Minőségi elemzés

A kvalitatív elemzés kémiai elemek , funkcionális csoportok vagy vegyületek kimutatásával foglalkozik, mennyiségi arányaik figyelembevétele nélkül. Ez detektálási reakciók útján vagy instrumentális eszközökkel történik. A kvantitatív elemzés azt vizsgálja, hogy bizonyos anyagok mennyi vannak jelen a mintában

Az analitikai kémia kezdetei, fejlődése és módszerei

Az emberek újra és újra ismeretlen folyadékokkal, tárgyakkal, ételekkel és italokkal találkoztak, amelyek ismeretlen hatásait meg akarták vizsgálni. Míg az ókorban és a középkorban egyes óvatos uralkodók a rabszolgákat élelemkóstolóként alkalmazták - és valószínűleg el is fogyasztották - ilyen élelmiszer-elemzési célokra, addig más uralkodók gyakran tartottak tudósokat bíróságaiknál. Kóstoló és kísérleti művészek, udvari asztrológusok és teológusok, orvosok, gyógynövények, quackok, alkimisták, mesterek és mágusok nemzedékről nemzedékre adták át gyakran titkos felfedezéseiket és tapasztalataikat - és a tudományos vizsgálatok és kutatási módszerek megjelenésével az első szisztematikus megközelítések a vizsgálat ismeretlen mintákat dolgozott ki az azokban található anyagokról.

Archimedes , Domenico Fetti , 1620, Old Masters Staatliche Kunstsammlungen Drezda

Az ismeretlen fémminta vizsgálatának egyik legrégebbi fizikai-analitikai módszere talán az archimédészi elv volt : a sűrűség összehasonlítása vízbe merítéssel annak érdekében, hogy meg lehessen különböztetni a valódit a hamisított aranytól.

Kémiai elemzési módszerek léteztek a kémia természettudományként való megalapítása előtt is . Plinius már tudta, hogy miként lehet kimutatni a vas-szulfátot a verdigrisben epehóma- almalé felhasználásával (ez fekete vas-vegyületet képez vas- II-ionokkal ).

A salétromsav és a kénsav felfedezése után a vitriol-, timsó- és salétromkazánokban (Bizánc, 13. század) kémiailag meg lehetett különböztetni az ezüstöt és az ötvözetet: az ezüst salétromsavban oldódik („elválasztó víz”), az arany nem . Amikor a sósavat salétromsavban feloldották, az aqua regia felfedezésre került (Velence, 15. század) - még a fémek királyát, az aranyat is feloldotta . És réz sóoldatok segítségével - z-t készített. B. a víz és a bronz elválasztásától - tanította Andreas Libavius (kb. 1550–1616), hogyan lehet kimutatni az ammóniát a vízben: az ammóniaoldat mélykékre változtatja a réz sóoldatokat.

1685-ben Robert Boyle a következő első elemzést dolgozta ki a víztest minőségének vizsgálatára káros ízminták vétele nélkül:

1. A hőmérséklet mérése és a sűrűség meghatározása (térfogat és mérés mérése)
2. A szín, a szag és a bőrre gyakorolt ​​hatás gondos meghatározása
3. A vízben mozgó részecskék meghatározása nagyító segítségével és a levegő hatása a vízmintára,
4. Epe-almalével teszteljük (ha a víz vas-sókat tartalmaz, fekete lesz, réz-sókkal pedig vörös és / vagy zavaros lesz),
5. Teszt lila vagy vörös káposzta gyümölcslé ( antocianinok , mint indikátor )

Friedrich Hoffmann

Friedrich Hoffmann 1703-ban kibővítette az elemzést az asztali só (a kimutatás jelentése: Höllenstein ) és a kénvegyületek kimutatásával (higany- és / vagy higanysók segítségével), és Bergmann idején (1780 körül) az elemző reagenskészlete már tartalmazza lakmusz, ibolya és epe almalé, kénsav, oxálsav , hamuzsír , meszes vízzel, hellstone, ólom cukor és az alkohol .

A 19. században, miután újabb és újabb elemeket fedeztek fel, a laikusok számára hamarosan alig kezelhető kimutatási módszerek és detektálási reakciók repertoárja alakult ki . Annak érdekében, hogy bizonyos anyagok ne befolyásolják a specifikus detektálási reakciókat (színezés, felhősség stb. Révén), a vegyészek végül kifejlesztettek egy elválasztó rendszert: Bizonyos csapadékok (csoportos reagensek ) segítségével szétválasztották a fémsókat ( kationokat ) csapadék és oldatok csoportjaiban detektálható a klasszikus nedves kémiai kationos elválasztás . Ennek alapja a kicsapódás és a sav-bázis reakció, valamint ugyanazon, hatékonyabb kicsapó és detektáló szerek módszeresen célzottabb alkalmazása laboratóriumokban.

Szervetlen kémia

Az anyagkeverék kis részcsoportjának első vizsgálata külső tulajdonságokon alapul, mint pl

• Szín,
• Természet,
• Kristály alakú,
• esetleg illata és íze is, azonban az ismeretlen anyagok lehetséges toxicitása miatt az illat- és ízvizsgálatok erősen nem ajánlottak!

majd az előzetes mintákban lesz

• az oldhatóság ,
• melegítés közbeni viselkedés ( forrasztócső-teszt ),
• - a borax vagy a foszfor gyöngyszíne és
• a tesztelt láng színe .

A nagyobbik rész teljesen oldatba kerül , mert az egyes ionokra jellemző színezékek és csapadékok szinte csak oldatokból állíthatók elő . A nehezen oldódó vegyületeket erős savakkal vagy olvadt sókkal bontják le .

Az elválasztási folyamat során az oldott ionokat reagensek segítségével csoportokra osztják, amelyeken belül további szétválasztásokat hajtanak végre annak érdekében, hogy az izolált ionokat speciális reagensekkel ( detektálási reakció , detektálási reakció ) végre kimutassák . Ezeket a csoportokat csapadékcsoportoknak nevezzük. A kémiai vizsgálatok során a kationelválasztási eljárást fentről lefelé sorrendben hajtják végre:

Szerves kémia

Az elmúlt évszázadokban számos ember foglalkozott a kvalitatív szerves elemzés egyes szempontjaival. Ily módon speciális reagenseket fejlesztettek ki különféle fontos funkcionális csoportok , pl. B. Fehling oldata , Lucas-minta és még sok más. a. Az első átfogó szétválasztási és elemzési tanfolyamokat a kvalitatív szerves elemzéshez a 20. században írták. Az ilyen elemzés sémája a következő:

• Az ismeretlen analitikai keverék elválasztása oszlopkromatográfiával , desztillációval vagy kicsapással vagy extrakcióval ( éter-elválasztási eljárás )
• Az egyes anyagok fizikai tulajdonságainak, azaz fizikai állapotának, színének, szagának, forráspontjának / olvadáspontjának , törésmutatójának , a tiszta anyag pH-értékének és vizes oldatának meghatározása. Bizonyos irodalom vagy szoftver segítségével pl. B. Beilstein , a lehetséges anyagok kiválasztása itt szűkíthető.
• A nátrium-emésztéssel végzett elemzés lehetővé teszi az eredeti anyag nitrogén ( Lassaigne-minta ), kén ( ólom-szulfid- kicsapás) és halogének ( ezüst-nitráttal történő kicsapás) kimutatását .
• Funkcionális csoportok kimutatása, pl. B. alkohol vagy amin, jellegzetes reakciók útján
• Világos azonosítás egy jellegzetes származék előállításával

A mellékreakciók elnyomása

Detektálási reakció esetén a detektálószer mellett gyakran hozzáadnak egy további reagenst, amely eltávolítja a mintában a detektálási reakciót zavaró anyagokat . A mellékreakciók elnyomása ( interferencia elnyomása ) sokféle módon elvégezhető. A fő módszerek a következők:

Oxidáció (redox reakció)

Ha z. B. Egy előzetes vizsgálat számára acetát végzett bizonyítani jelenlétét acetát ionok egy ismeretlen mintában, akkor ez az anyag dörzsöl mozsárban kálium-hidrogén-szulfát. Ez az anyag acetátionokkal reagálva ecetsavat képez , amelyet illata árul el:

${\ displaystyle {\ ce {CH3COO ^ - + HSO4- -> CH3COOH + SO4 ^ {2} -}}}$

Az acetátot hidrogén-szulfát protonálja. Ecetsav és szulfát képződik .

Ez a reakció zavart okoz, ha egy mintában szulfidionok is találhatók: Ebben az esetben a mérgező gáz hidrogén- szulfid, amely rothadt tojás szagú, szulfidból és hidrogén-szulfátból áll elő: Ebben az esetben természetesen szagtesztet nem szabad végezni ki. A zavar kiküszöbölése érdekében adjon hozzá egy kis hidrogén-peroxidot is : oxidálja a bomlasztó szulfidot szagtalan szulfáttá.

Csapadék (kicsapási reakció)

CoNO ₃ (halvány rózsaszín), CoS (fekete), Co (OH) ₂ (vörös-barna), kobalt-karbonát (kék)

Számos nehézfém-ion zavarja az anionok detektálását azáltal, hogy színreakciókba lép a detektáló közeggel. Az interferencia kiküszöbölése érdekében a sómintát szódával ( nátrium-karbonát ) és vízzel forraljuk , majd szűrjük. A szódaoldat bázikus, mert a víz reagál a karbonáttal:

${\ displaystyle {\ ce {CO3 ^ {2} - + H2O <=> HCO3- + OH-}}}$

A karbonátion disszociációs egyensúlya a vízben ( sav-bázis reakció )

A szűrlet ( szódakivonat ) ezért karbonát- és hidroxid-ionokat tartalmaz. A zavaró nehézfém-ionok csapadékot ( karbonátokat és hidroxidokat ) képeznek ebben az oldatban . A szűrletet szódakivonatnak hívják, és az anionokat nátriumsóként tartalmazza. Ezek most interferencia nélkül észlelhetők.

Kicsapó vannak is használják a kation elválasztási folyamat érdekében a zavaró kationok egymástól - elsősorban a hidrogén-szulfid, amely kicsapódik szulfidok (lásd az ábrát, és lásd a sósav-csoport , hidrogén-szulfid-csoport , ammónium-szulfid-csoport , ammónium-karbonát-csoport ).

Elmozdulás (sav-bázis reakció)

1. bárium-hidroxid, 2. bárium-karbonát, 3. bárium-szulfát

Az erős savak kiszorítják a gyenge savakat sóikból (lásd fent). Ha bizonyítéka van olyan anionokra, mint pl B. szulfátot hajtunk végre, az egyik a minta szódakivonatát használja . Ez azonban a szódából származó karbonátionokat tartalmazza (lásd fent). A szulfáthoz hasonlóan a karbonát a bárium-klorid detektálószerrel fehér csapadékot képez (a pozitív szulfátdetektálást szimuláló fehér bárium-karbonát képződik, mert a festékfehér bárium-szulfát képződik):

${\ displaystyle {\ ce {SO4 ^ {2} - + BaCl2 -> BaSO4 v + 2Cl-}}}$

Sósavat adunk a szulfát kimutatásához : Szénsav (szén-dioxid és víz; sav-bázis reakció ) képződésével kiszorítja a karbonátiont :

${\ displaystyle {\ ce {CO3 ^ {2} - + 2HCl -> CO2 ^ + 2Cl- + H2O}}}$

Ha a bárium-klorid hozzáadásakor a mintaoldat sósavas szódakivonatában továbbra is fehér csapadék keletkezik, ennek a (bárium) -szulfátból kell származnia ( kicsapási reakció ).

Maszkolás (komplex képződési reakció)

Vas (III) oldat és vas (III) tiocianát

Egy másik módszer a zavaró ion „elfedése”. Ha egy minta z. A B. kobalt- ionokat tartalmaz, majd ezeket ammónium-tiocianát és pentanol (amil-alkohol) detektálószerrel lehet kimutatni: A reakcióelegy megrázásakor kobalt-tiocianát-komplex képződik, amely kékben oldódik pentanolban (lásd: Bizonyítékok kationokhoz ):

${\ displaystyle {\ ce {Co ^ {2} + + SCN- + 5H2O -> [Co (H2O) 5 (SCN)] +}}}$

A kobalt-kationok vizes közegben reagálnak, amikor tiocianát-ionokat adnak hozzá, és így rózsaszínű pentaquatiocyanatocobalt (II) komplexet képeznek, amely kék színű pentanolban oldódik.

Ha azonban a minta vas-sókat is tartalmaz, akkor az ezen kimutatási reakció során kialakuló mélyvörös vas-tiocianát-komplex borítja a kék színt - a vas zavarja a detektálást ( komplex képződési reakció ):

${\ displaystyle {\ ce {Fe ^ {3} + + SCN- + 5H2O -> [Fe (SCN) (H_2O) 5] ^ {2} +}}}$

A vas (III) ionok és a tiocianátionok vizes környezetben reagálva vérvörös pentaaquathiocyanatoferrate (III) komplexet képeznek.

Szilárd nátrium-fluoridot adunk a detektálás elfedésére : Reagálva színtelen, nem reaktív hexafluor-ferrát-komplexet képez - a vasat „elfedték”.

Modern

Manapság gyakran jellemzőek a speciálisan érzékeny reagensekkel végzett gyors kvalitatív elemzések. A műszeres elemzésnek is nagyobb súlya van, még nagyon egyszerű kvalitatív kérdések esetén is. Például a szerves vagy biokémiai nehezebb kérdéseket általában kromatográfiás és spektroszkópiai módszerekkel oldják meg .

Mindazonáltal a kémia tanfolyam első félévei intenzíven foglalkoznak a kationelválasztási folyamattal és annak detektálási reakcióival, mert ez fontos ismereteket kölcsönöz a témának.

Lásd még

• Bizonyíték az anionokra
• A kationok bizonyítékai
• Szerves anyagok bizonyítékai

irodalom

• Michael Wächter: kémiai laboratórium . Verlag Wiley-VCH, Weinheim 2011, ISBN 978-3-527-32996-0 , 215-241.
• Udo R. Kunze, Georg Schwedt: A kvalitatív és kvantitatív elemzés alapjai . 5. javított kiadás. Wiley-VCH, Weinheim, 2002 ISBN 3-527-30858-X
• Michael Wächter: Kémiai táblázatok könyve. Az elemzésre, a laboratóriumi gyakorlatra és az elméletre vonatkozó adatok . Kiadás. Wiley-VCH, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-32960-1 (adatgyűjtés kémiai és analitikai laboratóriumokban való munkavégzéshez)
• Michael Wächter: Anyagok, részecskék, reakciók . Verlag Handwerk und Technik, Hamburg 2000, ISBN 3-582-01235-2 , 154-169
• Bertram Schmidkonz: Szervetlen elemzés gyakorlati tanfolyama . Verlag Harri Deutsch, Frankfurt 2002, ISBN 3-8171-1671-3
• FW Küster [start], A. Ruland [elrendezés], A. Thiel, U. Ruland [elrendezés] Számítási táblázatok a kémiai elemzéshez . 107. kiadás. De Gruyter, Berlin / New York 2011, ISBN 978-3-11-022962-2
• Gerhart Jander: Bevezetés a szervetlen-kémiai gyakorlatba . 13. kiadás. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1990, ISBN 3-7776-0477-1
• C. Remigius Fresenius : Utasítások a kvalitatív kémiai elemzéshez . a Google Könyvkereső 9. kiadásában. F. Vieweg és fia, 1856

web Linkek

(A szervetlen és általában a kémiai kimutatási reakciók alapjai)

Egyéni bizonyíték

1. ↑ O. Neunhoeffer: A szerves anyagok analitikai elválasztása és azonosítása . 2. kiadás. De Gruyter, Berlin 1965 DNB 453569323
2. ↑ H. Laatsch: A szerves szétválasztás elemzésének technikája - bevezetés . Georg Thieme Verlag, Stuttgart / New York 1988, ISBN 3-13-722801-8 .