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

nNmMbBaA

ba

nm

BA

NMK

].[][

].[][

[ ] – 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

]].[[

]].[[

2

3

OHHA

OHAKHA

][

]].[[ 3

HA

OHAKHA

]].[[

]].[[

2OHB

OHBHKB

HA + H2O A+ + H3O+

B + H2O BH+ + OH-

][

]].[[

B

OHBHKB

Protolytické rovnováhy V ACH nejčastějším rozpouštědlem voda Amfiprotní rozpouštědlo Autoprotolýza vody:

2 H2O H3O+ + OH-

22

3

][

]].[[

OH

OHOHKv

C)(2510.1]].[[ 143 OHOHKv

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

y

x

V

Vcc

A

BbA .

.

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

IndHHInd

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