Din punct e vedere cronologic chimia analitica este prima ramura a chimiei, urmata de chimia anorganica, organica.
Chimia analitica
- are aplicatii in majoritatea domeniilor de activitate
- la fabricarea medicamentelor
- toxicologie, criminologie
- stiinte biologice: fiziologie, biochimie, fitochimie, biologie celulara, ctrl med, farmacologie, farmacognozie.
- ind textila, pielarie, alimentara, materiale de constructie, ceramica, celuloza si hartie.
Obiectul chimiei analitice:
- stiinta metodelor de analiza chimica si instrumentala
- obiectivul general este studiul teoretic si practic al metodelor de analiza.
Directiile:
- Analiza calitativa - identificarea speciilor chimice si stabilirea identitatii substantei.
- Analiza cantitativa - determina continutul de subst. dintr-o proba.
Metodele chimiei analitice:
a) Metode de identificare: reac. cu schimb de protoni, de electroni, de ioni, de liganzi.
b) Metode de determinare: gravimetria, volumetria, spectrometria, cromatografia, met. electrochimice.
c) Metode de separare: distilarea, sublimarea, cristalizarea, extractia, precipitarea, complexarea, cromatografia, electroforeza.
Volumetria - se bazeaza pe reac. cu schimb de protoni, electroni, de ioni si de liganzi, folosind tehnica titrarii.
Spectrometria - se bazeaza pe studiul radiatiei care se poate absorbi, transmite, reflecta, refracta prin proba, fiecare tehnica are aparatura speciala si furnizeaza atat informatii despre identitatea subst. cat si informatii cantitative.
Cromatografia - metoda complexa de separare identif. si determinare a fiecarei specii chimice din proba.
Metode electrochimice - folosesc surse de curent, de tensiune constanta sau de intensitate constanta si electrozi selectivi pentru determinarea speciilor chimice dintr-o proba.
Metode de separare:
- Distilarea - dif. dintre temperatura de fierbere
- Sublimarea - stare solida → vapori
- Cristalizarea - stare lichida → stare solida
- Precipitarea - modif. solubilitatii produsilor de reactie
- Complexarea - complecsi - solubili; insolubili
- Cromatografia - metoda de separare, cea mai complexa
- Electroforeza - realizeaza separarea doar in camp electric, pe un suport specific.
Cantitatea de proba luata in lucru
Met. de analizat Masa de proba Cant. identificabila
(g) Vsol.de analizat
(ml)
Macroanaliza 0,1-1 10-4 10-200
Semimicroanaliza 10-1-10-2 10-5 1-10
Microanaliza 10-3-10-4 10-6 0,1-0,5
Ultramicroanaliza 10-5 10-6-10-9 -
Submicroanaliza 10-6-10-9 10-9-10-12 -
Subultramicroanaliza 10-9 10-12 -
Analiza probei poate fi
- completa - identificarea si det. tuturor componentilor
- partiala - unul sau doi componenti
Constituentii unei probe:
- component major: 1-99,9%
- component minor: 0,001-1%
- urme: sub 0,001%
Proba - amestec multicomponent cu comp. Necunoscuta
Sol. etalon - sol. a carei comp. si conc. sunt cunoscute asa cum au fost preparate.
Indiferent de metoda si de tehnica se fol. solutii etalon si probe. Sol. etalon pt etalonarea aparatului si optimizarea conditiilor de lucru, iar probele se analizeaza in aceleasi conditii si au aceeasi aparatura.
Reactiile analitice
Prop. fizice si chimice ale subst. imp. din p.d.v analitic - caractere analitice se fol. in analiza calitativa la identif. componentilor si in analiza cantitativa la det. lor.
Reactiile fol. in analiza - reac. analitice - asociate cu schimburi observabile cu ochiul liber:
a) formarea de pp. caracteristice
b) formarea de complecsi solubili colorati
c) degajarea unor gaze colorate sau un miros caracteristic
Conditii:
- sa fie practic totale (ireversibile) sau sa poata fi deplasat echilibru spre produsi
- sa se desf. cu viteza mare sau viteza sa poata fi accelerata
- transformarea sa fie usor observabila
- sa fie sensibila (identif. la conc mici)
- sa fie selectiva (identif. unui nr. cat mai mic de specii chimice)
Reactii analitice:
Clasificarea dupa tehnica de lucru:
1. Reac. pe cale uscata.
2. Reac. microcristaloscopica.
3. Reac. in picatura.
4. Reac. pe cale umeda.
Aceste tehnici de lucru, in afara de modul de desfasurare se diferentiaza prin sensibilitate. Cele mai sensibile sunt reac. in picatura, apoi cele microcristaloscopice, apoi cele pe cale umeda si reac. pe cale uscata, care dau inf. orientative.
I. Reactiile analitice pe cale uscata
- se executa cu subst. solida
- sunt reac. preliminare (inainte de analiza probei)
- furnizeaza inf. orientative.
Metode:
- coloratia flacarii
- proba in tub inchis
- proba pe carbune
- proba perlei
1. Reactia in flacara
Mecanism:
- energia flacarii det. tranzitia electronilor din straturile periferice pe nivele cu energie sup.
- revenire la st. fundamentala se face cu eliberare de energie caract. de o anumita lungime de unda A si energie.
- aceasta este culoarea observabila caracteristica unor ioni.
Tehnica de lucru:
- o cant. mica de subst. solida se introduce in zona oxidanta (conul luminos) al flacarii.
- pt a favoriza reac. compusul se transf in clorura prin umectarea ansei cu HCl
Coloratia flacarii:
CULOAREA IONII
galben Na+
galben-verzui Ba2+
Verde-smarald Ti+; BIII
Verde Cu+; Cu2+
albastru pal Pb2+; AsIII; SbIII; VV
Violet K+; Rb+; Cs+
rosu carmin Li+
rosu ciclamen Sr2+
rosu caramiziu Ca2+
2. Proba in tub inchis
Tehnica:
- proba de analizat se incalzeste intr-un tub de sticla (1-5 cm), (d =0,5 cm) inchis la un capat, direct in flacara
- transf. pe care le sufera sunt la incalzire:
1. formarea unor sublimate:
- albe: saruri de amoniu, Hg2Cl2, HgCl2, HgBr2, As2O3, Sb2O3.
- galbene: As2S3, HgI2, As2S5.
- cenusiu: Hg metalic.
- brun-inchis: I2, As, HgS.
2. formarea unui reziduu infuzibil (nu se descompune, nu arde)
- reziduu alb: Al2O3, ZnO, SnO2, Sb2O3.
- reziduu galben: oxizi de plumb, Cd, Bi.
- reziduu brun: Fe2O3.
- reziduu verde: Cr2O3.
- reziduu negru: C, oxizi de Co, Ni.
3. picaturi de apa in cristalohidrati.
4. gaze:
- incolore, inodore: O2, CO, CO2
- miros intepator: NH3, HCl, SO2
- brune, sufocante: NO2, Br2
- galben-verzui: Cl2
- miros de zahar ars: citrati, tartrati, zahar.
Informatiile furnizate sunt calitative. O reac. specifica este recunoasterea prezentei arsenului prin formarea oxidului de cacodil, toxic cu miros aliaceu.
As2O3 + 4 H3C-COONa → (H3C)2As-O-As(CH3)2 + Na2CO3 + 2CO2
3. Proba pe carbune
Mecanism:
- proba de carbune este o calcinare alcalina in mediu reducator
Tehnica metodei:
- se amesteca subst. de analizat, pulverizata in prealabil cu o cant. de carbonat de sodiu anh. de 4-5 ori mai mare.
- se cresteaza cu un vf. de cutit o adancitura mica intr-o bucata de mangal (carbune de lemn) care se umple cu amestecul de mai sus.
- se umezeste amestecul cu o pic. de apa, se preseaza, apoi se indreapta asupra lui flacara reducatoare (vf. conului interior) a unui suflator.
Reac. chimice care pot avea loc in timpul calcinarii sunt:
- MeX2 + Na2CO3 → MeCO3 + 2NaX (reac. de dublu schimb)
- MeCO3 → MeO + CO2 (disociatie termica)
- MeO + C → Me + CO (reducere de metal)
Rezultate:
Prin calcinare rezulta oxizi albi (Al2O3, ZnO, MgO)
2AlCl3 + 3Na2CO3 → 6NaCl + Al2O3 + 3CO2
ZnSO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + ZnO + CO2
MgSO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + MgO + CO2
La oxizii albi formati pe carbune se poate adauga o sol. diluata de azotat de cobalt:
MgO + Co(NO3)2 → MgOCo(NO3)2 adsorbtie
col. roz
Co(NO3)2 → CoO + 2No2 + 1⁄2O2
Al2O3 + CoO → CoAl2O4 (albastru Thenard)
ZnO + CoO → CoZnO2 (verde Rinmann)
4. Proba perlei
Tehnica metodei:
- proba perlei se executa incalzindu-se la rosu, in flacara oxidanta, ochisorul ansei si introducandu-l in pulbere de borax;
- ochisorul impreuna cu boraxul aderent se introduc in zona oxidanta a flacarii - boraxul se deshidrateaza si se transf. in metaborax;
- se formeaza perla de borax, sub forma unei picaturi incolore limpezi;
- perla topita se atinge de subst. de analizat pulverizata si se introduce iarasi in flacara;
- se formeaza perle colorate in fct. de metalul aflat in proba.
Reactii chimice:
Initial boraxul se deshidrateaza conf. ecuatiei
Na2B4O7 . 10H2O → Na2B4O2 + 10H2O
continuand incalzirea se topeste si se descompune
Na2B4O2 → B2O3 + NaBO2
Cand rezulta anhidrida borica si metaborat de sodiu care formeaza perla de borax.
Anhidrida borica topita dizolva oxizii metalici:
MeO + B2O3 → Me(BO2)2
sau sarurile mai putin stabile la temp. inalte:
MeSO4 + B2O3 → Me(BO2)2 + 3O3
formand astfel metaboratii metalelor prezente.
Observatii:
- in loc de borax pt. obtinerea perlelor se mai poate utiliza fosfatul monoacid de sodiu si amoniu
NaNH4HPO4 . 4H2O
Rezultate:
Cele mai caracteristice perle obt. in flacara oxidante
IONII CULOAREA PERLEI
Cu, Co albastru
Mn violet
Ni galbena
Cr verde
II. Analiza pe cale umeda
Reactiile diferitelor elemente sau grupe de elemente se pot efectua:
- in eprubete
- in pic. pe placa de godeuri (adancituri) sau pe hartie de filtru
- pe o lama de sticla (reac. microcristaloscopica)
1. In eprubete, reac. de recunoastere ale dif. ioni se efectueaza luandu-se cateva picaturi din sol. de analizat, cel mult 1cm3, iar din subst. solida cateva miligrame. Se observa si se noteaza formari sau dizolvari de precipitate, schimbari de culoare, degajari de gaze.
2. In picatura pe hartie de filtru, se efectueaza mai ales reactii care se produc cu schimbare de culoare, mai rar acelea cu formare de precipitate albe, deoarece se obs. mai greu. Se executa pe o fasie de h. de filtru cu porii mai mici, cum este h. cantitativa, folosita pt. filtrarea pp fine.
Tehnica metodei:
- se taie h. de filtru dreptunghiulara sau patrata
- se aseaza pe o placa de sticla curata, h. care se atinge timp de cca 1⁄2 secunda cu vf. unei pipete in care se gaseste sol. de analizat. Pata umeda trebuie sa aiba diam. de 2-4 mm, ca sa nu se scurga mult lichid pe hartie, pipeta nu se umple prin aspiratie, ci prin capilaritate, agitand vf. ei foarte subtire de suprafata lichidului.
- se adauga in ordinea indicata - ceilalti reactivi in acelasi mod, folosindu-se pt. fiecare reactiv alta eprubeta
Observatii:
- se folosesc si h. de filtru impregnate cu reactivi specifici, cum ar fi: h. iod-amidonata, pt identificarea I2, sau h. cu acetat de plumb pt identif. H2S.
3. Reactii microcristaloscopice
- pe lama de sticla se executa acele reac. din care rezulta cristale cu forma usor de recunoscut cu ochiul liber sau cu ajutorul unui microscop, care mareste de 50-100 de ori. In acest mod se pot obs. cantitati de sute de ori mai mici decat acelea din eprubete.
Tehnica metodei:
- pe o lama curata si degresata bine se pune o pic. mica din sol. de analizat, apoi o pic. de reactiv
- se unesc pic. cu o bagheta de sticla trasa in fir subtire si dupa un timp oarecare apar cristale in zona mijlocie de contact
- frecarea lamei cu o bagheta de sticla favorizeaza cristalizarea, evitand astfel formarea solutiilor suprasaturate
- se evapora solventul prin incalzirea blanda a lamei
- se studiaza la microscop cristalele si se compara cu cele din atlasul microcristaloscopic.
