Attualmente ci sono molti specialisti che si sono dedicati alle scienze fisiche o chimiche, e talvolta ad entrambe. In effetti, la maggior parte dei fenomeni può essere spiegata logicamente proprio attraverso tali esperimenti. Considereremo più in dettaglio i metodi di ricerca fisica.
Metodi di analisi in chimica analitica
La chimica analitica è la scienza per rilevare, separare e identificare le sostanze chimiche. Per eseguire determinate operazioni con composti, vengono utilizzati metodi di analisi chimici, fisici e fisico-chimici. Quest'ultimo metodo è anche chiamato strumentale, poiché la sua applicazione richiede moderne apparecchiature di laboratorio. È suddiviso in gruppi spettroscopici, di fisica nucleare e radiochimici.
Inoltre, in chimica possono esserci problemi di diverso tipo che richiedono soluzioni individuali. A seconda di ciò, esistono metodi di analisi qualitativa (determinando il nome e la forma di una sostanza) e quantitativa (determinando la quantità di una determinata sostanza contenuta in un'aliquota o in un campione).
Metodi di analisi quantitativa
Consentono di determinare il contenuto della sostanza originale nel campione. In totale, ci sono metodi chimici, fisico-chimici e fisici di analisi quantitativa.
Metodi chimici di analisi quantitativa
Sono divisi in:
- Analisi del peso che permette di determinare il contenuto di una sostanza pesandola su una bilancia analitica ed eseguendo ulteriori operazioni.
- Analisi del volume, che implica la misurazione del volume delle sostanze in diversi stati aggregati o soluzioni.
A sua volta, è suddiviso nelle seguenti sottosezioni:
- L'analisi titrimetrica volumetrica viene utilizzata a una concentrazione nota del reagente, viene misurata la reazione con cui viene consumata la sostanza richiesta e quindi viene misurato il volume consumato;
- Il metodo volumetrico del gas consiste nell'analizzare le miscele di gas in cui la sostanza originale viene assorbita da un' altra.
- La sedimentazione volumetrica (dal latino sedimentum - "insediamento") si basa sulla stratificazione da parte di un sistema disperso per effetto della gravità. Questo è accompagnato da precipitazioni, il cui volume viene misurato utilizzando una provetta da centrifuga.
I metodi chimici non sono sempre convenienti da usare, poiché spesso è necessario separare la miscela per isolare il componente desiderato. Per eseguire tale operazione senza l'uso di reazioni chimiche, vengono utilizzati metodi fisici di analisi. E osservare il cambiamento nelle proprietà fisiche del composto come risultatoeffettuare reazioni - fisiche e chimiche.
Metodi fisici di analisi quantitativa
Sono usati durante molti studi di laboratorio. I metodi fisici di analisi includono:
- Spettroscopico - basato sull'interazione di atomi, molecole, ioni del composto studiato con la radiazione elettromagnetica, a seguito della quale i fotoni vengono assorbiti o rilasciati.
- Il metodo nucleare-fisico consiste nell'esporre un campione della sostanza in studio ad un flusso di neutroni, studiando il quale, dopo l'esperimento, è possibile determinare il contenuto quantitativo degli elementi contenuti nel campione misurando radiazioni radioattive. Questo funziona perché la quantità di attività delle particelle è direttamente proporzionale alla concentrazione dell'elemento in studio.
- Il metodo radiochimico consiste nel determinare il contenuto nella sostanza di isotopi radioattivi formatisi a seguito di trasformazioni.
Metodi fisico-chimici di analisi quantitativa
Poiché questi metodi sono solo una parte dei metodi fisici per analizzare una sostanza, sono anche suddivisi in metodi di ricerca spettroscopici, nucleari-fisici e radiochimici.
Metodi di analisi qualitativa
In chimica analitica, per studiare le proprietà di una sostanza, determinarne lo stato fisico, il colore, il gusto, l'odore, vengono utilizzati metodi di analisi qualitativa, che, a loro volta, sono divisi nella stessa chimica, fisica e fisico-chimico (strumentale). Inoltre, i metodi fisici di analisi sono preferiti in chimica analitica.
I metodi chimici vengono eseguiti in due modi: reazioni in soluzione e reazioni in modo secco.
Reazioni sul bagnato
Le reazioni nelle soluzioni hanno determinate condizioni, una o più delle quali devono essere soddisfatte:
- Formazione di un precipitato insolubile.
- Cambiare il colore della soluzione.
- Evoluzione di una sostanza gassosa.
Può verificarsi, ad esempio, formazione di precipitati a causa dell'interazione di cloruro di bario (BaCl2) e acido solforico (H2SO4). I prodotti della reazione sono acido cloridrico (HCl) e un precipitato bianco insolubile in acqua - solfato di bario (BaSO4). Quindi saranno soddisfatte le condizioni necessarie per il verificarsi di una reazione chimica. A volte i prodotti della reazione possono essere un paio di sostanze, che devono essere separate per filtrazione.
Cambiare il colore della soluzione come risultato dell'interazione chimica è una caratteristica molto importante dell'analisi. Questo si osserva più spesso quando si lavora con processi redox o quando si utilizzano indicatori nel processo di titolazione acido-base. Le sostanze che possono colorare la soluzione con il colore appropriato includono: tiocianato di potassio KSCN (la sua interazione con i sali di ferro III è accompagnata da una colorazione rosso sangue della soluzione), cloruro ferrico (quando interagisce con l'acqua di cloro, il debole colore verde della soluzione diventa gialla), dicromato di potassio (quando ridotto e sotto l'azione dell'acido solforico, cambia da arancione averde scuro) e altri.
Le reazioni che procedono con il rilascio di gas non sono basilari e vengono utilizzate in rari casi. L'anidride carbonica più comunemente prodotta nei laboratori è la CO2.
Reazioni secche
Tali interazioni vengono eseguite per determinare il contenuto di impurità nella sostanza analizzata, nello studio dei minerali, e si compone di diverse fasi:
- Test di fusibilità.
- Test colore fiamma.
- Test di volatilità.
- La capacità di reazioni redox.
Di solito, le sostanze minerali vengono testate per la loro capacità di fusione preriscaldando un piccolo campione di esse su un bruciatore a gas e osservando l'arrotondamento dei suoi bordi sotto una lente d'ingrandimento.
Per verificare come il campione è in grado di colorare la fiamma, viene applicato su un filo di platino prima alla base della fiamma, e poi nel luogo più riscaldato.
La volatilità del campione viene verificata nel cilindro del test, che viene riscaldato dopo l'introduzione dell'elemento del test.
Le reazioni dei processi redox sono più spesso eseguite in palline asciutte di borace fuso, in cui il campione viene posto e quindi sottoposto a riscaldamento. Esistono altri modi per eseguire questa reazione: riscaldamento in un tubo di vetro con metalli alcalini - Na, K, riscaldamento semplice o riscaldamento su carbone e così via.
Uso di indicatori chimici
A volte i metodi di analisi chimica utilizzano metodi diversiindicatori che aiutano a determinare il pH del mezzo di una sostanza. I più comunemente usati sono:
- Torna di tornasole. In un ambiente acido, la cartina tornasole diventa rossa e in un ambiente alcalino diventa blu.
- Metiloarancio. Se esposto a uno ione acido, diventa rosa, alcalino - diventa giallo.
- Fenolftaleina. In un ambiente alcalino è caratteristico di un colore rosso e in un ambiente acido non ha colore.
- Curcumina. È usato meno spesso di altri indicatori. Diventa marrone con alcali e giallo con acidi.
Metodi fisici di analisi qualitativa
Attualmente, sono spesso utilizzati nella ricerca industriale e di laboratorio. Esempi di metodi fisici di analisi sono:
- Spettrale, che è già stato discusso sopra. A sua volta, è suddiviso in metodi di emissione e assorbimento. A seconda del segnale analitico delle particelle, si distinguono la spettroscopia atomica e molecolare. Durante l'emissione, il campione emette quanti e durante l'assorbimento, i fotoni emessi dal campione vengono assorbiti selettivamente da piccole particelle: atomi e molecole. Questo metodo chimico utilizza tipi di radiazioni come l'ultravioletto (UV) con una lunghezza d'onda di 200-400 nm, visibile con una lunghezza d'onda di 400-800 nm e l'infrarosso (IR) con una lunghezza d'onda di 800-40000 nm. Tali aree di radiazione sono altrimenti chiamate "gamma ottica".
- Il metodo luminescente (fluorescente) consiste nell'osservare l'emissione di luce da parte della sostanza in studio a causa diesposizione ai raggi ultravioletti. Il campione di prova può essere un composto organico o minerale, nonché alcuni farmaci. Se esposti ai raggi UV, gli atomi di questa sostanza passano in uno stato eccitato, caratterizzato da un'impressionante riserva di energia. Durante il passaggio allo stato normale, la sostanza si illumina a causa della quantità residua di energia.
- L'analisi della diffrazione dei raggi X viene eseguita, di regola, utilizzando i raggi X. Sono usati per determinare la dimensione degli atomi e come si trovano rispetto ad altre molecole campione. Pertanto, si trovano il reticolo cristallino, la composizione del campione e la presenza di impurità in alcuni casi. Questo metodo utilizza una piccola quantità di analita senza l'uso di reazioni chimiche.
- Metodo spettrometrico di massa. A volte capita che il campo elettromagnetico non permetta a determinate particelle ionizzate di attraversarlo a causa di una differenza troppo grande nel rapporto tra massa e carica. Per determinarli, è necessario questo metodo fisico di analisi.
Quindi, questi metodi sono molto richiesti, rispetto a quelli chimici convenzionali, perché presentano una serie di vantaggi. Tuttavia, la combinazione di metodi di analisi chimici e fisici nella chimica analitica fornisce un risultato molto migliore e più accurato dello studio.
Metodi fisico-chimici (strumentali) di analisi qualitativa
Queste categorie includono:
- Metodi elettrochimici che consistono nella misurazioneforze elettromotrici delle celle galvaniche (potenziometria) e conducibilità elettrica delle soluzioni (conduttometria), nonché nello studio del movimento e del riposo dei processi chimici (polarografia).
- Analisi spettrale delle emissioni, la cui essenza è determinare l'intensità della radiazione elettromagnetica su una scala di frequenze.
- Metodo fotometrico.
- Analisi spettrale dei raggi X, che esamina gli spettri dei raggi X che sono passati attraverso il campione.
- Metodo per misurare la radioattività.
- Il metodo cromatografico si basa sull'interazione ripetuta di assorbimento e desorbimento di una sostanza quando si muove lungo un assorbente immobile.
Dovresti sapere che fondamentalmente i metodi di analisi fisico-chimici e fisici in chimica sono combinati in un gruppo, quindi quando sono considerati separatamente, hanno molto in comune.
Metodi fisico-chimici di separazione delle sostanze
Molto spesso nei laboratori ci sono situazioni in cui è impossibile estrarre la sostanza richiesta senza separarla da un' altra. In tali casi vengono utilizzati metodi di separazione delle sostanze, che includono:
- Estrazione - un metodo mediante il quale la sostanza necessaria viene estratta da una soluzione o miscela per mezzo di un estraente (solvente corrispondente).
- Cromatografia. Questo metodo viene utilizzato non solo per l'analisi, ma anche per la separazione dei componenti che si trovano nelle fasi mobile e stazionaria.
- Separazione tramite scambio ionico. Di conseguenzala sostanza desiderata può precipitare, essere insolubile in acqua, e quindi essere separata mediante centrifugazione o filtrazione.
- La separazione criogenica viene utilizzata per estrarre le sostanze gassose dall'aria.
- L'elettroforesi è la separazione di sostanze con la partecipazione di un campo elettrico, sotto l'influenza del quale particelle che non si mescolano tra loro si muovono in mezzi liquidi o gassosi.
Così, l'assistente di laboratorio sarà sempre in grado di ottenere la sostanza richiesta.
