Analytická chemie KCH/SPANA

Analytická chemieKCH/SPANA Mgr. Martin Mucha, Ph.D. kl. 2190 martin.mucha@osu.cz

Náplň předmětu • Základy klasické analytické chemie - definice ACH - základní pojmy - chemické rovnováhy používané v ACH • Základní instrumentální metody ACH - základní pojmy instrumentální ACH - elektrochemické metody (potenciometrie, konduktometrie, elektrogravimetrie, coulometrie, polarografie/voltametrie) - spektrální metody (AAS, UV-VIS, IR) - Separační metody

Požadavky • Zkouška: Předzkoušková písemka Výpočty probrané v seminářích, týkající se probíraného učiva. Ústní zkouška Prokázat přehled o analytických metodách klasických i instrumentálních.

Analytická chemie – definice a charakteristika • V rámci chemie – aplikovaná věda (aplikace poznatků). • Jako samostatný vědní obor – teoretická, metodologická a aplikovaná část. • Předmět ACH: studium chemického složení látek.

Základní pojmy ACH • Kvalitativní ACH – z čeho se látka skládá • Důkaz • Identifikace • Kvantitativní ACH – kolik dané látky obsahuje daný vzorek • Stanovení • Vzorek – zkoumaný materiál. • Reprezentativní vzorek • Analyt – látka, kterou ve vzorku dokazujeme, identifikujeme nebo stanovujeme. • Rozdělení podle principu: klasické/instrumentální

Základní pojmy ACH • Kvantitativní ACH – Klasická • Vážkové metody – gravimetrie • Odměrné metody - titrace • Kvantitativní ACH – instrumentální • Elektrochemické metody – potenciometrie, voltametrie, coulometrie, konduktometrie • Spektrální metody – UV-VIS, IR, Raman, AAS, NMR • Separační metody – GC, LC, MS

Chemické rovnováhy používané v ACH • Protolytické rovnováhy – acidobazické – kyseliny/zásady. • Komplexotvorné rovnováhy – tvorba komplexů • Srážecí rovnováhy – popis tvorby sraženin • Redoxní rovnováhy – výměna elektronů

Rovnováhy – základní pojmy • Rovnovážný stav – dynamický stav, reakce probíhá oběma směry stejně rychle. • Dosažení rovnováhy je charakterizováno Guldberg-Waagovým zákonem [ ] – rovnovážná koncentrace, [mol.dm3] – kapaliny [Pa] – plynné látky Pevné látky, rozpouštědlo – [H2O] = 1 K – rovnovážná konstanta

Rovnováhy – základní pojmy • V ACH požadujeme kvantitativní průběh reakcí (reakce probíhá téměř ze 100% ve směru produktů). • Rovnovážná konstanta K – co nejvyšší hodnota. • Posun rovnováh – Le Chatelierův-Braunův princip (vliv koncentrace reaktantů/produktů), tlaku a teploty) „Systémy, které jsou v rovnováze reagují na rušivé vlivy přicházející z okolí tím, že v nich nastávají, či se zintenzivňují ty děje, které změnu vyvolanou rušivým zásahem co nejvíce potlačují“

Rovnováhy – základní pojmy • Le Chatelierův-Braunův princip • Vliv koncentrace reaktantů • Vliv koncentrace produktů • Vliv tlaku • Vliv teploty • Rovnovážná konstanta se nemění!!!

Protolytické rovnováhy • Neutralizační / acidobazické rovnováhy • Arrheniova teorie: HCl  H+ + Cl- NaOH  Na+ + OH- • Brönsted-Lowryho teorie: • Kyselina - donor protonu • Zásada – akceptor protonu • Lewisova teorie: • Kyselina – poskytují volný orbital (AlCl3) • Zásada – poskytuje elektronový pár

Protolytické rovnováhy • Při acidobazické reakci dochází k výměně protonů: • Síla kyselin a zásad – disociační konstanty

Protolytické rovnováhy HA + H2O  A+ + H3O+ B + H2O  BH+ + OH-

Protolytické rovnováhy • V ACH nejčastějším rozpouštědlem voda • Amfiprotní rozpouštědlo • Autoprotolýza vody: 2 H2O H3O+ + OH-

Protolytické rovnováhyVýpočet pH pH = -log [H3O+] pH = - log aH3O+ = -log f . [H3O+] pOH = -log [OH-] pOH = - log aOH- = -log f . [OH-] pH + pOH = 14

Volumetrická stanovení • Volumetrie – odměrná analýza, titrace Roztok analytu + titrační činidlo (odměrný roztok)  reakce podle známé stechiometrie  Bod ekvivalekce (okamžik kvantitativního průběhu) • Požadavky na reakce: • Známá stechiometrie • Kvantitativní a jednoznačný průběh

Volumetrická stanoveníobecný postup • Odměření nebo odvážení vzorku, příprava roztoku • Příprava odměrného roztoku (činidlo) o známé koncentraci • Titrace (byreta) • Indikace bodu ekvivalence x A + y B  AxBy

Volumetrická stanoveníOdměrné roztoky, indikace B.E. • Odměrné roztoky • Standard – základní látky – vyšší molekulová hmostnost, čistá, suchá, stálá na vzduchu (p.a.) • Standardizace – zjištění přesné koncetrace odměrného roztoku na základní látku (NaOH – CO2) • Indikace B.E. • Vizuálně – indikátor • Změna měřitelné vlastnosti

Volumetrická stanovení • Význam odměrných metod • Jednoduché, relativně rychlé a levné • Nejsou tak citlivé jako metody instrumentální • Použitelné pro koncentrace > 10-3 mol.dm-3 • Použití • Metody přímé, nezávislé • Srovnávání • Rychlá orientační stanovení • Standardní, normované metody

Acidobazické titrace • Založeny na protolytických rovnováhách • Změna pH během titrace • Alkalimetrie – titrace zásadou • Acidimetrie – titrace kyselinou • Indikace bodu ekvivalence: • Vizuálně - acidobazické indikátory • Potenciometricky – skleněná pH elektroda

Alkalimetrie • Nejčastěji titrace roztokem NaOH o koncentraci 0,1 – 1 mol.dm-3 (není základní látka) • Standardizace – základní látky: (COOH)2 . 2H2O – fenolftalein, methyloranž (Bruhnsova metoda) (COOH)2 + CaCl2 (COO)2Ca + 2 HCl HOOC-C6H4-COOK – fenolftalein (hydrogenftalát draselný)

Acidimetrie • Nejčastěji titrace roztokem HCl o koncentraci 0,1 – 1 mol.dm-3 (není základní látka) • Standardizace – základní látky: KHCO3 – methyloranž Na2CO3 - methyloranž

Acidobazické indikátory • Reakce na změnu pH • Slabé organické kyseliny • Funkční oblast indikátoru – oblast pH, kde dochází ke změně postřehnutelné okem • Chromofory – funční skupiny schopné pohlcovat vlnové délky viditelného spektra

Acidobazické indikátory • Azobarviva – methyloranž, methylčerveň – dvoubarevné přechody • Ftaleiny – fenolftalein, thymolftalein – jednobarevné přechody – bezbarvý-barevný • Sulfoftaleiny – fenolová červeň • Směsné indikátory

Indikace B.E. potenciometricky – titrační křivka • Závislost měnící se veličiny na objemu přidaného činidla E = f(V) pH = f(V) • Inflexní bod – bod ekvivalence

Acidobazické titracePraktické použití • Stanovení kyselin – alkalimetrie • Stanovení zásad – acidimetrie • Stanovení uhličitanů • U slabých kyselin – zvýšení síly (kyselina boritá  kyselina glycerolboritá)

Pro dnešek vše 

Analytická chemie KCH/SPANA