Файл: TEORIYa_LKhBA (2).doc

Із фільтрувального паперу роблять прості та складчасті фільтри.

Простий фільтр використовують при аналізі добрив, рослин і грунту. Складчастий фільтр використовують для більш швидкого фільтрування, так як його поверхня в два рази більша ніж поверхня простого фільтра.

Крім паперових фільтрів в агрохімічному аналізі використовують скляні фільтруючі тиглі і лійки із впаяною скляною пористою пластиною, а також фарфорові лійки, на дні яких лежить паперовий фільтр. В цьому випадку для фільтрування використовують вакуум–насос.

Якщо в процесі фільтрування виділяються шкідливі леткі речовини, фільтрування проводять у витяжній шафі із активною вентиляцією.

Випарювання. Його проводять коли потрібно виділити тверду речовину, що розчинена або необхідне підвищення концентрації досліджуваного іону. Проводять у фарфорових тиглях, чашках або маленьких склянках на водяній бані.

Титрування. При заповненні та підрахунку об’єму використаного розчину стежать за тим, щоб нижній край меніску рідини (прозорої) збігався з поділкою на шкалі бюретки. Якщо рідина забарвлена, то відлік роблять по верхньому краю меніску і при цьому око повинне бути точно на рівні рідини.

Бюретку наповнюють за допомогою лійки, але перед титруванням і встановленням нульового рівня її знімають. Перед титруванням стежать, щоб у гумовому затворі бюретки не було повітря.

Правила титрування :

1. Кожне титрування розпочинають з нульової поділки шкали.

2. Випускають розчин із бюретки не дуже швидко (не швидше ніж 3-4 краплі за секунду), інакше він не встигатиме збігати із стінок і відлік виявиться неправильним.

3. Об’єм розчину на одне титрування не повинен перевищувати вмісту бюретки.

4. Перед та після роботи бюретки слід ретельно вимити дистильованою водою.

4.3. Лабораторне обладнання, що використовують
в напівмікроаналізі

Реактивні склянки ємністю 10 – 15 мл, що мають крапельну піпетку. Служать для зберігання реактивів. Вони повинні мати етикетки з формулами або назвами реактивів і зберігатися в дерев’яному ящику.

В циліндричних пробірках ємністю 2–4 мл виконують реакції з окремими порціями досліджуваного розчину.

В конічних пробірках для центрифугування виконують більшість операцій. В їх звуженому кінці осад утворює більш товстий шар.

Капілярні піпетки – служать для відокремлення розчину від осаду, а також для додавання малих об’ємів реактивів. Використані піпетки опускають в склянку з водою, щоб не дати висохнути реактиву в капілярі.

Скляні палички – служать для перемішування розчинів, кінці їх відтягнуті і оплавлені у вигляді кульки.

Годинникові скельця – ними часто користуються для випарювання невеликої кількості рідини, для зважування невеликих кількостей сухих хімічних речовин.

В хімічних стаканах і мікроколбах на 5 – 10 мл працюють з невеликою кількістю розчинів.

У фарфорових чашках і тиглях (ємністю 5 – 10 мл) нагрівають і випарюють розчини, прокалюють сухі залишки.

Найпростіша водяна баня складається з хімічного стакану ємністю 50 мл і металевої вставки з отворами для пробірок. Баню наповнюють водою і нагрівають на електричній плитці; в гарячу воду бані занурюють пробірки з розчинами.

5. Виготовлення розчинів різної концентрації

5.1. Класифікація розчинів

У практиці агрохімічного аналізу в основному використовують водні розчини хімічних сполук (реактивів).

Розчин – це однорідна система, в якій молекули розчиненої речовини розподіляються між молекулами розчинника. Розчини бувають насиченими і ненасиченими. Насиченим – називається розчин, в якому за певної температури речовина більше не розчинається. Ненасиченим – називається розчин, в якому за певної температури речовина ще може розчинятися.

Концентрація розчину – це кількість хімічної сполуки, яка міститься в певній масі або певному об’ємі розчину.

Концентрація може бути масовою (у частках або відсотках) або об’ємною (молярною чи нормальною).

Розчинність – виражається масою речовини, що здатна розчинятися у певній масі або об’ємі розчинника, утворюючи насичений розчин. Найчастіше розчинність виражають кількістю грамів речовини, що може за певної температури розчинитися у 100 г розчинника, утворюючи насичений розчин. Інколи масу розчинника беруть 1000 г. Для важкорозчинних речовин розчинність виражають у грамах на кубічний дециметр.

Для більшості речовин з підвищенням температури розчинність зростає. Якщо насичений при вищій температурі розчин охолодити до нижчої температури, при якій розчинність речовини менша, то надлишок цієї речовини викристалізовується.

За призначенням розчини бувають:

• робочі – (з наближеною концентрацією) – використовують для проведення загальних підготовчих операцій аналізу. Вони можуть бути досить концентровані.

• титровані – (з точною концентрацією) – використовують на завершальній стадії аналізу для одержання кількісних показників. Ці розчини досить розбавлені.

Найчастіше розчини готують змішуванням певної маси реактиву (наважки) з розрахованим об’ємом дистильованої води (або іншого розчинника): реактив зважують на технохімічних або аналітичних терезах, а розчинник відміряють мірним циліндром, мірним пальчиком або бюреткою. Оскільки робочі розчини готують із реактивів класифікації “ч”, їх рекомендовано фільтрувати.

Для титрованих розчинів наважку реактиву обов’язково зважують на аналітичних терезах.

5.2. Приготування розчинів з відсотковою концентрацією

Відсоткова концентрація (%) – чисельно дорівнює кількості грамів розчиненої хімічної сполуки, що міститься в 100 грамах розчину.

Приклад 1. Необхідно приготувати 95 мл 15% розчину гідроксиду калію (КОН).

Розрахунок проводять згідно з пропорцією:

100 г розчину містить 15 г КОН

95 г розчину містить х г КОН

отже:

Розрахунок розчинника проводимо так: 95 – 14,25 = 80,75 мл.

Відповідь: для приготування 95 мл 15% розчину КОН потрібно взяти 14,25 г КОН і 80,75 мл дистильованої води.

Приклад 2. Необхідно приготувати 700 л 20% розчину CuSO₄ із кристалогідрату CuSO₄ · 5Н₂О.

Розрахунок проводять згідно з пропорцією:

100 г розчину містить 20 г CuSO₄

700 г розчину містить Х г CuSO₄

звідки:

Але слід враховувати, що в кристалогідраті міститься певна кількість води і тому потрібно робити перерахунок.

Молекулярна маса CuSO₄ = 159,6 Молекулярна маса CuSO₄· 5Н₂О = 249,6

Тому:

159,6 г CuSO₄ міститься в 249,6 г CuSO₄ · 5Н₂О

140 г CuSO₄ міститься в містить Х г CuSO₄ · 5Н₂О

звідки:

Розрахунок розчинника проводимо так: 700 – 218,9 = 481,1 мл.

Відповідь: для приготування 700 мл 20% розчину CuSO₄ потрібно розчинити 218,9г CuSO₄ · 5Н₂О в 481,1 мл дистильованої води.

Приклад 3. Необхідно приготувати 550 мл 15% розчину (Н₂SО₄, ρ = 1.819)

Розрахунок проводять згідно з пропорцією:

100 г розчину містить 15 г Н₂SО₄

550 г розчину містить Х г Н₂SО₄

звідки:

Враховуючи те, що початковий 90% розчин Н₂SО₄ містить у 100 г 90 г безводневої сірчаної кислоти, знаходимо, скільки грам розчину відповідає 82,50 гр Н₂SО₄.

100 г розчину містить 90 г Н₂SО₄

х г розчину містить 82,5 г Н₂SО₄

Об’єм концентрованої кислоти становить:

Розрахунок розчинника проводимо так: 550 – 50,36 = 499,64 мл.

Відповідь: для приготування 550 г 15% розчину сірчаної кислоти потрібно взяти 50,39 мл Н₂SО₄ і 499,61 мл дистильованої води.

5.3. Приготування розчинів з нормальною концентрацією

Нормальна концентрація виражається кількістю еквівалентних мас речовини, що міститься в 1 л (1000 мл) розчину. Еквівалент хімічної сполуки чисельно дорівнює її еквівалентній масі в реакції, але виражається у грамах. Еквівалентна маса елемента дорівнює його молярній масі, поділеній на валентність. Еквівалентна маса оксиду дорівнює його молекулярній масі, поділеній на кількість атомів кисню, помножених на 2, або сумі еквівалентних мас кисню та елемента. Наприклад, еквівалентна маса оксиду алюмінію дорівнює: Еквівалентна маса кислоти дорівнює її молекулярній масі, поділеній на основність кислоти в цій реакції, або сумі еквівалентних мас кислотного залишку і водню. Наприклад, еквівалентна маса сірчаної кислоти дорівнює: Еквівалентна маса основи дорівнює її молекулярній масі, поділеній на кількість гідроксильних груп, що беруть участь у цій реакції. Наприклад, еквівалентна маса Al2(OH)3 дорівнює : Еквівалентна маса іона дорівнює його молярній масі, поділеній на величину його заряду без урахування знака заряду. Наприклад, еквівалентні маси іона алюмінію і сульфат–іона дорівнюють: Еквівалентна маса солі дорівнює її молярній масі, поділеній на добуток кількості атомів металу в молекулі на його валентність у цій солі, або сумі еквівалентних мас катіона та аніона. Наприклад, еквівалентна маса сульфату алюмінію дорівнює:

Приклад 4. Необхідно приготувати 1,5 л 0,5Н розчину сірчаної кислоти (77,6% розчин).

Розраховуємо еквівалентну масу сірчаної кислоти:

Розраховуємо масу кислоти, яка потрібна для приготування розчину:

;

Перераховуємо, в якій наважці 77,6 % розчину сірчаної кислоти міститься 36,78 г безводневої H₂SO₄:

100 г розчину містить 77,6 г кислоти

х г розчину містить 36,78 г кислоти

За довідником визначаємо, що густина 77,6% розчину сірчаної кислоти дорівнює 1,7 г/мл. Розраховуємо об’єм 47,39 г кислоти:

Розрахунок розчинника проводимо так:: 1500 – 27,87 = 1472,13 мл

Відповідь: для приготування 1,5 л 0,5Н сірчаної кислоти потрібно в 1472,13 мл води влити 27,87 мл сірчаної кислоти.

Приклад 5. Необхідно приготувати 500 мл 2Н розчину нітрату калію.

Розраховуємо еквівалентну масу KNO₃:

Розраховуємо масу нітрату калію, яка потрібна для приготування розчину:

г

Розрахунок розчинника проводимо так: 500 – 101 = 399,0 мл

Відповідь: для приготування 500 мл 2Н нітрату калію потрібно змішати 399,0 мл води і 101 гр реактиву.

5.4. Приготування розчинів з молярною концентрацією

Молярна концентрація (М) – чисельно дорівнює кількості молів речовини, що міститься в 1 л (1000 мл) розчину. Моль (молярна маса) – чисельно дорівнює молекулярній масі речовини, але виражається у грамах. Наприклад МКОН = 56,11 г/моль, МНСІ = 36,46 г/моль.

Приклад 6. Розрахувати об’єм азотної кислоти (HNO₃ ρ = 1,3; 50%), що необхідний для приготування 700 мл 0,5М розчину?

По довіднику визначаємо, що концентрація HNO₃ при ρ = 1,3 г/мл відповідає 50%.

Розраховуємо молекулярну масу азотної кислоти

Розраховуємо масу безводневої кислоти, яка потрібна для приготування розчину:

Перераховуємо, в якій наважці 50% розчину азотної кислоти міститься 22,05 г безводневої HNO₃:

100 г розчину містить 50 г кислоти

х г розчину містить 22,05 г кислоти

Розраховуємо об’єм, який займає 44,1 г кислоти:

Розрахунок розчинника проводимо так: 700 – 33,9 = 666,1 мл

Відповідь: для приготування 700 мл 0,5М азотної кислоти потрібно в 666,1 мл води влити 33,9 мл азотної кислоти.

Приклад 7. Розрахувати кількість NaNO₃ , що необхідний для приготування 350 мл 0,2 М розчину?

Розраховуємо молекулярну масу азотної кислоти

Розраховуємо масу NaNO₃ , що потрібна для приготування розчину:

Розрахунок розчинника проводимо так: 350 – 5,95 = 344,05 мл

Відповідь: для приготування 350 мл 0,2М розчину нітрату натрію необхідно 5,95 г реактиву та 344,05 мл розчинника.

5.5. Приготування розчинів із фіксаналів

Фіксанал – це ампула в яку запаяна, точно зважена, речовина.

На кожній коробці та ампулі написана формула речовини та її концентрація (0,1Н, 0,01Н та ін). Вміст ампули, який кількісно перенесено і розчинено в мірній колбі на 1 л дає точно 0,1Н, 0,01Н та ін. розчин.

6. Якісний та кількісний аналіз

6.1. Характеристика якісного аналізу

Класичний хімічний аналіз включає якісні та кількісні дослідження.

Основні завдання якісного і кількісного аналізів – визначення складу рослин, ґрунтів, добрив, пестицидів, сільськогосподарської продукції для поліпшення технології виробництва, підвищення якості і ефективності виробництва, охорони навколишнього середовища.

Якісний аналіз – у агрохімічній практиці використовують для попередніх досліджень речовин, які не мають етикеток на упаковці, забруднені домішками в процесі транспортування та зберігання, речовини, які втратили товарний вигляд і тому викликають сумнів. Здебільшого якісний аналіз використовують для визначення видів та форм добрив і пестицидів, експресного (польового) визначення токсикозу рослин через надлишок певних хімічних елементів.

Виконують якісний аналіз катіонів та аніонів у суворій послідовності з вимогами проведення певних аналітичних реакцій (концентрація реагентів, температура, рН середовища тощо).

Якісний аналіз можна проводити двома методами: “сухим” і “мокрим”.

Сухий метод – досліджувану речовину беруть у сухому стані і піддають її різним випробовуванням: нагрівають у полум’ї, прожарюють на вугіллі, сплавляють з іншими речовинами. Слід сказати, що аналіз сухим методом є допоміжним і його застосовують, головним чином при попередніх дослідженнях.

Мокрий метод – невелику кількість досліджуваної речовини розчиняють у дистильованій воді або іншому будь–якому розчиннику, найчастіше в кислоті. Зважаючи на те, що переважна більшість неорганічних речовин в розчинах перебуває в дисоційованому стані, при аналізі практично визначають не елемент, а іони.

Якісний аналіз поділяється на аналіз (відкриття) катіонів і аніонів. Відкриття здійснюються за допомогою різних аналітичних реакцій.

6.2. Характеристика кількісного аналізу

Кількісний аналіз – призначений для визначення кількості окремих складових частин у досліджуваній речовині. При цьому можна користуватися ваговим, об’ємним, колориметричним, потенціометричним та ін. методами аналізу.

Проте слід пам’ятати, що перш ніж приступити до кількісного аналізу досліджуваного зразка, потрібно спочатку встановити його якісний склад, тому що від нього залежить методика кількісного визначення.

7. Характеристика інструментальних методів аналізу

Кількісне визначення вмісту органічних і мінеральних речовин, визначення хімічних перетворень у рослинах і ґрунтах є обов’язковою частиною будь-якого агрохімічного, ґрунтознавчого і біологічного дослідження.

Класичні хімічні методи дослідження (гравіметрія, титриметрія) малопродуктивні, незручні при проведенні масових аналізів, найчастіше не відрізняються високою чутливістю і нерідко виявляються непридатними для аналізу складу рослин і ґрунтів. Тому в агрохімічних і ґрунтознавчих дослідженнях широко використовуються інструментальні методи концентраційного аналізу, котрі позбавлені більшості перелічених недоліків. Це, зокрема, оптичні методи – колориметрія і спектрофотометрія. Вони мають високу чутливість і зручні при проведенні масових аналізів.

7.1. Колориметричний аналіз