Химические методы

К химическим методам относятся гравиметрические и титриметрические методы анализа.

Гравиметрический анализ состоит в определении массы и содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения в анализируемом объекте. Определяемый компонент осаждают из раствора в виде какого-либо малорастворимого соединения (осаждаемая форма), которое затем отделяют от раствора, удаляют посторонние примеси и переводят посредством высушивания или прокаливания в устойчивое соединение вполне определенного состава (весовая форма). Например, при определении ионов Ca²⁺ осаждаемая форма – оксалат кальция CaC₂O₄, весовая форма – оксид кальция СаО; при определении Fe³⁺ – соответственно Fe(OH)₃ и Fe₂O₃.

Иногда определяемый компонент выделяют в виде газообразного вещества. Например, содержание карбонатов в породе можно определить путем воздействия на анализируемый образец кислотой, в результате которого выделяется CO₂. Количество выделившегося CO₂ рассчитывается по изменению массы вещества, поглощающего углекислый газ, например CaO, с которым CO₂ реагирует.

Титримеричеческие методы анализа основаны на измерении объема раствора реагента с точно известной концентрацией, затраченного на взаимодействие с определенным объемом анализируемого вещества. Раствор, концентрация (обычно титр раствора) которого точно известна, называется т итрованным. Титром называется масса вещества, содержащегося в 1мл (см³) титрованного раствора. Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного прибавления титрованного раствора к раствору анализируемого вещества (титруемому раствору), объем которого точно известен. Титрование прекращается при достижении точки эквивалентности. Конец титрования устанавливают по изменению цвета индикатора в точке эквивалентности.

Расчет производится по уравнению закона эквивалентов C₁V₁ = C₂V₂, где C₁ и V₁ – объем и концентрация титрованного раствора, C₂ и V₂ – объем и концентрация анализируемого раствора.

Существует несколько видов титриметрического анализа: кислотно-основное, осадительное, окислительно-восстановительное и комплексонометрическое титрование.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации H⁺ + OH^‾ = H₂O (или процесс образования слабого электролита, например В₄О₇^2‾ + 2Н⁺ + 5Н₂О = 4Н₃ВО₃) При использовании методов кислотно-основного титрования точка эквивалентности определяется при помощи индикаторов, которые меняют свою окраску в зависимости от среды (величины рН), например лакмус, метиловый оранжевый и др.

При осадительном титровании анализируемый раствор титруется реагентом, образующим с компонентом титруемого раствора малорастворимое соединение. Из всех осадительных методов наиболее широко применяется аргентометрия. В этом случае индикатором является K₂CrO₄, образующий с избытком ионов Ag⁺ при титровании раствором нитрата серебра AgNO₃ красный осадок Ag₂CrO₄.

При комплексонометрическом титровании определяемый компонент в растворе титруется раствором комплексона (комплексона III или трилона Б). Индикатором точки эквивалентности обычно служат соединения, содержащие лиганды, образующие с анализируемым ионом окрашенное комплексное соединение. Например, индикатор хромоген черный (эриохром черный Т) с кальцием и магнием образует комплексы красного цвета. Этот метод комплексонометрического титрования широко используется, например, для определения общей жесткости воды.

Окислительно-восстановительное титрование заключается в титровании раствора восстановителя титрованным раствором окислителя или в титровании раствора окислителя титрованным раствором восстановителя. В качестве титрованных растворов окислителей применяются растворы перманганата калия KMnO₄ (перманганатометрия), дихромата калия K₂Cr₂O₇ (дихроматометрия), йода I₂ (йодометрия). Конечную точку титрования определяют по исчезновению или появлению окраски титрованного или титруемого раствора, либо с помощью окислительно-восстановительных и специфических индикаторов. При перманганатометрическом титровании в кислой среде Mn (VII) (раствор малинового цвета) переходит в Mn (II) (бесцветный раствор). Установку титра перманганата калия производят по щавелевой кислоте H₂C₂O₄ или оксалату натрия Na₂C₂O₄. При дихроматометрическом титровании индикатором служит дифениламин, окрашивающий раствор в синий цвет при избытке дихромат-ионов Cr₂O₇^2‾ . При йодометрическом титровании индикатором служит крахмал, который окрашивается йодом в синий цвет. Для установки титра при дихроматометрии и йдодометрии обычно используют дихромат калия K₂Cr₂O₇.