Keemilise analüüsi valikkursuse tööjuhend (0)

Keskkool - Keemia - Keemia

5 VÄGA HEA

Keemilise analüüsi eesmärgiks on aine koostise kindlaksmääramine.
Kvalitatiivsel analüüsil määratakse,millised elemendid või ühendid esinevad määratavas aines.
Kvantitatiivsel analüüsil määratakse aine koostisosade sisaldust (kontsentratsiooni).
Analüüsi meetodeid võib liigitada järgmiselt:

Keemilised meetodid - analüüs põhineb määratavate koostisosade iseloomulikele keemilistele reaktsioonidele.

Füüsikalised meetodid - kasutatakse aine koostisosade iseloomulikke füüsikalisi omadusi (nt.spektraalanalüüs).

Füüsikalis-keemilised meetodid - määratakse koostisosade selliseid omadusi, mis oma olemuselt asuvad füüsika ja keemiaga piirnevates valdkondades (nt. kromatograafia ,mitmesugused elektrokeemilised meetodid).
Töövõtete järjekorra alusel eristatakse kahte keemilise analüüsi meetodit:

Süstemaatilise analüüsi korral määratakse uuritava aine ühest proovist järjestikku kõik koostisosad, järgides rangelt üksikute tööoperatsioonide järjestust.

Ositianalüüsil määratakse iga koostisosa uuest proovist, kusjuures koostisosade määramise järjestus on suvaline.
Uuritava aine koguse põhjal võib eristada makroanalüüsi (ainet üle 1g või lahust üle 10 ml),poolmikroanalüüsi(ainet 0,01-1g või lahust 0,1-10ml) ja mikroanalüüsi (ainet alla 0,1 g või lahust alla 0,1 ml).
Lehekülje algusesse
Mõningaid vajalikke eelteadmisi.
Ioonreaktsioonid .Kuna elektrolüütide lahustes toimuvad keemilised reaktsioonid ioonide vahel,on sobivam kirjeldada reaktsioone ioonvõrrandite abil.
Näide.
2AgNO3 + BaCl 2 2AgCl  + Ba(NO3)2 molekulaarne võrrand
2Ag+ +2 NO3 - + Ba+2+ 2Cl-  2AgCl  + Ba+2+2 NO3- täielik ioonvõrrand
Ag+ + Cl-  AgCl  taandatud ioonvõrrand
Kompleksühendid sisaldavad mitmest aatomist koosnevaid aatomirühmitusi või ioone, mis on suhteliselt püsivad. Näiteks Na2SO4 sisaldab kompleksiooni SO4-2.Keerulisematel juhtudel märgitakse kompleksioon nurksulgudesse. Näiteks kaaliumheksatsüaanoferraat(II) K4[Fe(CN)6] sisaldab kompleksiooni [Fe(CN)6]-4 .
pH iseloomustab lahuste happelisi ja aluselisi omadusi.Neutraalses lahuses on pH=7. Happelises keskkonnas on pH7; mida suurem pH, seda aluselisem on lahus.Paljude soolade lahused ei ole neutraalsed,vaid hüdrolüüsi tõttu happelised või aluselised .Soolade hüdrolüüs on tingitud nende reageerimisest veega.
Puhverlahused on teatud ainete vesilahused,mis on võimelised säilitama oma pH mõõduka koguse happe või aluse lisamisel (sest nad on võimelised siduma H+ või OH- ).Tähtsamad puhverlahused on:

ammooniumpuhver, mille pH~9, koosneb ammoniaakhüdraadist NH3 · H2O ja ammooniumkloriidist NH4Cl .

etanaatpuhver , mille pH~4,5, koosneb etaanhappest CH3COOH ja naatriumetanaadist CH3COONa .
Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu 1 dm3 lahuses.Ühiku mol/dm3 asemel kasutatakse tihti lühemat varianti M. Näiteks 2mol/dm3=2M.
Katioonid on positiivse laenguga ioonid : H+,NH4+,kõik metallide ioonid .NH4+ on ammooniumioon, mis võib kuuluda soolade koostisse nagu metallide ioonidki.
Anioonid on negatiivse laenguga ioonid: OH-,happejääkioonid.
Lehekülje algusesse
Põhilised tööoperatsioonid keemilisel analüüsil.
Uuritava aine viimine vesilahusesse.

Paljud metallid ja anorgaanilised ained reageerivad tugevate hapetega (HCl,H2SO4, HNO3 ) või nende seguga (näiteks kuningveega, mis koosneb kontsentreeritud HCl-st ja HNO3-st vahekorras 3:1),moodustades vees lahustuvaid saadusi.

Sulandamisel segatakse uuritav aine mingi keemiliselt aktiivse ja suhteliselt kergsulava reaktiiviga ( NaOH ,Na2CO3 jt.) ning kuumutatakse.

Mõningate soolade lahustamiseks kasutatakse kompleksühendite teket.Näiteks lahustumatu AgCl saab viia lahusesse ammiinkompleksina:
AgCl + 2NH3·H2O  [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
Ainete eraldamine segudest ja lahustest.

Tähtsaim keemiline eraldamismeetod on sadestamine .Et vältida lahuse üleküllastumisest tingitud kiiret sademe teket ja lisandite kaasasadenemist, lisatakse uuritavale lahusele tilkhaaval sadestusreaktiivi lahjat lahust,soojendatakse ning segatakse.Mõnedel ainetel on kalduvus moodustada väga väikestest osakestest koosnevaid kolloidlahuseid,mis settivad väga aeglaselt.Sel juhul on vaja sadestusreaktiivi kontsentreeritud lahust lisada kiirelt,kuumutada ja segada,vahel lisatakse ka elektrolüüte (näiteks NH4Cl lahust).Adsorptsiooni tõttu on sade saastunud teiste lahuses olevate ioonidega ja seepärast on sadet vaja alati pesta destilleeritud veega (kolloidlahuse tekkimise võimaluse korral NH4Cl lahusega).Mõnikord kasutatakse sadestamist tekkiva reaktiivi meetodil.Sel juhul valmistatakse sadestusreaktiiv uuritavas lahuses kulgeva aeglase reaktsiooni abil.Näiteks kasutatakse katioonide analüüsil mürgise ja ebameeldiva lõhnaga divesiniksulfiidi H2S asemel tioatseetamiidi CH3CSNH2 , mis soojendamisel hüdrolüüsub aeglaselt, moodustades H2S :
CH3CSNH2 + H2O  CH3CONH2 + H2S

Füüsikalis-keemilised eraldamismeetodid on ekstraktsioon, elektro -forees, kromatograafia. Ekstraktsioonil lisatakse uuritavale vesilahusele sobivat veega mittesegunevat orgaanilist lahustit ja loksutatakse.Selle tulemusena lähevad teatud keemilised ühendid vesilahusest üle orgaanilisse lahustisse.Näiteks joodi vesilahuse loksutamisel benseeni C6H6 või tolueeniga C6H5CH3 läheb jood üle orgaanilisse lahustisse, moodustades roosa või lillakaspunase kihi (jood lahustub vees halvasti, orgaanilistes lahustites aga hästi).

Füüsikalised eraldamismeetodid on destillatsioon ja sublimatsioon.
Maskeerimine.
Vahel on võimalik analüüsi takistavate aine koostisosade eraldamine asendada maskeerimisega.Sel juhul viiakse mingi ioon või ühend keemilise reaktsiooni abil sellisesse vormi, milles ta ei osale enam teatud reaktsioonides.Näiteks esineb sageli vajadus maskeerida raud(III)ioone.Selleks võib kasutada nende sidumist väheaktiivsesse kompleksühendisse NaF toimel: Fe+3 + 6F-  [FeF6]-3 või redutseerimisel Na2SO3 -ga.
Lehekülje algusesse
Töövõtted ja töövahendid kvalitatiivsel analüüsil.
Analüüsi töövõtted ja töövahendid sõltuvad suurel määral analüüsitava aine kogusest.Käesolevas juhendis kirjeldatakse poolmikroanalüüsi, mille puhul kasutatakse ühe iooni tõestamiseks 1-5 tilka ning rühma eraldamiseks 0,5-2 cm3 lahust.Mõningaid reaktsioone saab läbi viia ka väikeses katseklaasis, kuid üldiselt on see ebaotstarbekas.
Üksikute tilkadega teostatavat analüüsi nimetatakse tilkanalüüsiks.Tilkanalüüsi võib läbi viia kahel viisil:

filterpaberil (mõõtmetega 3x3 cm) - pipetti tuleb võtta reaktiivi kapillaarotsa jagu ja suruda see vastu paberit; tekib märg laik diameetriga 0,5-1 cm ;selle keskele tuleb analoogiliselt kanda uuritava lahuse tilk.

klaasplaadil - uuritav lahus ja reaktiivid kanda plaadile ühe tilga kaupa.Mitmeid aineid identifitseeritakse kristallide iseloomuliku kuju järgi,vaadeldes neid mikroskoobiga (mikrokristalloskoopia).Sel juhul vajalikud korrapärase kujuga kristallid saadakse lahuste aeglasel segunemisel ning tilgad tuleb plaadil paigutada kõrvuti ja ühendada peene kapillaariga.
Gaasikambris tõestatakse eralduvaid gaase .Gaasikamber koostatakse väikesest tiiglist ja klaasplaadist.Tiiglisse pannakse reageerivad ained, klaasplaadi alumisele küljele kantakse gaasiga reageeriva reaktiivi tilk või niisutatud indikaatorpaberi tükike.
Leekreaktsioonid võimaldavad tõestada mõningaid elemente, mille aatomitel on võime saata kõrgel temperatuuril välja iseloomulikku valguskiirgust.Proovi leeki viimiseks kasutatakse inertsest metallist (kroomnikkelterasest) traati - leeknõela.Leeknõel tuleb alati eelnevalt puhastada .Selleks tuleb ta kasta vesinikkloriidhappe lahjendatud lahusesse ja kuumutada leegis.Seda tegevust korratakse, kuni leek jääb nõela kuumutamisel värvusetuks.Seejärel kastetakse leeknõel uuritavasse lahusesse (tilgake klaasplaadil, millele võib ainete lenduvuse parandamiseks lisada tilga lahj.HCl) ja viiakse leeki .Kõrgeim temperatuur on leegi ülemises kolmandikus.
Enamik keemilisi reaktsioone vajab toimumiseks kindlaid keskkonnatingimusi.pH väärtuse kontrolliks asetatakse klaasplaadile universaalindikaatorpaberi tükike (5x5 mm) ja puudutatakse seda uuritavas lahuses niisutatud klaaspulga otsaga.Paberi värvust võrreldakse pH- skaalaga , vajaduse korral reguleeritakse keskkonnatingimusi (puhverlahuse,happe või leelise abil).
Lahuste soojendamine toimub tavaliselt veevannil.Lahuste keetmine viiakse tavaliselt läbi portselantiiglis asbestvõrgul (tõmbe all!).Lahuse keetmisel katseklaasis tuleb kasutada katseklaasihoidjat ja olla ettevaatlik, sest sageli võivad tekkida keemistõuked.Katseklaasi suue peab olema suunatud kaaslastest eemale,kuumutamist alustada lahuse pealispinnast , katseklaasi hoida kaldu ja liigutada teda leegi kohal edasi-tagasi.
Tsentrifuugimist kasutatakse sademe eraldamiseks lahusest. Tsentrifuugi tasakaalustamiseks peavad tema pesades paiknema vastamisi kaks võrdselt täidetud katseklaasi.Pöörlevat tserntrifuugirootorit ei tohi käega peatada! Tsentrifuugimisel sademest eraldunud lahust nimetatakse tsentrifugaadiks.
Tsentrifuugimise järel tuleb kontrollida sadestamise täielikkust.Selleks lisatakse sademe kohal olevale tsentrifugaadile 1 tilk sadestusreaktiivi.Kui see põhjustab täiendava sademekoguse tekke,siis tuleb sade segada uuesti lahusega, lisada veel sadestusreaktiivi, segada ja tsentrifuugida uuesti.
Kui kontrollimine näitab sadestamise täielikkust, eraldatakse tsentrifugaat sademest.Seda tehakse ettevaatlikult pipeti abil, samal ajal katseklaasi kallutades.
Sademe pesemisega eemaldatakse sealt kaasahaaratud ioonid ja tsentrifugaadi jäägid.Selleks lisatakse

80% sisust ei kuvatud. Kogu dokumendi sisu näed kui laed faili alla