Actualment hi ha molts especialistes que s'han dedicat a les ciències físiques o químiques, i de vegades ambdues. De fet, la majoria dels fenòmens es poden explicar lògicament amb precisió a través d'aquests experiments. Considerarem els mètodes d'investigació física amb més detall.
Mètodes d'anàlisi en química analítica
La química analítica és la ciència de detectar, separar i identificar substàncies químiques. Per realitzar determinades operacions amb compostos s'utilitzen mètodes d'anàlisi químics, físics i fisicoquímics. Aquest últim mètode també s'anomena instrumental, ja que la seva aplicació requereix un equip de laboratori modern. Es subdivideix en grups espectroscòpics, de física nuclear i radioquímics.
A més, en química hi pot haver problemes de diferents tipus que requereixen solucions individuals. En funció d'això, hi ha mètodes d'anàlisi qualitativa (determinant el nom i la forma d'una substància) i quantitativa (determinant la quantitat d'una determinada substància continguda en una alíquota o mostra).
Mètodes d'anàlisi quantitativa
Permeten determinar el contingut de la substància original de la mostra. En total, hi ha mètodes químics, fisicoquímics i físics d'anàlisi quantitativa.
Mètodes químics d'anàlisi quantitativa
Es divideixen en:
- Anàlisi de pes que permet determinar el contingut d'una substància pesant-la en una balança analítica i fent més operacions.
- Anàlisi de volum, que consisteix a mesurar el volum de substàncies en diferents estats agregats o solucions.
Al seu torn, es divideix en les subseccions següents:
L'anàlisi titrimètrica
El mètode
La sedimentació
Els mètodes químics no sempre són còmodes d'utilitzar, ja que sovint és necessari separar la mescla per aïllar el component desitjat. Per realitzar aquesta operació sense l'ús de reaccions químiques, s'utilitzen mètodes físics d'anàlisi. I observar el canvi en les propietats físiques del compost com a resultatdur a terme reaccions físiques i químiques.
Mètodes físics d'anàlisi quantitativa
S'utilitzen durant molts estudis de laboratori. Els mètodes físics d'anàlisi inclouen:
- Espectroscòpic: basat en la interacció d'àtoms, molècules i ions del compost estudiat amb radiació electromagnètica, com a resultat de la qual s'absorbeixen o alliberen fotons.
- El mètode nuclear-físic consisteix a exposar una mostra de la substància en estudi a un flux de neutrons, mitjançant l'estudi del qual, després de l'experiment, és possible determinar el contingut quantitatiu dels elements continguts en la mostra mitjançant la mesura radiació radioactiva. Això funciona perquè la quantitat d'activitat de la partícula és directament proporcional a la concentració de l'element en estudi.
- El mètode radioquímic consisteix a determinar el contingut en la substància dels isòtops radioactius formats com a resultat de transformacions.
Mètodes fisicoquímics d'anàlisi quantitativa
Com que aquests mètodes són només una part dels mètodes físics per analitzar una substància, també es divideixen en mètodes d'investigació espectroscòpics, físics nuclears i radioquímics.
Mètodes d'anàlisi qualitatiu
En química analítica, per estudiar les propietats d'una substància, determinar el seu estat físic, color, gust, olor, s'utilitzen mètodes d'anàlisi qualitativa que, al seu torn, es divideixen en el mateix químic, físic. i fisicoquímics (instrumentals). A més, els mètodes físics d'anàlisi són preferits en química analítica.
Els mètodes químics es duen a terme de dues maneres: reaccions en solucions i reaccions en sec.
Reaccions humides
Les reaccions a les solucions tenen determinades condicions, una o més de les quals s'han de complir:
- Formació d'un precipitat insoluble.
- Canviant el color de la solució.
- Evolució d'una substància gasosa.
La formació de precipitats es pot produir, per exemple, com a resultat de la interacció del clorur de bari (BaCl2) i l'àcid sulfúric (H2SO4). Els productes de la reacció són àcid clorhídric (HCl) i un precipitat blanc insoluble en aigua - sulfat de bari (BaSO4). Aleshores es complirà la condició necessària per a que es produeixi una reacció química. De vegades, els productes de la reacció poden ser un parell de substàncies, que s'han de separar per filtració.
Canviar el color de la solució com a resultat de la interacció química és una característica molt important de l'anàlisi. Això s'observa amb més freqüència quan es treballa amb processos redox o quan s'utilitzen indicadors en el procés de valoració àcid-base. Les substàncies que poden acolorir la solució amb el color adequat inclouen: tiocianat de potassi KSCN (la seva interacció amb sals de ferro III s'acompanya d'una coloració vermella sang de la solució), clorur fèrric (quan interacciona amb l'aigua amb clor, el color verd feble de la solució). la solució es torna groga), dicromat de potassi (quan es redueix i sota l'acció de l'àcid sulfúric, canvia de taronja averd fosc) i altres.
Les reaccions que es produeixen amb l'alliberament de gas no són bàsiques i s'utilitzen en casos rars. El diòxid de carboni produït amb més freqüència als laboratoris és el CO2.
Reaccions seques
Aquestes interaccions es realitzen per determinar el contingut d'impureses de la substància analitzada, en l'estudi dels minerals, i consta de diverses etapes:
- Prova de fusibilitat.
- Prova de color de flama.
- Prova de volatilitat.
- La capacitat de reaccions redox.
En general, la capacitat de fusió de les substàncies minerals es prova preescalfant-ne una petita mostra sobre un cremador de gas i observant l'arrodoniment de les seves vores sota una lupa.
Per comprovar com la mostra és capaç de pintar la flama, s'aplica sobre un fil de platí primer a la base de la flama i després al lloc que més s'escalfa.
La volatilitat de la mostra es comprova al cilindre d'assaig, que s'escalfa després de la introducció de l'element de prova.
Les reaccions dels processos redox es realitzen més sovint en boles seques de borax fos, en les quals es col·loca la mostra i després es sotmet a escalfament. Hi ha altres maneres de dur a terme aquesta reacció: escalfament en un tub de vidre amb metalls alcalins: Na, K, simple escalfament o escalfament amb carbó vegetal, etc.
Ús d'indicadors químics
De vegades els mètodes d'anàlisi química utilitzen diferentsindicadors que ajuden a determinar el pH del medi d'una substància. Els més utilitzats són:
- Tornasol. En un ambient àcid, el paper de tornasol es torna vermell i en un ambient alcalí es torna blau.
- Taronja de metilo. Quan s'exposa a un ió àcid, es torna rosat, alcalí - es torna groc.
- Fenolftaleïna. En un ambient alcalí, és característic d'un color vermell, i en un ambient àcid no té color.
- Curcumina. S'utilitza amb menys freqüència que altres indicadors. Es torna marró amb àlcalis i groc amb àcids.
Mètodes físics d'anàlisi qualitativa
Actualment, s'utilitzen sovint tant en investigació industrial com de laboratori. Alguns exemples de mètodes físics d'anàlisi són:
- Spectral, que ja s'ha comentat anteriorment. Al seu torn, es divideix en mètodes d'emissió i d'absorció. En funció del senyal analític de les partícules, es distingeix espectroscòpia atòmica i molecular. Durant l'emissió, la mostra emet quants, i durant l'absorció, els fotons emesos per la mostra són absorbits selectivament per partícules petites: àtoms i molècules. Aquest mètode químic utilitza tipus de radiació com la ultraviolada (UV) amb una longitud d'ona de 200-400 nm, visible amb una longitud d'ona de 400-800 nm i infraroja (IR) amb una longitud d'ona de 800-40000 nm. Aquestes àrees de radiació s'anomenen "interval òptic".
- El mètode luminescent (fluorescent) consisteix a observar l'emissió de llum per part de la substància en estudi deguda aexposició als raigs ultraviolats. La mostra de prova pot ser un compost orgànic o mineral, així com alguns medicaments. Quan s'exposen a la radiació UV, els àtoms d'aquesta substància passen a un estat excitat, caracteritzat per una reserva d'energia impressionant. Durant la transició a l'estat normal, la substància brilla a causa de la quantitat d'energia residual.
- L'anàlisi de difracció de raigs X es realitza, per regla general, mitjançant raigs X. S'utilitzen per determinar la mida dels àtoms i com es troben en relació amb altres molècules de mostra. Així, es troba la xarxa cristal·lina, la composició de la mostra i la presència d'impureses en alguns casos. Aquest mètode utilitza una petita quantitat d'analit sense utilitzar reaccions químiques.
- Mètode espectromètric de masses. De vegades passa que el camp electromagnètic no permet que certes partícules ionitzades el travessin a causa d'una diferència massa gran en la relació de massa i càrrega. Per determinar-los, cal aquest mètode físic d'anàlisi.
Així, aquests mètodes tenen una gran demanda, en comparació amb els químics convencionals, perquè tenen una sèrie d'avantatges. Tanmateix, la combinació de mètodes químics i físics d'anàlisi en química analítica ofereix un resultat molt millor i més precís de l'estudi.
Mètodes fisicoquímics (instrumentals) d'anàlisi qualitativa
Aquestes categories inclouen:
- Mètodes electroquímics que consisteixen a mesurarforces electromotrius de les cèl·lules galvàniques (potenciometria) i conductivitat elèctrica de les solucions (conductometria), així com en l'estudi del moviment i la resta de processos químics (polarografia).
- Anàlisi espectral d'emissions, l'essència de la qual és determinar la intensitat de la radiació electromagnètica en una escala de freqüència.
- Mètode fotomètric.
- Anàlisi espectral de raigs X, que examina els espectres de raigs X que han passat per la mostra.
- Mètode per mesurar la radioactivitat.
- El mètode cromatogràfic es basa en la interacció repetida de l'absorció i la desorció d'una substància quan es mou al llarg d'un sorbent immòbil.
Has de saber que bàsicament els mètodes físic-químics i físics d'anàlisi en química es combinen en un sol grup, de manera que quan es consideren per separat, tenen molt en comú.
Mètodes fisicoquímics de separació de substàncies
Molt sovint als laboratoris hi ha situacions en què és impossible extreure la substància requerida sense separar-la d'una altra. En aquests casos, s'utilitzen mètodes de separació de substàncies, que inclouen:
- Extracció: mètode pel qual s'extreu la substància necessària d'una solució o barreja mitjançant un extractant (el dissolvent corresponent).
- Cromatografia. Aquest mètode s'utilitza no només per a l'anàlisi, sinó també per a la separació de components que es troben en les fases mòbil i estacionària.
- Separació per intercanvi iònic. Com a resultatla substància desitjada pot precipitar, insoluble en aigua, i després es pot separar per centrifugació o filtració.
- La separació criogènica s'utilitza per extreure substàncies gasoses de l'aire.
- L'electroforesi és la separació de substàncies amb la participació d'un camp elèctric, sota la influència del qual les partícules que no es barregen entre elles es mouen en medis líquids o gasosos.
Així, l'assistent de laboratori sempre podrà obtenir la substància necessària.
