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.