• Kvalitativna analiza• Kvantitativna analiza

ANALITIČKA HEMIJA

RAZLIKEKvalitativnom hemijskom analizom dolazise do saznanja o sastavu uzorka, tj. dobijase odgovor na pitanje od kojih komponentise uzorak sastoji.

Kvantitativnom hemijskom analizom dolazise do saznanja o sadržaju pojedinihkomponenata u uzorku na osnovu merenja. Daje odgovor na pitanje koliko ima nečega u uzorku.

Kvantitativna hemijska analiza(lat. quantitas=količina)

Kvantitativna hemijska analiza se bavi određivanjemsadržaja elemenata i jedinjenja u uzorku i dajeodgovor koliko ima ispitivane supstance u uzorku.

Osnovni zadatak kvantitativne hemijske analize je da se merenjem odredi sadržaj pojedinih komponenti u ispitivanom uzorku.

Za pouzdano i potpuno određivanje kvantitativnogsastava nekog uzorka primenjuju se:

hemijske, fizičko-hemijske i fizičke metode analize.

(Klasične i instrumentalne metode hemijske analize)

Kvantitativna hemijska analiza

Metode kvantitativne hemijske analize zasnivaju se na merenju veličina koje su u direktnoj vezi sasastavom i koncentracijom ispitivanog uzorka.

C = f(Merene veličine)

Kvantitativnom hemijskom analizom dolazi se do saznanja o sadržaju pojedinih komponenata u uzorku na osnovu merenja neke karakterističneveličine.

Kvantitativna hemijska analiza

Prema veličini koja se meri, metode kvantitativnehemijske analize se dele na:

GRAVIMETRIJSKE METODE (merenje mase), m

VOLUMETRIJSKE METODE (merenje zapreminerastvora), V

INSTRUMENTALNE METODE (merenje nekefizičko-hemijske veličine koja je povezana sa hemijskimsastavom ispitivanog uzorka) i

GASNE ANALIZE (merenje zapremine gasova).

Klasične metode Instrumentalne metode

Gravimetrija Volumetrija Optičke metode

Separacionemetode

Elektroanalitičke metode

Taloženje

Merenje Titracija

Emisija

Absorbcija ElektrolizaHromatogram

Izbor metode

Količina uzorkaTražena preciznost i tačnostOsetljivost i granica određivanjaPrisustvo ometajućih supstanciBrzina određivanjaCena analizeOprema

Koraci u kvantitativnoj analiziUzorkovanje materijala za analizuMerenje mase uzorka na analitičkoj vagiPrevođenje uzorka u rastvorKvalitativna hem. analizaRazdvajanje komponenti u uzorkuUklanjanje i maskiranje ometajućih supstanciPrimena odgovarajuće metode kvant. hem. analizeObrada rezultata i zaključak

Uslovi

Veoma su bitni za uspešnost primene odabranog postupka, za dobar efekat razdvajanja i precizno odredjivanje analita.Najbitniji:

pH-vrednost rastvoraTemperaturaKoncentracija taložnog reagensa itd.

Kvantitativna hemijska analizaGRAVIMETRIJA

Principi, tehnika i osnovne operacije u gravimetriji.Taloženje. Proračuni u gravimetriji. Gravimetrijski faktor. Primeri konkretnih gravimetrijskih određivanja. Metode razdvajanja (acetatna, oksalatna) i metode određivanja.

Hemijska ravnoteža u homogenim i heterogenim sistemima.Proizvod rastvorljivosti. Rastvorljivost. Uticaji na rastvorljivost soli.

Uticaj zajedničkog jonaUticaj jonske jačine rastvora: efekat soliUticaj kiselosti, pHUticaj stvaranja kompleksnih jona (amfoternost, minimum rastvorljivosti)Uticaj toplote i rastvarača.Uticaj stvaranja novih analitičkih vrsta

Kvantitativna hemijska analizaVOLUMETRIJA

Principi, tehnika i osnovne operacije u volumetriji.Titracija. Proračuni u volumetriji. Titar. Primeri konkretnih volumetrijskih određivanja.

Hemijska ravnoteže u homogenim sistemima.Ravnoteže u rastvorima kiselina i baza(izračunavanje pH vrednosti rastvora)

Ravnoteže u rastvorima kompleksnih jedinjenjaRavnoteže u rastvorima teško rastvornih soliRavnoteže u redoks sistemima

Kvantitativna hemijska analizaHEMIKALIJE OKO NAS

KUHINJSKA SO: NaCl (za jodiranje Ca(JO3)2)

PRAŠAK ZA PECIVO: NaHCO3

KONZERVANS: Na2S2O5

SIRĆE: CH3COOH (8%)

SREDSTVA ZA PRANJE: Na2CO3

SAPUNI (NaOH, Na2CO3, ulja, masti, alkohol,parfemi,voda)

PASTE ZA ZUBE (CaCO3, MgCO3, menta, ulja, glicerin)

MASTILO (FeCl3, HCl, anilin, galna kiselina, tamin)

Nevidljivo mastilo (Co(NO3), grejanjem postaje vidljivo)

(AuCl→u rastvoru soli Pb postaje vidljivo)

NAOČARI ZA SUNCE (fotogrej 2Ag+= 2Ag) h√

KONCENTRACIJA RASTVORA: molarna, formalna ili analitička, udeli...

AKTIVNOST JONA

STEPEN DISOCIJACIJE

KONSTANTE RAVNOTEŽE: stehiometrijska, termodinamička, uslovna

RASPODELA JONA U HOMOGENIM I HETEROGENIM SISTEMIMA: zavisnost od pH (acido-bazni sistemi)

ZBIRKA 15-47

ZBIRKA 83-99

Količinska koncentracija, c, je količina rastvorene supstance u jediničnoj zapremini rastvora (mol/m3 ili mol/dm3). Zbog jednostavnosti naziva se samo koncentracija, i podrazumeva se ukoliko drugačije nije naglašeno. Druge veličine i jedinice treba poznavati utoliko, što se još uvek, tradicionalno koriste. [U literaturi se mogu naći još i nazivi: molarna koncentracija, molaritet, molarnost i različite oznake kao na primer: cM, c(X) ili [X] (ako se radi o supstanci X)].

c =c = , mol/dm, mol/dm33..

Količinska koncentracija, c, može se izračunati preko količine supstance, n, i zapremine rastvora, V:

c = , mol/dm3.

Količina supstance, n, koja se pojavljuje u izrazu za količinsku koncentraciju predstavlja jednu od sedam osnovnih fizičkih veličina po SI sistemu.

Jedinica za količinu supstance je mol.

Mol se definiše kao količina supstance koja sadrži 6,022⋅1023

elementarnih jedinki. Broj 6,022⋅1023 ima svoje ime i naziva se Avogadrov broj. Jedan mol bilo koje supstance sadrži isti, Avogadrov broj jedinki (atoma, molekula, jona, čestica…). Kao standard uzet je izotop ugljenika, 12C; koji u 12,00 g ima Avagadrov broj atoma.

Vn

PRIMER 1Rezultat određivanja sadržaja nekog jedinjenja (M=100 g/mol)

u uzorku je 2,5 ppb. Izračunati i prikazati ovaj rezultat u sledećim jedinicama:a) µg/Lb) ng/mLc) ppmd) µg/mLe) g/mLf) %g) mol/L

ODGOVORa) 2,5 ppbb) 2,5 ng/mLc) 2,5 10-3 ppmd) 2,5 10-3 µg/mLe) 2,5 10-9 g/mLf) 2,5 10-7 %g) 2,5 10-8 mol/L

Razblaženi rastvori (do 0,1 mol/dm3) u kojima je interakcija između čestica rastvorenesupstance zanemarljiva ponašaju se kao idealni rastvori. Odstupanje od idealnog rastvora jeutoliko veće ukoliko je rastvor koncentrovaniji i naelektrisanje jona veće. Da bi se korigovaloodstupanje od svojstava idealnog rastvora uveden je pojam aktivnost jona, a. Aktivnost jonau rastvoru elektrolita je relativna vrednost, ona pokazuje koliko je jon aktivan u odnosu nareferentni rastvor u kome je standardna koncentracija, co = 1,00 mol/dm3. Budući da jekoncentracija referentnog rastvora jedinična uobičajeno je da se aktivnost računa kao proizvodmolarne koncentracije jona, c, i faktora aktivnosti, f:

a = f =occ f c.

Aktivnost, a, i faktor aktivnosti, f, su bezdimenzione veličine. Faktor aktivnosti jona, f, zavisi od koncentracije i naelektrisanja posmatranih jona, ali zavisi i od koncentracije i naelektrisanja svih jona u rastvoru koji čine jonsko okruženje.

Jonska jačina rastvora, I, računa se kao:

I =12

(c1 z12 + c2 z2

2 + c3 z32 + … + cn zn

2),

gde je c, molarna koncentracija jona, a z, naelektrisanje jona od 1, 2, 3 … do n. Ova Debaj-Hiklova jednačina primenjuje se za približno izračunavanje faktora aktivnosti:

log f I+

Iz1

512,0 2−= .

Neutralni molekuli (molekulski oblik slabo disosovanih kiselina) ili neelektroliti (organskimolekuli) imaju faktor aktivnosti jedan.

a=f c

U rastvorima elektrolita (rastvori koji provode električnu struju) odigrava se proces jonizacije(raskidanje polarne kovalentne veze, stvaranje jona i disocijacija jona) polarnih kovalentnihsupstanci (HCl, H2SO4…) i proces disocijacije (razdvajanje već postojećih jona) jonskihsupstanci (NaCl, KI,…). Pojam disocijacija karakterističan je za oba procesa te se češće koristi. Ovi procesi suravnotežni i na datoj temperaturi stanje ravnoteže između molekula i jona elektrolita određenoje vrednošću konstante ravnoteže, K, i stepenom disocijacije, α. Stepen disocijacije služi za definisanje jačine elektrolita i predstavlja odnos broja molekula kojisu u rastvoru disosovani i ukupnog broja rastvorenih molekula. Stepen disocijacije se možeizračunati iz odnosa koncentracije jona, cj, i elektrolita, c:

α = cc j .

U ovom slučaju koncentracija elektrolita odgovara formalnoj (ukupnoj ili analitičkojkoncentraciji). Budući da se radi o razblaženim rastvorima, koristi se koncentracija, a neaktivnost.

A + B ⇌ C + D Stehiometrijska konstanta:

]B[]A[]D[]C[

=K

Termodinamička konstanta:

BA

DCoaaaaK =

.

Uslovna konstanta:

BA

DC'CCCCK =

Vezu između termodinamičke i stehiometrijske konstante daju odnosi faktora aktivnosti svih učesnika u ravnotežnoj reakciji:

BA

DC

BA

DC

BA

DC[A][B][C][D]

B][[A][D][C] o

ffffKff

ffffffK ===

Analitička koncentracija predstavlja ukupnu koncentraciju posmatrane vrste, odnosno zbir ravnotežnih koncentracija svih oblika (molekulskih i jonskih) u rastvoru. Na primer, za supstancu A:

CA = [A] + [A1] + [A2]. Ravnotežna koncentracija nekog učesnika u reakcije može se iskazati preko molskih udela, α. Na primer, za supstancu A:

[A] = αACA. Vezu između stehiometrijske konstante, K, i uslovne, K', daju odnosi udela svih učesnika u ravnotežnoj reakciji:

]B[]A[]D[]C[

=K = BBAA

DDCC

CCCC

αααα = K’

α αα α

C D

A B

.

Za slabe elektrolite, na primer za slabu kiselinu, HA, može se izračunati stepen disocijacije akoje poznata analitička koncentracija kiseline, ca, i konstanta disosijacije, Ka (indeks a odnosi se na kiselinu (a-acid, eng.=kiselina):

HA(aq) + H2O ⇌ H3O+(aq) + A-(aq)

Ka = ]HA[

]A][OH[ 3−+

[H3O+] = [A-] = α ca

Ka = ]HA[

]A][OH[ 3−+

= α α

αc c

c ca a

a a− =

αα

2 2

1c

ca

a ( )−=

α−α1

2ac

Za slabe elektrolite (α < 0,05): Ka = α2 ca ili

α = Kc

a

a.

KONSTANTE RAVNOTEŽE

KONSTANTA DISOCIJACIJE KISELINE/BAZE, Ka/KbJONSKI PROIZVOD VODE, KwKONSTANTE RAVNOTEŽE U RASTVORIMA KOMPLEKSNIH JEDINJENJA, KstKONSTANTE RAVNOTEŽE U HETEROGENIM SISTEMIMA, PROIZVOD RASTVORLJIVOSTI, KKONSTANTE RAVNOTEŽE REDOKS SISTEMA, K

KONSTANTE RAVNOTEŽE