Реакції проводять при нагріванні чи охолодженні лише в тих випадках, коли нагрівання чи охолодження сприяє проходженню прямої реакції до кінця, прискорює її.

Так, при виявленні іону амонію реакція

NH₄OH ↔ NH₃↑ + H₂O

йде швидше при підвищеній температурі, як також при даних умовах зростає чутливість і вихід даної реакції.

Приклад реакції, яку слід проводити на холоді:

NaCl + K[Sb(OH)₆] → Na[Sb(OH)₆]↓ + KCl

З ростом температури розчинність осаду Na[Sb(OH)₆] зростає, через це вищезазначену реакцію треба вести на холоді.

Умовами проведення аналітичних реакцій взагалі є температура, концентрація і тиск, які максимально сприяють виявленню тих чи інших іонів.

№ 14

Що собою уявляють буферні розчини? Яка їх роль у виконанні аналітичних реакцій? Навести конкретні приклади

Буферними називають розчини суміші слабкої кислоти (або слабкої основи) та її солі. Такою є, наприклад, суміш оцтової кислоти і оцтовокислого натрію. При добавлянні до такої суміші сильної кислоти або сильної основи мають місце наступні реакції:

CH₃COONa + HCl → CH₃COOH + NaCl

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O.

Звідси видно, що при дії на буферний розчин сильної кислоти або сильної основи змінюється концентрація слабкої кислоти. У першому випадку вона збільшується, у другому – зменшується. Проте, рН розчину практично не змінюється. Це пояснюється тим, що слабка кислота взагалі мало дисоціює, а в присутності однойменних іонів її солі дисоціація йде значно меншою мірою. Отже, концентрація іонів Н⁺ буферної суміші під впливом сильної кислоти або сильної основи практично є величина стала.

У хімії, біології, медицині, у промисловому виробництві в результаті тих чи інших процесів можуть виділятись або поглинатись іони Н⁺. Щоб процес відбувався при сталому значенні рН, у розчин вводять буферні суміші, які поглинають водневі або гідроксильні іони. Можна також довести, що при розведенні буферної суміші рН розчину залишається сталим.

№ 15

Хімічні реактиви. Поняття про їх чистоту, кваліфікацію. Чи можна застосовувати для хімічного аналізу технічні реактиви?

Хімічними реактивами називають речовини, склад яких відповідає їх хімічним формулам в межах кваліфікації, і які застосовуються для проведення хімічних реакцій. Кваліфікація хімічних реактивів та відповідні їй позначення наступні:

Т – технічний реактив. Вміст основної речовини менше 98%. Найнижча ступінь чистоти реактиву.

Ч – чистий. Вміст основної речовини 98% і вище. Вміст домішок або нелеткого залишку 0,01– 0,5%, масова доля залишку після прожарювання до 0,5%.

ЧДА – чистий для аналізу. Вміст основної речовини не менше 99%. Домішки не перевищують допустимої межі, яка дозволяє проводити точні аналітичні дослідження.

ХЧ – хімічно чистий. Найвища ступінь чистоти реактиву. Вміст основної речовини більше 99%, домішок – в межах 0,001– 0,00001%, масова доля залишку після прожарювання не більше 0,1%.

Для хімічного аналізу застосовують реактиви з кваліфікацією не нижче ЧДА. Технічні реактиви для проведення аналітичних визначень застосовувати ні в якому разі не можна через велику кількість домішок.

№ 16

Що собою уявляють кристалічний та аморфний осади? Навести приклади та основні умови отримання

Кристалічний осад – це осад з порівняно сильними зв’язками між його частинками. Утворення кристалічних осадів характеризується тим, що при додаванні окремих порцій осаджувача нові центри кристалізації утворюються не відразу. Основною умовою отримання кристалічних осадів є повільне додавання реактиву, при якому кристалічні центри виростають у порівняно великі кристали.

Концентрація розчинів. Для осадження кристалічних осадів користуються розбавленими розчинами, так як у цих умовах утворюються осади у формі більших кристалів. Температура. При осаджуванні кристалічних осадів з гарячих розчинів збільшується їх розчинність, тому виникає менше центрів кристалізації. Внаслідок цього створюються умови для утворення крупніших кристалів.

Приклади: BaSO₄, BaCrO₄, CaC₂O₄ та ін.

Аморфний осад характеризується слабкими зв’язками між його частинками. По суті це коагульований внаслідок швидкого доливання розчину осаджувача колоїдний розчин. При швидкому доливанні реактиву, яке, до речі, є основною умовою отримання аморфного осаду, відразу виникає багато центрів кристалізації та дрібних агрегатів кристалів. Концентрація розчинів. Аморфні осади, особливо гідроксиди металів, краще осаджувати з концентрованих розчинів. Це сприяє зменшенню загальної поверхні і утворенню осаду. Внаслідок зменшення загальної поверхні зменшується адсорбція сторонніх речовин, що робить осади чистішими.

Температура. При осаджуванні аморфних осадів нагрівання сприяє коагуляції колоїдних частинок і укрупненню зерен осаду.

Аморфні осади характерні для багатьох важкорозчинних сполук: гідроксидів та сульфітів металів, силікатної та вольфрамової кислот, та інших.

№ 17

Який основний посуд використовують та як його готують для якісного аналізу?

У якісному аналізі (в основному напівмікроаналізі) застосовують такий посуд: колби, пробірки, чашки, стакани, скляні лійки, скляні палички, промивалки, бюкси, кухлі, ступки, ексикатори. Піпетки градуйовані та бюретки застосовують тільки в кількісному аналізі. Застосовуваний для якісного аналізу посуд має бути чистим. Його слід мити відразу після вживання. Для миття посуду застосовують теплий насичений розчин соди, теплий лужний розчин KMnO₄ або розчин хромової суміші. Посудина вважається чистою, якщо після виливання з неї води внутрішні стінки змочуються водою рівномірно і на них не залишається крапель. Добре вимитий посуд, перекинутий догори дном, має здаватись сухим. Після миття посуд споліскують 2–3 рази невеликою кількістю дистильованої води, що є також способом перевірки чистоти посудини.

№ 18

Чим дистильована вода відрізняється від звичайної питної води? Чому посуд для аналітичних визначень обов’язково споліскують дистильованою водою?

Головна відмінність дистильованої води від питної – практично нульовий рівень концентрації солей кальцію і магнію та інших речовин, які обов’язково присутні в питній воді. Вимитий посуд двічі споліскують невеликою кількістю дистильованої води. Мета споліскування – перевірка чистоти посудини. Посудина вважається чистою, якщо при обмиванні внутрішньої поверхні дистильованою водою остання рівномірно стікає, не залишаючи краплин.

№ 19

Розкрити суть дробного та систематичного методів якісного аналізу. Чи можливе виконання аналізу речовини з використанням лише одного з цих методів?

Дробний метод аналізу передбачає виявлення кожного іона певними, характерними реакціями в присутності всіх інших іонів. У складніших випадках спочатку відділяють даний іон від тих, які заважають визначенню.

Систематичний аналіз полягає в тому, що складну суміш іонів спочатку розділяють за допомогою групових реактивів на кілька окремих груп, потім у межах кожної групи виявляють окремі іони певними, характерними реакціями. Розділяють іони на групи і виявляють їх в кожній групі в цілком певній послідовності, що виключає помилки, які часто роблять недосвідчені хіміки, проводячи аналіз дробним методом.

Використання лише одного з цих методів (дробного) можливе тільки у випадку високоспецифічних реакцій (таких, наприклад, як визначення іона амонію за допомогою лугу), та у випадку, коли визначуваний іон вдається без проблем відділити від іонів, які заважають визначенню.

№ 20

Які хімічні реагенти належать до групових, селективних, специфічних? Навести приклади. Написати рівняння реакцій

Груповими називають реактиви, якими визначають певну групу катіонів або аніонів. Наприклад, розчин сульфіду амонію є груповим реактивом на катіони 3-ї аналітичної групи. Розчин хлориду барію є груповим реактивом на аніони 1-ї аналітичної групи, і т. п.

Селективними називають реактиви, що визначають ті чи інші іони за певних умов. Так, фероціанід калію дає з іонами Ca²⁺ осад K₂Ca[Fe(CN)₆]. Якщо в розчині немає зовсім або є незначна концентрація іонів Ba²⁺, даний реактив “віддає перевагу” іонам Ca²⁺. Якщо ж має місце значна концентрація іонів Ba²⁺, фероціанід калію вже не буде селективним на іони Ca²⁺, тому що іони Ba²⁺ в значних концентраціях утворюють аналогічний осад.

Специфічними називають реактиви, дії яких не заважає жоден сторонній іон. Так, в одній з небагатьох високоспецифічних реакцій визначення іону амонію

NH₄Cl + NaOH → NH₄OH + NaCl

↕

NH₃↑ + H₂O

гідроксид натрію можна вважати специфічним на іон амонію. Специфічних реактивів, рівно як і специфічних реакцій, дуже мало.

№ 21

Що покладено в основу розподілу катіонів на аналітичні групи? Чи збігається даний розподіл з розподілом на групи в періодичній системі Д.І. Менделєєва?

Навести молекулярні та іонні рівняння реакцій дії групових реактивів на катіони: NH₄⁺, Ca²⁺, Fe³⁺.

Зазначити колір осаду, розчинність. Пояснити, чому відсутній груповий реактив на катіони 1-ї аналітичної групи.

Систематичний аналіз ділить всі катіони на 5 аналітичних груп за розчинностями карбонатів і сульфідів. Принцип класифікації катіонів на аналітичні групи наступний:

1-ша група – карбонати і сульфіди катіонів даної групи добре розчинні у воді;

2-га група – катіони даної групи утворюють нерозчинні у воді карбонати;

3-тя група – сульфіди і гідроксиди катіонів даної групи нерозчинні у воді, але розчинні в розведених кислотах;

4-та група – сульфіди катіонів даної групи нерозчинні у воді і у розведеній соляній кислоті;

5-та група – сульфіди катіонів даної групи нерозчинні у воді і у розведеній соляній кислоті, проте розчинні у полісульфіді амонію.

Багато в чому класифікація катіонів на аналітичні групи збігається з поділом на групи в Періодичному Законі. Особливо це стосується катіонів 1-ї, 2-ї та 5-ї аналітичних груп. У 3-ю аналітичну групу включені катіони тріад.

За визначенням, до 1-ї аналітичної групи входять катіони, які не утворюють важкорозчинних сполук з карбонат- і сульфід-іонами. Наприклад, майже всі солі натрію, калію та амонію добре розчинні у воді. Тому не існує групового реактиву, здатного осадити всі катіони 1-ї аналітичної групи.

Рівняння реакцій:

1. груповий реактив на іони амонію відсутній через належність вказаного катіона до 1-ї аналітичної групи;

1. CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NH₄Cl

Ca²⁺ + CO₃^2– → CaCO₃↓

білий аморфний осад, розчинний в кислотах;

1. Fe₂(SO₄)₃ + 3(NH₄)₂S → Fe₂S₃↓ + 3(NH₄)₂SO₄

2Fe³⁺ + 3S^2– → Fe₂S₃↓

чорний осад, розчинний в оцтовій і мінеральних кислотах.

№ 22

Що покладено в основу розподілу катіонів на аналітичні групи? Чи збігається даний розподіл з розподілом на групи в періодичній системі Д.І. Менделєєва?

Навести молекулярні та іонні рівняння реакцій дії групових реактивів на катіони: K⁺, Mn²⁺, Ca²⁺.

Зазначити колір осаду, розчинність. Пояснити, чому відсутній груповий реактив на катіони 1-ї аналітичної групи.

Систематичний аналіз ділить всі катіони на 5 аналітичних груп за розчинностями карбонатів і сульфідів. Принцип класифікації катіонів на аналітичні групи наступний:

1-ша група – карбонати і сульфіди катіонів даної групи добре розчинні у воді;

2-га група – катіони даної групи утворюють нерозчинні у воді карбонати;

3-тя група – сульфіди і гідроксиди катіонів даної групи нерозчинні у воді, але розчинні в розведених кислотах;

4-та група – сульфіди катіонів даної групи нерозчинні у воді і у розведеній соляній кислоті;

5-та група – сульфіди катіонів даної групи нерозчинні у воді і у розведеній соляній кислоті, проте розчинні у полісульфіді амонію.

Багато в чому класифікація катіонів на аналітичні групи збігається з поділом на групи в Періодичному Законі. Особливо це стосується катіонів 1-ї, 2-ї та 5-ї аналітичних груп. У 3-ю аналітичну групу включені катіони тріад.

За визначенням, до 1-ї аналітичної групи входять катіони, які не утворюють важкорозчинних сполук з карбонат- і сульфід-іонами. Наприклад, майже всі солі натрію, калію та амонію добре розчинні у воді. Тому не існує групового реактиву, здатного осадити всі катіони 1-ї аналітичної групи.

Рівняння реакцій:

1. на іон калію груповий реактив відсутній через належність вказаного катіона до 1-ї аналітичної групи;

2) MnSO₄ + (NH₄)₂S → MnS↓ + (NH₄)₂SO₄

Mn²⁺ + S^2– → MnS↓

світло-рожевий осад, розчинний в кислотах;

1. CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NH₄Cl

Ca²⁺ + CO₃^2– → CaCO₃↓

білий аморфний осад, розчинний в кислотах.

№ 23