Derzeit gibt es viele Spezialisten, die sich den physikalischen oder chemischen Wissenschaften verschrieben haben, manchmal auch beiden. Tatsächlich lassen sich die meisten Phänomene durch solche Experimente logisch erklären. Wir werden physikalische Forschungsmethoden genauer betrachten.
Analysemethoden in der analytischen Chemie
Analytische Chemie ist die Wissenschaft vom Nachweis, der Trennung und der Identifizierung von Chemikalien. Zur Durchführung bestimmter Operationen mit Verbindungen werden chemische, physikalische und physikalisch-chemische Analysemethoden verwendet. Letzteres Verfahren wird auch instrumentell genannt, da seine Anwendung moderne Laborgeräte erfordert. Sie ist unterteilt in spektroskopische, kernphysikalische und radiochemische Gruppen.
Außerdem kann es in der Chemie Probleme unterschiedlichster Art geben, die individuelle Lösungen erfordern. Abhängig davon gibt es Methoden der qualitativen (Bestimmung des Namens und der Form einer Substanz) und der quantitativen (Bestimmung, wie viel einer bestimmten Substanz in einem Aliquot oder einer Probe enth alten ist) Analyse.
Quantitative Analysemethoden
Sie ermöglichen es Ihnen, den Geh alt der ursprünglichen Substanz in der Probe zu bestimmen. Insgesamt gibt es chemische, physikalisch-chemische und physikalische Methoden der quantitativen Analyse.
Chemische Methoden der quantitativen Analyse
Sie sind unterteilt in:
- Gewichtsanalyse, mit der Sie den Inh alt einer Substanz bestimmen können, indem Sie auf einer Analysenwaage wiegen und weitere Operationen durchführen.
- Volumenanalyse, bei der das Volumen von Substanzen in verschiedenen Aggregatzuständen oder Lösungen gemessen wird.
Wiederum gliedert es sich in folgende Unterabschnitte:
- volumetrische titrimetrische Analyse wird bei einer bekannten Konzentration des Reagenzes verwendet, die Reaktion, mit der die erforderliche Substanz verbraucht wird, und dann wird das verbrauchte Volumen gemessen;
- Die volumetrische Gasmethode dient der Analyse von Gasgemischen, bei denen die ursprüngliche Substanz von einer anderen absorbiert wird.
- volumetrische Sedimentation (von lat. sedimentum - "Setzung") beruht auf der Schichtung durch ein dispergiertes System infolge der Schwerkraft. Damit einher geht ein Niederschlag, dessen Volumen mit einem Zentrifugenröhrchen gemessen wird.
Chemische Methoden sind nicht immer bequem anzuwenden, da es oft notwendig ist, das Gemisch zu trennen, um die gewünschte Komponente zu isolieren. Um eine solche Operation ohne den Einsatz chemischer Reaktionen durchzuführen, werden physikalische Analysemethoden verwendet. Und als Ergebnis die Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Verbindung zu beobachtenDurchführung von Reaktionen - physikalisch und chemisch.
Physikalische Methoden der quantitativen Analyse
Sie werden in vielen Laborstudien verwendet. Zu den physikalischen Analysemethoden gehören:
- Spektroskopisch - basierend auf der Wechselwirkung von Atomen, Molekülen, Ionen der untersuchten Verbindung mit elektromagnetischer Strahlung, wodurch Photonen absorbiert oder freigesetzt werden.
- Die kernphysikalische Methode besteht darin, eine Probe des zu untersuchenden Stoffes einem Neutronenfluss auszusetzen, durch dessen Untersuchung nach dem Versuch der quantitative Geh alt der in der Probe enth altenen Elemente durch Messung bestimmt werden kann radioaktive Strahlung. Das funktioniert, weil die Menge der Partikelaktivität direkt proportional zur Konzentration des untersuchten Elements ist.
- Die radiochemische Methode dient der Bestimmung des Geh alts an radioaktiven Isotopen, die durch Umwandlungen entstehen, in der Substanz.
Physikalisch-chemische Methoden der quantitativen Analyse
Da diese Methoden nur einen Teil der physikalischen Methoden zur Stoffanalyse darstellen, werden sie auch in spektroskopische, kernphysikalische und radiochemische Untersuchungsmethoden unterteilt.
Qualitative Analysemethoden
In der analytischen Chemie werden zur Untersuchung der Eigenschaften einer Substanz, zur Bestimmung ihres physikalischen Zustands, ihrer Farbe, ihres Geschmacks und ihres Geruchs Methoden der qualitativen Analyse verwendet, die wiederum in dieselbe chemische, physikalische unterteilt sind und physikalisch-chemisch (instrumental). Darüber hinaus werden in der analytischen Chemie physikalische Analysemethoden bevorzugt.
Chemische Methoden werden auf zwei Arten durchgeführt: Reaktionen in Lösungen und Reaktionen auf trockene Weise.
Wet Way Reactions
Reaktionen in Lösungen unterliegen bestimmten Bedingungen, von denen eine oder mehrere erfüllt sein müssen:
- Bildung eines unlöslichen Niederschlags.
- Änderung der Farbe der Lösung.
- Entwicklung eines gasförmigen Stoffes.
Niederschlagsbildung kann beispielsweise durch das Zusammenwirken von Bariumchlorid (BaCl2) und Schwefelsäure (H2SO4) entstehen. Die Reaktionsprodukte sind Salzsäure (HCl) und ein wasserunlöslicher weißer Niederschlag – Bariumsulfat (BaSO4). Dann ist die notwendige Bedingung für das Auftreten einer chemischen Reaktion erfüllt. Manchmal können die Reaktionsprodukte mehrere Substanzen sein, die durch Filtration getrennt werden müssen.
Die Farbänderung der Lösung durch chemische Wechselwirkung ist ein sehr wichtiges Merkmal der Analyse. Dies wird am häufigsten bei der Arbeit mit Redoxverfahren oder bei der Verwendung von Indikatoren in der Säure-Base-Titration beobachtet. Zu den Substanzen, die die Lösung mit der entsprechenden Farbe färben können, gehören: Kaliumthiocyanat KSCN (seine Wechselwirkung mit Eisen-III-Salzen wird von einer blutroten Färbung der Lösung begleitet), Eisenchlorid (bei Wechselwirkung mit Chlorwasser die schwache grüne Farbe des Lösung verfärbt sich gelb), Kaliumdichromat (bei Reduktion und unter Einwirkung von Schwefelsäure wechselt es von orange zudunkelgrün) und andere.
Reaktionen, die unter Gasfreisetzung ablaufen, sind nicht basisch und werden in seltenen Fällen eingesetzt. Das in Labors am häufigsten produzierte Kohlendioxid ist CO2.
Trockenreaktionen
Solche Wechselwirkungen werden durchgeführt, um den Geh alt an Verunreinigungen in der analysierten Substanz bei der Untersuchung von Mineralien zu bestimmen, und bestehen aus mehreren Stufen:
- Schmelzbarkeitstest.
- Flammenfarbtest.
- Volatilitätstest.
- Die Fähigkeit zu Redoxreaktionen.
Normalerweise werden mineralische Substanzen auf ihre Schmelzfähigkeit geprüft, indem man eine kleine Probe davon über einem Gasbrenner vorwärmt und die Abrundung ihrer Kanten unter einer Lupe beobachtet.
Um zu prüfen, wie die Probe die Flamme färben kann, wird sie auf einem Platindraht zuerst auf den Flammengrund und dann auf die am stärksten erhitzte Stelle aufgetragen.
Die Flüchtigkeit der Probe wird im Analysenzylinder überprüft, der nach dem Einbringen des Testelements erhitzt wird.
Reaktionen von Redoxprozessen werden meistens in trockenen Kugeln aus geschmolzenem Borax durchgeführt, in die die Probe eingebracht und dann erhitzt wird. Es gibt andere Möglichkeiten, diese Reaktion durchzuführen: Erhitzen in einem Glasrohr mit Alkalimetallen - Na, K, einfaches Erhitzen oder Erhitzen auf Holzkohle und so weiter.
Verwendung chemischer Indikatoren
Manchmal verwenden chemische Analysemethoden andereIndikatoren, die helfen, den pH-Wert des Mediums einer Substanz zu bestimmen. Die am häufigsten verwendeten sind:
- Lackmus. In saurem Milieu färbt sich Indikator-Lackmuspapier rot, in alkalischem Milieu blau.
- Methylorange. Wenn es einem sauren Ion ausgesetzt wird, wird es rosa, alkalisch - wird gelb.
- Phenolphthalein. In einer alkalischen Umgebung ist es charakteristisch für eine rote Farbe und in einer sauren Umgebung ist es farblos.
- Kurkumin. Es wird seltener verwendet als andere Indikatoren. Verfärbt sich braun mit Laugen und gelb mit Säuren.
Physikalische Methoden der qualitativen Analyse
Derzeit werden sie häufig sowohl in der industriellen als auch in der Laborforschung eingesetzt. Beispiele für physikalische Analysemethoden sind:
- Spectral, das oben bereits besprochen wurde. Sie wiederum wird in Emissions- und Absorptionsverfahren unterteilt. Je nach analytischem Signal der Partikel unterscheidet man Atom- und Molekülspektroskopie. Während der Emission emittiert die Probe Quanten, und während der Absorption werden die von der Probe emittierten Photonen selektiv von kleinen Teilchen – Atomen und Molekülen – absorbiert. Dieses chemische Verfahren verwendet solche Arten von Strahlung wie Ultraviolett (UV) mit einer Wellenlänge von 200-400 nm, sichtbar mit einer Wellenlänge von 400-800 nm und Infrarot (IR) mit einer Wellenlänge von 800-40000 nm. Solche Strahlungsbereiche werden auch als "optischer Bereich" bezeichnet.
- Die Lumineszenz- (Fluoreszenz-) Methode besteht darin, die Lichtemission der zu untersuchenden Substanz zu beobachtenExposition gegenüber ultravioletten Strahlen. Die Testprobe kann eine organische oder mineralische Verbindung sowie einige Medikamente sein. Unter UV-Strahlung geraten die Atome dieser Substanz in einen angeregten Zustand, der sich durch eine beeindruckende Energiereserve auszeichnet. Beim Übergang in den Normalzustand leuchtet die Substanz aufgrund der Restenergie.
- Röntgenbeugungsanalysen werden in der Regel mit Röntgenstrahlen durchgeführt. Sie werden verwendet, um die Größe von Atomen zu bestimmen und wie sie sich relativ zu anderen Probenmolekülen befinden. So werden das Kristallgitter, die Zusammensetzung der Probe und in einigen Fällen das Vorhandensein von Verunreinigungen festgestellt. Diese Methode verwendet eine kleine Menge Analyt ohne den Einsatz chemischer Reaktionen.
- Massenspektrometrische Methode. Manchmal kommt es vor, dass das elektromagnetische Feld bestimmte ionisierte Teilchen aufgrund eines zu großen Unterschieds im Verhältnis von Masse und Ladung nicht passieren lässt. Um sie zu bestimmen, wird diese physikalische Analysemethode benötigt.
Daher sind diese Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen chemischen sehr gefragt, da sie eine Reihe von Vorteilen aufweisen. Die Kombination von chemischen und physikalischen Analysemethoden in der analytischen Chemie liefert jedoch ein viel besseres und genaueres Ergebnis der Studie.
Physiko-chemische (instrumentelle) Methoden der qualitativen Analyse
Diese Kategorien beinh alten:
- Elektrochemische Methoden, die im Messen bestehenelektromotorische Kräfte galvanischer Zellen (Potentiometer) und elektrische Leitfähigkeit von Lösungen (Konduktometrie) sowie in der Untersuchung der Bewegung und Ruhe chemischer Prozesse (Polarographie).
- Emissionsspektralanalyse, deren Kern darin besteht, die Intensität elektromagnetischer Strahlung auf einer Frequenzskala zu bestimmen.
- Photometrische Methode.
- Röntgenspektralanalyse, bei der die Spektren von Röntgenstrahlen untersucht werden, die die Probe durchlaufen haben.
- Methode zur Messung der Radioaktivität.
- Das chromatographische Verfahren beruht auf der wiederholten Wechselwirkung von Sorption und Desorption einer Substanz, wenn sie sich entlang eines unbeweglichen Sorbens bewegt.
Sie sollten wissen, dass physikalisch-chemische und physikalische Analysemethoden in der Chemie grundsätzlich in einer Gruppe zusammengefasst sind, sodass sie, wenn sie getrennt betrachtet werden, viele Gemeinsamkeiten haben.
Physikalisch-chemische Verfahren zur Stofftrennung
Sehr oft gibt es in Laboratorien Situationen, in denen es unmöglich ist, die gewünschte Substanz zu extrahieren, ohne sie von einer anderen zu trennen. In solchen Fällen werden Methoden zur Trennung von Stoffen verwendet, darunter:
- Extraktion - ein Verfahren, bei dem die benötigte Substanz aus einer Lösung oder Mischung mittels eines Extraktionsmittels (entsprechendes Lösungsmittel) extrahiert wird.
- Chromatographie. Diese Methode dient nicht nur der Analytik, sondern auch der Trennung von Bestandteilen, die sich in der mobilen und stationären Phase befinden.
- Trennung durch Ionenaustausch. Infolgedie gewünschte Substanz kann wasserunlöslich ausfallen und dann durch Zentrifugation oder Filtration abgetrennt werden.
- Kryogene Trennung wird verwendet, um gasförmige Stoffe aus der Luft zu extrahieren.
- Elektrophorese ist die Trennung von Stoffen unter Beteiligung eines elektrischen Feldes, unter dessen Einfluss sich Teilchen, die sich nicht miteinander vermischen, in flüssigen oder gasförmigen Medien bewegen.
So hat die Laborantin immer die benötigte Substanz.
