Analiza chemiczna – badanie jakościowego (analiza jakościowa) i ilościowego (analiza ilościowa) składu chemicznego substancji.
Chemiczna analiza jakościowa, to zespół technik umożliwiających poznanie składu chemicznego badanych mieszanin związków chemicznych. Zazwyczaj wykorzystuje się charakterystyczne reakcje chemiczne dla poszczególnych grup związków. Wykorzystuje się w niej różne metody badań: chemiczne, fizykochemiczne, fizyczne
Chemiczną analizę jakościową można podzielić na:
chemiczną analizę jakościową związków nieorganicznych,
chemiczną analizę jakościową związków organicznych.
Do celów analizy jakościowej przydatne są tylko te reakcje, które przeprowadzają badana substancję w związek chemiczny odznaczający się charakterystycznymi właściwościami pozwalającymi na jego identyfikację. W analizie jakościowej wykorzystuje się:
- powstawanie charakterystycznych zabarwionych substancji pod działanie odpowiednich odczynników
- wytrącanie się osadów lub wydzielanie gazów
-powstawanie kryształów charakterystycznych dla badanej substancji
- powstawanie charakterystycznego zabarwienia płomienia po wprowadzeniu badanej substancji do płomienia nie świecacego
Reakcje stosowane w analizie jakościowej
- czułe pozwalające na identyfikację małych ilości substancji w dużym rozcięczeniu
- charakterystyczne tylko dla określonego jonu niezależnie od obecności w roztworze innych jonów
Chemiczna analiza ilościowa, to zespół technik umożliwiających poznanie liczbowej wartości (w odpowiednich jednostkach miary, np. w gramach, molach, valach[1] lub innych i ich (pod)wielokrotnościach) składu chemicznego badanych mieszanin związków chemicznych. Jest wiele specyficznych metod analizy ilościowej wykorzystywanych w zależności od chemicznych lub fizycznych właściwości badanych substancji.
Reakcja charakterystyczna - w chemii analitycznej reakcja chemiczna umożliwiająca łatwą identyfikację określonego indywiduum chemicznego (atomu, jonu, grupy funkcyjnej, grupy związków chemicznych). Reakcje charakterystyczne prowadzą zwykle do zmiany barwy roztworu lub jego zmętnienia. Reakcje charakterystyczne na jony nieorganiczne stanową podstawę analizy jakościowej związków nieorganicznych. Swojego rodzaju reakcjami charakterystycznymi są też zmiany barwy chemicznych wskaźników pH.
Amfoteryczność to zdolność związku chemicznego do reakcji z kwasami i zarazem zasadami. Inaczej, jest to zdolność związków chemicznych do bycia w jednych reakcjach kwasami a w innych zasadami. Związki wykazujące amfoteryczność nazywa się czasami amfolitami.
Zn(OH)2) + 2NaOH – Na2ZnO2 + 2H2O
2H+ + ZnO22- = Zn(OH)2 = Zn2+ + 2OH-
OH- + H+ - O – Zn – O – H + OH- - ZnO22- + 2H2O
H+ + H – O - Zn – O – H – H+ - Zn2+ + 2H2O
Reakcje zobojętnienia polega zatem na łączeniu się jonów wodorowych H+ z jonami hydroksylowymi OH- na niezdysocjowane cząsteczki wody które wykazują odczyn obojętny . drugim produktem reakcji jest sól
Reakcja zobojętniania (neutralizacji) - reakcja chemiczna między kwasem a zasadą, która prowadzi do zmiany pH środowiska reakcji w kierunku bardziej obojętnego odczynu. W jej wyniku powstaje sól i często, choć nie zawsze, woda. W innym sensie zobojętnianie to każda reakcja, która prowadzi do zmiany pH środowiska, niekoniecznie między kwasem i zasadą, ale także między solą i kwasem lub zasadą, dwoma kwasami, dwiema zasadami, a nawet dwiema solami.
Na+ + OH- + H+ + Cl- - Na+ + Cl- + H2O
H+ + OH- - H2O
2 HCl + Na2O – 2 NaCl + H2O kwas + tlenek metalu
2NaOH + CO2 – Na2CO3 + H2O zasada + tlenek metalu
Hydroliza - reakcja chemiczna polegająca na rozpadzie cząsteczek związku chemicznego na dwa lub więcej mniejszych fragmentów w reakcji z wodą lub parą wodną. W przypadku soli jonowych przez hydrolizę rozumie się zbiór wtórnych reakcji jonów powstałych w wyniku solwolizy tej soli, które niekiedy prowadzą do zmiany pH środowiska. Większość wodnych roztworów soli wykazuje właściwości mocnych elektrolitów. Równoczesnie roztwory duzej części soli wykazujaodczyn kwaśny lub zasadowy. Kwaśny odczyn wykazuja roztwory soli powstających z mocnych kwasów i słabych zasad, zasadowy roztwory soli mocnych zasad i słabych kwasów, sładbokwaśny lub słabo zasadowy- roztwory soli słabych kwasów i słabych zasad.
Hydroliza jest reakcją odwracalną i odwrotna do reakcji zobojętnienia
CH3COONa + HOH = CH3COOH + HCl
NH4Cl + HOH = NH4OH + HCl mocny kwas słaba zasada
NH4+ +Cl- + HOH = NH4OH + H+ + Cl-
OH-+H+
NaNO2 + HOH = HNO2 + NaOH mocna zasada słaby kwas
Na++NO2- + HOH = HNO2 + Na+ + OH-
NH4+ + HOH = NH4OH + H+ słabe kwasy słabe zasady
CH3COO- + HOH = CH3COOH + OH-
NH4+ + CH3COO- + HOH = NH4OH + CH3COOH
Związki kompleksowe połączenie jonu lub atomu centralnego, którym jest kation lub atom metalu z zespołem jonów lub cząstek obojętnych związanych z nim wiązaniami koordynacyjnymi. Połączenie to może być kationem, anionem lub obojętna cząsteczką
Reakcje utlenienia i redukcji reakcje chemiczne związane z przeniesieniem elektronów jednego atomu do drugiego, a zatem zmianę ich stopnia utlenienia nosi nazwę reakcji utlenienia – redukcji erdoks Stopień utlenienia liczba dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych jakie należałoby przypisać atomom tego pierwiastka gdyby cząstki tego związku miały budowę jonową. Proces polegający na oddawaniu elektronów przez atom lub jon nazywamy utlenianiem, proces odwrotny redukcją
Elektroliza rozcieńczonego roztworu NaCl
Ogólna reakcja elektrolizy wodnego rozcieńczonego roztworu NaCl ma postać
6H2O --> 2H2 (katoda) + O2 (anoda) + 4H+ + 4OH-
Reakcja elektrolizy rozcieńczonego roztworu NaCl polega zasadniczo na rozkładzie wody
2H2O --> 2H2 + O2
Elektroliza wodnego roztworu kwasu
Podczas elektrolizy kwasów z reguły przy katodzie wydziela się wodór, a przy anodzie tlen lub inne produkty (np. Cl2 przy HCl).
Roztwory kwasów tlenowych (H2SO4, H3PO4, HNO3, H2CO3) dają zawsze tlen i wodór.
Jeżeli mamy do czynienia z roztworami rozcieńczonych kwasów, reakcje zachodzące w roztworze mają przebieg taki sam jak dla rozcieńczonych roztworów soli .W przypadku większych stężeń na katodzie mamy do czynienia z reakcją
2H+ + 2e- --> H2 (powstaje wodór)
a na anodzie produktem utlenienia anodowego w przypadku anionów kwasów tlenowych jest tlen dostarczany przez jony OH- lub cząsteczki wody a w przypadku kwasów beztlenowych utlenieniu ulegają aniony reszt kwasowych (2Cl- --> Cl2 + 2e-) z wydzieleniem produktu np. chloru.
Elektroliza zasad
Jeżeli poddaje się elektrolizie bardzo rozcieńczony roztwór zasady, a do elektrod nie przyłoży się z zewnętrznego źródła prądu zbyt dużego napięcia, to rozkładowi ulega głównie woda; w wyniku reakcji katodowej
2H2O + 2e- --> 2OH- + H2
i wydziela się wodór, natomiast w wyniku reakcji anodowej
H2O --> 2H+ + 1/2O2 + 2e-
wydziela się tlen, przy czym objętość tworzącego się wodoru jest dwukrotnie większa od objętości tworzącego się tlenu (w tych samych warunkach)
W przypadku roztworów stężonych proces anodowy jest następujący;
2OH- --> H2O + 1/2O2 + 2e-
Wniosek Prawie wszystkie reakcje elektrodowe zachodzące podczas przepływu prądu elektrycznego przez bardzo rozcieńczone roztwory wodne prowadzą do wydzielenia wodoru i tlenu.
Jak widać z reakcji napisanych wyżej, roztwór wokół anody staję się kwaśny w wyniku tworzenia się jonów wodorowych a roztwór wokół katody zasadowy w wyniku tworzenia się jonów wodorotlenowych.
KCrO4 + AgNO3-> AgCro4+ KNO3
2KCrO4 +Pb(NO3)2-> Pb(CrO4)2 + 2KNO3
3KCrO4 + FeCl3 -> Fe(CrO4)3 + 3KCl
3KCrO4 + Ba(NO)3-> Ba(CrO4)3 + 3KNO3
Ni(NO3)2 + 2 NaOH –> Ni(OH)2 + 2NaNO3
Ni(NO3)2 + 4 NaOH –> Na2[Ni(OH)4]+ 2NaNO3
Ni(NO3)2 + Na2S –> Na2(NO3)2 + NiS
Ni(NO3)2 + 2 C4H8N2O2 –> Ni(C4H8N2O2)2 + 2NO3
ZnSO4 + 2 NaOH –> Zn(OH)2 + Na2SO4
ZnSO4 + 4 NaOH –> Na2ZnO2 + Na2SO4 + 2H2O
ZnSO4 + Na2S – >ZnS + Na2SO4
ZnSO4 + K4Fe(CN)6 –> Zn2[Fe(CN)6] + 2 K2SO4
Kationy
Srebra Ag+
AgNO3 + HCl – >AgCl + HNO3
Ag+ + Cl- -> AgCl serowaty osad chlorku srebra
AgNO3 + 2NaOH – >2AgOH + 2 NO3
2AgOH –> Ag2O + H2O brunatny osad tlenku srebra
AgNO3 + K2CrO4 –> Ag2CrO4 + 2KNO3 czerwono brunatny osad
2Ag+ + CrO42- -> Ag2CrO4
Cyna Sn2+
SnCl2 + Na2S –> SnS + 2 NaCl brunatny osad
Sn2+ + S2- -> SnS
2HgCl2 + SnCl2 –> H2Cl2 + SnCl4 biały osad przechdzi w szary
ZELAZO Fe3+
2FeCl3 + 3Na2S –> Fe2S3 + 6NACl czarny osad
2Fe3+ + 3S2- -> Fe2S3
FeCl3 + 3NaOH –> Fe(OH)3 + 3 NaCl czerwonobrunatny osad
Fe3+ + 3OH- -> Fe(OH)3
FeCl3 + 3NH4SCN –> Fe(SCN)3 + 3 NH4Cl krwistoczerwone zabarwienie
FeCL3 + 3K4[Fe(CN)6] –> Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl ciemnoniebieski osad
CHROM Cr3+
CrCl3 + 3NaOH –> Cr(OH)3 + NaCl
Cr(OH)3 + 2H2O +4NaOH –> Na2CrO4 + 6H2O zabarwienie roztworu z zielonego na żółte
Cynkowy Zn2+
Zn(OH)2 + 4N4OH –> [Zn(NH3)4] (OH)2 + 4 H2O
Zn(OH)2 + 4NH4OH –> [Zn(NH3)4]2+ + 2OH- + 4H2O biały osad wodorotlenku cynkowego
Aniony
TIOCYJANIANOWY SCN-
FeCl3 +3NH4SCN –> Fe(SCN)3 + 3 NH4Cl brunatna plamka
JODKOWY I-
2FeCl3 + 2KI –> 2FeCl2 +2KCl + I2 brunatna plamka
HEKSACYJANOZELAZIANOWY (II)
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] –> Fe4[Fe(SN)6]3 + 12KCl ciemnoniebieska plamka błękit pruski
CHROMIANOWY CrO42-
K2CrO4 + 2AgNO3 –>Ag2CrO4 + 2KNO3 czekoladowo brunatna plamka