Pb2 + y aniones: SO42-, CO32-, Cl-, NO3-, PO43 Reacciones cualitativas de cationes Grupos IV - VI: Al3 +, Cr3 +, Zn2 +, Fe2 +, Lección 2 Fe3 +, Mn2 +, Co2 +, Ni2 +, Cd2 +, Cu2 +.
Tarea: calcular constantes de equilibrio.
Separación de una mezcla de cationes mediante cromatografía en papel. Lección de conversación 3 sobre esquemas de análisis cualitativo.
Tarea para casa: calcular el pH en soluciones de ácidos, bases, anfolitos y en mezclas tampón.
Lección 4 Tarea de control nº 1: análisis de una mezcla de cationes de los grupos I-VI y aniones (solución).
Tarea: calcular la solubilidad de compuestos poco solubles, la formación de precipitación.
Tarea de control número 2: análisis de una mezcla sólida de cationes y aniones Lección 5, o un objeto natural.
Lección 7 Coloquio # 1: Equilibrio químico. Equilibrio ácido-base. Equilibrio en un sistema heterogéneo.
Lecciones 8- Charla introductoria a la gravimetría.
10 Tarea de control número 3: determinación de iones sulfato en una mezcla de sulfato de sodio y cloruro de sodio.
Tarea: reacciones de complejación;
cálculo de potenciales redox.
Sesión 11 Charla introductoria sobre titulación ácido-base.
Preparación de soluciones: solución estándar primaria de carbonato de sodio (Na2CO3) y soluciones estándar secundarias: ácido clorhídrico (HCl) e hidróxido de sodio (NaOH). Estandarización de HCl y NaOH.
Lección 12 Tarea de control número 4: determinación de HCl.
Tarea: trazar curvas de titulación.
Lección 13 Conversación introductoria sobre valoración complexométrica.
Tarea de control n. ° 5: determinación complexométrica de calcio y magnesio en presencia de articulaciones.
Lección 14 Coloquio №2. Reacciones de complejación.
Reactivos orgánicos. Titulación ácido-base y complexométrica.
Lección 15 Charla introductoria sobre balance y titulación redox. Preparación de una solución estándar primaria de dicromato de potasio (K2Cr2O7) o ácido oxálico (H2C2O4) y una solución estándar secundaria de permanganato de potasio (KMnO4).
Tarea de control número 6: determinación de la oxidabilidad del hierro o del agua. Lección 16 Conversación introductoria sobre el método de fotometría de llama. Determinación de potasio y sodio.
Coloquio No. 3. Reacciones redox.
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Equilibrio químico en un sistema homogéneo. Sus principales tipos:
ácido-base, equilibrio de complejación y oxidación-reducción. Factores que afectan el equilibrio químico: concentración de reactivos, naturaleza del solvente, fuerza iónica de la solución, temperatura.
Actividad y coeficiente de actividad. Concentración general y de equilibrio.
Respuestas en competencia, coeficiente de respuestas en competencia.
Constantes de equilibrio termodinámico, real y condicional.
Equilibrio ácido-base. Conceptos modernos de ácidos y bases. Las principales disposiciones de la teoría de Bronsted-Lowry. Pares conjugados ácido-base. Influencia de la naturaleza del disolvente sobre la fuerza de ácidos y bases.
Constante de autoprotólisis. Efectos niveladores y diferenciadores del solvente. Soluciones tampón. Cálculo de pH de soluciones acuosas de ácidos y bases fuertes y débiles, anfolitos, soluciones tampón.
Equilibrio químico en un sistema heterogéneo. Los principales tipos de equilibrio químico en un sistema heterogéneo: fase líquido-sólido (solución), líquido-líquido. Constante de equilibrio de la reacción de precipitación-disolución (producto de solubilidad). Constantes de equilibrio termodinámico, real y condicional. Condiciones de sedimentación y disolución de sedimentos. Cálculo de la solubilidad de la precipitación en diferentes condiciones.
Coloquio No. 2.
Reacciones de complejación. Reactivos orgánicos.
Titulación ácido-base y complexométrica.
Compuestos complejos y reactivos orgánicos. Tipos y propiedades de compuestos complejos utilizados en química analítica. Complejamiento escalonado. Estabilidad termodinámica y cinética de compuestos complejos. El efecto de la complejación sobre la solubilidad de los compuestos y el potencial redox del sistema.
Fundamentos teóricos de la interacción de reactivos orgánicos con iones inorgánicos. Grupos funcionales y analíticos. Teoría de analogías para la interacción de iones metálicos con reactivos inorgánicos como H2O, NH3, H2S y reactivos orgánicos que contienen oxígeno, nitrógeno y azufre. Quelatos, compuestos intracomplejos. El uso de compuestos complejos en el análisis para la detección, separación, enmascaramiento y determinación de iones.
Métodos de análisis titrimétricos. Métodos de titulación: directo, inverso, desplazamiento, indirecto. Valoración ácido-base. Requisitos para reacciones en titulación ácido-base. Curvas de titulación, punto de equivalencia, punto final de titulación. Indicadores. Estándares primarios y secundarios, soluciones de trabajo. Construcción de curvas de titulación, elección de indicador, error de titulación. Ejemplos de aplicación práctica de valoración ácido-base: determinación de HCl, NaOH, Na2CO3.
Valoración complexométrica. Requisitos para las reacciones de complejación utilizadas en titrimetría. El uso de ácidos aminopolicarboxílicos. Indicadores metalocrómicos y requisitos para ellos.
Construcción de curvas de titulación.
Coloquio No. 3.
Reacciones redox.
Aplicación práctica en titrimetría. Métodos de análisis instrumental.
Reacciones redox. Sistemas redox reversibles y sus potenciales. Potencial del electrodo de equilibrio. Ecuación de Nernst. Potenciales redox estándar y formal. Influencia de varios factores en el potencial formal: pH de la solución, fuerza iónica de la solución, procesos de complejación y precipitación, concentración de sustancias complejantes y precipitantes. Constante de equilibrio de las reacciones redox y dirección de las reacciones de oxidación-reducción.
Valoración redox. Construcción de curvas de titulación. Métodos para fijar el punto final de titulación en titulación redox. Métodos: permanganatométrico, yodométrico, dicromatométrico.
Métodos espectroscópicos de análisis. Principales características de la radiación electromagnética (longitud de onda, frecuencia, número de onda, intensidad). Espectros de átomos. Métodos de espectroscopia de emisión atómica y absorción atómica. Espectros de moléculas. Ley de Bouguer-Lambert-Beer.
Métodos para determinar la concentración de sustancias. Métodos espectrofotométricos y luminiscentes.
Métodos electroquímicos. Celda electroquímica, electrodo indicador y electrodo de referencia. Ionometría, titulación potenciométrica.
Coulometría: valoración directa y coulométrica; Ley de Faraday.
Voltamperometría clásica. Conductometría: valoración directa y conductimétrica, capacidades de control en línea.
Literatura
1. Fundamentos de Química Analítica. En 2 vols. P / ed. Yu.A. Zolotova. M.: Más alto. escuela, 2000.
2. Fundamentos de la química analítica. Una guía práctica. P / ed. Yu.A. Zolotova.
M.: Más alto. escuela, 2001.
3. Métodos de detección y separación de elementos. Una guía práctica.
P / ed. I.P.Alimarin. Moscú: Universidad Estatal de Moscú, 1984.
4. Belyavskaya T.A. Una guía práctica de gravimetría y titrimetría. M.:
5. Dorokhova E.N., Nikolaeva E.R., Shekhovtsova T.N. Química analítica (directrices). Moscú: Universidad Estatal de Moscú, 1988.
6. Manual de referencia de química analítica. P / ed. I.P.Alimarin y N.N. Ushakova. Moscú: Universidad Estatal de Moscú, 1975.
7. Ushakova N.N. Curso de química analítica para científicos del suelo. Moscú: Universidad Estatal de Moscú, 1984.
8. Dorokhova E.N., Prokhorova G.V. Tareas y preguntas en química analítica. M.:
Mir, 1984 o M.: Academservice, 1997.
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1. Reacciones analíticas de cationes del grupo I.
Reacciones de iones de potasio.
1. Tartrato de hidrógeno de sodio NaHC4H4O6. Agregue 3-4 gotas de solución de NaHC4H4O6 a 3-4 gotas de solución de sal de K + en un tubo de ensayo. Mezcle el contenido del tubo de ensayo con una varilla de vidrio, si el precipitado no precipita inmediatamente, frote las paredes del tubo de ensayo. con un palo. El precipitado cristalino blanco de hidrogenotartrato de potasio es soluble en agua caliente, en ácidos fuertes, álcalis e insoluble en ácido acético.
2. Hexanitrocobaltato de sodio Na3. Se añaden 1-2 gotas del reactivo a una gota de solución salina de K + a pH 4-5 y, si el precipitado no precipita inmediatamente, la solución se deja reposar o se calienta ligeramente en un baño de agua. Se forma un precipitado cristalino de color amarillo brillante, soluble en ácidos fuertes, pero insoluble en ácido acético. Bajo la acción de los álcalis, el precipitado se descompone con la formación de un precipitado marrón oscuro.
3. Reacción microcristaloscópica con hexanitrocurato de plomo Na2PbCu (NO2) 6. Se coloca una gota de solución salina de K + en un portaobjetos de vidrio, se coloca una gota de solución de Na2PbCu (NO2) 6 ("reactivo para K +") al lado y se conectan las gotas con una varilla de vidrio. Deje reposar, después de lo cual los cristales cúbicos formados se examinan bajo un microscopio.
4. Coloración de la llama. Las sales volátiles de K + (p. Ej., KCl) dan un color púrpura pálido a la llama del quemador. En un espectroscopio de visión directa, se observa una línea roja oscura a 769 nm. Es mejor ver la llama a través de un vidrio azul o una solución índigo; en estas condiciones, el potasio se puede detectar en presencia de sodio, porque La solución de vidrio azul o índigo absorbe el color amarillo del sodio.
Reacciones de iones de sodio.
1. Antimoniato de potasio K. A 2-3 gotas de solución de sal de Na +, agregue 2-3 gotas de solución de K y frote las paredes del tubo de ensayo con una varilla de vidrio mientras enfría el tubo de ensayo con agua corriente. Deje la solución un rato y asegúrese de que el precipitado sea cristalino: después de cerrar el tubo con un tapón de goma, darle la vuelta. Grandes cristales cúbicos serán visibles en las paredes. El precipitado se descompone bajo la acción de los ácidos, se disuelve en los álcalis.
La reacción es insensible.
2. Reacción microcristaloscópica con acetato de zinc-curanilo Zn (UO2) 3 (CH3COO) 8. Se coloca una gota de solución salina de Na + en un portaobjetos de vidrio, se coloca una gota de solución de Zn (UO2) 3 (CH3COO) 8 al lado y se conectan las gotas con una varilla de vidrio. Deje reposar y examine los cristales formados bajo un microscopio.
3. Coloración de la llama. Las sales volátiles de Na + (p. Ej., NaCl) tiñen la llama del quemador de amarillo. Se observa una línea amarilla a 590 nm con un espectroscopio de visión directa.
Reacciones de iones de amonio.
1. Álcalis fuertes. La reacción se lleva a cabo en una cámara de gas. Se coloca un cilindro de vidrio en el portaobjetos, dentro del cual se agregan 1-2 gotas de solución salina NH4 + y 1-2 gotas de solución 2 M NaOH o KOH, asegurándose de que la solución alcalina no caiga sobre el borde superior del cilindro. Cubrir el cilindro con otro portaobjetos de vidrio, colocando un papel indicador húmedo (indicador universal o tornasol) o papel de filtro humedecido con una solución de Hg2 (NO3) 2 en su lado interior. Se observa un cambio en el color del papel indicador.
2. Reactivo de Nessler K2. Agregue 1-2 gotas de reactivo de Nessler a 1-2 gotas de solución salina de NH4 + en un tubo de ensayo. Se forma un precipitado anaranjado.
Reacciones de iones de magnesio.
1. Álcalis fuertes. Se añaden 1-2 gotas de solución de NaOH a 2 gotas de solución salina de Mg2 +. Se forma un precipitado amorfo blanco, soluble en ácidos y sales de amonio. La reacción puede usarse para separar Mg2 + de otros cationes del Grupo 1, ya que sus hidróxidos son solubles en agua.
2. Fosfato de hidrógeno de sodio Na2HPO4. Agregue 2-3 gotas de solución de HCl 2 M y 1-2 gotas de solución de Na2HPO4 a 1-2 gotas de solución salina de Mg2 + en un tubo de ensayo. Después de eso, se agrega gota a gota una solución 2 M de NH3, agitando el contenido del tubo de ensayo después de cada gota, hasta obtener un olor distintivo o una reacción débilmente alcalina con fenolftaleína (pH ~ 9). Se forma un precipitado cristalino blanco soluble en ácidos fuertes y en ácido acético.
3. Quinalizarina. Se añaden una gota de solución de quinalizarina y 2 gotas de solución de NaOH al 30% a 1-2 gotas de solución salina de Mg2 +. Se forma un precipitado azul.
4. Reacción microcristaloscópica. Se coloca 1 gota de solución salina de Mg2 + en un portaobjetos de vidrio, junto a él se coloca una gota de una solución de reactivo, una mezcla de Na2HPO4, NH4Cl, NH3. Las gotas se conectan con una varilla de vidrio y los cristales formados se examinan bajo un microscopio.
2. Reacciones analíticas de cationes del grupo II.
Reacciones de iones de bario.
1. Dicromato de potasio K2Cr2O7. Agregue 3-4 gotas de solución de CH3COONa y 1-2 gotas de solución de K2Cr2O7 a 1-2 gotas de solución salina de Ba2 + en un tubo de ensayo.
Precipita un precipitado cristalino amarillo de BaCrO4, insoluble en ácido acético, soluble en ácidos fuertes. La reacción se usa para separar los iones Ba2 + de otros cationes del grupo II.
2. Ácido sulfúrico H2SO4. A 1-2 gotas de solución salina de Ba2 + agregue 2-3 gotas de ácido sulfúrico diluido. Se forma un precipitado cristalino blanco, insoluble en ácidos. Para convertir el BaSO4 en solución, se transfiere a BaCO3, realizando un procesamiento repetido de BaSO4 con una solución saturada de Na2CO3, drenando cada vez el líquido del precipitado, que luego se disuelve en ácido.
3. Coloración de la llama. Las sales volátiles de Ba2 + tiñen la llama del quemador de color amarillo verdoso. En un espectroscopio de visión directa, se observa un grupo de líneas verdes en el rango de longitud de onda de 510-580 nm.
Reacciones de iones de calcio.
1. Oxalato de amonio (NH4) 2C2O4. A 2-3 gotas de solución salina de Ca2 +, agregue 2-3 gotas de solución (NH4) 2C2O4. Se forma un precipitado cristalino blanco, soluble en ácidos fuertes, pero insoluble en ácido acético.
2. Reacción microcristaloscópica. Se aplica una gota de solución salina de Ca2 + a un portaobjetos de vidrio, junto a él se coloca una gota de solución H2SO4 (1: 4). Las gotas se conectan con una varilla de vidrio, se dejan reposar y los cristales formados en forma de aguja se examinan bajo un microscopio (principalmente en los bordes de la gota).
3. Coloración de la llama. Las sales volátiles de Ca2 + pintan la llama del quemador de un color rojo ladrillo. En un espectroscopio de visión directa se observa una línea verde a 554 nm y una línea roja a 622 nm. Las líneas están ubicadas simétricamente con respecto a la línea del sodio a 590 nm.
3. Reacciones analíticas de cationes del grupo III.
Reacciones de iones de plomo.
1. Dicromato de potasio K2Cr2O7. A 1-2 gotas de una solución salina de Pb2 + en un tubo de ensayo, agregue 2-3 gotas de solución de CH3COOH 2 M, 2-3 gotas de solución de CH3COONa y 2 gotas de solución de K2Cr2O7. Cae un precipitado amarillo de PbCrO4. La mezcla se centrifuga, el precipitado se separa de la solución y se añaden 2-3 gotas de solución 2 M de NaOH al precipitado.
El precipitado se disuelve. Esta reacción distingue al PbCrO4 del BaCrO4, que es insoluble en NaOH.
2. Ácido clorhídrico HCl. Agregue 3 gotas de HCl diluido a 3-4 gotas de solución salina de Pb2 + en un tubo de ensayo. Se forma un precipitado blanco, soluble en álcalis, así como en exceso de HCl o cloruros de metales alcalinos. El PbCl2 es fácilmente soluble en agua, especialmente cuando se calienta, que se usa para separarlo de AgCl y Hg2Cl2.
3. Yoduro de potasio KI. Agregue 1-2 gotas de solución de KI a 1-2 gotas de solución salina de Pb2 + en un tubo de ensayo. Cae un precipitado amarillo. Se añaden unas gotas de agua y una solución 2 M de CH3COOH al tubo de ensayo, se calienta y el precipitado se disuelve.
Sumerja el tubo de ensayo en agua fría y observe la precipitación de cristales dorados ("lluvia dorada").
4. Ácido sulfúrico H2SO4. Se agregan 3-4 gotas de H2SO4 diluido a 2-3 gotas de una solución salina de Pb2 +, se forma un precipitado blanco, soluble en soluciones de álcalis fuertes o en soluciones concentradas de CH3COONH4 o C4H4O6 (NH4) 2.
4. Reacciones analíticas de cationes del grupo IV.
Reacciones de iones de aluminio.
1. Álcalis o amoniaco. Se añade cuidadosamente gota a gota una solución de álcali 2 M a 3-4 gotas de una solución de sal de Al3 + hasta que se forma un precipitado blanco amorfo de hidróxido de aluminio Al2O3.mH2O. Cuando se agrega un exceso de álcali, el precipitado se disuelve. Si se añade NH4Cl sólido y se calienta, se forma de nuevo el precipitado de hidróxido de aluminio.
2. Rojo de alizarina. 1). Se aplica 1 gota de solución salina Al3 + al filtro, tocando el papel con la punta del capilar, 1 gota de rojo alizarina, y se trata la mancha con amoniaco gaseoso, colocando el papel sobre la abertura del frasco con amoniaco concentrado solución. Se forma una mancha violeta.
El color violeta representa el color de la alizarina, que toma en un ambiente alcalino. El papel se seca cuidadosamente sosteniéndolo por encima de la llama de un quemador. En este caso, el amoníaco se evapora y el color violeta de la alizarina se vuelve amarillo, lo que no interfiere con la observación del color rojo del barniz de aluminio.
La reacción se utiliza para la detección fraccionada de Al3 + en presencia de otros cationes. Para ello, se aplica una gota de la solución K4 al papel de filtro, y solo entonces se coloca una gota de la solución salina Al3 + en el centro de la mancha húmeda. Los cationes que interfieren con las reacciones, por ejemplo, Fe3 +, dan hexacianoferratos (II) poco solubles y, por lo tanto, permanecen en el centro de la mancha. Los iones Al3 +, no precipitados por K4, se difunden hacia la periferia de la mancha, donde pueden detectarse por reacción con rojo de alizarina en presencia de amoniaco.
2). En un tubo de ensayo, agregue 2-3 gotas de solución de alizarina a la solución de NH3 a 1-2 gotas de solución salina de Al3 + hasta que la reacción sea alcalina. El contenido del tubo se calienta en un baño de agua. Se forma un precipitado floculante rojo.
3. Aluminon. Se añaden 1-2 gotas de solución de aluminona a 2 gotas de solución salina Al3 + y se calientan en un baño de agua. Luego agregue la solución de NH3 (hasta que aparezca el olor) y 2-3 gotas de (NH4) 2CO3. Se forman copos rojos de barniz de aluminio.
Reacciones de iones de cromo (III).
1. Álcalis corrosivos. Se añaden 2-3 gotas de solución de NaOH 2 M a 2-3 gotas de solución salina Cr3 +. Cae un precipitado verde grisáceo. El precipitado es soluble en ácidos y álcalis.
2. Peróxido de hidrógeno H2O2. A 2-3 gotas de solución de sal de Cr3 +, agregue 4-5 gotas de solución de NaOH 2 M, 2-3 gotas de solución de H2O2 al 3% y caliente durante varios minutos hasta que el color verde de la solución se vuelva amarillo.
La solución se retiene para experimentos posteriores (detección de CrO42-).
3. Persulfato de amonio (NH4) 2S2O8. A 5-6 gotas de solución (NH4) 2S2O8, agregue 1 gota de solución 1 M de H2SO4 y AgNO3 (catalizador). Se introducen 2-3 gotas de solución de Cr2 (SO4) 3 o Cr (NO3) 3 en la mezcla oxidante resultante y se calienta. La solución se vuelve amarillo-naranja. Se conserva para experimentos posteriores (Cr2O72-).
4. Tetraacetato de etilendiamina de sodio (EDTA). Se añaden 3-5 gotas de solución de CH3COOH al 30%, 12-15 gotas de solución de EDTA (se requiere exceso de EDTA) a 3-4 gotas de solución salina de Cr3 +, se comprueba el pH de la solución (pH 4-5) y calentado en un baño de agua. En presencia de Cr3 +, aparece un color violeta.
Reacciones de iones Cr (VI).
1. Formación de ácido percrómico H2CrO6. Se colocan 5-6 gotas de la solución de cromato obtenida anteriormente en un tubo de ensayo. El exceso de H2O2 se elimina hirviendo en un baño de agua, el tubo se enfría con agua corriente del grifo. Se añaden a la solución unas gotas de éter, 1 gota de solución de H2O2 al 3% y se agrega gota a gota H2SO4 (1: 4) con agitación. El compuesto de peróxido de cromo resultante se extrae con éter, la capa de éter se vuelve azul.
Reacciones de iones de zinc.
1. Álcalis corrosivos. Se agregan 2-3 gotas de solución de NaOH 2 M a 2-3 gotas de solución salina de Zn2 +, se forma un precipitado blanco, soluble en ácidos, álcalis y sales de amonio (a diferencia del hidróxido de aluminio).
2. El tetrarodanomercuriato de amonio (NH4) 2 forma un precipitado cristalino blanco de Zn con soluciones de sales de Zn2 +. Normalmente, la reacción se lleva a cabo en presencia de una pequeña cantidad de sal de Co2 +. El papel del Zn2 + es que el precipitado de Zn formado por él acelera, como semilla, la precipitación de un precipitado de Co azul, que en ausencia de Zn puede no precipitar durante horas (la formación de una solución sobresaturada).
En un tubo de ensayo, se agregan 1-2 gotas de agua y 3-4 gotas de (NH4) 2 a 1-2 gotas de sal Co2 +. Las paredes del tubo de ensayo se frotan con una varilla de vidrio, mientras que no debe aparecer un precipitado azul. Luego se agrega una gota de solución salina de Zn2 + al mismo tubo de ensayo y las paredes se frotan nuevamente con una varilla de vidrio. En este caso, se forman cristales mixtos de ambos compuestos, coloreados en azul pálido o azul oscuro, dependiendo de la cantidad de Co2 +.
3. Sulfuro de hidrógeno y sulfuros solubles. A 1-2 gotas de solución salina de Zn2 +, agregue 1-2 gotas de agua con sulfuro de hidrógeno (o una gota de Na2S). Se forma un precipitado blanco, soluble en ácidos fuertes.
4. Reacción microcristaloscópica. Se coloca una gota de solución salina de Zn2 + en un portaobjetos de vidrio, se coloca una gota de reactivo (NH4) 2 al lado y se conectan las gotas con una varilla de vidrio. Las dendritas características se examinan al microscopio.
5. Reacciones de los cationes del grupo V.
Reacciones de iones de hierro (II).
1. Hexacianoferrato de potasio (III) K3. Agregue 1-2 gotas de solución de reactivo a 1-2 gotas de solución salina de Fe2 +. Se forma un precipitado azul oscuro (azul de Prusia).
Reacciones de iones de hierro (III).
1. Hexacianoferrato de potasio (II) K4. Se añaden 1-2 gotas de reactivo a 1-2 gotas de solución salina de Fe3 +. Se observa la formación de un precipitado azul oscuro "azul de Prusia".
2. Tiocianato de amonio (potasio) NH4SCN. Se agregan unas gotas de solución de NH4SCN (o KSCN) a 1-2 gotas de solución salina de Fe3 +. Aparece un color rojo oscuro.
Reacciones de iones manganeso.
1. La acción de oxidantes fuertes.
a). Óxido de plomo (IV) PbO2. Un poco de polvo de PbO2, 4-5 gotas de solución de HNO3 6 M, una gota de solución salina de Mn2 + se colocan en un tubo de ensayo y se calienta. Después de 1-2 minutos, centrifugar y, sin separar el precipitado, examinar el color de la solución. La solución se vuelve violeta carmesí.
B). Persulfato de amonio (NH4) 2S2O8. A 5-6 gotas de solución de (NH4) 2S2O8, agregue una gota de solución de H2SO4 2 M, 1-2 gotas de H3PO4 concentrado (para evitar la descomposición de los iones de permanganato), 1-2 gotas de solución de AgNO3 (catalizador) y caliente. Se agrega una cantidad mínima de solución salina de Mn2 + a la mezcla oxidante calentada usando una espátula de vidrio, se mezcla y se observa un color violeta frambuesa de la solución.
v). Bismutato de sodio NaBiO3. Se agregan 3-4 gotas de solución de HNO3 6 M y 5-6 gotas de agua a 1-2 gotas de solución salina de Mn2 +, después de lo cual se agrega un poco de polvo de NaBiO3 a la solución con una espátula de vidrio. Después de agitar, centrifugue el exceso de reactivo y observe el color frambuesa de la solución.
2. Piridilazonaftol (PAN). A 2-3 gotas de solución salina de Mn2 + agregar 5-7 gotas de agua, 4-5 gotas de solución de etanol al 0.1% de PAN, NH3 a pH 10 y extraer con cloroformo. La fase orgánica se vuelve roja.
6. Reacciones de los cationes del grupo VI.
Reacciones de iones de cobalto.
1. Tiocianato de amonio (potasio) NH4SCN. NH4SCN sólido (KSCN), NH4F sólido para unir Fe3 + en un complejo incoloro estable, se añaden 5-7 gotas de alcohol isoamílico a 2-3 gotas de una solución salina de Co2 + y se agitan.
La capa de alcohol isoamílico se vuelve azul.
2. Amoníaco NH3. Se añaden 3-4 gotas de solución de NH3 a 1-2 gotas de solución salina de Co2 +. Precipita un precipitado azul de la sal básica de cobalto, que se disuelve en presencia de un gran exceso de NH3 con la formación de un compuesto complejo de color amarillo sucio.
3. Hidróxido de sodio NaOH. Se agregan 2-3 gotas de una solución grande de NaOH 2 M a 2-3 gotas de una solución salina de Co2 +, se forma un precipitado azul. El precipitado se disuelve en ácidos minerales.
4. Reacción microcristaloscópica. Se coloca una gota de una solución salina de Co2 + en un portaobjetos de vidrio, se coloca una gota de una solución de reactivo (NH4) 2 al lado, se conectan las gotas con una varilla de vidrio y se examinan los cristales de color azul brillante resultantes bajo un microscopio.
Reacciones de iones de níquel.
1. Dimetilglioxima. En un tubo de ensayo, se añaden 1-2 gotas de solución de dimetilglioxima y 1-2 gotas de NH3 2 M a 1-2 gotas de solución salina de Ni2 +. Cae un característico precipitado rojo escarlata.
2. Amoníaco NH3. La solución de NH3 se agrega gota a gota a 1-2 gotas de solución salina de Ni2 + en un tubo de ensayo hasta que se forma una solución azul.
3. Hidróxido de sodio NaOH. Se añaden 2-3 gotas de solución de NaOH 2 M a 2-3 gotas de solución salina Ni2 +, se forma un precipitado verde, soluble en ácidos.
Reacciones de iones de cobre.
1. Amoníaco NH3. La solución de NH3 se agrega gota a gota a 1-2 gotas de solución salina de Cu2 +. Un precipitado verde de una sal básica de composición variable, fácilmente soluble en un exceso de NH3, forma un compuesto complejo azul.
2. Hexacianoferrato de potasio (II) K4. A 1-2 gotas de solución salina Cu2 + (pH
7) agregue 1-2 gotas de solución K4. Cae un precipitado marrón rojizo.
3. Yoduro de potasio KI. A 2-3 gotas de solución salina de Cu2 + agregue 1 gota de solución de H2SO4 1 M y 5-6 gotas de solución de KI al 5%, se forma un precipitado blanco.
Debido a la liberación de yodo, la suspensión es de color amarillo.
Reacciones de iones de cadmio.
1. Sulfuro de hidrógeno o sulfuro de sodio Na2S. Se agrega 1 gota de solución de Na2S a 1-2 gotas de solución salina de Cd2 +, se forma un precipitado amarillo.
2. Difenilcarbazida. Se aplica 1 gota de una solución saturada de difenilcarbazida, una gota de una solución de sal Cd2 + sobre papel de filtro y se mantienen durante 2-3 minutos sobre una solución concentrada de NH3. Aparece un color azul violeta. En presencia de iones interferentes, se añaden KSCN y KI sólidos a la solución etanólica de difenilcarbazida.
7. Reacciones de aniones Reacciones de iones sulfato.
1. Cloruro de bario BaCl2. Se añaden 2-3 gotas de solución de BaCl2 a 1-2 gotas de solución de SO42-. Se forma un precipitado cristalino blanco, insoluble en ácidos. Así es como el precipitado de BaSO4 se diferencia de las sales de Ba2 + con todos los demás aniones, que es lo que se utiliza en la detección de SO42-.
Reacciones de iones carbonato.
1. Ácidos. Las reacciones se llevan a cabo en un detector de gases. Se coloca un poco de carbonato (preparación seca) o 5-6 gotas de solución de CaCO3 en un tubo de ensayo, se agregan 5-6 gotas de solución 2 M de HCl. Cerrar un tapón con un tubo de salida de gas, el otro extremo del cual se sumerge en un tubo de ensayo con agua de cal [solución saturada de Ca (OH) 2] y observar la turbidez del agua de cal.
Reacciones de iones cloruro.
1. Nitrato de plata AgNO3. Se agregan 2-3 gotas de solución de AgNO3 a 2-3 gotas de solución de Cl-. Cae un precipitado blanco cuajado. AgCl es insoluble en HNO3; se disuelve fácilmente bajo la acción de sustancias capaces de unir Ag + en un complejo, por ejemplo, NH3; (NH4) 2CO3 (a diferencia de AgBr, AgI); KCN, Na2S2O3.
Reacciones de iones nitrato.
1. Sulfato de hierro (II) FeSO4. Se agrega un pequeño cristal de FeSO4 a una gota de la solución de prueba de NO3-, se coloca en una placa de goteo o en un vidrio de reloj, se agrega una gota de una solución concentrada de H2SO4, aparece un anillo marrón alrededor del cristal.
2. Aluminio o zinc. Agregue 3-4 gotas de solución de NaOH 2 M a un tubo de ensayo con 3-4 gotas de solución de NO3- y agregue 1-2 piezas de aluminio metálico o zinc. El tubo de ensayo se cierra con poca fuerza con un algodón, encima del cual se coloca un papel tornasol rojo húmedo y se calienta en un baño de agua. El papel tornasol se vuelve azul.
3. Difenilamina (C6H5) 2NH. Coloque 2-3 gotas de solución de difenilamina en H2SO4 concentrado en un vidrio de reloj seco cuidadosamente lavado y limpiado o en una taza de porcelana. (Si la solución se vuelve azul, el vaso o la taza no estaban lo suficientemente limpios). Agregue muy poco de la solución de prueba de NO3- en la punta de una varilla de vidrio limpia en el mismo lugar y mezcle. Aparece un color azul intenso.
Reacciones de iones fosfato.
1. Molibdeno líquido (solución de (NH4) 2MoO4 en HNO3). Para 1-2 gotas de solución de PO43, agregue 8-10 gotas de líquido de molibdeno y caliente ligeramente hasta 40 ° C. Se forma un precipitado cristalino amarillo, insoluble en HNO3, fácilmente soluble en álcalis cáusticos y NH3.
III. ANÁLISIS CUANTITATIVO
La determinación de la cantidad de una sustancia se basa en la medición física de cualquier propiedad física o química de esa sustancia, que es función de su masa o concentración. Existen muchos métodos de análisis cuantitativo.
Se pueden dividir en dos grupos:
1) métodos basados en la medición directa de la masa del analito, es decir, basados en el pesaje directo en una balanza;
2) métodos indirectos para determinar la masa, basados en la medición de ciertas propiedades asociadas con la masa del componente que se está determinando.
Dependiendo de las propiedades que se midan, los métodos de análisis cuantitativo se dividen en químicos, fisicoquímicos y físicos. Los métodos químicos incluyen gravimetría y titrimetría con indicación visual del punto final de la titulación.
1. Métodos gravimétricos La gravimetría es el método de análisis más simple y preciso, aunque bastante extenso. La esencia de la gravimetría radica en el hecho de que el componente determinado del analito se aísla en forma pura o en forma de un compuesto de cierta composición, que luego se pesa. Los métodos gravimétricos se dividen en métodos de extracción y métodos de sedimentación. Los métodos de precipitación son de suma importancia. En estos métodos, el componente a determinar se precipita en forma de un compuesto poco soluble, que se pesa después de un tratamiento adecuado (separación de la solución, lavado, secado o calcinación). Al precipitar, siempre es necesario tomar algún exceso de precipitante. Para obtener sedimentos limpios y uniformes en dispersión, posiblemente sedimentos cristalinos gruesos (si la sustancia es cristalina) o sedimentos bien coagulados (si la sustancia es amorfa), se deben observar una serie de reglas. La composición de la sustancia a pesar (forma gravimétrica) debe corresponder estrictamente a una determinada fórmula química.
Determinación gravimétrica de ácido sulfúrico en solución La determinación de ácido sulfúrico o sulfato se basa en la formación de un precipitado cristalino de BaSO4 por la reacción:
SO42- + Ba2 + = BaSO4 La forma precipitada es BaSO4. El precipitado se aísla de una solución débilmente ácida calentada.
El precipitado se calcina a una temperatura de aproximadamente 800ºC (quemador de gas).
Forma gravimétrica - BaSO4.
Reactivos Ácido clorhídrico, HCl, solución 2 M.
Cloruro de bario, BaCl2. 2H2O, solución al 5%.
Nitrato de plata, AgNO3, solución al 1%.
Ácido nítrico, HNO3, solución 2 M.
Ejecución de la definición. Una solución de H2SO4 recibida del profesor en un vaso. 300 ml, previamente lavados hasta un goteo absoluto, se diluyen con agua destilada hasta 100-150 ml, se añaden 2-3 ml de HCl 2 M a la solución, la solución se calienta hasta casi ebullición y el volumen calculado de solución de cloruro de bario se vierte en él gota a gota desde la bureta. La cantidad de precipitante se calcula teniendo en cuenta el 10% de exceso. Durante la adición del precipitante, la solución se agita con una varilla de vidrio. Deje que el sedimento se acumule en el fondo del vaso y verifique que la sedimentación esté completa agregando unas gotas del precipitante.
Si no se logra la precipitación completa, agregue algunos mililitros más de solución de cloruro de bario. Retirar la varilla del vaso, cerrar el vaso con un cristal de reloj (puede utilizar una hoja de papel limpia) y dejar reposar al menos 12 horas.
La maduración del sedimento puede acelerarse si, antes de la sedimentación, se añaden 2 a 3 ml de una solución al 1% de ácido pícrico a la solución de ensayo. En este caso, la solución con el precipitado es suficiente para dejar antes de la filtración durante 1 a 2 horas en un lugar cálido (por ejemplo, en un baño de agua).
El precipitado se filtra en un filtro de "cinta azul", primero se vierte un líquido claro sobre el filtro y se recoge el filtrado en un vaso de precipitados limpio. Es útil verificar las primeras porciones del filtrado para verificar que la sedimentación esté completa. Cuando la mayor parte del líquido claro pasa a través del filtro, y casi todo el precipitado permanece en el vaso de precipitados donde se realizó la precipitación, se vierte el filtrado y se coloca un vaso de precipitados vacío debajo del embudo. Luego, transfiera el precipitado al filtro en pequeñas porciones de agua destilada fría de una botella de lavado. Las partículas de sedimento adheridas a las paredes del vidrio se eliminan con una varilla con punta de goma. Se limpia cuidadosamente una varilla de vidrio con un trozo de filtro húmedo, y luego este trozo de filtro se coloca en el embudo. Puede limpiar el interior del vaso con un trozo de filtro húmedo. Cuando todo el precipitado se transfiere al filtro, se lava en el filtro 3-4 veces con agua fría en porciones de 10-15 ml. Las últimas aguas de enjuague se verifican para verificar que el enjuague esté completo con una solución de AgNO3 en medio de HNO3 2 M (solo se permite una opalescencia débil). Luego se coloca el embudo con el filtro en un horno durante varios minutos, se seca el filtro con el precipitado y, doblando los bordes del filtro hacia el centro, se coloca un filtro ligeramente húmedo con el precipitado en un crisol de porcelana llevado a peso constante (un crisol limpio y vacío se enciende a plena llama de un quemador de gas). Inserte el crisol en el triángulo y, sosteniéndolo por encima de la pequeña llama del quemador, seque el filtro y cocínelo.
Cuando termina la carbonización, se aumenta la llama del quemador, se baja el triángulo con el crisol, se deja que el carbón se queme, después de lo cual el precipitado se calcina a la llama del quemador completo durante 10-15 minutos. Después de enfriar en un desecador, se pesa el crisol con el sedimento.
Repetir 10 minutos de calcinación hasta alcanzar un peso constante (± 0,2 mg).
Calcule el contenido de H2SO4 en la solución:
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En el análisis titrimétrico, la cantidad de sustancias químicas se determina con mayor frecuencia midiendo con precisión los volúmenes de soluciones de dos sustancias que entran en una determinada reacción entre sí. A diferencia de la gravimetría, el reactivo se toma en una cantidad equivalente a la sustancia a determinar. Los métodos de análisis titrimétrico pueden clasificarse según la naturaleza de la reacción química subyacente a la determinación de sustancias. Estas reacciones pertenecen a diferentes tipos: reacciones de combinación de iones y reacciones de oxidación-reducción. De acuerdo con esto, las determinaciones titrimétricas se subdividen en los siguientes métodos principales: método de titulación ácido-base, métodos de titulación complexométrica y de precipitación, métodos de titulación redox.
Algunas pautas generales para el trabajo
1. Una vez que las buretas o pipetas se hayan lavado a fondo, se deben enjuagar antes de llenar (2-3 veces 5 ml cada una) con la solución con la que se llenarán.
2. Valorar cada solución al menos tres veces. La dispersión de los resultados de tres titulaciones no debe exceder de 0,1 ml.
3. Al determinar el volumen de una gota de bureta, llénela a cero con agua destilada, suelte 100 gotas (las gotas deben gotear uniformemente a una velocidad de 2 a 3 por segundo) y anote el volumen en la bureta (el conteo se realiza no antes de 30 s después de verter el agua). El volumen resultante se divide por 100. La determinación se repite al menos tres veces, calculando cada vez el volumen de la gota a 0,001 ml. Las discrepancias entre las tres determinaciones no deben exceder de 0,01 ml.
Cálculos en análisis titrimétrico Las sustancias reaccionan entre sí en cantidades equivalentes (n1 = n2).
Equivalente es una partícula condicional o real que puede agregar, liberar, reemplazar un protón en reacciones ácido-base o ser equivalente a un electrón en reacciones redox.
Si el analito A reacciona con el valorante B de acuerdo con la ecuación:
aA + bB = cC + dD, de esta ecuación se deduce que una partícula A es equivalente ab / a partículas de sustancia B. La relación b / a se llama factor de equivalencia y denota feq.
Por ejemplo, para la reacción ácido-base H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 feq (H3PO4) = 1, y para la reacción:
H3PO4 + 2 NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O feq (H3PO4) = 1/2.
En la media reacción redox:
MnO4- + 8 H + + 5 e = Mn2 + + 5 H2O feq (KMnO4) = 1/5, pero en la semirreacción:
MnO4- + 4 H + + 3 e = MnO (OH) 2 + H2O feq (KMnO4) = 1/3.
El peso molecular de una sustancia equivalente es la masa de un mol de un equivalente de esta sustancia, que es igual al producto del factor de equivalencia por el peso molecular de la sustancia.
Dado que el número de equivalentes de sustancias que entran en la reacción es igual an = сVx10-3, donde с es la concentración molar y V es el volumen, entonces, para dos sustancias que reaccionan estequiométricamente, la igualdad es verdadera:
Si se conoce la concentración molar de una sustancia, entonces, midiendo los volúmenes de las sustancias que reaccionan, es posible calcular la concentración desconocida de la segunda sustancia.
La concentración molar c es la relación entre el número de moles del soluto y el volumen. Por ejemplo, con (1/2 H2SO4) = 0,1 mol / lo con (1/2 H2SO4) = 0,1 M; esto significa que 1 litro de solución contiene 6.02.10-23x0.1 partículas condicionales 1/2 H2SO4 o 4.9 g de H2SO4 se disuelve en 1 litro.
Por ejemplo, se estandarizó una solución de Ba (OH) 2 frente a una solución de HCl 0,1280 M. Para valorar 46,25 ml de solución ácida, se requirieron 31,76 ml de solución básica.
Por lo tanto, c (1/2 Ba (OH) 2) = (46.25 x 0.1280) / 31.76 = 0.1864 M ym = c x M xf eq = 0.1864 x 171.34 x 1/2 = 15.97 g / l.
En las reacciones de complejación de una sustancia, es bastante difícil definir el concepto de "equivalente de peso molecular". En este caso, se suele proceder de la estequiometría de la reacción. Por ejemplo, en complexometría, independientemente de la carga catiónica, las reacciones proceden según la ecuación Mn2 + + H2Y2- = MY (n - 4) + + 2 H +, es decir, con la formación de complejos de composición 1: 1 . Por tanto, para los componentes que participan en esta reacción, los pesos moleculares de los equivalentes son iguales a los pesos moleculares.
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Preparación del estándar primario (Na2CO3) y soluciones de trabajo (HCl 0,1 M y NaOH 0,1 M) Calcule la porción pesada de Na2CO3 con una precisión de 0,0001 g para preparar 250 ml de solución 0,1000 M. En una balanza técnica, se pesa una cantidad cercana a la calculada de Na2CO3 en una taza de pesaje y se especifica el peso del vaso de precipitados con una muestra en una balanza analítica. Transfiera el Na2CO3 a través de un embudo seco a un matraz aforado. 250 ml, y el vaso de precipitados se pesa en una balanza analítica y la porción pesada se calcula por diferencia. El embudo se lava con agua destilada, la soda se disuelve en una pequeña cantidad de agua destilada, luego la solución se lleva a la marca y se mezcla bien. Las soluciones de trabajo - HCl 0,1 M y NaOH 0,1 M - se preparan en botellas que contienen 2 litros de agua destilada, agregando con ayuda de una probeta las cantidades calculadas de HCl concentrado (pl. 1,19) y solución de NaOH 2 M, respectivamente. Las soluciones se mezclan bien, las botellas se cierran con sifones y la etiqueta se pega. En el caso de una solución de NaOH, el sifón se cierra con un tubo de cloruro de calcio.
Estandarización del ácido clorhídrico con respecto al carbonato de sodio El ion CO32- es una base capaz de unir protones secuencialmente:
CO32- + H + = HCO3HCO3- + H + = H2CO3 Puede valorar con un ácido hasta que se forme НСО3- (NaHCO3) en solución o hasta Н2СО3. En el primer caso, valorar la mitad del carbonato de sodio, en el segundo
Todo carbonato de sodio. Naturalmente, si se titula a NaHCO3 (el pH de esta solución es 8,34, por lo tanto, la titulación se lleva a cabo en presencia de fenolftaleína como indicador), para calcular la cantidad de Na2CO3 en la solución de prueba, debe duplicar el número de mililitros. de ácido clorhídrico utilizado para la titulación.
Si se titula a Н2СO3 (el pH de la solución es 4,25), entonces, utilizando naranja de metilo como indicador, valorar todo el carbonato de sodio Reactivos Ácido clorhídrico, HCl, solución 0,1 M.
Carbonato de sodio, Na2CO3, solución 0.1 M (1/2 Na2CO3).
Indicador naranja de metilo, solución acuosa al 0,1%.
Ejecución de la definición. Se vierte una solución de ácido clorhídrico en la bureta.
Tome 10 ml de solución de carbonato de sodio con una pipeta, transfiéralo a un matraz cónico para la titulación de un recipiente. 100 ml, añadir 20 ml de agua destilada y 1 gota de naranja de metilo y titular con ácido clorhídrico hasta que el color de la solución cambie de amarillo a naranja.
Cuando se titula con naranja de metilo, es conveniente utilizar un testigo, es decir, una solución que tiene un color al que debe titularse la solución de prueba. Para preparar el testigo se introducen 40 ml de agua destilada, una gota de naranja de metilo y 1-2 gotas de solución ácida 0,1 M en un matraz de titulación cónico de 100 ml con probeta graduada hasta que aparece un color naranja.
Estandarización de la solución de hidróxido de sodio con ácido clorhídrico Debido al gran salto de pH en la curva de titulación y al hecho de que el punto de equivalencia corresponde a pH 7, los ácidos fuertes pueden titularse con bases fuertes con indicadores, cuyos valores de pT se encuentran tanto a pH 7 como a pH 7.
Reactivos Ácido clorhídrico, HCl, solución 0,1 M.
Hidróxido de sodio, NaOH, solución 0,1 M.
Ejecución de la definición. 1. Titulación con naranja de metilo. La solución de hidróxido de sodio se vierte en la bureta, se lava a fondo y luego se enjuaga con solución de hidróxido de sodio y la bureta se cierra con un tubo de cloruro de calcio. Después de enjuagar la pipeta con una solución de ácido clorhídrico, tomar 10 ml de esta solución con una pipeta y transferirla a un matraz cónico para titulación de 100 ml, agregar 20 ml de agua destilada, 1 gota de naranja de metilo con una probeta y Valorar con una solución de hidróxido de sodio hasta que el color de la solución cambie de rojo a naranja a amarillo puro. Valorar al menos tres veces. Los resultados de tres titulaciones deben diferir entre sí en no más de 0,1 ml.
2. Titulación con fenolftaleína. Colocar 10 ml de solución de ácido clorhídrico, 2-3 gotas de fenolftaleína en un matraz de titulación con una pipeta y titular con solución de hidróxido de sodio hasta que el color rosa pálido sea estable durante 30 s. La titulación debe realizarse lo más rápido posible, la solución no debe agitarse con demasiada fuerza para evitar la absorción de CO2 del aire.
Determinación de ácido clorhídrico Reactivos Hidróxido de sodio, NaOH, solución 0,1 M.
Indicadores: naranja de metilo, solución acuosa al 0,1%; o fenolftaleína, solución al 0,1% en etanol al 60%.
Ejecución de la definición. La solución recibida del profesor en un matraz aforado se lleva a la marca con agua destilada, se mezcla bien, se toma una alícuota (10 ml) con una pipeta y se transfiere a un matraz cónico para la titulación. Agregue 1-2 gotas de indicador y valore con solución de NaOH de una bureta cubierta con un tubo de cloruro de calcio. antes de que cambie el color del indicador (ver "Estandarización de hidróxido de sodio con ácido clorhídrico").
Calcule el contenido de HCl en la solución de acuerdo con la fórmula:
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La titulación complexométrica se basa en las reacciones de formación de complejos de iones metálicos con ácidos aminopolicarboxílicos (complexonas). De los numerosos ácidos aminopolicarboxílicos, el más utilizado es el ácido etilendiaminotetraacético (H4Y) HOOC H2C CH2 COOH N CH2 CH2 N HOOC H2C CH2 COOH. Debido a su baja solubilidad en agua, el ácido en sí no es adecuado para preparar una solución de titulación. Para ello se suele utilizar el dihidrato de su sal disódica Na2H2Y.2H2O (EDTA). Esta sal se puede obtener agregando hidróxido de sodio a la suspensión ácida a pH ~ 5. En la mayoría de los casos, se usa una preparación comercial para preparar una solución de EDTA y luego la solución se estandariza. También puede utilizar el canal EDTA fijo.
Las reacciones de interacción de cationes con diferentes cargas con EDTA en solución se pueden representar mediante las ecuaciones:
Ca2 + + H2Y2- = CaY2- + 2 H + Bi3 + + H2Y2- = BiY- + 2 H + Th4 + + H2Y2- = ThY + 2 H + Se puede observar que, independientemente de la carga catiónica, se forman complejos con una proporción de componentes de 1: 1. En consecuencia, los pesos moleculares del equivalente de EDTA y el ión metálico determinado son iguales a sus pesos moleculares. El grado de reacción depende del pH y de la constante de estabilidad del complexonato.
Los cationes que forman complexonatos estables, por ejemplo, Fe (III), pueden titularse en soluciones ácidas. Los iones Ca2 +, Mg2 + y otros, que forman complexonatos relativamente menos estables, se valoran a pH 9 y superior.
El punto final de la titulación se determina utilizando indicadores metálicos de sustancias orgánicas cromóforas, que forman complejos intensamente coloreados con iones metálicos.
Determinación de calcio y magnesio en presencia conjunta Las constantes de estabilidad de los complexonatos de calcio y magnesio difieren en 2 órdenes de magnitud (los logaritmos de las constantes de estabilidad son 10,7 y 8,7 para calcio y magnesio, respectivamente, a 20 ° C y una fuerza iónica de 0,1). Por lo tanto, estos iones no se pueden valorar por separado, utilizando solo la diferencia en las constantes de estabilidad de los complexonatos. A pHopt ~ 9 - 10, se utiliza como indicador metálico el eriocromo negro T. En estas condiciones, se determina la cantidad de calcio y magnesio.
En otra parte alícuota, se crea un pH de 12 mediante la introducción de NaOH, mientras que el magnesio se precipita en forma de hidróxido, no se filtra y el calcio en la solución se determina mediante medidas complexométricas en presencia de murexido, fluorexón o calcio. , que son indicadores metálicos del calcio. El magnesio se determina por diferencia.
El método es adecuado para determinar la dureza del agua. Las trazas de metales pesados se valoran junto con calcio y magnesio; por lo tanto, se enmascaran antes de la titulación con cianuro de potasio o se precipitan con sulfuro de sodio o dietilditiocarbaminato de sodio. Casi todos los iones presentes en el agua se pueden enmascarar con cianuro de potasio y trietanolamina; los metales alcalinos, el calcio y el magnesio no están enmascarados.
1,0 ml de solución de EDTA 0,0100 M equivale al contenido de 0,408 mg de Ca;
0,561 mg de CaO; 0,243 mg de Mg; 0,403 mg de MgO.
Reactivos EDTA, solución 0,05 M.
Solución tampón de amoniaco pH 10 (67 g de NH4Cl y 570 ml de NH3 al 25% en 1 litro de solución).
NaOH o KOH, soluciones 2 M.
Indicadores metálicos: eriocromo negro T; murexid (en lugar de murexide, puede usar fluorexon o calcio), (mezclas con cloruro de sodio en una proporción de 1: 100).
Ejecución de la definición 1. Determinación de la cantidad de calcio y magnesio.
Pipetear 10 ml de la solución a analizar de un matraz aforado de 100 ml en un matraz de titulación cónico de 100 ml, agregar 2-3 ml de una solución tampón con pH 10, 15 ml de agua, mezclar y agregar 20
30 mg de una mezcla de eriocromo negro T y cloruro de sodio. Revuelva hasta que la mezcla indicadora esté completamente disuelta y titulada con solución de EDTA hasta que el color de la solución cambie de rojo vino a azul.
2. Determinación de calcio. Pipetee 10 ml de la solución analizada en un matraz cónico de 100 ml, agregue 2-3 ml de soluciones de NaOH o KOH, diluya con agua hasta aproximadamente 25 ml, inyecte 20-30 mg de mezclas indicadoras de murexido, fluorexón o calcio con cloruro de sodio y valorar con solución de EDTA hasta que el color de la solución cambie de una gota de solución de EDTA.
El cambio de color en el punto final de la titulación depende del indicador de metal seleccionado. Cuando se usa murexid, el color cambia de rosa a lila-violeta; cuando se usa fluorexón: de amarillo con fluorescencia verde a incoloro o rosado con una fuerte disminución en la intensidad de la fluorescencia; cuando se usa calcio, de amarillo pálido a naranja. En el último caso, se crea un medio alcalino solo con una solución de KOH 2 M.
3. Determinación de magnesio. El volumen de titulante consumido para la titulación de magnesio se calcula a partir de la diferencia entre los volúmenes de EDTA utilizados para la titulación a pH 10 y a pH 12.
a cV MV m = CaO EDTA EDTA k
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2.3. Valoración redox Los métodos utilizados se basan en reacciones redox. Por lo general, se denominan según el valorante utilizado, por ejemplo, dicromatometría, yodometría, permanganatometría, bromatometría. En estos métodos, K2Cr2O7, I2, KMnO4, KBrO3, etc. se utilizan como soluciones tituladas, respectivamente.
2.3.1. Dicromatometria
En dicromatometría, el estándar principal es el dicromato de potasio. Se puede preparar con una muestra precisa, ya que se purifica fácilmente mediante recristalización en una solución acuosa y permanece constante durante mucho tiempo.
En un ambiente ácido, el dicromato es un agente oxidante fuerte y se utiliza para determinar agentes reductores; él mismo se reduce a cromo (III):
Cr2O72- + 14 H + + 6e = 2 Cr3 + + 7 H2O Eo (Cr2O72- / 2 Cr3 +) = 1.33 V Cuando se titula con dicromato de potasio, se utilizan indicadores redox: difenilamina, difenilbencidina, etc.
Determinación de hierro (II)
La valoración del hierro (II) se basa en la reacción:
6 Fe2 + + Cr2O72- + 14 H + = 6 Fe3 + + 2 Cr3 + + 7 H2O Durante la titulación, la concentración de iones de hierro (III) aumenta y el potencial del sistema Fe3 + / Fe2 + aumenta, lo que conduce a oxidación del indicador de difenilamina. Si agrega ácido fosfórico a la solución que se va a titular, el color del indicador cambia drásticamente en el punto final de la titulación.
El ácido fosfórico reduce el potencial redox del sistema Fe3 + / Fe2 +, formando un complejo estable con iones de hierro (III).
Las soluciones de sal de hierro (II) a menudo contienen iones de hierro (III); por lo tanto, los iones de hierro (III) deben reducirse antes de la titulación. Para la reducción se utilizan metales (zinc, cadmio, etc.), SnCl2, H2S, SO2 y otros agentes reductores.
Reactivos Dicromato de potasio, K2Cr2O7, solución 0,05 M (1/6 K2Cr2O7).
Ácido clorhídrico, HCl, concentrado de pl. 1,17.
Ácido sulfúrico, H2SO4, concentrado, pf 1,84.
Ácido fosfórico, H3PO4, concentrado a partir de un pl. 1.7.
Zinc metálico, granulado.
Indicador difenilamina, solución al 1% en H2SO4 concentrado.
Ejecución de la definición. Se pipetea una alícuota de 10 ml de la solución en un matraz cónico para el matraz de titulación. 100 ml, agregue 5 ml conc.
HCl. Cerrar el matraz con un embudo pequeño, agregar 3 - 4 gránulos de zinc metálico y calentar en un baño de arena (la reacción no debe ser muy violenta) hasta que la solución se decolore y el zinc se disuelva por completo. Enfriar bajo un chorro de agua fría, agregar 3-4 ml de Н2SO4, enfriar, agregar 5 ml de Н3РО4, 15
20 ml de agua destilada, 2 gotas de solución de difenilamina y titular con solución de dicromato de potasio hasta que aparezca un color azul.
Encuentra el contenido por la fórmula:
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En un medio fuertemente ácido, los iones de permanganato tienen un alto potencial redox, reduciéndose a Mn2 +, y se utilizan para determinar muchos agentes reductores:
MnO4- + 5 e + 8 H + = Mn2 + + 4 H2O Eo (MnO4- / Mn2 +) = 1,51 B.
Cuando se titula con permanganato, por regla general, no se usan indicadores, ya que el reactivo en sí es de color y es un indicador sensible: 0.1 ml de una solución 0.01 M de KMnO4 tiñe 100 ml de agua en un color rosa pálido.
Una solución estándar de Na2C2O4 se prepara mediante una porción pesada (precisión de hasta 0,0001 g) o desde un canal fijo. La solución de trabajo de KMnO4 se prepara en una botella que contiene 2 litros de agua destilada diluyendo la cantidad calculada de solución 1 M;
la solución resultante se mezcla completamente y se cierra con un sifón con un tubo de cloruro de calcio.
Estandarización de la solución de permanganato de potasio a oxalato de sodio
5 C2O42- + 2 MnO4- + 16 H + = 2 Mn2 + + 8 H2O + 10 CO2, aunque los productos inicial y final corresponden a los dados en la ecuación escrita. En realidad, la reacción se desarrolla en varias etapas y, para su inicio, debe haber al menos trazas de Mn2 + en la solución:
MnO4- + MnC2O4 = MnO42- + MnC2O4 +
El ion manganato en una solución ácida se desproporciona rápidamente:
Mn (VI) + Mn (II) = 2 Mn (IV) Mn (IV) + Mn (II) = 2 Mn (III) El manganeso (III) forma complejos de oxalato de la composición Mn (C2O4) n (3-2n) +, donde n = 1, 2, 3; se descomponen lentamente con la formación de Mn (II) y CO2. Así, hasta que el manganeso (II) se acumule en la solución en concentraciones suficientes, la reacción entre MnO4- y C2O42- avanza muy lentamente. Cuando la concentración de manganeso (II) alcanza un cierto valor, la reacción comienza a avanzar a un ritmo elevado.
Ácido sulfúrico, H2SO4, solución 2 M.
Ejecución de la definición. En un matraz de titulación de 100 ml, se vierten 20 ml de Н2SO4 y se calientan a 80-90 ° С. Se pipetean 10 ml de solución de oxalato de sodio en la solución caliente y se titula con solución de permanganato, y al comienzo de la titulación, se agrega la siguiente gota de solución de KMnO4 solo después de que el color de la gota anterior haya desaparecido por completo. Luego, aumentando la tasa de titulación, titular hasta que aparezca un color rosa pálido, que es estable durante 30 s.
Determinación permanganatométrica de la oxidabilidad del agua (o del extracto de agua del suelo) La oxidabilidad del agua o del suelo se debe a la presencia de sustancias orgánicas solubles en agua capaces de oxidarse. La oxidabilidad del agua o del extracto de agua de los suelos se determina mediante titulación redox indirecta, para lo cual se titula un exceso de un oxidante que no ha reaccionado con la materia orgánica. Así, las sustancias orgánicas se oxidan con permanganato en medio ácido, un exceso de permanganato se hace reaccionar con oxalato de sodio y su exceso se titula con permanganato de potasio. La notable liberación de óxido de manganeso (IV) interfiere con la valoración directa del exceso de permanganato con un volumen exacto de oxalato de sodio.
Reactivos Permanganato de potasio, KMnO4, solución 0,05 M (1/5 KMnO4).
Oxalato de sodio, Na2C2O4, solución 0.05 M (1/2 Na2C2O4).
Ácido sulfúrico, H2SO4, solución 1 M.
Ejecución de la definición. Se transfiere una alícuota de la solución analizada (10 ml) a un matraz cónico para la titulación, se añaden 20 ml de ácido sulfúrico, se calienta a 70-80 ° C y se introducen 10 ml de una solución estándar de KMnO4 desde la bureta. Al mismo tiempo, la solución debe permanecer coloreada. Si la solución se decolora, se deben agregar otros 5 ml de solución de KMnO4. En una solución calentada
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donde c1 es la concentración de la solución 1/5 de KMnO4, M c2 es la concentración de la solución 1/2 Na2C2O4, M V1 es el volumen de la solución de KMnO4 añadido a la parte de la alícuota, ml, V2 es el volumen de KMnO4 solución utilizada para valorar el exceso de Na2C2O4, ml, V3 - el volumen de la solución estándar de Na2C2O4 añadida, ml.
A veces, la oxidabilidad se expresa en unidades de carbono: 3n (mol) / 1000 (g).
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Todos nos enfrentamos constantemente al análisis químico. Por ejemplo, en una clínica o, por desgracia, en un hospital. Si lo piensa, otros ejemplos de análisis vendrán por sí solos. Para hacer potable el agua de la red, se controla cuidadosamente su composición. Determina la acidez del suelo. Evalúe el contenido de azúcar en sangre de los diabéticos. ¿Y la detección de vapores de alcohol en el aire exhalado por el conductor? ¿Qué tal controlar la concentración de cloro en la piscina? Todos estos son ejemplos de análisis químicos importantes y útiles.
Millones de personas realizan estos análisis. En principio, las pruebas masivas de este tipo pueden ser realizadas incluso por personas poco cualificadas. Pero bajo una condición obvia: debe tener los métodos y herramientas adecuados para el análisis (por medio aquí no nos referimos a dinero en absoluto, sino a instrumentos, reactivos, platos, etc.). Pero los métodos y medios son inventados y desarrollados por especialistas de un nivel completamente diferente, los científicos analíticos. Estos especialistas están formados por las mejores universidades.
El Departamento de Química Analítica de la Universidad Estatal de Moscú es uno de los centros más famosos de este tipo de formación. Pero también es un gran centro científico, donde se están llevando a cabo investigaciones muy interesantes. El departamento es popular entre los estudiantes de la Facultad de Química. La demanda de graduados analíticos es alta.
Entre el personal del departamento se encuentra el jefe del departamento, el académico Yu.A. Zolotov, subdirector, miembro correspondiente de RAS O.A. Shpigun, ocho profesores más. Todos ellos son científicos líderes en sus campos, especialistas de renombre. En el departamento se encuentra el Centro Analítico de la Facultad, la Asociación Ecológico-Analítica de toda Rusia, tres pequeñas empresas, laboratorios conjuntos con empresas de fabricación de instrumentos. El departamento enseña química analítica en 8 facultades.
Pero lo más importante, lo más interesante son los problemas científicos resueltos en el departamento. Aquí, se desarrollan con éxito métodos originales de análisis químico, se resuelven problemas de análisis de objetos ecológicos, biomédicos y técnicos. Hay muchos instrumentos modernos en el laboratorio, que son utilizados por estudiantes de posgrado y estudiantes de posgrado, y a menudo también por estudiantes de pregrado, sin mencionar a los miembros del personal.
¿No es curioso crear métodos que permitan detectar elementos nocivos en el agua natural, separar mezclas complejas de compuestos orgánicos en componentes separados o diagnosticar enfermedades pulmonares por la composición del aire exhalado? En el departamento se hace mucho para el análisis químico de diversos tipos de materiales, especialmente materiales semiconductores.
Grupos de científicos, liderados por médicos jóvenes y candidatos a las ciencias, trabajan a la vanguardia de la ciencia, en un ambiente empresarial, creativo y amigable.
Todos nos enfrentamos constantemente al análisis químico. Por ejemplo, en una clínica o, por desgracia, en un hospital. Si lo piensa, otros ejemplos de análisis vendrán por sí solos. Para hacer potable el agua de la red, se controla cuidadosamente su composición. Determina la acidez del suelo. Evalúe el contenido de azúcar en sangre de los diabéticos. ¿Y la detección de vapores de alcohol en el aire exhalado por el conductor? ¿Qué tal controlar la concentración de cloro en la piscina? Todos estos son ejemplos de análisis químicos importantes y útiles.
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El Departamento de Química Analítica de la Universidad Estatal de Moscú es uno de los centros más famosos de este tipo de formación. Pero también es un gran centro científico, donde se están llevando a cabo investigaciones muy interesantes. El departamento es popular entre los estudiantes de la Facultad de Química. La demanda de graduados analíticos es alta.
Entre el personal del departamento se encuentra el jefe del departamento, el académico Yu.A. Zolotov, subdirector, miembro correspondiente de RAS O.A. Shpigun, ocho profesores más. Todos ellos son científicos líderes en sus campos, especialistas de renombre. En el departamento se encuentra el Centro Analítico de la Facultad, la Asociación Ecológico-Analítica de toda Rusia, tres pequeñas empresas, laboratorios conjuntos con empresas de fabricación de instrumentos. El departamento enseña química analítica en 8 facultades.
Pero lo más importante, lo más interesante son los problemas científicos resueltos en el departamento. Aquí, se desarrollan con éxito métodos originales de análisis químico, se resuelven problemas de análisis de objetos ecológicos, biomédicos y técnicos. Hay muchos instrumentos modernos en el laboratorio, que son utilizados por estudiantes de posgrado y estudiantes de posgrado, y a menudo también por estudiantes de pregrado, sin mencionar a los miembros del personal.
¿No es curioso crear métodos que permitan detectar elementos nocivos en el agua natural, separar mezclas complejas de compuestos orgánicos en componentes separados o diagnosticar enfermedades pulmonares por la composición del aire exhalado? En el departamento se hace mucho para el análisis químico de diversos tipos de materiales, especialmente materiales semiconductores.
Grupos de científicos, liderados por médicos jóvenes y candidatos a las ciencias, trabajan a la vanguardia de la ciencia, en un ambiente empresarial, creativo y amigable.
Jefe de Departamento: Académico
El personal del departamento incluye 80 empleados, incluidos 17 médicos y 30 candidatos de ciencias. El departamento cuenta con seis laboratorios de investigación y un taller de química analítica.
Aproximadamente 100 artículos se publican anualmente en revistas nacionales e internacionales (alrededor del 20%), más de 120 resúmenes. El personal del departamento elabora informes (más de 100 por año) en conferencias rusas e internacionales (alrededor del 30%).
El curso de química analítica en la Facultad de Química se estudia en 3-4 semestres (2 cursos), incluye conferencias, seminarios y ejercicios prácticos. Al final del 3er semestre, se entrega un problema de crédito, al final del curso (4º semestre) - un examen y defensa del trabajo del curso. De acuerdo con los resultados de la calificación, es posible obtener un "automático": excelente y bueno.
De la historia del departamento
En relación con la reforma de la educación superior, el 13 de agosto de 1929, el Consejo de Comisarios del Pueblo de la URSS adoptó una resolución sobre la reorganización de los departamentos de química de las facultades de física y matemáticas de las universidades en facultades de química independientes. De hecho, la Facultad de Química se formó en 1930, y el Departamento de Química Analítica se incluyó en ella entre los primeros cinco departamentos. El jefe del departamento era el prof. A.E. Uspensky, quien dirigió el departamento hasta 1931. En el marco del departamento, se conformó un laboratorio de química analítica, cuyo jefe fue el profesor asociado E.S. Przhevalsky.
Muchos científicos destacados trabajaron en el Departamento de Química Analítica. Profesor K.L. Malyarov, quien se dedicó al microanálisis durante el período de recuperación y en los primeros años de la industrialización. El microanálisis también fue realizado por E.S. Przhevalsky y V.M. Peshkov. Desde 1934, Peshkova comenzó a investigar sobre el uso de nuevos reactivos orgánicos en la práctica analítica (en particular, desarrolló un método para la determinación cuantitativa de níquel por reacción con dimetilglioxima). Z.F. Shakhova amplió su investigación sobre el uso de compuestos complejos en el análisis químico. V.M. Shalfeev realizó una investigación sobre electroanálisis.
El trabajo completamente educativo y científico en el departamento se desarrolló después de mudarse en 1953 a un nuevo edificio. El jefe del departamento fue invitado por I.P. Alimarin. Desde 1989, Yu.A. Zolotov. Yu.A. Zolotov es un reconocido especialista en química analítica y extracción de metales. Introdujo (1977) el concepto de métodos de análisis híbridos. En 1972 fue galardonado con el Premio Estatal por el desarrollo de la teoría y nuevos métodos fisicoquímicos para el análisis de metales de alta pureza, materiales semiconductores y reactivos químicos. Fue el primero en el país en la década de 1980 en iniciar trabajos en cromatografía iónica (el resultado más importante es el uso de aminoácidos anfóteros como eluyentes (1985) y una disminución en el límite de detección debido al uso de
detector conductimétrico).
Jefes de departamento:
1929-1931 - prof. A.E. Uspensky
1933-1953 - prof. E.S. Przhevalsky
1953-1989 - Acad. I.P.Alimarin
desde 1989 - acad. Yu.A. Zolotov
Laboratorios del departamento:
Laboratorio de concentración
académico, prof. Yu.A. Zolotov
investigador senior del grupo SOLDADO AMERICANO. Tsizina
grupo de prof. E.I. Morosanova
grupo de prof. S.G. Dmitrienko
investigador senior del grupo I.V. Pletneva
Laboratorio de cromatografía
Miembro correspondiente RAS, prof. O.A. Shpigun
grupo de assoc. E.N. Shapovalova
investigador senior del grupo AV. Pirogov
investigador senior del grupo AV. Smolenkova
labor educativa del laboratorio de cromatografía
Laboratorio de métodos de análisis espectroscópico
Doctor en Ciencias Químicas, prof. MAMÁ. Proskurnin
grupo de assoc. A.G. Borzenko
grupo de prof. V.M. Ivanova
investigador senior del grupo NEVADA. Alova
grupo de prof. MAMÁ. Proskurnina
grupo de assoc. AV. Garmash
Laboratorio de métodos electroquímicos
Doctor en Ciencias Químicas, prof. AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Karjakin
grupo de prof. AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Karjakina
grupo de assoc. AI. Kamenev
grupo de assoc. NEVADA. Schwedene
Laboratorio de Métodos Cinéticos de Análisis
Doctor en Ciencias Químicas, prof. TENNESSE. Shejovtsova
grupo de prof. TENNESSE. Shejovtsova
investigador senior del grupo M.K. Beklemisheva
Académico Yu.A. Zolotov
SOBRE EL DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA
El departamento fue creado junto con la Facultad de Química en 1929 sobre la base del Laboratorio de Química Orgánica y Analítica de la Facultad de Física y Matemáticas, que existía en la Universidad de Moscú desde 1884. - Profesor A.E. Uspensky, en 1931-1953 - Profesor E.S. Przhevalsky, 1953-1989 - académico I.P. Alimarin. Desde 1989, el departamento está dirigido por el académico Yu.A. Zolotov.
Actualmente, el departamento cuenta con más de 80 empleados (6 médicos, 42 candidatos de ciencias).
Prehistoria
El análisis químico se introdujo en el plan de estudios al menos a lo largo del siglo XIX. En 1827, un empleado universitario de A.A. Iowski ha publicado un libro "Ecuaciones químicas que describen varias formas de determinar el contenido cuantitativo de sustancias químicas". Antes de la revolución, la química analítica fue enseñada en la universidad por químicos destacados: V.V. Markovnikov, M.M. Konovalov, I.A. Kablukov, N.M. Kizhner, N.A. Shilov, N. D. Zelinsky. Sin embargo, la formación de los químicos analíticos profesionales comenzó más tarde, la primera tesis en química analítica fue defendida en 1928 por V.V. Ipatiev.
Los servicios científicos en el campo del análisis químico se han llevado a cabo desde los primeros años de existencia de la Universidad de Moscú; el primer laboratorio químico se abrió en 1760. A finales del siglo XVIII, se prestó mucha atención a la detección y determinación de metales preciosos ("química de ensayo"), luego al análisis de aguas minerales (F. Schmidt, 1807- 1882). En la segunda mitad del siglo XIX, la universidad comenzó a realizar análisis frecuentes para la industria, principalmente por pedidos de los fabricantes de Moscú.
De las obras de un período posterior, que ya pueden considerarse científicas, cabe señalar el análisis de orina (libro de VS Gulevich, 1901). Después de la revolución, se dedicó mucho esfuerzo al análisis de reactivos químicos, cuya producción se estaba estableciendo en el país. Este trabajo se llevó a cabo durante mucho tiempo en cooperación con el Instituto de Reactivos (IREA). Los futuros empleados líderes del departamento - E.S. Przhevalsky, V.M. Peshkova y otros. Profesor K.L. Malyarov realizó trabajos sobre microquímica e hidroquímica analítica.
A finales de la década de 1920, cuando se creó el departamento, la química analítica utilizaba principalmente métodos químicos ("húmedos"): gravimétricos (entonces se los llamaba gravimétricos), titrimétricos (volumétricos), métodos clásicos de análisis de gases. A muy pequeña escala, se utilizaron algunos métodos fisicoquímicos y físicos: conductometría, potenciometría, colorimetría y análisis espectral. Es cierto que ya se conocían la espectroscopia de masas, la polarografía, los micrométodos de análisis elemental orgánico (Premio Nobel en 1923 al científico austriaco F. Pregl), incluso la cromatografía, pero no se usaban ampliamente.
Es muy importante que a finales del último - principios de este siglo, se formó la base teórica de la química analítica "en solución", "húmeda". El comienzo fue establecido por W. Ostwald en su libro (1894) "Fundamentos científicos de la química analítica". Este fundamento teórico se basó principalmente en la teoría del equilibrio químico en soluciones (ley de acción de masas, disociación electrolítica, producto de solubilidad, etc.).
De la historia del departamento
Después de la formación del departamento, la Facultad de Química, toda la universidad y todo el sistema de educación superior en la URSS se sometieron a diversas reestructuraciones y reorganizaciones durante algún tiempo. Sin embargo, en los años anteriores a la guerra, la situación se estabilizó.
Un lugar importante en el departamento en los años de preguerra, guerra y posguerra fue ocupado por su director Yevgeny Stepanovich Przhevalsky, quien durante algún tiempo fue también decano de la Facultad de Química y director del Instituto de Investigación Científica de Química. de la Universidad de Moscú que existió hasta 1953. Otros empleados y maestros destacados de la época: V.M. Peshkova, N.V. Kostin (también era el decano), P.K. Agasyan. El trabajo docente estaba bien organizado, pero en el sentido científico, el departamento, quizás, no ocupaba un lugar destacado en ese momento.
En 1953, el profesor Ivan Pavlovich Alimarin, que luego se convirtió en académico, fue invitado a dirigir el departamento. Bajo su liderazgo, e Ivan Pavlovich estuvo en el puesto de director durante 36 años, el departamento se convirtió en uno de los principales centros de investigación en el campo de la química analítica.
El académico Alimarin (1903-1989) fue el analista más famoso de nuestro país. Contribuyó al análisis de materias primas minerales, métodos analíticos radioquímicos, nuevos métodos de separación de sustancias; prestó mucha atención a los reactivos analíticos orgánicos. IPAlimarin durante mucho tiempo dirigió el Consejo Científico de la Academia de Ciencias de la URSS sobre química analítica, fue el editor en jefe de la "Revista de Química Analítica", trabajó en la Unión Internacional de Química Teórica y Aplicada. El académico fue elegido como su doctorado honorario por tres universidades extranjeras, era un miembro extranjero de la Academia de Ciencias de Finlandia (ver el libro: Ivan Pavlovich Alimarin. Artículos. Memorias. Materiales. M.: Nauka, 1992).
Las principales direcciones del trabajo científico del departamento en 50-80 años. - determinación de impurezas en sustancias inorgánicas, incluso de alta pureza; reactivos analíticos orgánicos; extracción de iones metálicos; intercambio iónico, luego cromatografía de extracción; polarografía, potenciometría; análisis de emisión atómica, espectrometría láser posterior, métodos cinéticos, análisis parcial de gases.
Los trabajos de los profesores A.I. Buseva, V.M. Peshkova, V.M. Ivanov y otros sobre reactivos analíticos orgánicos, el profesor P.K. Agasyan, profesores asociados E.N. Vinogradova, Z.A. Gallay sobre métodos electroquímicos, profesor asociado N.I. Tarasevich sobre análisis espectral. Profesor Yu.Ya. Kuzyakov, N.E. Kuzmenko y F.A. Gimelfarb, que siguió a N.I. El Laboratorio Tarasevich de Métodos Espectroscópicos, trajo, cada uno, algo nuevo a esta área.
Se han publicado muchos tutoriales y guías.
Los egresados del departamento han ocupado y siguen ocupando puestos de liderazgo en institutos de investigación, universidades, en parte en empresas del país; algunos de los graduados también trabajan en el extranjero.
La química analítica hoy
En la actualidad, la química analítica como campo de la ciencia deja de ser solo una parte de la química para convertirse en una gran megadisciplina independiente. Esto se debe principalmente a la poderosa expansión del arsenal de métodos de análisis, incluidos los químicos, físicos y biológicos. Se está desarrollando una nueva teoría general que incluye, por ejemplo, la metrología del análisis.
Las posibilidades del análisis químico en términos de sensibilidad y velocidad se han incrementado dramáticamente. Muchos métodos le permiten definir varias docenas de componentes al mismo tiempo. Los análisis sin destrucción de la muestra analizada, a gran distancia, en un arroyo, en un solo punto microscópico o en una superficie, se están volviendo comunes. La matematización y la informatización han ampliado significativamente las capacidades de los métodos conocidos y han hecho posible la creación de métodos fundamentalmente nuevos.
La química analítica, el servicio analítico resuelven, o deben resolver, muchas tareas vitales en el estado y la sociedad. Este es el control de los procesos de producción, diagnósticos en medicina (sangre, orina, etc.), monitoreo de objetos ambientales, satisfaciendo las necesidades de los militares, científicos forenses, arqueólogos.
Las principales direcciones de investigación en el departamento.
Si hablamos de los objetos de análisis, del ámbito de aplicación de los métodos y medios de análisis químico, ahora en primer lugar están los objetos del medio, principalmente el agua. Muchos estudios del departamento tienen como objetivo crear métodos nuevos y efectivos para evaluar la calidad del agua, métodos para determinar las impurezas en las aguas naturales o residuales. También se presta atención a otros objetos: biológicos, tecnológicos y otros; por ejemplo, se están desarrollando métodos para el análisis de sustancias semiconductoras.
Casi todos los métodos modernos de análisis se presentan en el departamento. Los principales métodos desarrollados son la concentración de sorción y extracción de micro y ultramicrocomponentes inorgánicos y orgánicos, incluidos los métodos que se llevan a cabo automáticamente en el flujo; métodos cromatográficos para separar sustancias y su determinación con varios detectores, incluida la espectrometría de masas (cromatografía líquida, incluida la iónica, de gases); métodos de análisis espectroscópicos: espectrofotométricos en las regiones visible y ultravioleta del espectro, incluida la versión reflectante; luminiscente; espectrometría de lentes térmicas, etc.; métodos electroquímicos, especialmente voltamperometría y potenciometría directa (electrodos selectivos de iones); métodos cinéticos y enzimáticos.
El departamento está bien equipado con equipos. En el taller general hay más de doscientos dispositivos, en talleres especiales, alrededor de un centenar. El parque de instrumentos de los laboratorios científicos es muy diverso y rico. Entonces, entre los dispositivos espectrales: instalaciones láser para mediciones térmicas de lentes de la compañía Coherent (EE. UU.), Espectrómetro electrónico de la compañía Leibold (Alemania), analizadores de fluorescencia de rayos X Spark y Spectroscan (Rusia), analizador de microsonda láser LAMMA (Alemania), etc. El departamento cuenta con excelentes equipos cromatográficos, por ejemplo, cromatógrafos capilares de gases, espectrómetro de cromatomasa, cromatógrafo de fluidos supercríticos, cromatógrafos iónicos de dos empresas, varios cromatógrafos de líquidos. En el nivel moderno, los dispositivos electroquímicos también son: analizador voltamétrico, polarográficos y otros, por ejemplo, instalaciones para la investigación electroquímica fabricadas en los EE. UU. Y Suiza. Otros instrumentos para el análisis químico incluyen un extractor de fluidos supercríticos (Italia), un instrumento de electroforesis capilar (EE.UU.) e isotacoforesis (Eslovaquia-Rusia).
Algunos problemas científicos resueltos en el departamento
Consideremos, a modo de ejemplo, varios trabajos realizados en el departamento con más detalle.
Métodos de prueba. Durante siglos, desde la época de los alquimistas, el análisis químico se ha realizado en laboratorios. Y ahora se llevan a cabo cientos de miles, millones de análisis en laboratorios analíticos, y ahora no solo químicos. Recientemente, sin embargo, la situación ha cambiado: el análisis químico se está trasladando gradualmente a los lugares donde se encuentra el objeto analizado: en el campo, en el taller, en el aeropuerto, en la cama del paciente, incluso en apartamentos comunes. El punto es que existe una gran demanda de análisis fuera del laboratorio, y ahora existe la oportunidad de crear herramientas efectivas para dicho análisis “sobre el terreno”. Estas herramientas incluyen herramientas para métodos de prueba de análisis químico.
Los métodos de análisis de prueba son métodos rápidos, simples y relativamente baratos para la detección y determinación de sustancias, que generalmente no requieren una preparación significativa de la muestra, el uso de instrumentos estacionarios complejos, equipos de laboratorio y condiciones de laboratorio en general, y lo más importante, sí lo hacen. No requiere personal calificado.
En el departamento, se están desarrollando métodos de prueba puramente químicos y enzimáticos. Las reacciones y reactivos especialmente seleccionados se utilizan en formas "listas para usar": en papeles indicadores, en forma de tabletas, polvos, tubos indicadores, etc. Por la intensidad o el tono del color que aparece durante el análisis, o por la longitud de la capa coloreada en el tubo, se puede detectar y cuantificar el componente deseado. No solo es posible el registro visual, sino también utilizando los dispositivos de bolsillo más simples.
Por ejemplo, se ha creado un método enzimático extremadamente sensible para la determinación de mercurio, especialmente en objetos ambientales. O puede nombrar una serie de trabajos en los que se proponen tubos indicadores para la determinación de otros metales pesados tóxicos en aguas naturales y potables. Otra herramienta sencilla son las tabletas de espuma de poliuretano (goma espuma), sobre las que se aplican de antemano reactivos analíticos o que pueden absorber los productos de reacción coloreados formados de la solución. La apariencia o decoloración de las tabletas se compara con una escala. Puede determinar fenoles, tensioactivos, varios iones metálicos.
Los métodos para implementar métodos de prueba, como ya se mencionó, son muy simples. Sin embargo, esta simplicidad tiene un costo: lograrla requiere buena ciencia para crear las herramientas adecuadas. Aquí, como siempre, se aplica la regla de proporcionalidad inversa: para desarrollar la herramienta de prueba más simple y efectiva, debe invertir la máxima energía creativa, ingenio, conocimiento y mucho dinero.
Nuevos enfoques para la determinación de tóxicos orgánicos en objetos ambientales. En aguas naturales se estandariza el contenido de más de mil sustancias, entre las que se encuentran muchas tóxicas y cancerígenas. Si la concentración de una sustancia se normaliza, debe controlarse. Esto significa que debe haber métodos confiables de tal control para todas estas sustancias y los medios correspondientes: instrumentos, reactivos, muestras estándar, etc. Esta es una tarea casi irreal: la lista de componentes "controlados" es muy grande. De hecho, en la práctica real, el análisis se lleva a cabo para un máximo de 100-150 sustancias y, por lo general, para un número menor de componentes.
¿Cómo ser?
El departamento desarrolla la idea de cambiar la propia metodología de análisis. Se trata de abandonar los intentos de seguir el enfoque de “cada sustancia tiene su propio método” en favor de un análisis sistemático con un uso extensivo de indicadores agregados. Por ejemplo, tales indicadores generalizados pueden ser el contenido de cloro orgánico, fósforo o azufre en el objeto analizado. No tiene sentido analizar el agua por separado en busca de docenas de posibles compuestos organoclorados tóxicos, si el experimento inicial mostró que no hay cloro orgánico en la muestra. Se están creando nuevos métodos de análisis tan "burdo" y muy sensibles.
El mejor método para la determinación de aniones. Este método es la cromatografía iónica. El departamento fue el primer centro de la antigua URSS en desarrollar este eficaz método de análisis. Ahora el laboratorio correspondiente cuenta con una amplia flota de los cromatógrafos iónicos más modernos. Se están desarrollando métodos acelerados para la determinación simultánea de 10-12 aniones, la determinación simultánea de cationes y aniones en objetos ambientales, en productos alimenticios y otras muestras. Se formó una escuela de especialistas en cromatografía iónica, se realizó el primer simposio nacional sobre este método y se escribieron libros.
Electrodos selectivos de iones (ISE). Una característica del trabajo del departamento en esta dirección es la creación de ISE para sustancias orgánicas mediante complejación de acuerdo con el esquema "huésped-anfitrión" o "cerradura con llave".
Análisis de fluorescencia de rayos X con concentración. XRF es un método maravilloso. Le permite determinar simultáneamente una gran cantidad de elementos, a excepción de los elementos del inicio del sistema periódico, y sin destruir la muestra analizada. Pero el método no es muy sensible, es difícil determinar concentraciones por debajo del 0.01 por ciento. La concentración de sorción en los filtros de celulosa viene al rescate y los grupos atómicos complejantes se injertan en la celulosa. En este caso, los límites de detección se reducen muy significativamente, el método de espectrometría de fluorescencia de rayos X adquiere un nuevo sonido.
Uso de enzimas. Las enzimas inmovilizadas son reactivos analíticos especiales y muy efectivos: proporcionan una alta selectividad de interacción con los componentes determinados. Se ha creado un método muy sensible y selectivo para la determinación de mercurio utilizando la enzima peroxidasa.
Espectroscopía de lentes térmicas. La configuración utilizada en este método ocupa mucho espacio y de ninguna manera es fácil de usar. Sin embargo, los esfuerzos para crear la instalación y mantenerla en funcionamiento están bastante justificados: en comparación con la espectrofotometría convencional, los límites de detección de sustancias se pueden reducir en 2-3 órdenes de magnitud.
Preparación de muestras de microondas y otras aplicaciones de microondas. Es muy interesante que dicha radiación pueda acelerar significativamente muchas reacciones químico-analíticas lentas. Un ejemplo son las reacciones de complejación de los metales del platino: se sabe que estos metales a menudo forman complejos cinéticamente inertes, y la sustitución de ligandos en ellos es muy lenta. En un horno de microondas, la imagen cambia drásticamente; esto es de gran importancia para la práctica del análisis.
Trabajo educativo y metódico
El personal del departamento enseña química analítica a estudiantes de las facultades químicas, geológicas, geográficas, biológicas, de suelos, la Facultad de Medicina Fundamental, la Facultad de Química Superior de la Academia de Ciencias de Rusia, la Facultad de Ciencias de los Materiales, así como a los estudiantes. de escuelas con sesgo químico. Este es un trabajo enorme y muy responsable, maestros excelentes y conocedores, muchos de los cuales son jóvenes, han crecido en él. El taller de química analítica es uno de los mejores en la Facultad de Química, los estudiantes con interés realizan numerosas tareas educativas, trabajos de fin de curso, participan en las olimpíadas anuales de química analítica. Durante el año pasan por el taller general cerca de mil alumnos de la Facultad de Química y afines, más de cincuenta alumnos de 4º y 5º de la Facultad de Química pasan por talleres especiales.
El curso general de química analítica, leído a los alumnos de 2º año de la Facultad de Química, se acompaña de seminarios y un extenso, rico y muy interesante trabajo de laboratorio. En 1999, la segunda edición era un libro de texto de dos volúmenes escrito por el personal del departamento: "Fundamentos de la química analítica". Constantemente se publican varios manuales, manuales y libros de problemas.
Muchos estudiantes de química eligen la química analítica como su área de especialización; según el número de estudiantes aceptados, el departamento ocupa uno de los primeros lugares de la facultad (de 20 a 40 estudiantes de tercer año al año). La formación de analistas incluye escuchar un gran número de cursos especiales, realizar trabajos prácticos, hablar en seminarios y conferencias. Los estudiantes reciben una buena capacitación en los métodos de concentración de sustancias, espectroscópicos, electroquímicos, cromatográficos y otros métodos de análisis, se familiarizan en detalle con la metrología del análisis químico, escuchan conferencias sobre temas generales de química analítica.
Anualmente, 10-15 graduados de la Universidad Estatal de Moscú y otras universidades ingresan al estudio de posgrado del departamento. Para los estudiantes de posgrado, se imparten cursos especiales, incluidos cursos electivos.
El departamento premia anualmente a los estudiantes graduados y a los estudiantes con un premio o beca que lleva el nombre de I.P. Alimarin.
Relaciones externas del departamento
El departamento coopera estrechamente con los institutos de la Academia de Ciencias de Rusia, especialmente con el Instituto de Química General e Inorgánica que lleva el nombre de V.I. NS. Kurnakov y el Instituto de Geoquímica y Química Analítica. Y EN. Vernadsky. En 1996, se estableció el Centro Científico y Educativo de Química Analítica de la Universidad Estatal de Moscú. M.V. Lomonosov y la Academia de Ciencias de Rusia; el centro se basa en el departamento.
El departamento también es la base de la asociación analítica ecológica de toda Rusia "Ecoanalytics"; A través de la asociación, se realizan numerosos contactos en el campo del análisis ambiental. El departamento, por ejemplo, participó activamente en la implementación de proyectos bajo el programa "Seguridad ambiental de Rusia" y otros programas ambientales, es uno de los organizadores de las conferencias de toda Rusia sobre el análisis de objetos ambientales.
Se están llevando a cabo numerosos proyectos de investigación conjunta con varios institutos de investigación sectoriales y universidades de Rusia. Así, por ejemplo, durante mucho tiempo el departamento ha estado cooperando estrechamente con NPO "Burevestnik" (San Petersburgo) en el campo de los equipos electroquímicos y espectrales de rayos X.
Las relaciones internacionales se llevan a cabo en varias direcciones. Existen proyectos conjuntos de investigación que se llevan a cabo en el marco del programa INTAS, así como sobre la base de acuerdos bilaterales. Se están implementando contratos con empresas de fabricación de instrumentos, como resultado de lo cual el departamento tiene la oportunidad de tener instrumentos modernos sin comprarlos. Puede nombrar los contactos con las firmas "Carlo Erba" (Italia) y "Biotronic" (Alemania) en el campo de la cromatografía y cromatografía-espectrometría de masas, con la firma "Milestone" (Italia) en el campo de la tecnología de microondas, con la firma "Intertech" (USA) por instrumentos espectroscópicos.
En 1995 el departamento celebró el V Simposio Internacional de Métodos de Análisis Cinético, en 1997 - el Congreso Internacional de Química Analítica.
ZOLOTOV YURI ALEXANDROVICH (n. 1932). Jefe del Departamento de Química Analítica (desde 1989), Miembro Titular de la Academia de Ciencias de Rusia (1987), Profesor (1970), Doctor en Ciencias Químicas (1966). Director del Instituto de Química General e Inorgánica de la Academia de Ciencias de Rusia (desde 1989), Jefe del Laboratorio de Química Analítica de Metales de Platino de este Instituto. Presidente de la Sociedad Química de Rusia. DI. Mendeleev (1991-1995).
Áreas de investigación científica. Extracción de compuestos inorgánicos, concentración de oligoelementos, análisis de flujo, métodos de prueba de análisis. Problemas metodológicos de la química analítica.
Grandes logros científicos. Desarrolló la teoría de la extracción de quelatos metálicos y ácidos complejos; descubrió, investigó y utilizó en la práctica el fenómeno de supresión de la extracción de un elemento por otro; propuso una serie de nuevos extractantes eficaces; creó una gran cantidad de métodos de extracción para la separación de mezclas complejas de elementos con fines de química analítica y radioquímica. Desarrolló una metodología general para la concentración de oligoelementos, propuso varios métodos de concentración y los utilizó en el análisis de sustancias de alta pureza, objetos geológicos y objetos ambientales; junto con los empleados crearon nuevos sorbentes con fines de concentración. Introdujo el concepto de métodos de análisis híbridos (1975), desarrolló una gran cantidad de tales métodos. Formó una amplia dirección científica: la creación de métodos de prueba y los medios correspondientes de análisis químico. Investigación organizada sobre cromatografía iónica y análisis de inyección de flujo.
El jefe del departamento es miembro de varias organizaciones internacionales, fue o es miembro de los consejos editoriales de las principales revistas internacionales de química analítica, está invitado como ponente en congresos internacionales.
