Что такое метод определение в химии

Методы анализа в химии

Количественные методы анализа в химии выражены последовательностью экспериментальных способов, которые определяют в образце материала, что исследуется, содержание (концентрацию) отдельных составляющих и примесей.

Предназначение методов анализа заключается в определении соотношения веществ, а именно:

Они непосредственно входят в состав образца. Количественный анализ является разделом аналитической химии. С его помощью предоставляется возможность для решения огромного количества задач и вопросов, которые относятся к современной науке и производству. Данная методика способствует определению оптимальных условий осуществления процессов химико-технологической направленности. С ее помощью легко можно контролировать качество сырья, а также степень чистоты готовых продуктов. Это касается и препаратов лекарственного назначения. Данная методика также позволяет установить содержание компонентов в смесях и связь между ними.

Категории методов анализа в химии

Такие способы применяются для различных целей и задач. Исходя из этого, они классифицируются на определенные категории.

Так, выделяют следующие количественные методы анализа в химии:

Физические методы в химии

Первая категория предполагает проведение анализа, который базируется на измерении физических параметров веществ или растворов, что подвергаются конкретному исследованию. Такой метод имеет три направления. Это:

1. Рефрактометрия. Ее суть заключается в измерении величин показателя преломления.
2. Поляриметрия. В данном случае производится измерение показателей оптического вращения.
3. Флуориметрия. Такой метод способствует установлению интенсивности выделения излучения.

Данная категория отличается экспрессностью, низким пределом определения, объективностью полученных данных и возможностью автоматизации процесса. Применение подобных методов не всегда возможно, так как для этого требуется эксплуатация сложной аппаратуры.

Классические методы в химии

Вторая категория способов заключается в том, что при их использовании предполагается прохождение различных видов реакций. Они могут образовываться в различных составах. Это, к примеру, растворы, газы, тела. Данная группа также имеет свою классификацию.

Так, необходимо выделить следующие методы:

1. Гравиметрический метод. Такой способ еще получил название весового. В данном случае предполагается точное определение массы отдельного компонента в составе или веществе, которые подвергаются исследованию.
2. Титриметрический или, как его еще называют, объемный метод. Проводятся строгие измерения количества реагента, имеющего известную концентрацию. Он непосредственно взаимодействует с определяемым веществом. Стоит отметить, что при этом их количества являются эквивалентными.
3. Газовый метод. Суть данного анализа заключается в следующем. Осуществляется измерение объема газа. При этом образование последнего происходит в результате химической реакции. Следует отметить, что он также может поглощаться.

Это наиболее популярные методы, которые и на сегодняшний день продолжают развиваться и совершенствоваться.

Физико-химические методы в химии

Что касается третьей группы, то в данном случае задачи такого анализа сводятся к измерению величин физических параметров исследуемых систем, которые появляются или изменяются в ходе химических реакций. Для них свойственен низкий предел обнаружения, но при этом скорость их исполнения является очень высокой.

Практически все количественные методы анализа в химии требуют применения определенных приборов.

Что такое метод определение в химии

Подавляющее большинство сведений о веществах, их свойствах и химических превращениях получено с помощью химических или физико-химических экспериментов. Поэтому основным методом, применяемым химиками, следует считать химический эксперимент.

Традиции экспериментальной химии складывались веками. Еще тогда, когда химия не была точной наукой, в древние времена и в эпоху средневековья, ученые и ремесленники иногда случайно, а иногда и целенаправленно открывали способы получения и очистки многих веществ, находивших применение в хозяйственной деятельности: металлов, кислот, щелочей, красителей и т. д. Накоплению таких сведений немало способствовали алхимики (см. Алхимия).

Благодаря этому уже к началу XIX в. химики хорошо владели основами экспериментального искусства, в особенности методами очистки всевозможных жидкостей и твердых веществ, что позволило им совершить немало важнейших открытий. И все же наукой в современном смысле этого слова, точной наукой химия начала становиться только в XIX в., когда был открыт закон кратных отношений и разрабатывалось атомно-молекулярное учение. С этого времени химический эксперимент стал включать в себя не только изучение превращений веществ и способов их выделения, но и измерения различных количественных характеристик.

Современный химический эксперимент включает множество разнообразных измерений. Изменились и оборудование для постановки опытов, и химическая посуда. В современной лаборатории не встретишь самодельных реторт — на смену им пришло стандартное стеклянное оборудование, производимое промышленностью и приспособленное специально для выполнения той или иной химической процедуры. Стали стандартными и приемы работы, которые в наше время уже не приходится каждому химику изобретать заново. Описание наилучших из них, проверенных многолетним опытом, можно найти в учебниках и руководствах.

Методы изучения вещества сделались не только более универсальными, но и гораздо более разнообразными. Все большую роль в работе химика играют физические и физико-химические методы исследования, предназначенные для выделения и очистки соединений, а также для установления их состава и строения.

Классическая техника очистки веществ отличалась чрезвычайной трудоемкостью. Известны случаи, когда химики тратили на выделение индивидуального соединения из смеси годы труда. Так, соли редкоземельных элементов удавалось выделить в чистом виде лишь после тысяч дробных кристаллизаций. Но и после этого чистоту вещества далеко не всегда можно было гарантировать.

Современные методы хроматографии позволяют быстро отделить вещество от примесей (препаративная хроматография) и проверить его химическую индивидуальность (аналитическая хроматография). Кроме того, для очистки веществ широко применяются классические, но сильно усовершенствованные приемы перегонки, экстракции и кристаллизации, а также такие эффективные современные методы, как электрофорез, зонная плавка и т. д.

Задача, встающая перед химиком-синтетиком после выделения чистого вещества, – установить состав и строение его молекул — относится в значительной мере к аналитической химии. При традиционной технике работы она также была весьма трудоемкой. Практически в качестве единственного метода измерения применялся до этого элементный анализ, который позволяет установить простейшую формулу соединения.

Для определения истинной молекулярной, а также структурной формулы нередко приходилось изучать реакции вещества с различными реагентами; выделять в индивидуальном виде продукты этих реакций, в свою очередь устанавливая их строение. И так далее — пока на основании этих превращений строение неизвестного вещества не становилось очевидным. Поэтому установление структурной формулы сложного органического соединения нередко отнимало очень много времени, причем полноценной считалась такая работа, которая завершалась встречным синтезом — получением нового вещества в соответствии с установленной для него формулой.

Этот классический метод был чрезвычайно полезен для развития химии в целом. В наше время он применяется редко. Как правило, выделенное неизвестное вещество после элементного анализа подвергается исследованию с помощью масс-спектрометрии, спектрального анализа в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также ядерного магнитного резонанса. Для обоснованного вывода структурной формулы требуется применение целого комплекса методов, причем их данные обычно дополняют друг друга. Но в ряде случаев однозначного результата обычные методы не дают, и приходится прибегать к прямым методам установления структуры, например к рентгеноструктурному анализу.

Физико-химические методы находят применение не только в синтетической химии. Не меньшее значение они имеют и при изучении кинетики химических реакций, а также их механизмов. Основная задача любого опыта по изучению скорости реакции — точное измерение изменяющейся во времени, и притом обычно очень небольшой, концентрации реагирующего вещества. Для решения этой задачи в зависимости от природы вещества можно использовать и хроматографические методы, и различные виды спектрального анализа, и методы электрохимии (см. Аналитическая химия).

Совершенство техники достигло такого высокого уровня, что стало возможным точное определение скорости даже «мгновенных», как полагали раньше, реакций, например образования молекул воды из катионов водорода и анионов . При начальной концентрации обоих ионов, равной 1 моль/л, время этой реакции составляет несколько стомиллиардных долей секунды.

Физико-химические методы исследования специально приспосабливают и для обнаружения короткожи-вущих промежуточных частиц, образующихся в ходе химических реакций. Для этого приборы снабжают либо быстродействующими регистрирующими устройствами, либо приставками, обеспечивающими работу при очень низких температурах. Такими способами успешно фиксируют спектры частиц, продолжительность жизни которых при обычных условиях измеряется тысячными долями секунды, например свободных радикалов.

Кроме экспериментальных методов в современной химии широко применяются расчеты. Так, термодинамический расчет реагирующей смеси веществ позволяет точно предсказать ее равновесный состав (см. Равновесие химическое).

Расчеты молекул на основе квантовой механики и квантовой химии стали общепризнанными и во многих случаях незаменимыми. Эти методы опираются на весьма сложный математический аппарат и требуют применения самых совершенных электронных вычислительных машин — ЭВМ. Они позволяют создавать модели электронного строения молекул, которые объясняют наблюдаемые, измеримые свойства малоустойчивых молекул или промежуточных частиц, образующихся в ходе реакций.

Методы исследования веществ, разработанные химиками и физико-химиками, приносят пользу не только в химии, но и в смежных науках: физике, биологии, геологии. Без них уже не могут обойтись ни промышленность, ни сельское хозяйство, ни медицина, ни криминалистика. Физико-химические приборы занимают почетное место на космических аппаратах, с помощью которых исследуются околоземное пространство и соседние планеты.

Поэтому знание основ химии необходимо каждому человеку независимо от его профессии, а дальнейшее развитие ее методов — одно из важнейших направлений научно-технической революции.

Налитическая химия – лекция №1

Аналитическая химия: предмет, цель и задачи, основные понятия, принципы

Анализ – это метод исследования, основанный на разложении данного сложного вещества на более простые составные части и последующее определение этих составных частей особыми способами. Противоположностью анализа в химии является синтез – получение сложного вещества из более простых.

Аналитическая химия — это наука, разрабатывающая теорети­ческие основы и практические методы химического анализа.

Аналитическая химия позволяет решать многие задачи:

1. Выяснить природу вещества (органическое или неорганическое).

2. Установить формы нахождения отдельных составляющих (ионы, молекулы, атомы) и степени окисления элементов.

3. Определить состав и содержание главного (основного) компонента и посторонних в нем примесей, а также микропримесей в особо чистых технических объектах.

4. Установить формулу неизвестного соединения.

5. Установить структурные элементы и строение соединения.

Аналитическая химия состоит из двух больших разделов – качественного и количественного анализа.

Качественный анализ – обнаружение или «открытие» отдельных элементов или ионов, входящих в состав веществ.

Количественный анализ – определение количественного содержания отдельных составных частей исследуемого вещества.

Задачи аналитической химии могут быть решены с помощью различных методов: химических, физических и физико-химических.

В химических методах качественного анализа определяемый элемент или ион переводят в какое-либо соединение химическим путем, обладающее теми или иными свойствами, на основании которых можно установить, что образовалось именно это соединение. Про­исходящее химическое превращение называется аналитической реакцией, а вещество, его вызывающее, — реагентом. Примером аналитической реакции может быть реакция взаимодействия хлорид -ионов с катионами серебра, в результате которой образуется белый творожистый осадок AgCl↓. При этом можно сказать, что хлориды являются реагентом на катионы серебра, и наоборот.

Cl ˉ + Ag + = AgCl↓

Физические методы анализа – это методы, которые позволяют определить состав вещества, не прибегая к использованию химических реакций. Физические методы основаны на измерении каких-либо параметров системы (оптических, электрических, магнитных, тепловых), которые являются функцией состава. К физическим методам анализа относятся спектральный, люминесцентный, рентгеноструктурный, масс-спектрометрический методы анализа. Например, в спектральном анализе исследуют спектры излучения, возни­кающие при внесении вещества в пламя горелки, электрической дуги и др. По наличию в спектре линий, характерных для данных элементов, судят о присутствии этих элементов в исследуемом веществе, а по яркости линий — об их количественном содержании.

Физико-химические методы анализа основаны на изучении физических явлений, которые происходят при химических реакциях. Например, колориметрия – использует явление изменения цвета раствора в ходе хим. реакции, кондуктометрия – изменение электропроводности и т.д.

Между физическими и физико-химическими методами не всегда можно провести строгую границу. Иногда их объединяют под об­щим названием «инструментальные» методы, так как для выпол­нения тех или иных измерений нужны «инструменты» — приборы, позволяющие с большой точностью измерять значе­ния определенных параметров, характеризующих те или иные свойства вещества.

В зависимости от того, с какими количествами вещества опе­рируют при выполнении аналитических реакций, различают: макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды качественного анализа.

При макроанализе исследуют сравнительно большие количества вещества (0,5—1 г) или 20—50 мл растворов. Реакции проводят в обычных пробирках (емкостью 10—20 мл), химических стаканах.

При микроанализе обычно имеют дело с примерно в 100 раз меньшими количествами исследуемого вещества, т. е. с несколь­кими миллиграммами твердого вещества или с несколькими де­сятыми долями миллилитра раствора. При этом пользуются высокочувствительными реакциями, позволяющими обнаружить присутствие отдельных составных частей даже при малом содержании их в исследуемом веществе. Реакции выпол­няют либо микрокристаллоскопическим, либо капельным ме­тодом.

При анализе микрокристаллоскопическим методом реакции обычно проводят на предметном стекле и о присутствии обнаруживаемого иона (элемента) судят по форме образующихся крис­таллов, рассматриваемых под микроскопом.

В капельном методе применяют реакции, сопровождающиеся изменением окраски раствора или образованием окрашенных осадков. Реакции чаще всего выполняют на полоске фильтровальной бумаги, нанося на нее в определенной последовательности по каплям исследуемый раствор и реагенты. В результате реакции на бумаге получается окрашенное пятно, по цвету которого судят о наличии в исследуемом растворе обнаруживаемого иона.

Полумикроанализ занимает промежуточное положение между макро- и микроанализом. Количество исследуемого вещества составляет в этом методе приблизительно 50 мг твердого вещества или 1 мл раствора.

При работе по полумикрометоду, в основном, сохраняется вся система работы макроанализа с последовательным разделением и обнаружением ионов, но операции выполняются с малыми количествами вещества при помощи специальных методов и аппаратуры.

При ультрамикроанализе исследованию подвергают количе­ства вещества меньше 1 мг. Почти все операции анализа проводят под микроскопом.

Источники:

http://www.chemistry-expo.ru/ru/ui/17029/

http://scask.ru/b_book_e_chem.php?id=127

http://studopedia.ru/3_63841_naliticheskaya-himiya—lektsiya-.html