Uvod u Hemijsku Analizu

  • View
    383

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

hemija

Text of Uvod u Hemijsku Analizu

  • SVEUILITE U ZAGREBU

    FARMACEUTSKO-BIOKEMIJSKI FAKULTET

    Svjetlana Luterotti

    UVOD U KEMIJSKU ANALIZU

    5. izdanje

    ZAGREB 2012

    http://www.pharma.unizg.hr/download.aspx?file=/Upload/ANALIT_KEM/uvod_u_kemijsku_analizu.pdf

    http://free-zg.t-com.hr/Svjetlana_Luterotti

    http://free-zg.htnet.hr/Svjetlana_Luterotti

  • ii

    Recenzenti:

    Prof. dr. sc. Nikola Kujundi Prof. dr. sc. Alka Horvat Doc. dr. sc. Dubravka Pavii-Strache

    Nakladnik:

    Farmaceutsko-biokemijski fakultet Sveuilita u Zagrebu

    Umnoavanje, preslike ili pretisak nisu doputeni bez odobrenja autorice.

    CIP zapis

    ISBN 978-953-6256-14-3

  • iii

    PREDGOVOR

    Kao to sam naslov kae ovaj tekst daje kemijske temelje analitike kemije, dakle on obrauje analitika ispitivanja koja se temelje na kemijskim reakcijama. Kemijskim reakcijama dobivamo spojeve koje je mogue podvri postupcima odjeljivanja ili ih pripremamo za kvalitativnu ili kvantitativnu analizu. Mnogi postupci odjeljivanja se i sami temelje na kemijskim reakcijama. U tu je svrhu nuno poznavanje teorijskih naela i temeljnih znanja iz ope, fizike, anorganske i organske kemije. Stoga je pojavljivanje pojmova koji su izvan dosega ovog kolegija prisutno iskljuivo u funkciji kemijske analize odnosno u onoj mjeri i na onim modelima koji su prema autorici nuni studentu za uspjeno praenje ovog i naprednijih kurseva iz analitike kemije. Ovo je radni materijal predavanja iz kolegija Analitika kemija I na Farmaceutsko-biokemijskom fakultetu Sveuilita u Zagrebu a temeljen je na nizu citiranih literaturnih izvora. Kako je ovaj udbenik namijenjen studentima koji stiu uvodna znanja iz kemijske analize materijal je koncipiran na nain da kroz razne kemijske pojmove i veliine uvede studente u procese kemijskog razmiljanja i raunanja. Valja naglasiti da je ovaj materijal, koliko god je to bilo mogue, usklaen s FECS-ovim Eurocurriculum-om Analitike kemije iz 1998. god. Stoga ga smatram korisnim ne samo studentima Farmaceutsko-biokemijskog fakulteta ve svim sluaima sveuiline nastave iz analitike kemije.

    Zagreb 2002, 2008, 2009, 2011, 2012 Svjetlana Luterotti

  • iv

    SADRAJ

    Stranica PREDGOVOR. iii

    I. OPI POJMOVI... 1

    I.1. ULOGA ANALITIKE KEMIJE 1

    I.2. ANALITIKI PROCES I POSTUPCI. 2 I.2.1. UZORAK I UZORKOVANJE................................. 5 I.2.2. ANALITIKE REAKCIJE I NJIHOVO IZVOENJE 8 I.2.2.1. Izvedbene znaajke kvalitativnih kemijskih ispitivanja 12 Granine vrijednosti utvrivanja (otkrivanja) ..................................... 12 Selektivnost... 17

    I.2.2.2. Klasifikacija analitikih postupaka 24 I.2.2.3. Analitiki signal i informacija 25 Sadraj informacije u kvalitativnoj analizi................ 27

    II. RAVNOTEE U ANALITIKIM SUSTAVIMA.......... 29 II.1. RAVNOTEE U HOMOGENIM SUSTAVIMA. 33 II.1.1. IONI I OTOPINE...................................................................... 34 II.1.1.1. Otapanje ionskih spojeva........... 36 II.1.1.2. Otapanje kovalentnih spojeva........ 40 II.1.1.3. Elektrolitika disocijacija............. 42 Faktor aktiviteta i aktivitet 42

    III. PROTOLITIKE REAKCIJE U KEMIJSKOJ ANALIZI 44

    III.1. KISELO-BAZNE RAVNOTEE...................................................... 44 III.1.1. AUTOPROTOLIZA, AMFOLITI......................................................... 45 III.1.2. KISELINE I BAZE............................................................................... 47 III.1.3. HIDROKSIDI 57 III.1.4. AMFOTERNOST......................................................................... 59 III.1.5. HIDROLIZA.. 63 III.1.6. PUFERSKE SMJESE........................................................................... 70

  • v

    IV. KOMPLEKSNI SPOJEVI I NJIHOVA ANALITIKA ULOGA................. 74

    IV.1. ANALITIKI ZNAAJNI KOMPLEKSI....................... 75 IV.1.1. OBOJENOST KOMPLEKSA.......................................................... 78 IV.1.2. RAVNOTEE REAKCIJA KOMPLEKSACIJE.................. 80 IV.1.3. KOMPLEKSI S ANORGANSKIM MONODENTATNIM I BIDENTATNIM LIGANDIMA.................................................... 87 IV.1.4. KOMPLEKSI S ORGANSKIM BIDENTATNIM I POLIDENTATNIM LIGANDIMA.................................. 96 Kelati, kelatni i entropijski efekt........................................................... 96 IV.1.5. PRIMJENA KOMPLEKSNIH SPOJEVA U KEMIJSKOJ ANALIZI.. 108

    V. REDOKS REAKCIJE I REAKCIJE KARAKTERIZACIJE VALENTNOG STANJA............................. 110

    Reakcije disproporcioniranja............................................................... 118 Reakcije karakterizacije valentnog stanja........................................ 119

    VI. REAKCIJE LUMINESCENCIJE....... 121

    VI.1. FOTOLUMINESCENCIJA 121

    VI.2. KEMILUMINESCENCIJA 125

    VII. HETEROGENE RAVNOTEE.. 127

    VII.1. TERMODINAMIKA RAZMATRANJA.. 127 Superkritini fluidi 129

    VII.2. SUSTAVI PLINOVITO-TEKUE 131 VII.3. SUSTAVI PLINOVITO-VRSTO 133 VII.4. SUSTAVI VRSTO-TEKUE. 135 Utjecaj pH na talone reakcije 141 VII.4.1. SELEKTIVNO TALOENJE I OTAPANJE... 143 VII.4.1.1. Selektivno taloenje i otapanje klorida. 144 VII.4.1.2. Selektivno taloenje i otapanje sulfida.. 145 VII.4.1.3. Selektivno taloenje i otapanje hidroksida 153 VII.4.1.4. Selektivno taloenje karbonata..................... 158

  • vi

    VII.4.2. IONSKA IZMJENA U KEMIJSKOJ ANALIZI.. 160 VII.4.2.1. Ravnotea i kinetika ionske izmjene. 162 VII.4.2.2. Primjena ionskih izmjenjivaa.. 165 VII.4.3. METODE KAPILARNE ANALIZE. 167 VII.5. SUSTAVI TEKUE-TEKUE.. 173 Ekstrakcija metalnih iona.. 177

    VIII. SLOENE RAVNOTEE.. 182 VIII.1. MASKIRANJE I DEMASKIRANJE. 182 VIII.2. NEKE SLOENE RAVNOTEE.. 189 VIII.2.1. OTAPANJE TALOGA TEKO TOPLJIVIH SOLI. 195 VIII.2.1.1. Otapanje nastankom slabog elektrolita.............................................. 195 VIII.2.1.2. Otapanje stvaranjem kompleksnog iona......................................... 196 VIII.2.1.3. Otapanje promjenom oksidacijskog stanja. 199 VIII.2.1.4. Otapanje u prisustvu suvika strane soli........................................ 200

    IX. POSTUPCI ODJELJIVANJA....................................... 202 IX.1. TEMELJI KROMATOGRAFSKIH ODJELJIVANJA ................. 204 IX.1.1. OPI POJMOVI 204

    Teorija tavana 211 Kinetika teorija 211 Primjena kromatografskih metoda........................................................ 212

    IX.1.2. PLINSKA KROMATOGRAFIJA. 213 Analiza para iznad otopine plinskom kromatografijom (head-space GC)... 218 Primjena plinske kromatografije.. 219 IX.1.3. KOLONSKE TEKUINSKE KROMATOGRAFIJE.......................... 219 IX.1.3.1. Tekuinska kromatografija visoke djelotvornosti (HPLC).. 222 Primjena HPLC 224 IX.1.3.2. Ionska kromatografija (IC) ................................................... 225 Primjena ionske kromatografije ... 228 IX.1.3.3. Kromatografija iskljuenjem (SEC) ... 228 Primjena kromatografije iskljuenjem.. 230

  • vii

    IX.1.4. PLONE TEKUINSKE KROMATOGRAFIJE ............................ 231 IX.1.4.1. Tankoslojna kromatografija (TLC) ................................................... 231 Primjena tankoslojne kromatografije ............................................... 233 IX.1.4.2. Papirna kromatografija (PC).. 234 Primjena papirne kromatografije... 237 IX.1.5. FLUIDNA KROMATOGRAFIJA PRI SUPERKRITINIM UVJETIMA (SFC) ......................................... 237 IX.1.6. ELEKTROFOREZA. 238 IX.2. NOVI TRENDOVI U KROMATOGRAFIJI I SRODNIM

    TEHNIKAMA................................................................................ 239

    IX.2.1. KAPILARNA ELEKTROFOREZA (CE) I KAPILARNA ELEKTROKROMATOGRAFIJA(CEC)......................................... 239

    IX.2.2. MICELARNE KROMATOGRAFIJE............................................. 241 IX.2.3. "LAB-ON-A-CHIP" (LOC)............................................................. 242 IX.2.4. VEZANI SUSTAV TEKUINSKA KROMATOGRAFIJA

    VISOKOG UINKA SPEKTROMETRIJA MASE (HPLC-MS, HPLC-MS/MS)................................................................................ 242

    IX.2.5. "ULTRA PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY" (UPLC)............................................................................................. 243

    Primjena UPLC................................................................................ 244 IX.2.6. DVODIMENZIONALNE TEHNIKE............................................. 245

    X. LITERATURA..... 246

    XI. DODATAK - OBJANJENJA KRATICA,

    AKRONIMA I TUICA........... 248

  • 1

    I. OPI POJMOVI

    Kemijska analiza znai kemijsko rastavljanje, ralanjivanje cjelovitog ili kompleksnog na sastavne dijelove (grki analysis). Zadaci kemijske analize temeljno se svode na dobavljanje analitikih informacija o kvalitativnom i kvantitativnom sastavu ispitivanog materijala. Kemijskom analizom ustanovljava se sastav neke tvari (kemijskog spoja ili smjese). Ako se pri tome ustanovljava samo prisutnost pojedinih sastojaka, bez obzira na njihov stehiometrijski odnos, govorimo o kvalitativnoj analizi, a ako se radi o odreivanju sadraja (mase, koliine, koncentracije) pojedine sastavnice govorimo o kvantitativnoj analizi. Dakle, kvalitativna kemijska analiza prethodi kvantitativnoj. Za utvrivanje prisutnosti nekog sastojka (elementa, spoja, atomske skupine) u ispitivanoj tvari odnosno materijalu obino se upotrebljava pojam "dokazivanje" ili "detekcija", dok se u kvantitativnoj analizi koristi pojam "odreivanje". Kemijsku reakciju na kojoj se analiza temelji prikazuje kemijska jednadba. Ona predstavlja kratki izraz za neki kemijski proces u kojem reagiraju reaktanti i daju reakcijske produkte. Kemijska jednadba prikazuje samo poetno i konano stanje te na temelju nje ne moemo saznati meh