Аналитические реакции. Аналитический признак.

Представленное для анализа вещество химик-аналитик может охарактеризовать двояко - качественно и количественно. В первом случае последует информация: из каких элементов, атомов, групп ионов или молекул состоит объект. Количественный анализ позволяет установить количественное соотношение компонентов, составляющих анализируемый объект.

Методы обнаружения и индетификации веществ подразделяются на химические, физико-химические и физические. Ниже подробно рассматриваются химические методы обнаружения веществ, основанные на химических реакциях.

Для открытия или обнаружения ионов или молекул вещества используют качественные химические реакции. Химическую реакцию, сопровождающуюся аналитическим признаком (аналитическим сигналом), по которому можно судить о наличии определяемого вещества называют аналитической реакцией. Качественные аналитические реакции проводят, добавляя к раствору анализируемого вещества другие вещества, называемые реагентами. Аналитическая реакция может протекать между твердыми, жидкими и газообразными веществами.

Практически все известные типы химических реакций (реакции осаждения, нейтрализации, окисления-восстановления, комплексообразования и т.д.) используют в химическом анализе для обнаружения ионов. Однако не всякая известная из курса неорганической химии реакция на катионы или анионы может быть пригодна для аналитических целей. Аналитическая реакция должна удовлетворять ряду требований, из которых важнейшие: реакция должна сопровождаться аналитическим признаком (сигналом), обладать низким пределом обнаружения. Аналитический признак – визуально наблюдаемое, инструментально фиксируемое изменение свойств веществ, вступающих в аналитические реакции.

К аналитическим признакам относят следующие:

1. Образование (или растворение) осадка с определенными свойствами: цвет, растворимость в определенных растворителях, форма кристалла;

2. Получение при действии реактива окрашенного соединения, например:

CuCl₂ + 4NH₃ ↔ [Cu(NH₃)₄]Cl₂ –синий аммиакат меди

3. Выделение газа с известными свойствами. При растворении в хлороводородной кислоте CaCO₃ и CaSO₃ в обоих случаях выделяется газ, который при пропускании через баритовую воду образует внешне одинаковые осадки соответственно карбоната и сульфита бария.. Следовательно, с помощью баритовой воды нельзя различить CO₂ и SO₂ .Если же пропустить каждый из газов через подкисленный серной кислотой разбавленный раствор перманганата калия, то CO₂ никаких изменений в окраске раствора не вызовет, а SO₂ c перманганатом калия будет реагировать как восстановитель:

2 KMnO₄ + SO₂ + 2H₂O → 2MnSO₄ + K₂ SO₄ + 2H₂ SO₄ ,

что приведет к исчезновению малиновой окраски раствора перманганата калия.

Предел обнаружения – наименьшее количество вещества, которое может быть определено данной реакцией с заданной вероятностью Р. Предел обнаружения обозначают С_{мин,Р ,} где:

С –содержание (концентрация) данного компонента; Р –вероятность ,с которой осуществляется обнаружение. Для уверенного обнаружения вероятность должна быть равна единице. Поэтому на практике пользуются пределом обнаружения при Р=1, т.е. С_{мин, 1} .Это наименьшее содержание обнаруживаемого вещества, при котором сигнал еще настолько интенсивен, что всегда получают положительный результат.

В современном качественном анализе обычно применяют реакции обнаружения ионов с пределом обнаружения 0,1 мкг (10 ^–7 г) в 1 мл раствора. Снизить предел обнаружения в химическом анализе можно различными приемами: капельной реакцией на фильтровальной бумаге или фарфоровой пластинке, применением органических реагентов, экстракцией и т.д.

Типы химических реакций. Весь арсенал химических реакций, которым располагают аналитики, можно разделить на реакции общие, групповые, селективные и специфичные.

Общие реакции­­_­­­­ ­– реакции, аналитические сигналы которых одинаковы для многих ионов. Применяемый реагент также называют общим. При анализе смеси катионов в качестве общих реагентов используют осаждение гидроксидов, сульфатов, сульфидов, карбонатов и т.д., Полученные осадки обладают различной растворимостью в кислотах, основаниях, растворах аммиака. На основании этих свойств можно создать определенные условия (рН среды, присутствие солей аммония), когда с помощью данного общего реагента осаждаются только некоторые ионы. В этом случае общий реагент становится групповым. Например, осадки фосфатов образуют подавляющее большинство катионов (поэтому фосфат аммония является общим реагентом.), но фосфаты ряда катионов растворимы в аммиаке с образованием аммиакатов (растворимых комплексов). Поэтому фосфат аммония в присутствии NH₃ * H₂ O осаждает определенную группу катионов (Ba²⁺ ,Sr²⁺ ,Ca²⁺ ,Mg²⁺ ,Fe²⁺ , Fe³⁺ , Al³⁺ ,Cr³⁺ ,Bi³⁺ ) и из общего реагента становится групповым, а реакцию называют групповой.

Групповые реакции – это частный случай общих реакций, используемых в конкретных условиях для выделения определенной группы ионов, обладающих близкими свойствами. Общие и групповые реакции применяют для выделения и разделения ионов сложной смеси.

Селективными или избирательными называют реакции, позволяющие в смеси ионов обнаруживать ограниченное число катионов или анионов. Так при действии NH₄SCN на смесь катионов только два катиона образуют растворимые окрашенные комплексные соединения: [Fe (SCN)₆]^3- и [Co(SCN)₄]^2- .

Специфическими называют аналитические реакции, аналитический эффект которых характерен только для одного иона в присутствии других ионов. Таких реакций крайне мало. Ионы аммония , к примеру ,можно обнаружить в смеси ионов действуя на анализируемые образцы избытком раствора щелочи:

NH₄Cl + KOH → NH₃↑ + KCl + H₂O

Выделяющийся аммиак легко обнаружить по изменению цвета индикаторной бумаги или органолептически (по запаху).