Реакции без участия комплексных соединений металлов: использование органических соединений в качестве индикаторов в титриметрических методах количественного анализа.

 

Теории кислотно-основных индикаторов

Индикатор – это вещество, которое проявляет видимое изменение в точке эквивалентности или вблизи её. Лакмус в кислой среде (рН < 7) окрашен в красный цвет, а в щёлочной (рН>7) – в синий; фенолфталеин в кислой – бесцветен, в щелочной – имеет красную или малиновую окраску.

Для объяснения природы изменения окраски индикаторов было предложено несколько теорий.

Ионная молекулы индикатора – кислой формы, имеющей один цвет, и основной формы, имеющей другой цвет. В зависимости от рН раствора и соответственно от преобладания той или иной формы.

Хромофорная теория кислотно-основных индикаторов объясняет наличие окраски индикаторов, являющихся органическими соединениями, присутствием в молекулах индикаторов хромофорных групп. В роли хромофорных групп могут выступать такие группировки атомов и связей, как

хиноидные структуры и некоторые другие.

Ионно-хромофорная теория, которая объединила представление ионной и хромофорной теорий.

В рамках этой теории принимается, что кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые кислоты и основания, причём нейтральная молекула индикатора и её ионизированная форма содержат разные хромофорные группы.

Индикаторы группы азосоединений (азоиндикаторы) - это многочисленная группа индикаторов, являющихся производными пара-аминобензола и пара-диметиламинобензола, которые сами по себе практически не растворимы в воде. При введении сульфогрупп или карбоксильных групп в молекулы этих соединений получаются растворимые в воде азокрасители, обычно имеющие красную окраску в кислой среде и жёлтую – в щелочной. К индикаторам этой группы, помимо метилового оранжевого, относятся ализариновый жёлтый, метиловый жёлтый, метиловый красный, тропеолины и др

Трифенилметановые индикаторы. Индикаторы этой группы также часто применяются в кислотно-основном титровании. Все они формально могут рассматриваться как производные трифенилметана. Из индикаторов этой группы распространены фенолфталеины, сульфофталеины, анилинсульфофталеины, бензеины, собственно трифенилметановые красители.

Нитроиндикаторы представляют собой ароматические нитропроизводные, например, паранитрофенол, который в растворе претерпевает превращения:

Интервал перехода лежит в пределах рН от 5, 6 (бесцветный) до 7, 6 (жёлтый). К этой группе индикаторов относятся также мета- и ортонит-рофенолы, динитрофенолы и некоторые другие.

Индикаторы других структурных типов. Эта групп включает все остальные индикаторы различного строения, не относящиеся к вышеописанным, например лакмус, оксиновый синий, нейтральный красный, индофенолы, экстракты растений и др. Кроме того, по способу применения индикаторы можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние индикаторы добавляются непосредственно в титруемый раствор. Подавляющее число кислотно-основных индикаторов – внутренние. Внешние индикаторы находятся вне титруемого раствора. Примером может служить лакмусовая бумага. В парах аммиака влажная лакмусовая бумага синеет. К внешним индикаторам относится индикаторная бумага, предназначенная для приблизительного определения значения рН раствора.

39.   Некоторые основные понятия (разделение, концентрирование, коэффициент (фактор) концентрирования). Классификация методов разделения и концентрирования (методы испарения, озоление, осаждение, соосаждение, кристаллизация, экстракция, избирательная адсорбция, электрохимические и хроматографические методы).

Разделение – это операция (процесс), в результате которой компоненты, составляющие исходную смесь, отделяются один от другого.

Концентрирование – операция (процесс), в результате которой повышается отношение концентрации или количества микрокомпонентов к концентрации или количеству макрокомпонента.

 Коэф. концентрирования показывает, во сколько раз изменилось отношение абс. кол-в микрокомпонента и матрицы при концентрировании: где Q_к и Q_пр - абс. кол-ва матрицы соотв. в концентрате и пробе.

Методы:

Испарение – это процесс разделения и очистки веществ, при котором жидкое или твердое вещество при нагревании переходит в газообразное состояние (испаряется из смеси), а затем при охлаждении конденсируется, образуя снова жидкую или иногда твердую фазу.

Выделяют методы: отгонки, фракционного испарения (дистилляции), возгонки.

Отгонка или простое выпаривание – одноступенчатый процесс разделения и концентрирования веществ.

Дистилляция или фракционное испарение основана на разной летучести веществ. Разделение и концентрирование компонентов смеси происходит за счет различия их точек кипения и испарения отдельных компонентов при разной температуре в разное время.

Возгонка (сублимация) – это перевод вещества из твердого состояния в газообразное и его последующее осаждение в твердой форме (минуя жидкую фазу). Для сублимации микроколичеств веществ часто используют метод «холодного пальца», при котором следовый компонент конденсируется на охлажденном стержне, расположенном внутри закрытого сосуда непосредственно над обогреваемым образцом; при необходимости система вакуумируется.

Методы озоления – это методы концентрирования, заключающиеся в минерализации объектов анализа – органических и металлоорганических соединений, животных и растительных материалов, почв для последующего элементного анализа.

Осаждение – разделение (систематический ход анализа); концентрирование (осаждение определяемого иона из большого объёма анализируемого раствора и растворение осадка в малом объёме)

Соосаждение – одновременное осаждение из одного и того же раствора растворимого в данных условиях микрокомпонента с выпадающим в осадок макрокомпонентом.

Экстракция – метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя. Для извлечения из раствора применяются растворители, не смешивающиеся с этим раствором, но в которых вещество растворяется лучше, чем в первом растворителе. Экстракция применяется в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, металлургической, фармацевтической отраслях.

Хроматография – динамический сорбционный метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами – неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза).

 

40. Применение экстракции в аналитической химии. Принцип метода жидкостной экстракции. Некоторые основные понятия жидкостной экстракции: экстрагент, экстракционный реагент, экстракт, реэкстракция, реэкстрагент, реэкстракт.

Применени е экстракции для отделения определяемых ионов от ионов, мешающих определению, хорошо сочетается с физико-химическими (фотоколориметрическим, полярографическим и другими) методами определения отделенного иона в экстракте. В некоторых случаях такие определения могут быть проведены непосредственно в самом растворе после экстракции.

Жидкостная экстракция — это метод извлечения ценных компонентов из растворов, основанный на том, что при контактировании водного раствора, содержащего ценный компонент, с нерастворимыми в воде органическими жидкостями (экстрагентами) определенная часть этого компонента переходит (экстрагируется) в органическую жидкость. Обработка раствора экстрагентом может выполняться неоднократно, в результате чего достигается высокое извлечение полезного компонента.

Экстрагентом называют органический растворитель (содержащий или не содержащий другие компоненты), который извлекает вещество из водной фазы.

Реагент – это составная часть экстрагента, химически взаимодействующая с извлекаемым элементом, причем это взаимодействие является основным фактором, определяющим процесс экстракции. Реэкстракция – процесс обратного извлечения экстрагированного вещества из экстракта в водную фазу Реэкстрагент – водный раствор или вода, применяемая для извлечения экстрагированного вещества из экстракта. Реэкстракт – отделенная водная фаза, содержащая извлеченное из экстракта вещество.

Органическую фазу, содержащую извлеченное из водной фазы вещество в виде ЭС, называют экстрактом.