Третья аналитическая группа анионов
Опыт 10. Определение аниона NO3–
Большинство нитратов растворимо в воде. Ион NO3– бесцветен. Определяют его с помощью реакций окисления-восстановления.
А) Реакция с металлической медью
В присутствии серной кислоты нитраты восстанавливаются металлической медью до оксида азота (II), который сразу же окисляется кислородом воздуха до бурого оксида азота (IV)
2NO3– + 3Cu + 8Н+ = 2NO + 3Cu2+ + 4Н2О
2NO + О2 = 2NO2
К 2 - 3 каплям раствора нитрата добавьте 1 - 2 капли концентрированной серной кислоты, кусочек меди и нагревайте на водяной бане. Бурая окраска NO2 хорошо заметна на белом фоне.
Б) Реакция с сульфатом железа (II)
В кислой среде нитраты также восстанавливаются FeSО4 до NO
2NO3– + 6Fе2+ + 8Н+ = 2NO + 6Fe3+ + 4Н2О
Образующийся в результате реакции оксид азота (II) даст с сульфатом железа комплексное соединение бурого цвета
NO + FеSО4 = [Fе(NО)SО4]
К 2 - 3 каплям раствора нитрата натрия на часовом стекле поместите кристалл сульфата железа (II) FeSO4∙7Н2О и добавьте каплю концентрированной серной кислоты. Вокруг кристалла появится бурое кольцо. Анион NO2– также дает эту реакцию.
В) Реакция с металлическим алюминием
Металлический алюминий в присутствии щелочи восстанавливает нитраты до аммиака
3NO3– + 8А1 + 5ОН– + 2Н2О = 3NН3 + 8АlO2–
К 2 - 3 каплям раствора нитрата натрия добавьте 1 - 2 капли 6 н раствора гидроксида натрия, кусочек алюминия и нагрейте. Поднесите к отверстию пробирки влажную красную лакмусовую бумагу. Под действием выделяющегося аммиака она изменит свой цвет. Анион NO2– также даст аналогичную реакцию. Катион NН4+ должен быть предварительно удален из раствора кипячением его со щелочью.
Г) Реакция с дифениламином
Дифениламин (С6Н5)2NH окисляется ионом NO3– до продукта, имеющего темно-синюю окраску.
К 3 - 4 каплям раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте, нанесенным на чистое часовое стекло, прибавьте стеклянной палочкой очень немного раствора нитрата натрия. Аналогично окрашивают дифениламин и анионы NO2–.
Опыт П. Определение анионов NO2–
Нитриты хорошо растворимы в воде. Анион NO2– в растворе бесцветен.
А) Реакция с сульфаниловой кислотой и a-нафтиламином
К капле нейтрального или слабокислого раствора нитрита на часовом стекле прибавьте 1 - 2 капли смеси сульфаниловой кислоты НSО3С6Н4NН2 и a-нафтиламина С10H7NH2, называемой реактивом Грисса - Илосвая. Появится красное окрашивание. Реакция характерна только для нитритов.
Б) Реакция с кислотами
Разбавленные кислоты разлагают нитриты с выделением бурого оксида азота (IV)
2NO2– + 2Н+ = NO2 + NO + Н2O
К 6 - 8 каплям раствора нитрита натрия добавьте 5 - 6 капель серной кислоты. Наблюдайте на белом фоне выделение бурого оксида азота.
В) Реакция с иодидом калия
В слабокислой среде нитриты окисляют анион иода до свободного иода
2NO2– + 2H+ = NO2 + NO + 2Н2О
К 2 - 3 каплям раствора нитрита прибавьте столько же 2 н серной кислоты, 2 - 3 капли раствора иодида калия и 1 - 2 капли бензола или раствора крахмала. Бензол окрашивается иодом в фиолетовый цвет, а крахмал - в синий.
Г) Реакция с перманганатом калия
В кислой среде перманганат калия окисляет нитриты до нитратов
5NO2– + 2MnO4– + 6Н+ = 5NO3– + 2Mn2+ + 3Н2О
К 2 - 3 каплям раствора перманганата калия прибавьте столько же 2 н серной кислоты и 5 - 6 капель раствора нитрита. В результате реакции малиновая окраска раствора обесцвечивается. Также действуют на перманганат калия другие восстановители: S2–, Br – , I –.
Таким образом, реакции с сульфатом железа (II) и дифениламином являются общими для нитратов и нитритов. В присутствии нитрита нитрат можно обнаружить действием металлической меди и серной кислоты по выделению оксида азота NO2.
В большинстве случаев для надежного определения нитратов нитриты необходимо предварительно удалить из исследуемого раствора. Достигается это нагреванием раствора с твердым хлоридом или сульфатом аммония
NO2– + 2H+ = N2 + 2Н2О
Полноту удаления нитритов контролируют реакцией с перманганатом калия.
Подобно солям аммония действует мочевина в кислой среде
2NO2– + 2Н+ + СО(NH2)2 = 3Н2О + СО2 + 2N2
В 4 каплях исследуемого раствора растворяют около 0,1 г мочевины, полученный раствор по каплям прибавляют к 2 - 4 каплям 2 н раствора серной кислоты. Каждую следующую каплю прибавляют только после того, как закончится бурная реакция с предыдущей каплей. Когда весь раствор будет добавлен, жидкости дают некоторое время постоять, после чего отдельную порцию ее испытывают на присутствие нитритов реакцией с иодидом калия.
Следует заметить, что нитриты сравнительно легко окисляются. Поэтому, если в растворе нитриты присутствуют в значительных количествах, то почти всегда будут присутствовать и ионы NO3– . Поэтому специфическая реакция на нитраты едва ли существует. С достаточной достоверностью можно обнаружить только большие количества нитратов в присутствии малых количеств нитритов.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Количественный анализ представляет собой раздел аналитической химии, основной задачей которого является определение содержания (массы, концентрации и т.п.) или количеств. соотношений компонентов в анализируемом образце. Определяемыми компонентами могут быть атомы, молекулы, изотопы, функц. группы, т. п.
Методика проведения количественного анализа включает следующие стадии: отбор и подготовку пробы; переведение анализируемой части пробы в состояние, удобное для анализа; возбуждение и измерение аналит. сигнала; построение градуировочной характеристики, расчет результата единичного определения; расчет результата анализа путем усреднения результатов единичных определений и др.
Большинство методов количественного анализа относятся к сравнительным (относительным), в которых градуировочную характеристику строят с использованием образцов сравнения. В абсолютных методах, например, гравиметрии, кулонометрии, образцами сравнения не пользуются.
Большое значение имеют метрологические характеристики - закон распределения результатов параллельных определений, границы интервала определяемых содержаний, воспроизводимость, правильность, погрешности анализа.
По количеству вещества, взятого для анализа, различают макрометоды (масса пробы более 0,1 г), полумикрометоды (0,01-0,1 г), микрометоды (0,001-0,01 г), субмикрометоды (0,1-1 мг) и ультрамикрометоды (менее 0,1 мг).
Компоненты анализируемого вещества по их относительному содержанию условно делят на основные (составляют 1-100% по массе), неосновные (0,01-1% по массе) и следовые, или примесные (менее 0,01% по массе).
При контроле технологических процессов используют непрерывный автоматизированный количественный анализ, результаты количественного анализа используют для оперативного регулирования условий проведения технологических процессов. В автоматизированных системах аналитического контроля возможен как периодический отбор пробы, так и анализ вещества в потоке.
Тенденция развития количественного анализа - дальнейшая автоматизация с применением компьютеров и внедрение физико - химических методов, отличающихся экспрессностью, хорошими метрологическими характеристиками, высокой разрешающей способностью.
ГРАВИМЕТРИЯ
Гравиметрический анализ (весовой анализ) – количественный анализ, основанный на измерении массы веществ.
Суть метода заключается в том, что определяемый компонент полупроводникового соединения или системы после перевода в раствор выделяется из него в виде осадка, который отфильтровывается, промывается, прокаливается и взвешивается в той или другой весовой форме.
Длительность проведения операций и недостаточная чувствительность ограничивают применение весовых методов для анализа полупроводниковых материалов. Однако в тех случаях, когда требуется особо точно определить состав сложного полупроводникового соединения или отклонения от стехиометрического состава в десятых и сотых долях процента и время выполнения анализа не лимитировано, эти методы оказываются незаменимыми.
В табл 7.1 приведены некоторые примеры весового определения компонентов полупроводников.
Таблица7.1