CHEMIA ANALITYCZNA

1. Wstęp

Chemia analityczna jest działem chemii zajmującym się dwoma podstawowymi aspektami. Analiza jakościowa odpowiada na pytanie, jaki jest skład jakościowy badanej próbki, analiza ilościowa umożliwia określenie ile, którego składnika wchodzi w jej skład.

Analiza chemiczna

Analiza jakościowa

1. Analiza kationów i anionów

2. Analiza instrumentalna

• Metody elektrochemiczne

• Metody chromatograficzne

• Metody spektrofotometryczne

Analiza ilościowa

1. Analiza wagowa

2. Analiza objętościowa

3. Analiza instrumentalna

• Metody elektrochemiczne

• Metody chromatograficzne

• Metody spektrofotometryczne

Analiza objętościowa

Metody analizy objętościowej (miareczkowej) polegają na oznaczaniu składnika w roztworze badanym za pomocą roztworu odczynnika (titranta) o znanym stężeniu, czyli mianie, odmierzanego dokładnie za pomocą biurety. Dodawanie roztworu titranta z biurety do naczynia z roztworem miareczkowanym nazywamy miareczkowaniem.

W metodach miareczkowych można wykorzystywać reakcje chemiczne, które:

• przebiegają stechiometrycznie (ilościowo),

• przebiegają dostatecznie szybko,

• których punkt równoważnikowy można wyznaczyć z dostateczną dokładnością,

• w których biorą udział związki chemiczne dające roztwory dostatecznie trwałe w warunkach miareczkowania.

Wzory chemiczne i matematyczne

M → Mⁿ⁺ + ne

Zn + 2H⁺ + 2Cl^- → Zn²⁺ + 2Cl^- + H₂ ↑

Na₂S + H₂SO₄ → Na₂SO₄ +H₂S↑

4(C₂H₅)MgCl + Pb (anoda i pył ołowiany) → (C₂H₅)₄Pb + 4MgCl⁺ + 4e

µ_ch = µ + zFϕ

µ_ch = µ + zFΨ + zFχ

c = 2,5⋅10^-5 [mol⋅dm^-3]

2Na⁺ + S^2- + 2H⁺ + SO₄^2- → 2Na⁺ + SO₄^2- + H₂S↑

Pb(OH)₃^- + 2e → Pb(Hg) + 3OH^-

n(-SO₃^-H)_polym + Mⁿ⁺_roztwór → [Mⁿ⁺(-SO₃^-)_n]_polym + nH⁺_roztwór

$$K = \ \frac{\left\lbrack H^{+} \right\rbrack \bullet \lbrack\text{OH}^{-}\rbrack}{H_{2}O}$$

$$E = \ E^{0} + \frac{\text{RT}}{2F}\ln\frac{\alpha_{H^{+}}^{2}}{\alpha_{H_{2}}}$$

$$E = E^{0} + \frac{\text{RT}}{F}\ln\alpha_{H^{+}} = E^{0} - \frac{2.303RT}{F}\text{pH}$$

$$\sin\varphi = \frac{\omega L - \frac{1}{\text{ωC}}}{\sqrt{R^{2} + \left( \omega L - \frac{1}{\text{ωC}} \right)^{2}}}$$

$$\cos{\varphi = \frac{R}{\sqrt{R^{2} + \left( \omega L - \frac{1}{\text{ωC}} \right)^{2}}}}$$

$$\theta\left( x \right) = \left\{ \begin{matrix} 0\ dla\ x < 0 \\ \frac{1}{2}dla\ x = 0 \\ 1\ dla\ x > 0 \\ \end{matrix} \right.\ $$

$$i = nFAk_{s}\left\{ \frac{C_{\text{Ox}}^{0}\exp\left\lbrack - \frac{\text{αnF}}{\text{RT}}\left( E - E^{0} \right) \right\rbrack - C_{\text{Red}}^{0}\exp\left\lbrack \frac{\left( 1 - \alpha \right)\text{nF}}{\text{RT}}\left( E - E^{0} \right) \right\rbrack}{1 + \frac{\delta k_{s}}{D}\left\{ \exp\left\lbrack - \frac{\text{αnF}}{\text{RT}}\left( E - E^{0} \right) \right\rbrack + exp\left\lbrack \frac{\left( 1 - \alpha \right)\text{nF}}{\text{RT}}\left( E - E^{0} \right) \right\rbrack \right\}} \right\}$$

Tabele

Tabela 1. Zestawienie podstawowych metod analizy objętościowej i titrantów używanych w metodach analizy objętościowej

Nazwa metody	Rodzaj titranta
	Nazwa
Alkacymetria
Acydymetria	Kwas chlorowodorowy
	Kwas siarkowy (VI)
	Kwas azotowy (V)
Alkalimetria	Wodorotlenek sodu
	Wodorotlenek potasu
	Wodorotlenek baru
Redoksymetria
Manganometria	Manganian(VII) potasu
Cerometria	Siarczan(VI) ceru(IV)
Bromianometria	Bromian(VI) potasu
Chromianometria	Dwuchromian(VI) potasu
Jodometria	Roztwór jodu
	Jodek potasu
	Tiosiarczan sodu
Argentometria	Azotan(V) srebra
	Rodanek amonu
	Chlorek sodu
Kompleksometria	Wersenian sodowy (EDTA)

Tabela 2. Wzory opisujące zmiany wykładnika stężenia jonów w trakcie miareczkowania

Układ	Wzór
Przed miareczkowaniem	pMe = −logcMe
Przed PR (VL < V0)	$$pMe = {- logc}_{\text{Me}}\frac{V_{0} - V_{L}}{V_{0} + V_{L}}$$
W PR (VL = V0)	$$pMe = \frac{1}{2}\log\frac{{2\beta}_{\text{MeL}}}{c_{\text{Me}}}$$
Po PR (VL > V0)	$$pMe = \text{logβ}_{\text{MeL}} + log\frac{V_{L} - V_{0}}{V_{0}}$$

gdzie: V₀ - pojemność początkowa roztworu jonów metalu

V_L - objętość dodanego titranta

c_MeL - stężenie roztworu jonów metalu

c_L - stężenie roztworu titranta

Obiekty graficzne

Rysunek 1. Przykładowy zestaw do miareczkowania

Rysunek 2. Zmiana barwy wskaźnika fenoloftaleiny podczas miareczkowania mocnej zasady mocnym kwasem

Rysunek 3. Ogólny schemat pomiarów w analizie instrumentalnej