Kimyo · Analitik va fizikaviy kimyo · 2-kurs

Sifat analizi va gravimetriya

Ruda yoki mineral suvda qaysi ionlar bor va sulfat necha milligramm?

Vaziyat

Olmaliq kon-metallurgiya kombinati rudasining eritmasi va Chortoq mineral suvining namunasi analitik laboratoriyaga keldi: «tarkibida nima bor va qancha?». Sifat analizi qaysi ionlar borligini aytadi — probirkalarda guruh reagentlari, sentrifuga va gorelka alangasi. Miqdoriy analiz — gravimetriya: sulfat bariy sulfat shaklida cho‘ktirilib, tigelda doimiy massagacha kuydiriladi va analitik tarozida 0,1 mg aniqlikda tortiladi; burchakdagi derivatograf qizdirilgan moddaning massasi qanday kamayishini yozadi. Qanday qilib bir necha tomchi eritmadan ruda tarkibini «o‘qish» mumkin?

Mavzu

Sifat analizi va gravimetriya. Chortoq mineral suvi va Olmaliq rudasining namunasi analitik laboratoriyaga keldi: «tarkibida nima bor va qancha?». Probirkalar tokchasi, sentrifuga, gorelka…

Asosiy tushunchalar

Kationlar guruhlari
Eruvchanlik ko‘paytmasi
Gravimetriya

Formulalar

K_{s} (BaSO_{4}) = [Ba^{2 +}] [SO_{4}^{2 -}], s = \sqrt{K_{s}}, s |_{Ba^{2 +} ortiqcha} = \frac{K_{s}}{[Ba^{2 +}]}

Eruvchanlik ko‘paytmasi va eruvchanlik; umumiy ion eruvchanlikni kamaytiradi.

I = \frac{1}{2} \sum c_{i} z_{i}^{2}, \lg γ = - 0,51 z^{2} (\frac{\sqrt{I}}{1 + \sqrt{I}} - 0,3 I)

Ion kuchi va aktivlik koeffitsiyenti (Debay–Gyukkel, Devis ko‘rinishi): $a = γ c$ , $K_{s}^{\circ} = a (Ba^{2 +}) a (SO_{4}^{2 -})$ — tuz effekti.

m (SO_{4}^{2 -}) = m (BaSO_{4}) \cdot F, F = \frac{M (SO_{4}^{2 -})}{M (BaSO_{4})} = 0,4116

Gravimetrik (analitik) faktor: tortiladigan shakldan aniqlanadigan moddaga o‘tish.

ω (H_{2} O) = \frac{m_{1} - m_{2}}{m_{1} - m_{0}} \cdot 100 %

Kristallizatsiya suvi: $m_{0}$ — bo‘sh tigel, $m_{1}$ — tigel + gidrat, $m_{2}$ — doimiy massagacha qizdirilgandan keyin.

\frac{[I^{-}]}{[Cl^{-}]} = \frac{K_{s} (AgI)}{K_{s} (AgCl)} \approx 5 \cdot 10^{- 7}

Bo‘laklab cho‘ktirish: AgCl cho‘ka boshlaganda eritmada yodid ionlari deyarli qolmagan.

Nazariya

Analitik kimyo va sistematik sxema

Analitik kimyo suv, tuproq, havo, qotishmalar, rudalar, biologik va atrof-muhit obyektlarining tarkibini aniqlaydi: sifat analizi — qanday ionlar bor, miqdoriy analiz — qancha. Analiz bosqichlari: namuna olish, uni parchalash (rudani $HNO_{3}$ yoki «zar suvi»da eritish, $Na_{2} CO_{3}$ bilan suyuqlantirish), aniqlash, natijani hisoblash. Kislota-asos tasnifi bo‘yicha kationlar olti guruh: I — $K^{+}, Na^{+}, NH_{4}^{+}$ (guruh reagenti yo‘q); II — $Ag^{+}, Pb^{2 +}, Hg_{2}^{2 +}$ (2 M HCl, xloridlar); III — $Ba^{2 +}, Sr^{2 +}, Ca^{2 +}$ (1 M $H_{2} SO_{4}$ + spirt, sulfatlar); IV — $Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Zn^{2 +}, Sn^{2 +}, Sn^{4 +}$ (ortiqcha NaOH da eriydigan amfoter gidroksidlar; $H_{2} O_{2}$ $Cr^{3 +}$ ni sariq $CrO_{4}^{2 -}$ ga oksidlaydi); V — $Fe^{2 +}, Fe^{3 +}, Mn^{2 +}, Bi^{3 +}, Mg^{2 +}, Sb^{3 +}, Sb^{5 +}$ (ortiqcha ishqorda erimaydi); VI — $Cu^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Cd^{2 +}, Hg^{2 +}$ (ortiqcha $NH_{3}$ da ammiakatlar). Sistematik analiz: guruhlar ketma-ket ajratiladi (reagent → sentrifuga → eritma keyingi probirkaga), bo‘laklab analiz: ion alohida portsiyada boshqalar xalaqit bermaydigan reaksiya bilan topiladi ( $NH_{4}^{+}$ , $Fe^{2 +}$ , $Fe^{3 +}$ , $Sn^{2 +}$ — dastlabki eritmadan, chunki sxemada oksidlanish darajasi o‘zgaradi). Ish qoidalari: probirka og‘zini o‘zingizga qaratmang, sentrifugani muvozanatlab yuklang, hidni qo‘l bilan yelpib aniqlang, hech narsani tatib ko‘rmang.

Kationlarning xususiy reaksiyalari

I: $K^{+}$ — $Na_{3} [Co (NO_{2})_{6}]$ bilan sariq cho‘kma; $Na^{+}$ — $K [Sb (OH)_{6}]$ bilan oq kristallar; $NH_{4}^{+}$ — ishqor bilan qizdirilsa $NH_{3}$ (ho‘l lakmus ko‘karadi), Nessler reaktivi bilan qizil-qo‘ng‘ir cho‘kma. II: AgCl $NH_{3}$ da eriydi va $HNO_{3}$ bilan qayta cho‘kadi; $PbCl_{2}$ issiq suvda eriydi, KI bilan sariq $PbI_{2}$ ; $Hg_{2} Cl_{2}$ ammiakda qorayadi. III: $Ba^{2 +}$ — $K_{2} Cr_{2} O_{7}$ bilan sariq $BaCrO_{4}$ ; $Sr^{2 +}$ — gips suvi bilan sekin loyqa; $Ca^{2 +}$ — oksalat bilan oq $CaC_{2} O_{4}$ . IV: $Al^{3 +}$ — alizarin bilan qizil lak; $CrO_{4}^{2 -}$ — kislotali $H_{2} O_{2}$ va efir bilan ko‘k $CrO_{5}$ ; $Zn^{2 +}$ — $K_{4} [Fe (CN)_{6}]$ bilan oq cho‘kma; $Sn^{2 +}$ — $HgCl_{2}$ ni $Hg$ gacha qaytaradi. V: $Fe^{2 +}$ — $K_{3} [Fe (CN)_{6}]$ (Turnbul ko‘ki), $Fe^{3 +}$ — $K_{4} [Fe (CN)_{6}]$ (Berlin lazuri) va KSCN (qon-qizil); $Mn^{2 +}$ — $NaBiO_{3}$ bilan binafsha $MnO_{4}^{-}$ ; $Bi^{3 +}$ — stannit bilan qora Bi; $Mg^{2 +}$ — $MgNH_{4} PO_{4}$ ; $Sb^{3 +}$ — tiosulfat bilan qizil $Sb_{2} OS_{2}$ , $Sb^{5 +}$ — rodamin B. VI: $Cu^{2 +}$ — ammiakda to‘q ko‘k, $K_{4} [Fe (CN)_{6}]$ bilan qizil-qo‘ng‘ir; $Ni^{2 +}$ — dimetilglioksim bilan malina-qizil; $Co^{2 +}$ — $NH_{4} SCN$ + amil spirt — ko‘k qatlam; $Cd^{2 +}$ — sariq CdS; $Hg^{2 +}$ — KI bilan qizil $HgI_{2}$ . Alanga: Na sariq (589 nm), K binafsha (766 nm, kobalt shisha orqali), Li to‘q qizil (671 nm), Ca g‘isht-qizil, Sr to‘q qizil, Ba sarg‘ish-yashil, Cu yashil-ko‘k.

Anionlar va quruq tuz analizi

I guruh ( $SO_{4}^{2 -}, SO_{3}^{2 -}, S_{2} O_{3}^{2 -}, CO_{3}^{2 -}, HPO_{4}^{2 -}, B_{4} O_{7}^{2 -}, SiO_{3}^{2 -}$ ) neytral yoki kuchsiz ishqoriy muhitda $BaCl_{2}$ bilan cho‘kadi; faqat $BaSO_{4}$ HCl da erimaydi. II guruh ( $Cl^{-}, Br^{-}, I^{-}$ ) — $AgNO_{3}$ + $HNO_{3}$ : oq AgCl, och sariq AgBr, sariq AgI; AgCl ammoniy karbonatda eriydi; $Br^{-}$ va $I^{-}$ xlorli suv bilan xloroformni zarg‘aldoq/binafsha bo‘yaydi. III guruh ( $NO_{3}^{-}, NO_{2}^{-}, CH_{3} COO^{-}$ ) guruh reagentisiz: difenilamin (ko‘k), $NO_{2}^{-}$ KI dan yod chiqaradi, asetat $FeCl_{3}$ bilan qizil-qo‘ng‘ir. Xususiy: $SO_{3}^{2 -}$ va $S_{2} O_{3}^{2 -}$ yodni rangsizlantiradi, tiosulfat kislotada S cho‘kmasi beradi, karbonat — $CO_{2}$ (ohak suvi loyqalanadi), fosfat — molibdat bilan sariq, borat — yashil alanga, silikat — iviq $H_{2} SiO_{3}$ . Bo‘laklab cho‘ktirish: $Cl^{-}$ va $I^{-}$ aralashmasiga $AgNO_{3}$ tomizilsa, avval eruvchanlik ko‘paytmasiga oldin yetadigan AgI cho‘kadi. Quruq tuz: rangi va eruvchanligi qaraladi, alanga sinovi qilinadi, so‘ng eritmada kation va anion topiladi.

Muvozanat, eruvchanlik va ion kuchi

Massalar ta’siri qonuni: $K = \prod [mahsulot] / \prod [dastlabki]$ . Analitik konsentratsiya — eritmaga kiritilgan moddaning umumiy miqdori, muvozanat konsentratsiyasi — muayyan shakl ( $SO_{4}^{2 -}$ yoki $HSO_{4}^{-}$ ). Ionlar bir-birini ekranlaydi: aktivlik $a = γ c$ ; ion kuchi $I = \frac{1}{2} \sum c_{i} z_{i}^{2}$ , $γ$ Debay–Gyukkel qonuni bo‘yicha (kichik I da $\lg γ = - 0,51 z^{2} \sqrt{I}$ ). Konstantalar: termodinamik (aktivliklarda), konsentratsion (I ga bog‘liq), shartli (pH va qo‘shimcha reaksiyalar hisobga olingan). Eruvchanlik ko‘paytmasi $K_{s}$ (25 °C): $BaSO_{4}$ 1,1·10⁻¹⁰, AgCl 1,8·10⁻¹⁰, AgBr 5,4·10⁻¹³, AgI 8,5·10⁻¹⁷, $CaC_{2} O_{4}$ 2,3·10⁻⁹, $PbCl_{2}$ 1,7·10⁻⁵. Eruvchanlikka ta’sir etuvchi omillar: umumiy ion (kamaytiradi), tuz effekti — begona elektrolit $γ$ ni kamaytirib eruvchanlikni oshiradi, kislotalik ( $BaSO_{4}$ kuchli kislotada $HSO_{4}^{-}$ hosil bo‘lgani uchun ko‘proq eriydi: $K_{s}^{'} = K_{s} (1 + [H^{+}] / K_{a 2})$ , $K_{a 2}$ = 1,02·10⁻²), kompleks hosil bo‘lishi (AgCl ammiakda), harorat. Gidroliz ham cho‘ktirishga ta’sir etadi: $BiCl_{3}$ va $SbCl_{3}$ suyultirilganda oq $BiOCl$ , $SbOCl$ tushadi — gidroliz darajasi va konstantasi «Tuzlar gidrolizi va muhit» tajribasida.

Gravimetrik analiz (laboratoriya)

Bevosita usulda aniqlanadigan modda cho‘kma holida ajratiladi ( $SO_{4}^{2 -} \overset{}{\to} BaSO_{4}$ ), bilvositada uchib ketgan qismi topiladi (kristallizatsiya suvi, $CO_{2}$ ). Cho‘ktiriladigan va tortiladigan shakl farq qilishi mumkin ( $Fe (OH)_{3} \overset{}{\to} Fe_{2} O_{3}$ ). Kristall cho‘kma (BaSO₄) uchun nisbiy o‘ta to‘yinish (Q − S)/S kichik bo‘lishi kerak: suyultirilgan, kislotalangan, issiq eritmaga $BaCl_{2}$ sekin, aralashtirib qo‘shiladi; amorf (gidroksidlar) — konsentrlangan issiq eritmada, elektrolit bilan koagulyatsiya. Etilish (suv hammomida 1–2 soat): mayda kristallar erib, yiriklari o‘sadi. Birgalashib cho‘kish: sirtda adsorbsiya (yuvib ketkaziladi), ichida okklyuziya, aralash kristall — izomorfizm ( $KMnO_{4}$ ning $BaSO_{4}$ bilan). Kulsiz «ko‘k lenta» filtr, issiq suv bilan $Cl^{-}$ yo‘qolguncha yuvish (filtratni $AgNO_{3}$ bilan tekshirish), quritish, 800 °C da kuydirish, eksikatorda sovitib doimiy massagacha (ikki tortish farqi ≤ 0,2 mg) tortish. Analitik tarozi (d = 0,1 mg): idish xona haroratida, qo‘l bilan emas — qisqich bilan, eshikchalar yopiq. Kristallizatsiya suvi: $CuSO_{4} \cdot 5 H_{2} O$ — 36,08 %, $BaCl_{2} \cdot 2 H_{2} O$ — 14,75 %. Xatolar: sistematik (eruvchanlik, okklyuziya, filtrdan o‘tish — jurnaldagi «xatolar byudjeti»), tasodifiy (tortish ±0,1 mg, pipetka), qo‘pol (cho‘kmani to‘kib yuborish); natijaning haqiqiy qiymatdan farqi — absolyut xato, uning haqiqiy qiymatga nisbati — nisbiy xato (%); parallel natijalardan o‘rtacha, standart chetlanish va ishonch oralig‘i hisoblanadi.

Termik analiz, xavfsizlik va model

Termogravimetriya (TG): namuna tarozi bilan bog‘langan pechda bir tekis qizdiriladi, massa haroratga qarab yoziladi; DTG — massaning hosilasi (pog‘onalar cho‘qqiga aylanadi); DTA — namuna va inert etalon ( $Al_{2} O_{3}$ ) harorati farqi: endotermik jarayon (suvsizlanish, parchalanish, suyuqlanish) — pastga, ekzotermik (yonish, kristallanish) — yuqoriga. $CaC_{2} O_{4} \cdot H_{2} O$ : ≈ 200 °C da −12,3 % ( $H_{2} O$ ), ≈ 480 °C da yana −19,2 % ( $CO$ ; havoda CO yonadi — DTA da ekzotermik cho‘qqi), ≈ 750 °C da −30,1 % ( $CO_{2}$ ), qoladi 38,4 % CaO. Qizdirish tezligi oshsa, cho‘qqilar yuqori haroratga suriladi. Suyuqlanish va kristallanish: qalay 231,9 °C da endotermik cho‘qqi beradi, sovitilganda biroz o‘ta sovib ekzotermik kristallanadi. Xavfsizlik: simob, qo‘rg‘oshin, bariy, kadmiy tuzlari va xromatlar zaharli — chiqindisi alohida idishga; kislotani suvga quying; mufel pechidan tigelni uzun qisqich va qo‘lqop bilan oling; alanga yonida spirt va efirni ochiq qoldirmang. Model: ionlar va reaksiyalar darslikdagi sxema bo‘yicha, interferensiyalar soddalashtirilgan; alanga spektridagi polosalar taxminiy; gravimetriya xatolari (okklyuziya, filtrdan o‘tish, adsorbsiya, yuvish) — yarim miqdoriy model, eruvchanlik esa $K_{s}$ , Devis tenglamasi va $K_{a 2}$ dan aniq; namunalar tarkibi namunaviy; termik egrilar — adabiyotdagi massa yo‘qotishlari va namunaviy cho‘qqi shakllari; pech va derivatograf vaqti tezlashtirilgan.

Bilasizmi?

R. Bunzen va G. Kirxgof 1860–1861-yillarda alanga spektrlarini o‘rganib, ikki yangi elementni — seziy (ko‘k chiziqlari bo‘yicha) va rubidiyni (qizil chiziqlari bo‘yicha) — kashf qilishgan.
Massa, uning hosilasi va issiqlik effektini bir vaqtda yozuvchi asbob — derivatografni 1950-yillarda vengriyalik kimyogarlar F. Paulik, J. Paulik va L. Erdei yaratishgan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Termokimyo va Gibbs energiyasi — 1-kurs
Elektrokimyoviy analiz — 1-kurs
Titrimetrik analiz — 2-kurs
Optik analiz usullari — 2-kurs
Ekstraksiya va xromatografiya — 2-kurs
Spektrlar: tuzilishni aniqlash — 2-kurs
Qotishmalar: holat diagrammalari — 2-kurs
Kimyoviy kinetika va Arrenius — 2-kurs
Kataliz va fermentlar — 2-kurs
Kolloidlar va adsorbsiya — 2-kurs