Ch - Instrumentální analytická chemie 01

Instrumentální analytická chemie

• Analytická chemie je jedním z oborů chemie, který se zabývá zkoumáním chemického složení vzorků látek a směsí.
• Dělí se na dva podobory: kvalitativní a kvantitativní.
  • Kvalitativní se zabývá tím, co přesně látky obsahují nezávisle na jejich množství.
  • Kvantitativní se zabývá množstvím jednotlivých látek ve zkoumaných vzorcích.
• Metody kvalitativní analytické chemie jsou klasické a instrumentální.
• Mezi klasické metody kvantitativní analýzy patří především gravimetrie a titrace.
  • Gravimetrie neboli vážková analýza je kvantitativní analytická metoda, která využívá shluku sraženin. Vyrobíme sraženinu v daném vzorku, kterou zfiltrujeme a promyjeme, dále usušíme a nakonec zvážíme.
    • Příklady sraženin: Fe (OH)3, CaCO3, BaSO4, HgS, AgOH
  • Titrace neboli odměrná analýza je kvantitativní analytická metoda, která využívá chemické reakce k tomu, abychom zjistili obsah látky ve vzorku. Měří objem titračního činidla, které se spotřebuje, do tak zvaného bodu ekvivalence.
    • Bod ekvivalence nastává tehdy, když se titrační činidlo a daná složka v objemu rovnají. Určuje se pomoc indikátoru.
• Příklad: Při titraci H2SO4 byla spotřeba odměrného roztoku hydroxidu sodného 24,22 cm3 (ml). Koncentrace hydroxidu sodného byla 0,1022 molů za litr. Vypočítejte hmotnost H2SO4.
• 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
• n (NaOH) = 2 n (H2SO4) … dva ku jedné
• c = n/V
• V (NaOH) krát c (NaOH) = 2n (H2SO4)
• n (NaOH) = 0,0025 mol
• n (H2SO4) = 0,00125 mol … z n získat m pomocí M
• M (H2SO4) = 98 g/mol
• m (H2SO4) = n krát M = 0,1225 mol … výsledek
• Instrumentální metody jsou základem měření fyzických vlastností, u optických metod je to interakce vzorku s elektromagnetickým vlněním (světlo).
• Optické metody jsou spektrální a nespektrální. Spektrální měří výměnu energie. Nespektrální měří rozptyl či odraz, neměří výměnu energie mezi vzorkem a zářením.
• Příklad: Z navážky zinečnaté soli byl vysrážen fosforečnan zinečnatoamonný ZnNH4PO4, který byl žíháním převeden na difosforečnan zinečnatý Zn2P2O7 o hmotnosti 256 miligramů.
  • H6P2O8 – H2O → H4P2O7 … kyselina difosforečná
  • Vypočítejte hmotnost zinku v původním vzorku:
  • Zn2+ → ZnNH4PO4 … z jednoho kationtu vznikne jeden mol
  • 2ZnNH4PO4 (zahříváme) → Zn2P2O7 + 2NH3 + H2O
  • n (Zn2+) = n (ZnNH4PO4) … 1 ku 1
  • n (ZnNH4PO4) = 2n (Zn2P2O7)
  • M (ZnP2O7) = 304,7 g/mol
  • M (Zn) = 65,4 g/mol
  • n = m/M
  • převod jednotek z 256 miligramů na 0,256 gramů
  • n (Zn2P2O7) = 0,256/304,7 = 8,4 krát 10 na -4 mol
  • n (Zn2+) = 16,8 krát 10 na -4 mol
  • m (Zn2+) = 16,8 krát 10 na -4 krát 65,4 = 0,11 g … výsledek
  • Tento příklad je založen na principu gravimetrie.
• Optické metody
  • Spektrální metody jsou takové, u kterých získáme jako výsledek spektrum. Spektrum je závislost intenzity na vlnové délce.
  • Druhy elektromagnetických záření:
  • rádiové vlnění (30 km – 30 milimetrůmetrů)
  • infračervené záření (0,3 nm – 760 nm) = zahřátá tělesa
  • světlo (760 nm – 390 nm)
  • ultrafialové záření (400 nm – 10 nm) = neviditelné, škodlivé
  • rentgenové záření (10 nm – 1 pm) = tvrdé a měkké
  • záření gama (menší než 300 pm) = zdroj radioaktivity
• Záření a atom
  • Bohrův model atomu vychází z planetárního modelu, pokouší se však na chování elektronů v elektronovém obalu aplikovat výsledky kvantové mechaniky. Má kladné jádro, kolem něj elektrony v kruhových cestách. Se vzdáleností od jádra se zhušťují, je mezi nimi nižší energetický rozdíl.
    • Pokud se elektron pohybuje po dané dráze, má přesně určenou energii. Aby mohl elektron přejít z jedné dráhy do druhé je třeba dodat mu energii, která se musí rovnat energetickému rozdílu daných drah.