În prezent, există mulți specialiști care s-au dedicat științelor fizice sau chimice și, uneori, ambelor. Într-adevăr, majoritatea fenomenelor pot fi explicate logic tocmai prin astfel de experimente. Vom lua în considerare metodele de cercetare fizică mai detaliat.
Metode de analiză în chimia analitică
Chimia analitică este știința detectării, separării și identificării substanțelor chimice. Pentru efectuarea anumitor operatii cu compusi se folosesc metode chimice, fizice si fizico-chimice de analiza. Această din urmă metodă este numită și instrumentală, deoarece aplicarea ei necesită echipamente de laborator moderne. Este subdivizat în grupe spectroscopice, fizică nucleară și radiochimice.
De altfel, în chimie pot apărea probleme de diferite tipuri care necesită soluții individuale. În funcție de aceasta, există metode de analiză calitativă (determinarea numelui și a formei unei substanțe) și cantitativă (determinarea cât de mult dintr-o anumită substanță este conținută într-o alicotă sau probă).
Metode de analiză cantitativă
Vă permit să determinați conținutul substanței originale din probă. În total, există metode chimice, fizico-chimice și fizice de analiză cantitativă.
Metode chimice de analiză cantitativă
Sunt împărțite în:
- Analiză de greutate care vă permite să determinați conținutul unei substanțe cântărind pe o balanță analitică și efectuând operațiuni ulterioare.
- Analiza de volum, care implică măsurarea volumului de substanțe în diferite stări sau soluții agregate.
La rândul său, este împărțit în următoarele subsecțiuni:
Analiza titrimetrică
Metodele chimice nu sunt întotdeauna convenabile de utilizat, deoarece adesea este necesar să se separe amestecul pentru a izola componenta dorită. Pentru a efectua o astfel de operație fără utilizarea reacțiilor chimice, se folosesc metode fizice de analiză. Și pentru a observa modificarea proprietăților fizice ale compusului ca urmareefectuarea de reacții - fizice și chimice.
Metode fizice de analiză cantitativă
Sunt utilizate în timpul multor studii de laborator. Metodele fizice de analiză includ:
- Spectroscopic - bazat pe interacțiunea atomilor, moleculelor, ionilor compusului studiat cu radiația electromagnetică, în urma căreia fotonii sunt absorbiți sau eliberați.
- Metoda nuclearo-fizică constă în expunerea unei probe din substanța studiată la un flux de neutroni, prin studierea căruia, în urma experimentului, se poate determina conținutul cantitativ al elementelor conținute în probă prin măsurarea radiatii radioactive. Acest lucru funcționează deoarece cantitatea de activitate a particulelor este direct proporțională cu concentrația elementului studiat.
- Metoda radiochimică este de a determina conținutul în substanță al izotopilor radioactivi formați ca urmare a transformărilor.
Metode fizico-chimice de analiză cantitativă
Deoarece aceste metode sunt doar o parte a metodelor fizice de analiză a unei substanțe, ele sunt, de asemenea, împărțite în metode de cercetare spectroscopice, nuclear-fizice și radiochimice.
Metode de analiză calitativă
În chimia analitică, pentru a studia proprietățile unei substanțe, a determina starea ei fizică, culoarea, gustul, mirosul, se folosesc metode de analiză calitativă care, la rândul lor, se împart în aceleași substanțe chimice, fizice. și fizico-chimice (instrumentale). În plus, metodele fizice de analiză sunt preferate în chimia analitică.
Metodele chimice se desfășoară în două moduri: reacții în soluții și reacții în mod uscat.
Reacții pe cale umedă
Reacțiile în soluții au anumite condiții, dintre care una sau mai multe trebuie îndeplinite:
- Formarea unui precipitat insolubil.
- Schimbarea culorii soluției.
- Evoluția unei substanțe gazoase.
Formarea de precipitate poate avea loc, de exemplu, ca urmare a interacțiunii clorurii de bariu (BaCl2) și acidului sulfuric (H2SO4). Produșii reacției sunt acid clorhidric (HCl) și un precipitat alb insolubil în apă - sulfat de bariu (BaSO4). Atunci condiția necesară pentru apariția unei reacții chimice va fi îndeplinită. Uneori, produsele reacției pot fi câteva substanțe, care trebuie separate prin filtrare.
Schimbarea culorii soluției ca rezultat al interacțiunii chimice este o caracteristică foarte importantă a analizei. Acest lucru se observă cel mai adesea atunci când se lucrează cu procese redox sau când se utilizează indicatori în procesul de titrare acido-bazică. Substanțele care pot colora soluția cu culoarea adecvată includ: tiocianatul de potasiu KSCN (interacțiunea sa cu sărurile de fier III este însoțită de o colorare roșie sânge a soluției), clorura ferică (atunci când interacționează cu apa cu clor, culoarea verde slabă a soluției). soluția devine galbenă), dicromat de potasiu (atunci când este redusă și sub acțiunea acidului sulfuric, se schimbă de la portocaliu laverde închis) și altele.
Reacțiile care au loc cu eliberarea gazului nu sunt de bază și sunt folosite în cazuri rare. Dioxidul de carbon cel mai frecvent produs în laboratoare este CO2.
Reacții uscate
Astfel de interacțiuni se realizează pentru determinarea conținutului de impurități din substanța analizată, în studiul mineralelor, și constă în mai multe etape:
- Test de fuzibilitate.
- Test de culoare flacără.
- Test de volatilitate.
- Abilitatea de a reacții redox.
De obicei, substanțele minerale sunt testate pentru capacitatea de topire prin preîncălzirea unei mici mostre din ele pe un arzător cu gaz și observând rotunjirea marginilor sale sub o lupă.
Pentru a verifica modul în care proba este capabilă să coloreze flacăra, se aplică pe o sârmă de platină mai întâi la baza flăcării și apoi pe locul cel mai încălzit.
Vatilitatea probei este verificată în cilindrul de analiză, care este încălzit după introducerea elementului de testare.
Reacțiile proceselor redox se desfășoară cel mai adesea în bile uscate de borax topit, în care proba este plasată și apoi supusă încălzirii. Există și alte modalități de a efectua această reacție: încălzire într-un tub de sticlă cu metale alcaline - Na, K, încălzire simplă sau încălzire pe cărbune și așa mai departe.
Utilizarea indicatorilor chimici
Uneori, metodele de analiză chimică folosesc diferiteindicatori care ajută la determinarea pH-ului mediului unei substanțe. Cele mai utilizate sunt:
- Turnesol. Într-un mediu acid, hârtia de turnesol devine roșie, iar într-un mediu alcalin devine albastră.
- Methylorange. Când este expus la un ion acid, acesta devine roz, alcalin - devine galben.
- Fenolftaleină. Într-un mediu alcalin, este caracteristic unei culori roșii, iar într-un mediu acid nu are culoare.
- Curcumin. Este folosit mai rar decât alți indicatori. Devine maro cu alcalii și galben cu acizi.
Metode fizice de analiză calitativă
În prezent, ele sunt adesea folosite atât în cercetarea industrială, cât și în cea de laborator. Exemple de metode fizice de analiză sunt:
- Spectral, despre care a fost deja discutat mai sus. Acesta, la rândul său, este împărțit în metode de emisie și absorbție. În funcție de semnalul analitic al particulelor, se disting spectroscopia atomică și moleculară. În timpul emisiei, proba emite cuante, iar în timpul absorbției, fotonii emiși de eșantion sunt absorbiți selectiv de particule mici - atomi și molecule. Această metodă chimică utilizează tipuri de radiații precum ultraviolete (UV) cu o lungime de undă de 200-400 nm, vizibile cu o lungime de undă de 400-800 nm și infraroșu (IR) cu o lungime de undă de 800-40000 nm. Astfel de zone de radiație sunt altfel numite „gamă optică”.
- Metoda luminescentă (fluorescentă) constă în observarea emisiei de lumină de către substanța studiată datorităexpunerea la razele ultraviolete. Proba de testat poate fi un compus organic sau mineral, precum și unele medicamente. Atunci când sunt expuși la radiații UV, atomii acestei substanțe trec într-o stare excitată, caracterizată printr-o rezervă de energie impresionantă. În timpul tranziției la starea normală, substanța luminesce din cauza cantității reziduale de energie.
- Analiza de difracție de raze X se efectuează, de regulă, folosind raze X. Ele sunt utilizate pentru a determina dimensiunea atomilor și modul în care sunt localizați în raport cu alte molecule de probă. Astfel, se constată rețeaua cristalină, compoziția probei și prezența impurităților în unele cazuri. Această metodă utilizează o cantitate mică de analit fără a utiliza reacții chimice.
- Metoda spectrometrică de masă. Uneori se întâmplă ca câmpul electromagnetic să nu permită trecerea anumitor particule ionizate prin el din cauza unei diferențe prea mari în raportul dintre masă și sarcină. Pentru a le determina, este necesară această metodă fizică de analiză.
Astfel, aceste metode sunt la mare căutare, în comparație cu cele chimice convenționale, deoarece au o serie de avantaje. Cu toate acestea, combinația de metode chimice și fizice de analiză în chimia analitică oferă un rezultat mult mai bun și mai precis al studiului.
Metode fizico-chimice (instrumentale) de analiză calitativă
Aceste categorii includ:
- Metode electrochimice care constau în măsurareforțele electromotoare ale celulelor galvanice (potențiometrie) și conductivitatea electrică a soluțiilor (conductometrie), precum și în studiul mișcării și repausului proceselor chimice (polarografie).
- Analiza spectrală a emisiilor, a cărei esență este determinarea intensității radiației electromagnetice pe o scară de frecvență.
- Metoda fotometrică.
- Analiza spectrală cu raze X, care examinează spectrele razelor X care au trecut prin eșantion.
- Metoda de măsurare a radioactivității.
- Metoda cromatografică se bazează pe interacțiunea repetată a sorbției și desorbției unei substanțe atunci când aceasta se deplasează de-a lungul unui sorbent imobil.
Trebuie să știți că, practic, metodele fizico-chimice și fizice de analiză în chimie sunt combinate într-un singur grup, așa că, atunci când sunt luate în considerare separat, au multe în comun.
Metode fizico-chimice de separare a substanțelor
Foarte des în laboratoare există situații în care este imposibil să extragi substanța necesară fără a o separa de alta. În astfel de cazuri, se folosesc metode de separare a substanțelor, care includ:
- Extractie - o metoda prin care substanta necesara este extrasa dintr-o solutie sau amestec cu ajutorul unui extractant (solvent corespunzator).
- Cromatografie. Această metodă este folosită nu numai pentru analiză, ci și pentru separarea componentelor care se află în faza mobilă și staționară.
- Separare prin schimb ionic. Ca urmaresubstanța dorită poate precipita, insolubilă în apă și poate fi apoi separată prin centrifugare sau filtrare.
- Separarea criogenică este utilizată pentru a extrage substanțe gazoase din aer.
- Electroforeza este separarea substanțelor cu participarea unui câmp electric, sub influența căruia particulele care nu se amestecă între ele se deplasează în medii lichide sau gazoase.
Astfel, asistentul de laborator va putea întotdeauna să obțină substanța necesară.
