Аналитикалық химия пәнінен дәрістер жинағы

Дәріс №1 Аналитикалық химия, аналитика (грек. аnalysіs – талдау, жіктеу) – заттардың химиялық құрамын анықтау әдістері туралы ғылым. Ең алғаш «химиялық анализ» ұғымын 1654 ж. ағылшын химигі Роберт Бойль, ал «аналитикалық химия» ұғымын 1801 ж. В.А.Лампадиус енгізген. Аналитикалық химияның даму кезеңдері: алхимия' (4–16 ғ- лар), 'иатрохимия (16–17 ғ-лар), флогистондық (17–18 ғ-лар) және ғылыми (19–20 ғ-лар) болып бөлінеді. Бұл ғылымның негізгі міндеттері – талдау әдістерінің қолдану шегін анықтау, түрлі заттардың құрамын анықтау әдістемелерін жетілдіру, жаңа әдістемелер ұсыну. Осыған байланысты аналитикалық химия іргелі қолданбалы ғылым болып табылады. Онда сапалық және сандық талдау жүзеге асырылады.

Сапалық талдау зерттелетін заттың құрамын, ал сандық талдау сол құраушы заттардың массасын не массалық үлесін анықтайды. Зерттелетін бөлшектердің табиғатына байланысты элементтік (атом- ионды), заттық, молекулалық, фазалық және функционалдық талдау болып жіктеледі. Аналитикалық белгінің табиғатына және оны өлшеу тәсіліне байланысты талдаудың химиялық (классик.), аспаптық, биология әдістері бар. Химиялық әдістер (гравиметрлік, титриметрлік) химиялық реакциялар арқылы жүргізіледі. Аспаптық әдістер физикалық құбылыстар мен процестердегі және хим. реакциялардағы құбылыстарды физика әдістермен өлшеуге сүйенеді. Биологиялық әдістер тіршілік құбылыстарын саралауға негізделген. Қазақстанда Аналитикалық химияның дамуы М.Т.Козловскийдің есімімен байланысты. Оның басқаруымен жүргізілген ғылым жұмыстардың нәтижесінде Қазақ мемлекеттік университетінің Аналитикалық химия кафедрасы ірі ғылым ортақа айналды. Аналитикалық химия салаларының ішінен Қазақстанда, әсіресе, электраналитикалық химия мен фазалық талдау жақсы дамыды. Амперметрия, инверсиялық вольтамперметрия, т.б. әдістердің көмегімен түрлі құймалардың, өндірісте пайдаланатын судың құрамын (А.И.Зебрева), кентастардағы ренийдің (Е.Ф.Сперанск

Көптеген беттік активтігі жоғары заттардың электрхим. процестерге әсері (мыс., кадмий, мыс, таллий, мырыш сияқты металдардың электродтардағы бөліну процесі) зерттелді (М.К.Наурызбаев, Д.К.Меңдәлиева). Болаттың түрлі маркаларының қышқыл және сілтілі орталардағы коррозияға төзімділігі зерттеліп, олармен күресудің тиімді жолдары ұсынылды (Т.З.Ахметов). Термодинамик. зерттеулерге сүйене отырып, минералдардың селективті еруінің теория негіздері жасалды (Х.Қ.Оспанов). Комплексті қосылыстарды аналитикалық мақсаттарға пайдалану бағытындағы ғылым жұмыстар жүргізілді (Е.А.Мәмбетқазиев, А.М.Шалдыбаева). Аналитикалық химия саласындағы мамандар Қазақ ұлттық және Қарағанды мемлекеттік университеттерінде даярланады, ал аналитикалық химия зерттеулерін Қазақстан ҒМ–ҒА-ның арнаулы ғылым кеңесі үйлестіріп отырады. Қазіргі кездегі аналитикалық химияның негізгі мәселелері: аспаптық және биол. әдістерді жетілдіру, автоматтандыру және математикаландыру, аралық химия әдістерді дамыту, әдістердің сезгіштігі мен дәлдігін жоғарылату, тест-әдістерді дамыту Аналитикалық химия әдістері

 Дәстүрлі  Инструментальды Аналитикалық химия - бұл заттардың химиялық, кейде фазалық құрамын, бізді қоршаған бұйымдар және материалдарды, зерттелетін үлгінің құрамына кіретін молекулалардың құрылымдық және кеңістіктің құрылысын анықтайтын әдістер туралы ғылым. Аналитикалық химияның мақсаты жаңа анықтау әдістерін зерттеу немесе белгілерін жетілдіру, сондай-ақ анализдерді тәжрибе жүзінде іске асыру болып табылады. Химиялық реакциялардың жылдамдығы мен стихиометриясын, католизатордың және басқа әр түрлі факторлардың әсерін зерттеу маңызды құрал бөлігі болып табылады. Аналитикалық химияның теориялық негізін жаратылыстанудың іргелі заңдары құрайды, олар: заттың массасы және энергиясының сақталу заңы, зат құрамының тұрақтылығы, әрекеттесуші массалар заңы және эквиваленттер заңы, Д. И. Менделеевтің периодтық заңы және Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясы және т.б. 2. Аналитикалық химия заттардың химиялық құрамы мен химиялық құрылысын анықтау әдістері туралы ғылым. Зат құрамы: 1.сапалық 2.сандық Зат құрамын анықтау - бұл зат қандай компоненттерден және қандай қатынаста түзілетіндігін анықтау. Зат құрылысы атомдардың орналасу және заттардың молекулалары немесе иондар арасындағы химиялық

мәнін шешу және заттар компоненттері арасындағы химиялық байланысты көрсету. Химиялық анализ шешетін анықтамалық есептеріне тәуелді 3-ке бөлінеді:

1. сапалық 2. сандық 3. құрылымдық

1. Сапалық анализ міндеттері заттар компоненттерін табу. 2. Сандық анализдің міндеті компоненттердің сандық құрамын

және олардың бір-біріне сандық қатынасын анықтау

Дәріс №4 Буферлі жүйелер Қышқылдың немесе сілтінің аз мөлшерін қосқанда, сонымен қатар сұйылтқанда сутек иондарының концентрациясы өзгермейтін ерітінділерді буферлі ерітінділер деп атайды. Буферлі ерітінділер әдетте әлсіз қышқыл мен оның күшті негіз тұзының қоспасынан (СН3СООН + СН3СООNа —қышқылдық буферлі қоспа) немесе әлсіз негіз бен оның күшті қышқыл тұзының қоcпасынан (NН4ОН + NH4С1 — негізді буферлі қоспа) тұрады. Бұлармен қатар әлсіз қышқылдардың қышқыл және орта тұздарының қоспасы (NаНСО3 + Ка2СО3 — карбонат буферлі қоспа), немесе екі қышкыл тұздардың қоспасы да (NаН2РO4 + Na2НРO4 —фосфат буферлі қоспа) буферлі қасиет көрсетеді. Буферлі ерітінділерге қышқыл немесе сілті қосқанда, иә болмаса оларды сұйылтқанда рН өзгермей тұрақты болуын буферлік әсер деп атайды.

Буферлік әсердің сақталу шегін буферлік сыйымдылық (В) деп атайды. Буферлік сыйымдылықтың сандық мәні рН-тің шамасы 1-ге өзгергенге дейін 1л буфер ерітіндіге қосатын күшті қышқылдың немесе күшті негіздің грамм-эквивалент санымен анықталады.

В=

(5) мұндағы В — буферлік сыйымдылық, n — қосқан қышқылдың немесе негіздің грамм-эквивалент саны; рН — қышқыл немесе негіз қосқанға дейінгі, рН2 қосқаннан кейінгі буферлі ерітіндінің рН-ы. Қышқыл қосқанда рН кемиді де, В теріс мәнді, ал негіз қосқанда рН артады да В — оң мәнді болады.

Буфер ерітінділері әдетте құрамында әлсіз негіз және оның тұздары бар, (мысалы, CH COOH+CH COONa) немесе әлсіз негіз және

оның тұздары бар қоспа. Мысалы, NH OH+NH CI сутек иондарының белгілі концентрациясында. Буфер ерітінділерінің рН мәндері аз мөлшерде күшті қышқыл немесе сілті қосқаннан және ерітіндіні сұйылтқаннан өзгермейді, ол орта шарттары өзгермейтін жағыдайда химиялық процесстер жүргізуге мүмкіндік береді. Буфер ерітіндіге күшті қышқылдың аз мөлшерін қосқанда, күшті қышқылдың сутек иондары әлсіз қышқыл молекулаларымен байланысады, сондықтан бұл ерітіндінің қышқылдығы бірден жоғарыламайды. Егер буфер ерітіндіге аз мөлшерде сілті қосса, онда оның гидроксил иондары әлсіз қышқылдың сутек иондарымен су молекуласына байланысады. Тәжірибе буферлік ерітінділер сумен сұйылтса да өз қышқылдығын өзгертпейді. Ол, былай түсіндіріледі: әлсіз қышқылдың диссоция дәрежесі сұйылтқанда көбейеді және сутек иондарының концентрациясы іс жүзінде тұрақты болып қалады. Буфер ерітінділер химия тәжірибесінде кеңінен қолданылады, ол түрлі организмдердің өмір сүру процесінде маңызды рөл атқарады. Көптеген өмір сүру процестер тек рН тың белгілі мәнінде ғана жүреді. Тірі ағзада рН тұрақтылығы табиғи буферлік қоспалармен ұсталады (мысалы, адам ағзасында фосфаттық буферлік қоспалар NaH РO +Na HРO , карбонатты буферлік қоспa

Буферлік сыйымдылық Кез келген қышқылды негізді буферлік ерітіндінің үш көрсеткіші бар: 1)қышқылдық деңгейі 2)қышқылдық интервалы 3)буферлік сыйымдылық Мысалы, ацетаттық қоспада деңгей қышқыл, қышқылдық интервалы 3,7 -5,7. 4)рН 3,8 болғанда буферлік сиымдылық 0,10тең, рН 4,8 - 0,23 тең: қышқылдың және қосарласқан негіздің қосынды концентрациясында 0,1моль/л.Күшті қышқыл немесе күшті негіз қосқанда орта қышқылдығына буферлік ерітіндінің қарсыласуы буферлік сиымдылықпен сандық (П) көрсетіледі. Буферлік сыйымдылық 1 л буферлік ерітіндіге қосқанда ерітінді рН ын бірлікке өзгертетін күшті қышқыл ( негіз ) көлемімен анықталады. Буферлік сыйымдылықты былай қарастыруға болады: А)буферлік ерітіндіге күшті қышқыл қосқанда: П (1) Мұнда С ерітіндіге енгізілген күшті қышқыл концентрациясы (минус таңбасы күшті қышқыл енгізгенде ерітінді рН азаюын көрсетеді) . Б) буферлік ерітіндіге күшті негіз қосқанда:

П (2) Мұнда С ерітіндіге енгізілген күшті негіз концентрациясы. Күшті протолит ( қышқыл немесе негіз ) енгізгеннен ерітінді рН ың өзгерісі елеусіз болғандықтан, буферлік сиымдылықты шексіз өте аз шамалардың дифференциалы арқылы қатынасыменанықтайды. Буферлік сиымдылықты есептеу теңдеуін шығарамыз. Ол үшін HA+NaA қышқыл буфер ерітінді аламыз. Материалдық баланс шарттарын жазамыз: [HA]+[A] = C (3) Электрбейтараптылық шарттарын жазамыз: [H ]+[Na ] = [OH]+[A] (4) Қышқылдың диссоцияланбаған молекулаларының концентрациясын қышқылдық константасынан табамыз: К [HA] (5) (5) теңдеуді (3) теңдеуге қоямыз:

Әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеу Бастапқы ерітіндінің қышқылдығы әлсіз қышқылдың электролиттік диссоциялану константасымен анықталады: 1)10мл 0,1 н. HAc (H ) рН = 3 2)10мл 0,1 н. HAc+ 5 мл 0,1 н. NaOH

Ерітіндінің қышқылдығы ерітіндідегі буфер қоспасы HAc+NaAc болуымен анықталады. Осыдан: [H] Қышқыл мен оның тұзының концентрациясын ерітіндінің сұйылтуын ескере отырып анықтаймыз:

[H ] рН = 5 3) 10мл 0,1 н. HAc+9мл 0,1 н. NaOH рН = 6,0 4) 10мл 0,1 н. HAc+9,9мл 0,1 н. NaOH рН = 7,0 5) 10мл 0,1 н. HAc+9,99мл 0,1 н. NaOH рН = 8,0 6) 10мл 0,1 н. HAc+10мл 0,1 н. NaOH р р: NaAc, H O Ерітіндінің қышқылдығы NaAc тұзының гидролизімен анықталады: NaAc Na + Ac Ac+ H O HAc+ OH

(OH )