Предмет и задачи аналитической химии

Лекция 1. Предмет и задачи аналитической химии
Аналитическая химия – наука о принципах и методах определения химического состава
вещества и его структуры.
Предметом аналитической химии как науки является теория и практика химического
анализа.
Аналитическая химия включает качественный и количественный анализы. Задача
качественного анализа – обнаружение отдельных компонентов (элементов, ионов, соединений)
анализируемого образца и идентификация соединений. Задача количественного анализа –
определение количеств (концентрации или массы компонентов). Некоторые современные
методы анализа (например, эмиссионная спектроскопия) позволяют сразу получать
информацию и о качественном составе образца, и о количественном содержании отдельных
компонентов.
В целом,задачами аналитической химии являются:
 Развитие теории химических и физико-химических методов анализа, научное
обоснование, разработка методов и приёмов исследования, в том числе и
автоматических
 Разработка методов разделения веществ и методов концентрирования
микропримесей
 Совершенствование методов анализа природных веществ, технических материалов
 Контроль в процессе проведения исследовательских работ в области химии,
промышленности и техники
 Химико-аналитический контроль в ходе химико-технологических процессов,
поддерживая оптимальный уровень
 Создание методов автоматического контроля технологических процессов.
Проблемы, решаемые аналитической химией:
1. Разработка новых методов обнаружения и количественного определения
элементов, которые начали использовать сравнительно недавно (ниобий, тантал,
Ti, Mo) → спец. сплавы
2. Разработка методов обнаружения микроколичеств элементов (до 10-15 %)
Германий - полупроводники.
Ракетная техника: запрещённые примеси
Cd, Pb и др.≤ 10-5 %
Гафний и цирконий ≤ 0,01% - атомная энергетика
В полупроводниках примеси ≤ 10-11 %!!
3. Разработка методов анализа органических веществ → новые производства
пластмасс, полимеров и т.д.
4. Химический контроль воздуха, стоков, почвы
↓ технологические выбросы
Методы аналитической химии
В аналитической химии различают:
 методы разделения и концентрирования
 методы определения
 гибридные методы.
Основной задачей разделения является отделение мешающих компонентов или выделение
определяемого компонента в виде, пригодном для качественного или количественного
определения. Часто при этом происходит концентрирование компонента.
В некоторых случаях определение какого-либо компонента проводят непосредственно в пробе
без предварительного разделения.
.
Часто методы разделения и определения бываютсвязаны между собой очень тесно, образуя
единое целое.
Пример: хроматография, где анализируемая смесь разделяется на компоненты, и содержание
компонентов определяется количественно по площади пика.
Такие методы анализа называют комбинированными, или гибридными.
Классификации аналитических методов
1. В зависимости от массы анализируемого вещества.
Масса вещества
макрометод
(0,1г в-ва и >)
1
полумикрометод микрометод
(0,1-0,01г)
(0,01-10-3 г)
2
3
ультрамикрометод субмикрометод
(10-6 г)
(10-9 г)
4
5
Методы в которых используют ≤ 10-3 г применяют в анализе биологических проб, препаратов с
высокой радиоактивностью, сильной токсичностью.
Техника выполнения усложняется: специальные манипуляторы, под микроскопом.
2. В зависимости от свойства вещества – метод сохраняет название измеряемого
свойства
Примеры: измерение массы m осадка → гравиметрия; измерение интенсивности
окраски раствора → фотометрия, спектрофотометрия; электродвижущей силы ЭДС→
потенциометрия
3. Химические и физические (физико-химические)
↓
↓
в
основе
гравиметрия \
наблюдают и измеряют физические
хим. р-р
титриметрия /
свойства вещества (интенсивность
спектральных линий и т.д.)
4. По определенным классам веществ:
 анализ металлов
 анализ H2O
 газовый анализ
 силикатный анализ
 элементный анализ органического соединения
5. По целевой направленности анализа:
 судебный
 производственный
 арбитражный и т.д
6. По специальным разделам аналитической химии:
 фазовый анализ
Цель: определить отдельные фазы гетерогенной системы
 вещественный (рациональный)
Цель: определить конкретные химические соединения в пробе (например оксиды)
В современной аналитической химии широко используют автоматические приборы ,
компьютеры, математические методы.
Большое значение имеют стандартизация и унификация методов анализа и закрепление в
законодательном порядке применения наиболее точных и надёжных методик, включая их
в официальные документы, регламентирующие требования к качеству продукции или
материалов.
Дробный и систематический анализ
Дробный анализ: 1. исследуемый раствор делят на порции;
2. в каждой порции исследуемого раствора устраняют ионы, мешающие
определению нужного иона ↓ (например, переводят их в осадок)
≤ 5 катионов
3. в фильтрате определяют искомый ион с помощью специфической
реакции.

Пример: В растворе имеются катионы: K  , Ca 2 , Ba 2 , NH 4 , Na 
Определить K  , Na  (есть или нет?)
Если нужно определить один ион, то раствор на порции не делят. Приливают к нему Na2 CO3 ,
t 0 , NH 3 , CaCO3 , BaCO3 
В фильтрате определяют K  с помощью Na3 [Co( NO2 ) 6 ] . K 2 Na[Co( NO2 ) 6 ] -желтые кристаллы
Если K  и Na  , то делят на 2 порции: каждую обрабатывают Na2 CO3 (где определяют K  )
или K 2 CO3 (где определяют Na  ). NH 3 , Ca CO3 , BaCO3  В фильтратах определяют K 
или Na  с помощью специфических реактивов.
Систематический анализ – использование групповых реактивов, соблюдая определённую
последовательность обнаружения индивидуальных ионов.
Исследуемая проба
(кат. I, II, III, IV, V групп)
HCl +
р-р
I+ II+ III+ IV
V гр. кат.
↓AuCl, AgCl..
H2S
р-р
I+ II+ III
HgS↓
CuS↓
........
(NH4)2S
Al(OH)3, Fe2S, FeS
р-р (NH4)2CO3
I+ II
CaCO3↓, BaCO3↓
р-р I
(Na+,K+,…)
Далее внутри каждой группы с помощью специфических реакций

NH 4 ,..)
р-р I ( Na  ,
Mg 2 ,
K ,
UO2 (CH 3COO) 2 . Na3 Co( NO2 ) 6 .
OH 
NH 3 
определяют каждый из катионов.
Специфичность и чувствительность аналитических реакций
Специфические или селективные или избирательные реакции – это реакции, которые дают
возможность определить одни ионы в присутствии других в определённых условиях.
J 2  крахмал 
 синее окрашивание

Fe + K 3 Fe(CN ) 6  
 турнбулевая синь
Fe    + K 4 Fe(CN ) 6  
 ↓берлинская лазурь
Общие реакции: Ca 2 , Ba 2 , Sr 2  SO4
2

  осадки
Чувствительность реакции – определяется наименьшим количеством иона вещества, которое
может быть обнаружено данным реактивом в 1 капле раствора (1мм3).
Реагент, реактив – вещество, вызывающее характерные превращения исследуемого вещества.
Например, AgNO3 реагент на Сl  .
Чувствительность реакции выражается рядом величин:
a) открываемым минимумом;
b) минимальной концентрацией (предельной концентрацией);
c) предельным разбавлением
m – открываемый минимум, мкг.
Открываемый минимум, m - это самое маленькое количество вещества иона в исследуемом
растворе, которое может быть открыто данным реактивом при определённых условиях
проведения реакции. Обычно это количество измеряется в мкг (10-6 г).
Пример. При определении ионов K  в виде K 2 [ PtCl6 ] m = 0,1мкг в 1 капле предельно
разбавленного раствора.
С – минимальная концентрация, г/мл, иона вещества в растворе, при которой этот ион ещё
можно открывать данным реактивом при определённых условиях проведения реакции из
определённого объема.
Пример. Cmin иона K  , осаждаемого в виде K 2 [ PtCl6 ] ↓ из одной капли анализируемого
раствора и предельно разбавленного (1мм3)
1
г
(10-4 г/мл)
10 000 мл

т.е. если вы растворите 1 г ионов K в 10 л H 2 O , то из 1 капли этого раствора можно
определить K  в виде K 2 [ PtCl6 ] .
Но, если вы растворите 1г ионов K  , например, в 11 л H 2 O , то есть Cmin = 1/11000 г/мл, то
определить K  уже не удастся.
Значения Cmin в аналитической химии от 1 до 1
г/мл.
1000
50 000 000
1/ Cmin = Vпред –предельное разбавление – количество мл водного раствора, содержащее 1 г
определяемого вещества, открываемого при определённых условиях
с помощью конкретно определённого реактива.
Для предыдущего примера Vпред =10000.
При сравнении двух аналитических реакций чем > Vпред , тем она чувствительнее.
Для Fe    m=0,25 мкг Cmin =
1
жб
200 000
Vпред= 1 д=200 000
Cmin =
Способы повышения чувствительности:
1. Использование для анализа более концентрированных растворов
2. Применение химически чистых реактивов
3. Маскировка мешающих ионов
Пример. Fe 3 и
Мешает
Co 2
+ CNS 
[Co(CNS ) 4 ] 2  синий
Fe(CNS ) 3
красный
Связывают Fe 3 щавелевой кислотой в соединение, которое не мешает определению Co 2
4. Предварительное осаждение определяемого иона ↓, затем его перевод в
растворимое соединение.
5. Дистилляция
Для органических соединений
6. Экстракция
Требования, которым должна отвечать качественная реакция
Не всякая реакция может применяться как качественная.
Необходимо, чтобы она:
 протекала быстро, мгновенно
 сопровождалась выделением осадка, газа или появлением окрашивания
 была практически необратимой, т.е. протекала в одном (прямом)
направлении
 была, по возможности, специфичной и отличалась высокой
чувствительностью.
Методы качественного анализа
1. Анализ мокрым путём
При этом анализе используют реакции в растворах. Анализируемое вещество растворяют в
H 2 O , а затем на раствор действуют соответствующими реактивами.
Условия проведения анализа: а) чистота растворителя;
б) чистота пробирок
Пример. Ионы Ba 2 при помощи серной кислоты H 2 SO4 
 BaSO 4  белый осадок
S 2  HCl 
 H 2 S  Cl 
запах тухлых яиц
2
Fe при помощи K 3 Fe(CN ) 6 . → Fe 2 3 Fe 3 (CN ) 6


2
2. Анализ сухим путём
Осуществляют без перевода анализируемого вещества в раствор.
Пример. 1) способность вещества окрашивать пламя в характерный цвет
2) способность получать определенную окраску при t 0 плава вещества с бурой
Na2 B4 O7 или Na3 PO4
3) разложение при нагревании 2 HgO 
 2 Hg  O2
серое
зеркало
3. Капельный анализ
Проводят на фильтровальной бумаге, фарфоровой или стеклянной пластинках.
капля вещества + капля реактива → окрашивание
Пример. FeCl3  3NH 4 CNS  Fe(CNS ) 3  3NH 4 Cl
испыт. Роданид
роданид
в-во
Fe (III)
NH 3
Fe 3
Fe 3  3CNS   Fe(CNS ) 3
4. Микрокристаллоскопический анализ
Используют в капельном анализе.
Стекло + вещество + реагент →кристаллы→микроскоп
 Ca3COONa  UO2 (CH 3COO ) 2
Na   UO2 (CH 3COO ) 2
в среде CH 3COOH
5. Метод окрашивания пламени
Соединения некоторых химических элементов окрашивают бесцветное пламя горелки:
Na  → жёлтый
K  → фиолетовый
Ca 2 → кирпично-красный
Ba 2 → желто-зелёный
Cu 2  → зелёный
Вещество растирается в порошок → Pt (Cu) проволока → пламя горелки.
6. Метод растирания порошков
 появляется красно-бурое окрашивание
Пример. NH 4 CNS  Fe 3 Cl3 
тв.
тв.
Растирают в фарфоровой ступке.
Требование: большая концентрация исследуемых веществ.
Лабораторная работа 1.1 (теория)
Тема.Лаборатория аналитической химии. Техника безопасности. Посуда, реактивы,
оборудование.
1.Посуда из стекла. Основные требования.
Основные требования к лабораторной посуде из стекла – термическая и химическая стойкость.
Например, для стекла Simax (Чехия) при толщине сосуда 1мм термическая устойчивость (т.е.
max t0, которую оно выдерживает, не разрушаясь) 312 0С, 3 мм -180 0С, 10 мм – 100 0С.
По термостойкости стекло делят на группы, исходя из коэффициентов линейного теплового
расширения (α) в интервале t0 20-300 0С.
I – α = (70 ÷ 90) *10-7 К-1 (немецкое, Тюрингия)
Легкоплавкое, склонно к расстекловыванию
II – α = (50 ÷ 65) *10-7 К-1 (сиал, Чехия
ненатерм, Германия)
Повышенную термостойкость имеют молибденовые стекла. Химически они менее стойкие, чем
другие, но легко поддаются стеклодувной обработке.
III – α = (38 ÷ 49) *10-7 К-1 «пирекс»- боросиликатное стекло
Simax (Чехия)
разотерм Германия
Высокой термостойкостью обладают высококремнистые стекла.
IV – α = (5 ÷ 7) *10-7 К-1 высокотермостойкие стекла типа кварцевого
2. Соединительные элементы на стандартных взаимозаменяемых шлифах.
Служат для сборки установок с целью их герметизации.
2.1 Шлифы, керны
Муфта-шлиф (внешняя деталь)
Керн (внутренняя деталь)
Основа - усечённый конус (конусность (1:10)
Изготовливают со шлифом (КШ) и нешлифанные (КН) поверхности.
Обозначения: КШ 14/23 - размер шлифа – отношение наибольшего диаметра к высоте в мм.
Недостатки КШ – шероховатая поверхность конуса легко загрязняется, требует смазки, иногда
их непрозрачность мешает наблюдать за синтезом.
КН – прозрачная поверхность, большая механическая прочность, не требует смазки, меньше
загрязняется.
Есть соединения на сферических шлифах, которые позволяют поворачивать соединяемые
элементы прибора на угол до 200.
Смазывание шлифов: вазелин, ПЭГ, мыло, специальные смазки.
Если вдруг шлиф «заело», то их открывают:
 механическим пошатыванием внутреннего шлифа;
 осторожным постукиванием деревянным предметом по шлифу;
 нагреванием внешнего шлифа горячей водой, водяным паром или слабым пламенем
спиртовки (горячие шлифы надо разбирать до их полного охлаждения).
2.2 Переходы
Переходы – прямые и изогнутые – служат для перехода от одного размера стандартного шлифа
к другому.
Насадки
2.3 Насадки
С одной горловиной (Вюрца)
(перегонка при атмосферном давлении)
С двумя горловинами (Кляйзена)
(перегонка при вакууме).
2.4 Алонжи
Алонжи – для транспортирования жидкости (конденсата)от холодильника к приёмнику.
Изогнутый
2.5 Соединительные краны
изогнутый с отводом
прямой с отводом
Соединительные краны
двухходовой
трёхходовой
серповидный
одноходовой
NB!!Смазывание кранов необходимо проводить, не задевая отверстия, чтобы смазка не
попала в него.
3. Лабораторная посуда общего назначения
1. Воронки
2. Дефлегматоры
3. Капельницы
4. Каплеуловители
5. Колбы
6. Пробирки
7. Промывалки
8. Холодильники
9. Стаканы лабораторные
10. Стаканчики для взвешивания
11. Хлоркальциевые трубки
12. Эксикаторы
13. Чашки стеклянные
3.1
Воронки
3.1.1 Конусные (конусность 60°)
Служат:
а) для переливания жидкости из сосуда в сосуд;
б) для переноса порошков в колбы;
в) для фильтрования при помощи складного фильтра
3.1.2 Делительные
Делительные воронки
цилиндрические
конические
грушевидные
шаровидные
градуированные
неградуированные
NB!!Обратить внимание на притёртый спускной кран.
В конической делительной воронке лучше видна граница раздела жидких фаз. Перед работой
необходима проверка воронки на герметичность с помощью воды или эфира.
Спускной кран закреплен резинкой. Смазка крана не желательна.
Воронку крепят на штатив между двумя кольцами. Кольца обертывают шнуром или резиновой
трубкой.
3.1.3 Капельные
Предназначены для приливания жидкости в реакционный сосуд небольшими каплями или
порциями. Отличаются от делительных воронок наличием шлифов.
Имеют длинную спускную трубку, благодаря которой видны капли, поэтому легко наблюдать
за процессом.
3.2 Дефлегматоры (или насадки для дистилляции)
Служат для дробной перегонки смеси жидкостей, температура кипения которых сильно (на 40500С) отличается.
Бывают: ёлочные, шариковые..
Наиболее используемые – ёлочные. С увеличением↑ длины ёлочек разделительная способность
увеличивается.
Ёлочки располагаются под углом 300.
Шлиф-керн дефлегматора закрепляют в колбу, на него устанавливают муфту с насадкой
Вюрца, затем холодильник, алонж, приёмник. В муфту насадки вставляют термометр.
3.3 Капельницы
Применяют для подачи жидкости, например, растворов индикаторов.
3.4 Каплеуловители – для улавливания капель, уносимых парами жидкости при перегонке.
Нижний конец присоединяют к колбе с кипящей жидкостью, верхний конец – к холодильнику.
3.5 Колбы
3.5.1 Круглодонные
с коротким горлом – для нагревания и перегонки жидкостей, проведения
препаративных а аналитических работ, как приёмники при вакуумной
круглодонные
перегонке.
с длинным горлом – для перегонки веществ с водяным паром. Они более
устойчивы к температурным воздействиям и толчкам, сопровождающим
кипение жидкости.
Круглодонные колбы с несколькими горловинами используют для синтеза.
3.5.2 Плоскодонные
Плоскодонные колбы конические (колбы Эрленмейера) и круглые служат для аналитических
работ, простейших операций при атмосферном давлении хранение.
3.5.3 Колбы с тубусом (колбы Бунзена)
Используются в качестве приёмников при фильтровании под вакуумом.
NB! Колбы Бунзена толстостенные, чтобы не быть раздавленными атмосферным
давлением.
При работе их закрывают полотенцем или наклеивают плотно на их наружную поверхность
липкую прозрачную ленту. Это защищает работающего от разлетающихся кусков стекла в
случае разрыва колбы.
Колбы рассчитаны на предельное остаточное давление не более 10 мм. рт.ст.
3.5.4 Грушевидные колбы с взаимозаменяемыми конусами предназначены в качестве
приёмников при вакуумной перегонке.
3.5.5 Остродонные колбы Кляйзена – с одной или несколькими горловинами служат
приёмниками или перегонными колбами.
3.6 Пробирки
Пробирки:
с развёрнутым рантом
- простые
без ранта
- градуированные
- центрифужные
конические
с отводами
NB!При проведении работ в пробирке заполнять её целесообразно на 1/8- 1/4 объёма.
Перемешивать ударом пальца по низу пробирки; встряхивать, закрыв пальцем или пробкой
верх.
Если жидкости в пробирки много перемешивание проводить вращательными движениями
стеклянной палочки.
Нагревание: держатель; медленный прогрев до появления пузырьков пара; над пламенем
спиртовки или около него; открытый конец – от экспериментатора.
3.7 Промывалки
Промывалка представляет собой сосуд, оборудованный так, что из него можно получить
тонкую струю жидкости, с помощью которой переносят осадки на фильтр и промывают их.
3.8 Стаканы
Используют для проведения простейших химических операций и в качестве вспомогательных
сосудов.
Нагрев только через асбестовую сетку.
NB! Не следует применять для выпаривания растворов.Для этого существуют
выпарительные чашки.
3.9 Стаканчики для взвешивания (бюксы) – для взвешивания веществ в условиях защиты от
внешней среды.
Бывают: простые, с пришлифованной пробкой, высокие, низкие, с плечиками, без них.
3.10 Хлоркальциевые трубки – для поглощения влаги и отдельных газов из газового потока
при помощи селективных твёрдых поглотителей.
Бывают: U-образные, прямые с шаром, изогнутые с шаром- без шлифа и со шлифом.
Заполнение: твёрдый поглотитель ( CaCl2 ) – тампоны стекловаты для предотвращения уноса
частиц потоком газа.
NB!Хлоркальциевые трубки нельзя набивать плотно!
3.11 Холодильники
Холодильники бывают прямые и обратные. служат для конденсации и охлаждения газов и
паров.
3.11.1 Прямые холодильники
Для перегонки веществ с tкип > 1600С применяют воздушный холодильник, который
представляет собой полую трубку диаметром d = 10-20мм.
Для перегонки веществ с tкип< 1600С – холодильник Либиха с водяной рубашкой (вход воды снизу, выход - сверху).
Необходимо следить, чтобы рубашка была заполнена. Чем ниже tкип перегонки жидкости, тем
длиннее должен быть холодильник.
Длина холодильника Либиха бывает 100, 200, 300, 400, 600 мм.
Хладоагент - проточная вода.
3.11.2 Обратные холодильники
Чаще всего это шариковые холодильники. Они обычно короче прямых холодильников при
равной эффективности.
NB!! Необходимо регулировать интенсивность кипения жидкости, чтобы
предотвратить «захлёбывание» холодильника.
Спиральные холодильники бывают с внутренним и наружным охлаждением в зависимости от
того, куда поступает охлаждающая вода.
3.12 Эксикаторы
Используются для высушивания и хранения веществ, легко поглощающих влагу из воздуха.
Бывают обычные (без крана) и вакуумные (с краном).
Высушивание проводят при комнатной температуре. В качестве высушивающего агента
используют прокаленный СаСl2 или силикагель, иногда H2SO4.
NB!В вакуумном эксикаторе применять H2SO4 нельзя!!
Если в эксикатор ставят горячий тигель, то из-за нагревания воздуха крышка эксикатора может
приподняться, соскользнуть и разбиться. Для того, чтобы это предотвратить, поместив горячий
предмет в эксикатор и накрыв его крышкой, её некоторое время притирают, т.е. вращают
вправо и влево. При остывании горячего предмета внутри эксикатора создаётся небольшое
разрежение, и крышка плотнее пристаёт к корпусу.
Для того, чтобы открыть эксикатор, нужно сначала сдвинуть крышку в сторону, после чего она
легко снимается.
В вакуум-эксикаторе величина остаточного давления зависит:
 от насоса
 от герметичности шлифованных частей.
Впускать воздух в вакуум-эксикатор, в котором создано разряжение нужно осторожно, чтобы
не распылить высушенное вещество. Поэтому кран открывают медленно, крышку поднимают
после того, как кран открыт нацело.
NB!! Вакуум-эксикатор необходимо обвернуть полотенцем!!!
Обращение с лабораторной стеклянной посудой
1. Так как стеклянная посуда хрупкая, ее необходимо закреплять в зажимах, снабжая
амортизирующими прокладками (из резиновых трубок).
2. Учитывая тот факт, что толстостенные стеклянные изделия хуже выдерживают
перепады t0,
чем тонкостенные, кипятить растворы можно только в тонкостенной
посуде.
3. При использовании учитывать форму сосуда: круглодонные колбы можно нагревать
даже пламенем горелки.
Другую стеклянную посуду греть на открытом огне запрещено.
4. При работе нужно тщательно проверять посуду на наличие трещин.
5. При переносе стеклянных сосудов с горячей жидкостью пользоваться полотенцем.
Сосуд держать двумя руками : за горло и дно.
6. При перемешивании стеклянной палочкой на кончик необходимо надеть кусочек
резиновой трубки (в случае водных растворов) или укрепить кусочек тефлона.
4. Мерная лабораторная посуда
Мерная лабораторная посуда служит для измерения объёма жидкости. К ней относятся:
 Бюретки
 Мерные колбы
 Пипетки
 Измерительные цилиндры
 Мензурки
 Градуированные пробирки
Мерная посуда калибрована на наливание или выливание (при 200С – по образцовым мерам).
Изменение объема мерных сосудов вследствие сжатия или расширения стекла при изменении
температуры незначительно. Это делает возможным пользование ею при температуре,
отличной от 200С, не делая поправок.
Например, объем литровой колбы, откалиброванной при 200С, будет при 260С 1000,15мл.
4.1 Бюретки
Используют для измерения точных объемов жидкостей при титровании. Калибруют их только
на выливание.
Бывают:
 с краном
 с пружинным зажимом
 с бусиной (шариком)
 с боковым отводом (с автоматической установкой нуля)
Отверстие капилляра должно быть таким, чтобы жидкость из бюретки на 25 мл при открытом
затворе вытекала не менее, чем за 24-45с, а из бюретки на 50мл – за 45-55с. Разжимая зажим
Мора или оттягивая резиновую трубку на бусинке затвора, создают просвет в трубке, через
который вытекает жидкость.
Микробюретки служат для измерения объема жидкости порядка сотых и десятых долей мл,
для титрования и наливания в пределах полного объема бюретки или его части.
Правила работы с бюретками:
1. Заполнение производить через маленькую воронку с узкой трубкой, чтобы дать воздуху
возможность свободно выходить из бюретки.
2. Удалить воздух из кончика бюретки:
 при открытом кране (зажиме) опустить кончик бюретки в небольшой стакан с
раствором и осторожно засосать раствор грушей в бюретку. Пузырьки переходят
в бюретку.
 вверх, сгибая резинку.
Затем заполнить бюретку на 1 см выше нулевой метки. Осторожно спустить жидкость до
нуля.
3. Укрепить бюретку в строго вертикальное положение в штативе.
Кран должен быть с правой стороны: открыть его одной рукой, а другой рукой вращать
колбу.
4. Отмеривать объем жидкости всегда от нулевого деления.
5. Отсчёт проводить по нижнему мениску за исключением окрашенных жидкостей, когда
отсчёт нужно производить по верхнему краю мениска, что является менее точным.
NB! Глаз должен находиться на уровне поверхности жидкости в бюретке.
6. Во избежание попадания пыли в раствор бюретку нужно
закрыть сверху
фильтровальной бумагой или опрокинутой пробиркой.
4.2 Мерные колбы
Служат для приготовления растворов определенной концентрации, разбавления растворов. Их
калибруют на наливание или отливание.
Бывают: с пришлифованной пробкой и без неё. Калиброваны обычно по количеству вылитой из
них воды. На колбе имеется кольцевая отметка, указывающая ее ёмкость.
При приготовлении растворов:
 твёрдое вещество через воронку переносят в колбу,
 споласкивают воронку дистиллированной водой,
 наполняют колбу дистиллированной водой на ~1/2 её объема, перемешивают,
 затем добавляют воду почти до кольцевой отметки, закрыв пришлифованной пробкой,
хорошо перемешивают содержимое колбы.
 наполнение до точной кольцевой отметки производят после полного растворения
вещества и доведения температуры раствора ~ до ~ 200С.
NB!! – наполнение колбы необходимо производить на ровной поверхности.
Последние капли жидкости добавлять стеклянной палочкой или пипеткой.
Если в процессе растворения выделяется тепло, то колбу с раствором нужно охладить до
комнатной температуры.
NB! Мерные колбы не предназначены для хранения!
При сливе жидкости из колбы следует, постепенно наклоняя, довести её до вертикального
положения горлом вниз. После прекращения слива сплошной струёй необходимо подождать,
пока по каплям стечёт жидкость, оставшаяся на стенках колбы. Время этой выдержки для
колбы вместимостью 1 л ≥ 30с, для колб больших объемов – 60с. По истечении указанного
времени удалить последнюю каплю жидкости прикосновением края колбы к внутреннему краю
сосуда, в который сливается жидкость.
4.3 Измерительные пипетки – для точного отмеривания определённого объема жидкости.
Пипетки бывают: градуированные (с делениями) и неградуированные (с меткой).
На пипетке обычно указываются: класс точности, номинальная вместимость(мл), температура,
при которой калибровалась пипетка.
Есть микропипетки вместимостью 0,1 мл (с ценой деления: 0,001) и 0,2 мл (с ценой деления:
0,002).
Основные правила работы с пипетками:
 содержание в чистоте, защита от пыли,
 хранение в стеклянном цилиндре, на дне которого помещен бумажный фильтр, или в
штативе,
 при работе пипетку необходимо держать на уровне глаз,
 спуск жидкости из пипетки осуществлять, держа её в строго вертикальном положении,
 NB!! Нельзя выдувать жидкость из пипетки!!
 жидкость должна медленно вытекать из пипетки
Объем пипетки, V, мл
5
10
25
50 100 200
Время вытекания, τ, c
15
20
25
30
40
50
4.4 Мерные цилиндры –используют для измерения объема жидкости, наливаемой или
отливаемой в пределах полного объема цилиндра или его части.
Бывают:
 с носиком
 с пришлифованной пробкой
 с пластмассовым основанием.
V, мл
Цена
деления
5-100
0,1-1,0
1000
1-10
2000
20
Отмеривать объем жидкости необходимо по нижнему краю мениска.
4.5 Мензурки – используют как для грубых измерений объема жидкости, так и для отстаивания
мутных жидкостей (осадок собирается в суженной части).
Калибровку их проводят на отливание.
Наименьшая цена деления составляет:
10 % от номинальной вместимости для мензурок на 50, 100, 250 мл
5% от номинальной вместимости для мензурок на 500, 1000 мл.
4.6 Градуированные мерные пробирки – для проведения в небольшом масштабе простых
химических операций с измерением объема. Их используют также как и мерные цилиндры.
4.7
Центрифужные пробирки – для одновременного измерения объема осадка и
надосадочной жидкости после центрифугирования взвеси.
Правила пользования мерной посудой:
 должна быть чисто вымытой;
 пипетку и бюретку перед употреблением 2-3 раза необходимо споласкивать
небольшими порциями раствора, который собираются отмеривать;
 по окончании работы пипетку обязательно нужно промыть дистиллированной водой
(в случае работы с водными растворами) или С2Н5ОН (3-5 раз); установить её в
штатив для пипеток или в сухой стеклянный цилиндр, прикрывают фильтровальной
бумагой или перевернутой пробиркой;
 при наполнении бюреток следить за наполнением кончика раствором.
5. Фарфоровая лабораторная посуда
Фарфоровая посуда обладает термостойкостью и механической прочностью.
Неглазурованная фарфоровая посуда выдерживает нагревание до 1300 0С, глазурованная – до
1200 0С.
Коэффициент линейного расширения у фарфора примерно такой же, как у стекла «пирекс».
Правила обращения с фарфоровой посудой:
 разогревать посуду постепенно, не резко;
 разогретый сосуд не брать холодными щипцами и не ставить на холодную
подставку;
 упаривать в фарфоровой чашечке либо на водяной или песчаной бане, либо на
асбестовой сетке;
 концентрированные растворы кислот на фарфор не действуют, растворы щелочей
при нагревании его разрушают;
 от органических веществ фарфор очищают выжиганием.
К фарфоровой посуде относятся:
 фарфоровые стаканы
 выпарительные чашки
 тигли Гуча – для фильтрования химически активных веществ через вкладыш.
 воронки Бюхнера – для проведения фильтрования под вакуумом.
Мытьё фарфоровой посуды проводят по аналогии со стеклом.
Лабораторная работа 1.2 Вспомогательные приспособления и материалы
I. Приспособления для сборки установок
1. Штативы и держатели
Различают:
 Штативы для крепления посуды и сборки лабораторных приборов и установок
 Штативы для хранения пипеток
 Штативы для пробирок
Существует универсальный лабораторный штатив Бунзена с держателями и кольцами.
2. Пробки
Бывают:
 стеклянные
 резиновые (набухают и теряют эластичность под действием окислителей, HCl, NxOy)
 корковые (из коры пробкового дерева) – химически устойчивы к большинству
органических веществ. Мало устойчивы к действию галогенов, сильных окислителей,
концентрированной HNO3 и H2SO4, NaOH.
 пластмассовые (ПЭ) – выдерживают t0 до 70-800С, устойчивы к растворам кислот
средних концентраций и щелочей, портятся при действии концентрированных
минеральных кислот, сильных окислителей, H2S и СCl4
d = 11,13,16,20,23 мм
3. Резиновые и пластмассовые трубки и зажимы для трубок
Используют:
 для работы при атмосферном давлении
 под вакуумом
Резиновые технические трубки:
o Кислото-щелочестойкие (20% концентрация растворов) (исключение составляют
HNO3 и СН3СООН)
o Теплостойкие (температура до 900С) или до 1400С (с паром)
o Морозостойкие (до температуры - 450С)
o Маслобензостойкие (среда использования - бензол, масло)
Пластмассовые трубки изготавливают из ПВХ (поливинилхлорида) и ПЭ (полиэтилена).
Для подвода воды и газа к приборам используют ПВХ трубки. Они устойчивы к O3 , Cl2 и
другим агрессивным веществам. Применяют их также в медицине.
В горячей воде ПВХ трубка становится эластичной, легко надевается на трубку большего
диаметра, чем диаметр шланга.
ПЭ имеет tразмяг =110-1200С, труднее, чем ПВХ размягчается и надевается на стеклянную
трубку.
II. Приспособления для работы с реактивами
1. Для перенесения из ёмкости в ёмкость:
Шпатели – для снятия осадка со стенки сосуда, с фильтра, отбора реактивов из банки,
разрыхления слежавшихся реактивов.
Фарфоровые ложки – для переноса небольших количеств твердых веществ из одной
емкости в другую.
Стеклянные воронки
2. Для прокаливания.
Фарфоровые тигли
Щипцы для тиглей
NB! Щипцы необходимо класть на стол так, чтобы изогнутые концы их были
обращены вверх.
Треугольники – для прокаливания тиглей в пламени газовой горелки.
3. Для измельчения проб.
Фарфоровые ступки и пестики
Агатовые ступки и пестики
NB! В фарфоровых и агатовых ступках вещество НЕЛЬЗЯ ТОЛОЧЬ, а можно только
растирать круговыми движениями пестика.
Перед использованием их необходимо тщательно мыть и сушить в сушильном шкафу при
температуре ≤ 1000С.
4. Асбометаллические сетки – огнезащитный, термоизоляционный материал.
Реактивы
Реактивы различают по чистоте.
Раньше было 4 квалификации реактивов:
«ч» - низшая квалификция ≥ 98% осн. вещ-во, примеси 0,01 - 0,5%, остаток после
прокаливания ≤0,5%
«ч.д.а» - ≥99% основного вещества
«х.ч» - высшая степень чистоты: содержание примесей 1*10-3 - 1*10-5 %, нелетучий остаток
≤0,1%, остаток после прокаливания ≤ 0,1%
Высокочистые вещества
примеси 10-5-10-10 %
спектрально чистые («сп.ч»)
эталонной чистоты («в.э.ч.»)
особой чистоты («ос.ч»)
Fluka (Германия)
Степень чистоты
puriss
Содержание
основного
вещества
>99%
Зола
Физические
свойства
свойства
<0,1%
nD20  0,001
Цвет
?
d 420  0,001
purum
>97%
<0,5%
n D20  0,001
d 420  0,002
pract
techn
>90%
usually >95%
Fluctuating
(cf.catalogue
specifications)
puriss min 98% - 99%
purum min 96% - 98%
purum min 95% - 97%
pract min 90% - 95%
<5%
nD20  0,002
d 420  0,005
Quality Levels
For analysys
Extra pure
Pure
Technical
Applications purposes
Стандартный продукт для аналитических
целей
Для прямых лабораторных измерений
Для синтет. и лаб проц.
Raw and auxiliary
materials for lab and
pilot plant work
Опасные свойства реактивов
Влагоустойчивость
o Малогигроскопичные ( Ba (NO3 ) 2 )
o Сильногигроскопичные ( KOH , NaOH , H 3 PO4 , AlCl3 , CH 3COONa )
o Расплавляющиеся на воздухе (СН3)-О
O
\ //
S
- диметилсульфат
/ \\
(СН3)-О
O
Например, PCl5 , PCl3 ... → гидролиз
Na  H 2 → может быть взрыв
Светочувствительность
Фенол, анилин → окисляются, меняют цвет.
Теплочувствительность
Формалин (37% раствор CH 2 O ) при t < 90С образует параформ – белый осадок, который при t0
не переходит в раствор.
C
( NH 4 ) 2 CO3 58


 2 NH 3  CO2   H 2 O
0
Пожароопасность
Пожароопасные вещества условно разделяют на группы:
o Реактивы, которые разлагаются со взрывом даже без кислорода воздуха → от трения,
детонации.
Пример: пикрин.к-та, орг. перекиси, тринитротолуол.
Для снижения взрывоопасности некоторые реактивы хранят увлажненными.
(пикриновая кислота с влажностью >40%)
o Сжатые, сжиженные газы ( CO, NH 3 , H 2 , O2 )
o Реактивы, выделяющие при взаимодействии с водой легковоспламеняемые газы
( Na, K , Ca, CaC2 ,
CaH 2 и др.
↓
H2
HC  CH H 2
o ЛВЖ – tвспышки в закрытом сосуде < 61-65 0С
Если:
а) tвспышки < 18 0С (диэтил.эфир, CS2 ) - особо опасные
б) tвспышки =18 - 23 0С в закрытом сосуде (ацетон, диоксан, метанол, этанол) – опасные
в) опасные при повышенной температуре tвспышки = 23-61 0С (уксусная кислота, спирты,
изопропанол)
o Легковоспламеняемые твёрдые реактивы: уротропин (ГМТА), нафталин
o Самовозгорающиеся реактивы, способные при контакте с воздухом или другими
веществами самонагреваться и самовоспламеняться – металлорганические соединения
o Окисляющие реактивы, которые способствуют развитию горения Na2 O2 , перманганаты.
Ядовитость
Основные правила хранения реактивов:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Банки должны быть снабжены герметичными крышками.
На банке должна быть обязательно этикетка с соответствующими надписями.
Вещества, выделяющие раздражающие дыхательные пути пары, хранят под вытяжкой.
Одновременно хранимый запас химических реактивов не должен превышать суточной
нормы (≤ 2-3л на 1 сотрудника)
Запрещается хранить горючие жидкости в ПЭ или тонкостенной посуде объемом 250мл.
Щелочные металлы нужно хранить под слоем трансформаторного масла или керосина.
Разлагающиеся от действия света вещества хранят в тёмных склянках.
Яды хранят в опечатанном сейфе
Нельзя хранить несовместимые по свойствам вещества.
Например, KMnO4 , H 2 O2 - окислители вместе с восстановителями: S,C.
Обращение с реактивами
По назначению условно реактивы можно разделить на специальные (малые упаковки) и
общеупотребительные (большие упаковки).
Часто возникает необходимость отвешивать и отмеривать небольшие массы и объёмы
реагентов.
При обращении с реактивами необходимо соблюдать следующие правила:
1. Взвешивать реактивы только в специальных стаканчиках.
2. Нельзя брать реактивы руками и возвращать излишки в банку.
3. Пересыпать реактивы с помощью воронок
4. Случайно разлитый реагент нужно сразу засыпать сухим песком, чтобы он впитал
жидкость. Место розлива обработать карбонатом натрия , если разлита кислота и
2% CH 3COOH , если разлиты щелочь или водный аммиак.
5. При переливании едких жидкостей обязательно пользоваться защитными очками и
перчатками (при необходимости использовать прорезиненные фартуки).
6. Запрещается засасывание реактивов в пипетку ртом!!!
7. Горючие жидкости запрещается выливать в канализацию.
8. Если при хранении в органическом растворителе могли образоваться перекиси
(например диоксан), то обязательно перед работой провести проверку на их
присутствие. При необходимости провести очистку от них.
9. При предварительном определении вещества по запаху нельзя наклоняться над сосудом
с препаратом и вдыхать пары или газ полной грудью, а только острожно направлять
пары (газ) движением руки к себе.
10. Работать с метанолом (Яд!!) нужно в перчатках и только в тех случаях, когда его нельзя
заменить другим.
11. Если разбили ртутный термометр, собрать разлитую ртуть с помощью медной
проволоки, поместить её в закрытый сосуд с раствором хлорного железа, а поверхность
обработать раствором FeCl3 .