Қазіргі уақытта физика немесе химия ғылымдарына, кейде екеуіне де берілген мамандар көп. Шынында да, құбылыстардың көпшілігін дәл осындай эксперименттер арқылы логикалық түрде түсіндіруге болады. Біз физикалық зерттеу әдістерін толығырақ қарастырамыз.
Аналитикалық химиядағы талдау әдістері
Аналитикалық химия – химиялық заттарды анықтау, бөлу және анықтау туралы ғылым. Қосылыстармен белгілі бір операцияларды жүргізу үшін талдаудың химиялық, физикалық және физика-химиялық әдістері қолданылады. Соңғы әдіс аспаптық деп те аталады, өйткені оны қолдану заманауи зертханалық жабдықты қажет етеді. Ол спектроскопиялық, ядролық физика және радиохимиялық топтарға бөлінеді.
Сонымен қатар химияда жеке шешімдерді қажет ететін әртүрлі типтегі есептер болуы мүмкін. Осыған байланысты сапалық (заттың атауы мен формасын анықтау) және сандық (аликвотта немесе үлгіде берілген заттың қанша мөлшері бар екенін анықтау) талдау әдістері бар.
Сандық талдау әдістері
Олар үлгідегі бастапқы заттың мазмұнын анықтауға мүмкіндік береді. Барлығы сандық талдаудың химиялық, физика-химиялық және физикалық әдістері бар.
Сандық талдаудың химиялық әдістері
Олар бөлінеді:
- Аналитикалық таразыда өлшеп, әрі қарай операцияларды орындау арқылы заттың құрамын анықтауға мүмкіндік беретін салмақ талдауы.
- Әртүрлі агрегаттық күйлердегі немесе ерітінділердегі заттардың көлемін өлшеуді қамтитын көлемді талдау.
Өз кезегінде ол келесі бөлімдерге бөлінеді:
- көлемдік титриметриялық талдау реагенттің белгілі концентрациясында, қажетті зат жұмсалатын реакцияда қолданылады, содан кейін жұмсалған көлем өлшенеді;
- көлемдік газ әдісі - бастапқы зат басқа зат сіңіретін газ қоспаларын талдау.
- көлемдік тұндыру (латын тілінен аударғанда sedimentum – «қоныс») гравитация нәтижесінде дисперсті жүйемен стратификацияға негізделген. Бұл жауын-шашынмен бірге жүреді, оның көлемі центрифуга түтігі арқылы өлшенеді.
Химиялық әдістерді қолдану әрқашан қолайлы бола бермейді, өйткені қажетті компонентті оқшаулау үшін қоспаны жиі бөліп алу қажет. Мұндай операцияны химиялық реакцияларды қолданбай орындау үшін талдаудың физикалық әдістері қолданылады. Және нәтижесінде қосылыстың физикалық қасиеттерінің өзгеруін байқауреакцияларды жүргізу - физикалық және химиялық.
Сандық талдаудың физикалық әдістері
Олар көптеген зертханалық зерттеулер кезінде қолданылады. Талдаудың физикалық әдістеріне мыналар жатады:
- Спектроскопиялық - зерттелетін қосылыс атомдарының, молекулаларының, иондарының электромагниттік сәулеленумен әрекеттесуіне негізделген, нәтижесінде фотондар жұтылады немесе бөлінеді.
- Ядролық-физикалық әдіс зерттелетін зат үлгісін нейтрон ағынының әсеріне түсіруден тұрады, оны зерттеу арқылы эксперименттен кейін үлгідегі элементтердің сандық құрамын өлшеу арқылы анықтауға болады. радиоактивті сәулелену. Бұл жұмыс істейді, себебі бөлшектердің белсенділігінің мөлшері зерттелетін элементтің концентрациясына тура пропорционал.
- Радиохимиялық әдіс трансформация нәтижесінде түзілетін радиоактивті изотоптардың заттағы құрамын анықтау болып табылады.
Сандық талдаудың физика-химиялық әдістері
Бұл әдістер затты талдаудың физикалық әдістерінің бір бөлігі ғана болғандықтан, олар сонымен қатар зерттеудің спектроскопиялық, ядролық-физикалық және радиохимиялық әдістеріне бөлінеді.
Сапалық талдау әдістері
Аналитикалық химияда заттың қасиеттерін зерттеу, оның физикалық күйін, түсін, дәмін, иісін анықтау үшін сапалық талдау әдістері қолданылады, олар өз кезегінде бірдей химиялық, физикалық болып бөлінеді. және физика-химиялық (аспаптық). Сонымен қатар, аналитикалық химияда талдаудың физикалық әдістеріне артықшылық беріледі.
Химиялық әдістер екі жолмен жүзеге асырылады: ерітінділердегі реакциялар және құрғақ жолдағы реакциялар.
Ылғалды реакциялар
Ерітінділердегі реакциялардың белгілі бір шарттары бар, олардың біреуі немесе бірнешеуі орындалуы керек:
- Ерімейтін тұнбаның түзілуі.
- Ерітінді түсін өзгерту.
- Газ тәрізді заттың эволюциясы.
Төгінділердің түзілуі, мысалы, барий хлориді (BaCl2) мен күкірт қышқылының (H2SO4) әрекеттесуі нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Реакция өнімдері – тұз қышқылы (HCl) және суда ерімейтін ақ тұнба – барий сульфаты (BaSO4). Сонда химиялық реакцияның пайда болуы үшін қажетті шарт орындалады. Кейде реакция өнімдері сүзу арқылы бөлінуі тиіс бірнеше заттар болуы мүмкін.
Химиялық әрекеттесу нәтижесінде ерітіндінің түсін өзгерту талдаудың өте маңызды ерекшелігі болып табылады. Бұл көбінесе тотығу-тотықсыздану процестерімен жұмыс істегенде немесе қышқыл-негіздік титрлеу процесінде индикаторларды қолданғанда байқалады. Ерітіндіні тиісті түспен бояй алатын заттарға мыналар жатады: калий тиоцианаты KSCN (оның темір III тұздарымен әрекеттесуі ерітіндінің қан қызыл түске боялуымен бірге жүреді), темір хлориді (хлорлы сумен әрекеттескенде, әлсіз жасыл түсті ерітінді сары түске боялады), калий бихроматы (тотықсызданғанда және күкірт қышқылының әсерінен қызғылт сарыдан өзгереді)қою жасыл) және басқалар.
Газдың бөлінуімен жүретін реакциялар негізгі емес және сирек жағдайларда қолданылады. Зертханаларда ең көп өндірілетін көмірқышқыл газы CO2 болып табылады.
Құрғақ реакциялар
Мұндай әрекеттесулер талданатын заттың құрамындағы қоспалардың құрамын анықтау үшін, минералдарды зерттеуде жүргізіледі және ол бірнеше кезеңнен тұрады:
- Ерінгіштік сынағы.
- Жалын түс сынағы.
- Құбылмалылық сынағы.
- Тотығу-тотықсыздану реакциялары.
Әдетте минералды заттардың балқу қабілеті олардың кішкене үлгісін газ оттығында алдын ала қыздыру және үлкейткіш әйнек астында жиектерінің дөңгелектенуін бақылау арқылы тексеріледі.
Үлгінің жалынды қалай бояй алатынын тексеру үшін ол платина сымына алдымен жалынның негізіне, содан кейін ең көп қызатын жерге жағылады.
Үлгінің ұшпалығы сынақ элементі енгізілгеннен кейін қыздырылатын талдау цилиндрінде тексеріледі.
Тотығу-тотықсыздану процестерінің реакциялары көбінесе балқытылған бораның құрғақ шарларында жүзеге асырылады, оған үлгі орналастырылады, содан кейін қыздырылады. Бұл реакцияны жүзеге асырудың басқа жолдары бар: шыны түтікте сілтілі металдар - Na, K қыздыру, қарапайым қыздыру немесе көмірде қыздыру және т.б.
Химиялық индикаторларды қолдану
Кейде химиялық талдау әдістері әртүрлі қолданыладызат ортасының рН анықтауға көмектесетін индикаторлар. Ең жиі қолданылатындары:
- Лакмус. Қышқыл ортада индикатор лакмус қағазы қызылға, ал сілтілі ортада көк түске боялады.
- Метилоранж. Қышқыл ионмен әсер еткенде ол қызғылт түске, сілтілі - сарыға айналады.
- Фенолфталеин. Сілтілі ортада ол қызыл түске тән, ал қышқыл ортада оның түсі болмайды.
- Куркумин. Ол басқа көрсеткіштерге қарағанда аз қолданылады. Сілтілермен қоңыр түске, қышқылдармен сарыға айналады.
Сапалық талдаудың физикалық әдістері
Қазір олар өндірістік және зертханалық зерттеулерде жиі қолданылады. Талдаудың физикалық әдістерінің мысалдары:
- Жоғарыда талқыланған спектрлік. Ол өз кезегінде эмиссиялық және абсорбциялық әдістерге бөлінеді. Бөлшектердің аналитикалық сигналына байланысты атомдық және молекулалық спектроскопия бөлінеді. Эмиссия кезінде үлгі кванттарды шығарады, ал абсорбция кезінде үлгі шығаратын фотондарды ұсақ бөлшектер – атомдар мен молекулалар таңдап жұтады. Бұл химиялық әдісте толқын ұзындығы 200-400 нм, толқын ұзындығы 400-800 нм көрінетін ультракүлгін (УК) және толқын ұзындығы 800-40000 нм болатын инфрақызыл (ИК) сияқты сәулелену түрлері қолданылады. Мұндай сәулелену аймақтары басқаша «оптикалық диапазон» деп аталады.
- Люминесцентті (флуоресцентті) әдіс зерттелетін заттың әсерінен жарық шығаруын бақылаудан тұрады.ультракүлгін сәулелердің әсері. Сынақ үлгісі органикалық немесе минералды қосылыс, сондай-ақ кейбір дәрі-дәрмектер болуы мүмкін. Ультракүлгін сәулеленуге ұшыраған кезде, бұл заттың атомдары әсерлі энергия қорымен сипатталатын қозған күйге өтеді. Қалыпты күйге өту кезінде зат энергияның қалдық мөлшеріне байланысты люминесценцияланады.
- Рентгендік дифракциялық талдау, әдетте, рентген сәулелерін пайдалана отырып жүргізіледі. Олар атомдардың өлшемін және олардың басқа үлгі молекулаларына қатысты орналасуын анықтау үшін қолданылады. Осылайша, кристалдық тор, үлгінің құрамы және кейбір жағдайларда қоспалардың болуы анықталады. Бұл әдіс химиялық реакцияларды қолданбай-ақ талданатын заттың аз мөлшерін пайдаланады.
- Масса-спектрометриялық әдіс. Кейде электромагниттік өріс белгілі бір иондалған бөлшектердің масса мен заряд арақатынасындағы тым үлкен айырмашылыққа байланысты ол арқылы өтуге мүмкіндік бермейді. Оларды анықтау үшін талдаудың осы физикалық әдісі қажет.
Осылайша, бұл әдістер әдеттегі химиялық әдістермен салыстырғанда жоғары сұранысқа ие, өйткені олардың бірқатар артықшылықтары бар. Дегенмен, аналитикалық химиядағы химиялық және физикалық талдау әдістерін біріктіру зерттеудің әлдеқайда жақсы және дәл нәтижесін береді.
Сапалық талдаудың физика-химиялық (аспаптық) әдістері
Бұл санаттарға мыналар кіреді:
- Өлшеуден тұратын электрохимиялық әдістергальваникалық элементтердің электр қозғаушы күштері (потенциометрия) және ерітінділердің электрөткізгіштігі (кондуктометрия), сондай-ақ химиялық процестердің қозғалысы мен тыныштығын зерттеуде (полярография).
- Эмиссиялық спектрлік талдау, оның мәні жиілік шкаласында электромагниттік сәулеленудің қарқындылығын анықтау болып табылады.
- Фотометриялық әдіс.
- Үлгі арқылы өткен рентген сәулелерінің спектрлерін зерттейтін рентгендік спектрлік талдау.
- Радиоактивтілікті өлшеу әдісі.
- Хроматографиялық әдіс қозғалмайтын сорбент бойымен қозғалған кезде заттың сорбциясы мен десорбциясының қайталанатын әрекеттесуіне негізделген.
Химияда негізінен физика-химиялық және физикалық талдау әдістері бір топқа біріктірілетінін білу керек, сондықтан оларды бөлек қарастырғанда олардың ортақ қасиеттері көп.
Заттарды бөлудің физика-химиялық әдістері
Лабораторияларда қажетті затты басқа заттан ажыратпай алу мүмкін болмайтын жағдайлар жиі кездеседі. Мұндай жағдайларда заттарды бөлу әдістері қолданылады, олар мыналарды қамтиды:
- Экстракция - экстрагент (сәйкес еріткіш) арқылы ерітіндіден немесе қоспадан қажетті затты алу әдісі.
- Хроматография. Бұл әдіс тек талдау үшін ғана емес, сонымен қатар жылжымалы және стационарлық фазалардағы компоненттерді бөлу үшін де қолданылады.
- Ион алмасу арқылы бөлу. Болғандықтанқалаған зат тұнбаға түсуі мүмкін, суда ерімейді, содан кейін центрифугалау немесе сүзу арқылы бөлуге болады.
- Криогенді бөлу ауадан газ тәрізді заттарды алу үшін қолданылады.
- Электрофорез – бір-бірімен араласпайтын бөлшектердің әсерінен сұйық немесе газ тәрізді ортада қозғалатын электр өрісінің қатысуымен заттарды бөлу.
Осылайша, лаборант әрқашан қажетті затты ала алады.
