Kvalitativní analýza

Analytická chemie je obor, který se zabývá chemickým rozborem látek. Cílem analýzy je získat informace o chemickém složení vzorků látek a směsí.

  • Kvalitativní analýza → důkaz jednotlivých složek (prvků, iontů, funkčních skupin) v analyzovaném vzorku
  • Kvantitativní analýza → zjišťování množství jednotlivých složek ve vzorku

Podstatu důkazů v kvalitativní analýze tvoří analytické reakce.

ANALYTICKÉ REAKCE

Jedná se o reakce s vhodnými činidly, které umožní důkazy jednotlivých složek vzorku.

Největší význam v analytické chemii mají chemické reakce, které se zpravidla provádějí v roztocích.

Charakteristické změny analytických vlastností vzorku vyvolané těmito reakcemi umožní uplatnění v kvalitativní i kvantitativní analýze.

Požadavky kladené na analytické reakce:

  • Objasněný průběh reakce, definovaný produkt
  • Citlivost a selektivita
  • Úměrně složité provedení
  • Dostupnost činidel
  • Smyslově vnímatelné změny, které se projeví např.:
    • změnou rozpustnosti – tvorba sraženiny, rozpouštění sraženiny
    • změnou zbarvení
    • vznikem plynu
      • změny se mohou kombinovat

Charakteristické změny analytických vlastností vzorku vyvolané těmito reakcemi umožní využití v kvalitativní i kvantitativní analýze.

TYPY ANALYTICKÝCH REAKCÍ PODLE CHEMICKÉ PODSTATY

1. protolytické (acidobazické) reakce
tj. reakce kyselin a zásad

Brönstedova teorie kyselin a zásad: kyseliny jsou vodíkaté sloučeniny schopné odštěpovat vodíkové ionty H+(protony); odštěpením protonu se kyselina stává zásadou schopnou protony vázat.

Ke každé kyselině lze přiřadit tzv. konjugovanou zásadu → dvojice kyseliny a konjugované zásady se nazývá acidobazická soustava (Analytické reakce: acidobazická soustava).

Mnoho látek má vlastnosti kyselin i zásad, jsou to tzv. amfolyty
Např.: H2O, HCO3-

Protony nejsou schopny v roztocích samostatně existovat, proto se odštěpí pouze v případě, že je přítomna zásada, která uvolněné protony váže.

Zásady vážou protony různě pevně a jejich konjugované kyseliny mají rozdílnou schopnost protony uvolňovat.

Silné kyseliny snadno odštěpují protony, protože jejich konjugované zásady je vážou slabě; jedná se tedy o slabé zásady. Naopak slabé kyseliny neochotně odštěpují protony, protože jejich konjugované zásady vážou protony silně, a jsou tedy silnými zásadami.

2. Oxidačně-redukční reakce

Při těchto reakcích se mění oxidační stupeň („mocenství“) částic.

Při chemické reakci dochází k reakci dvou oxidoredukčních soustav → chemická oxidace látky probíhá současně s redukcí druhé látky = oxidačně-redukční (redoxní) reakce. (Analytické reakce: oxidoredukční soustava)

  • Ztráta valenčních elektronů (donor elektronů) → vyšší oxidační stupeň = oxidace
  • Příjem valenčních elektronů (akceptor elektronů) → nižší oxidační stupeň = redukce

3. Srážecí reakce

Tyto reakce využívají vylučování málo rozpustných látek (sraženiny), ke kterému dochází v případě, že se setkají ionty v takové koncentraci, ve které je překročen jejich součin rozpustnosti (Analytické reakce: součin rozpustnosti), jejž odvozujeme z rovnovážné konstanty vyjadřující vztah mezi nedisociovanými molekulami a ionty.

Mezi sraženinou a jejím nasyceným roztokem se ustavuje dynamická rovnováha → ionty sraženiny se uvolňují do roztoku a současně se vylučují jiné ionty téže látky → rychlost rozpouštění je stejná jako rychlost vylučování a množství sraženiny ani koncentrace roztoku se nemění.

K vylučování sraženiny dochází, když hodnota koncentrace iontů tvořících sraženinu překračuje součin rozpustnosti.

Součiny rozpustnosti se pohybují ve velmi nízkých číselných hodnotách, proto se někdy vyjadřuje záporným dekadickým logaritmem – pKs.

Součin rozpustnosti závisí na teplotě, pH a na přítomnosti cizích iontů v roztoku.

Z hlediska využití v analytické chemii by měly vznikající sraženiny splňovat některé požadavky:

  • Nízká rozpustnost
  • Dobrá filtrovatelnost
  • Dostatečná čistota

4. Komplexotvorné reakce

V průběhu těchto reakcí vznikají komplexní sloučeniny (complexus = spojený), které se svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi liší od původní složky. Analyticky významné jsou především barevné komplexy.

Příčinou vzniku komplexních sloučenin je snaha o vytvoření stabilního energeticky výhodného uspořádání vazebných elektronů. Při vzniku komplexu se uplatňují částice schopné přijmout určitý počet elektronových párů; ty nazýváme akceptory a částice disponující volnými elektronovými páry nazýváme donory. Sdílený elektronový pár mezi donorem a akceptorem vytváří koordinační (dativní) vazbu.

Akceptor bývá nejčastěji ve středu komplexu, nese název centrální iont (komplexotvorný iont). Nejčastěji se jedná o kationt kovů. (Analytické reakce: komplexní sloučeniny)

Donory jsou ionty nebo molekuly, které mají alespoň jeden volný elektronový pár; nazýváme je ligandy.

Náboj komplexu může být kladný, záporný, případně je komplex bez náboje, což závisí na náboji centrálního iontu a ligand.

Komplex se v chemickém vzorci značí hranatou závorkou.

Některé ligandy mají více skupin s volnými elektrony, mohou tedy obsadit více koordinačních míst centrálního atomu a vznikají tak cyklické komplexní sloučeniny - cheláty.

 
Media