Chemia analityczna - podstawy programowe
Przez podstawy programowe należy rozumieć tę wiedzę, jaką student powinien zachować aż do końca studiów, ponieważ prowadzący zajęcia z innych przedmiotów, na wyższych latach, będą zakładać przynajmniej ogólną znajomość tych zagadnień. Podano również przykłady zadań i pytań, jakie student powinien umieć rozwiązać po zakończeniu kursu z chemii analitycznej. Do zadań rachunkowych podano odpowiedzi.
Oczywiście zakres wiedzy wymagany podczas egzaminu z chemii analitycznej jest szerszy; jest on podany studentom podczas wykładu i obejmuje większość materiału, o którym była mowa podczas wykładów i ćwiczeń.
1. Podstawy teoretyczne
1.1. Roztwory, wyrażanie stężeń. Podstawowe pojęcia chemii analitycznej.
1.1.1. Ułamki i stężenia procentowe: molowe, objętościowe, wagowe; stężenie molowe; ppm i ppb. Umiejętność przeliczania stężeń roztworów z jednej jednostki na inną.
1.1.2. Rozpuszczanie substancji, solwatacja, hydratacja. Woda krystalizacyjna.
1.1.3. Podział chemii analitycznej (metody klasyczne i instrumentalne, analiza jakościowa i ilościowa, podział pod wzgl. wielkości analizowanej próbki - patrz punkt 3.1.1).
1.2. Równowagi w roztworach. Równowagi protolityczne
1.2.1. Prawo działania mas: stechiometria reakcji chemicznych, bilansowanie równań chemicznych. Mocne elektrolity.
1.2.2. Reakcje odwracalne, równowaga chemiczna. Słabe elektrolity. Stała równowagi (kinetyczna).
1.2.3. Aktywność, siła jonowa.
· Wzory na siłę jonową: i na współczynnik aktywnoœci: ; przy czym aktywność ai=fici .
1.2.4. Iloczyn jonowy wody. Pojęcie pH.
1.2.5. Teoria Brønsteda. Podział rozpuszczalników (protolityczne i aprotyczne)
1.2.6. Stała i stopień dysocjacji. pKa i pKb, związek miedzy nimi. Wyprowadzenie wzorów Ostwalda na stopień dysocjacji a słabego elektrolitu AB i pH roztworu słabego kwasu lub słabej zasady:
; ;
1.2.7. Bufory. Wyprowadzenie wzoru na pH buforów. Definicja pojemności buforowej.
1.2.8. Wskaźniki (indykatory) pH. Pożądana znajomość zakresu zmiany barwy przynajmniej dwóch: oranżu metylowego i fenoloftaleiny.
1.2.9. Amfolity (np. aminokwasy, sole kwaśne, sole słabych kwasów i słabych zasad. Wzór (najprostszy) na obliczanie pH roztworów amfolitów: .
1.3. Równowagi w roztworach. Równowagi tworzenia kompleksów
1.3.1. Definicje wiązania koordynacyjnego, związku kompleksowego, liczby koordynacji. Kompleksy proste, kompleksy chelatowe. Stała trwałości (tworzenia) kompleksu.
1.3.2. Obliczanie rozkładu form (poprzez ułamki molowe form metalu ai), jeżeli znamy równowagowe stężenie wolnego liganda [L]:
......
1.3.3. Definicja warunkowej stałej trwałości (tworzenia). Wpływ pH na trwałość kompleksu (przykłady).
1.4. Równowagi w roztworach. Równowagi utlenienia-redukcji
1.4.1. Definicja potencjału redox. Stopień utlenienia. Reakcja połówkowa redox.
1.4.2. Standardowa elektroda wodorowa - SEW (budowa). Potencjał standardowy. Elektrody I i II rodzaju. Elektroda chlorosrebrowa (budowa). Elektroda kalomelowa (budowa). Ogniwo elektrolityczne. SEM ogniwa.
1.4.3. Wzór Nernsta.
1.4.4. Reakcje redox: bilansowanie poprzez reakcje połówkowe.
1.4.5. Stała równowagi reakcji redox (wzór).
1.4.6. Wpływ środowiska (pH, reakcje kompleksowania itp.) na potencjał redox i przebieg reakcji redox - przykłady.
1.5. Równowagi pomiędzy osadem jonowym i jego nasyconym roztworem
1.5.1. Definicja iloczynu rozpuszczalności. Związek między rozpuszczalnością soli i jej iloczynem rozpuszczalności.
1.5.2. Efekt wspólnego jonu.
1.5.3. Efekt obcego jonu.
1.5.4. Wpływ pH i kompleksowania na rozpuszczalność osadów (ogólnie, ilustracja za pomocą równań reakcji i ich stałych równowag).
1.6. Metody rozdzielania i oczyszczania substancji
1.6.1. Metody strąceniowe (także metody elektrolityczne): rozdział kationów, oddzielanie mikroskładników na nośnikach.
1.6.2. Metody ekstrakcyjne. Współczynnik podziału. Przykłady zastosowań.
1.6.3. Destylacja i sublimacja - zastosowanie w oddzielaniu składników.
1.6.4. Wymiana jonowa: budowa kationitów i anionitów.
1.6.5. Metody chromatograficzne: zasada działania na przykładzie chromatografii bibułowej i kolumnowej.
2. Klasyczna analiza jakościowa
2.1. Podstawowe pojęcia klasycznej analizy jakościowej
2.1.1. Pojęcia: analiza wybiórcza i systematyczna, analiza kroplowa i mikrokrystaliczna, reakcje charakterystyczne i specyficzne. Spektralna emisyjna analiza jakościowa (obowiązuje znajomość kolorów, na jakie barwi się płomień w obecności jonów Li, Na, K, Ca, Ba).
2.2. Jakościowa analiza kationów.
2.2.1. Analityczny podział kationów wg Freseniusa. Odczynniki grupowe i warunki ich zastosowania. Zastosowanie tioacetamidu w analizie jakościowej. Obowiązuje umiejętność zakwalifikowania do poszczególnych grup następujących kationów:
I grupa: Ag, Hg(I), Pb
II grupa, podgrupa A: Hg(II), Pb, Cu, Bi, Cd
II grupa, podgrupa B: As, Sb, Sn
III grupa, podgrupa A: Zn, Ni, Co, Mn, Fe
III grupa, podgrupa B: Al, Cr
IV grupa: Ca, Sr, Ba
V grupa: NH4+, Mg, K, Na
Student powinien umieć opisać tok systematycznej analizy mieszaniny kationów. Typowym zagadnieniem jest np. zadanie 2.2a.
2.3. Jakościowa analiza anionów
2.3.1. Podział anionów na grupy analityczne wg Bunsena. Obowiązuje umiejętność zakwalifikowania do poszczególnych grup następujących anionów:
· I grupa (sole srebra trudno rozpuszczalne w wodzie i HNO3; sole baru rozpuszczalne w wodzie): Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-
· II grupa (sole srebra trudno rozpuszczalne w wodzie lecz rozpuszczalne w HNO3; sole baru rozpuszczalne w wodzie): S2-, NO2-, CH3COO-
· III grupa (sole srebra - białe, trudno rozpuszczalne w HNO3; sole baru trudno rozpuszczalne w wodzie lecz rozpuszczalne w HNO3): SO32-, CO32-, C2O42-
· IV grupa (sole srebra - barwne, rozpuszczalne w HNO3; sole baru trudno rozpuszczalne w wodzie lecz rozpuszczalne w HNO3): PO43-, AsO43-, AsO33-, S2O32-, CrO42-
· V grupa (sole srebra i sole baru rozpuszczalne w wodzie): NO3-, ClO3-, MnO4-
· VI grupa (sole srebra rozpuszczalne w wodzie; sole baru trudno rozpuszczalne w HNO3): SO42-, F-
· VII grupa (rozpuszczalne sole tylko z jonami metali alkalicznych): SiO32-
Student powinien znać też barwy charakterystycznych związków tworzonych przez poszczególne (wymienione wyżej) aniony, zwłaszcza siarczki, chromiany, jodki i in.
2.3.2. Reakcje wstępne w systematycznej analizie anionów, ich cel i wnioski, jakie na ich podstawie można wyciągnąć:
· reakcje z rozcieńczonym kwasem solnym lub siarkowym;
· reakcje ze stężonym kwasem siarkowym;
· reakcje z jonami srebra;
· reakcje z jonami baru;
· reakcje z jonami jodkowymi;
· reakcje z jodem;
· reakcje z jonami nadmanganianowymi.
3. Klasyczna (chemiczna) analiza ilościowa
3.1. Podstawowe pojęcia klasycznej analizy ilościowej
3.1.1. Definicje i pojęcia: titrant, roztwór mianowany i miano, substancja podstawowa, krzywa miareczkowania, skok krzywej miareczkowania. Analiza decy-, centy-, mili i mikrogramowa (czyli odpowiednio makro-. półmikro-, mikro- i ultramikrometody). Analiza śladowa. Metody znormalizowane.
3.2. Pobieranie próbek do analizy
3.2.1. Ogólne zasady pobierania próbek. Pobieranie próbek gazów, cieczy, ciał stałych. Rozdrabnianie i zmniejszanie próbek. Rozkład próbek: rozpuszczanie (w wodzie, kwasach, alkaliach), stapianie z topnikami, mineralizacja próbek organicznych.
3.3. Metody rozdzielania i zagęszczania
3.3.1. Metody strąceniowe, oddzielanie śladów z użyciem nośników. Ekstrakcja. Metody oparte na lotności substancji: destylacja prosta i sublimacja. Wymiana jonowa.
Uwaga : Obowiązuje ogólna znajomość poszczególnych metod i umiejętność podania przynajmniej po jednym przykładzie, np.:
· oddzielanie żelaza(III) od niklu za pomocą buforu octanowego;
· wydzielanie śladów miedzi(II) z nośnikiem kadmowym (CdS);
· ekstrakcja niklu chloroformem w postaci dwumetyloglioksymu;
· destylacyjne oddzielanie arsenu w postaci AsCl3;
· oddzielanie kationu od anionu za pomocą kationitu (ta sama metoda będzie też później wymagana w alkacymetrycznej analizie soli).
...
carambola