Kvantitativna hemijska analiza (lat. quantitas=količina) Kvantitativna hemijska analiza se bavi određivanjem sadržaja elemenata i jedinjenja u uzorku i daje odgovore koliko ima ispitivanog sastojka u uzorku. Osnovni zadatak kvantitativne hemijske analize je da se merenjem odredi sadržaj pojedinih komponenti u ispitivanom uzorku. Za pouzdano i potpuno određivanje kvantitativnog sastava nekog uzorka primenjuju se: hemijske, fizičko-hemijske i fizičke metode analize.
Kvantitativna hemijska analiza Po veličini koja se meri, metode kvantitativne hemijske analize se dele na: GRAVIMETRIJSKE METODE (merenje mase), VOLUMETRIJSKE METODE (merenje zapremine rastvora), INSTRUMENTALNE METODE (merenje neke fizičko-hemijske veličine koja je povezana sa hemijskim sastavom ispitivanog uzorka) i GASNE ANALIZE (merenje zapremine gasova).
Kvantitativna hemijska analiza GRAVIMETRIJA Principi, tehnika i osnovne operacije u gravimetriji. Taloženje. Proračuni u gravimetriji. Gravimetrijski faktor. Primeri konkretnih gravimetrijskih određivanja. Metode razdvajanja (acetatna, oksalatna) i metode određivanja. Hemijska ravnoteža u homogenim i heterogenim sistemima. Proizvod rastvorljivosti. Rastvorljivost. Uticaji na rastvorljivost soli. Uticaj zajedničkog jona Uticaj jonske jačine rastvora: efekat soli Uticaj kiselosti, ph Uticaj stvaranja kompleksnih jona (amfoternost, minimum rastvorljivosti) Uticaj toplote i rastvarača. Uticaj stvaranja novih analitičkih vrsta
Kvantitativna hemijska analiza VOLUMETRIJA Principi, tehnika i osnovne operacije u volumetriji. Titracija. Proračuni u volumetriji. Titar. Primeri konkretnih volumetrijskih određivanja. Hemijska ravnoteže u homogenim sistemima. Ravnoteže u rastvorima kiselina i baza (izračunavanje ph vrednosti rastvora) Ravnoteže u rastvorima kompleksnih jedinjenja Ravnoteže u teško rastvornih soli Ravnoteže u redoks sistemima
KVANTITATIVNA HEMIJSKA ANALIZA KONCENTRACIJA RASTVORA: molarna, formalna ili analitička, udeli... AKTIVNOST JONA STEPEN DISOCIJACIJE KONSTANTE RAVNOTEŽE: stehiometrijska, termodinamička, uslovna RASPODELA JONA U HOMOGENIM I HETEROGENIM SISTEMIMA: zavisnost od ph (acido-bazni sistemi)
Po važećem SI sistemu i IUPAC preporukama preporučuje se količinska koncentracija, c. SI-Le Système International d Unités, franc. = Međunarodni sistem mernih jedinica, IUPAC-The International Union of Pure and Applied Chemistry, eng. = Međunarodni savez za čistu i primenjenu hemiju
Količinska koncentracija, c, je količina rastvorene supstance u jediničnoj zapremini rastvora (mol/m3 ili mol/dm3). Zbog jednostavnosti naziva se samo koncentracija, i podrazumeva se ukoliko drugačije nije naglašeno. Druge veličine i jedinice treba poznavati utoliko, što se još uvek, tradicionalno koriste. [U literaturi se mogu naći još i nazivi: molarna koncentracija, molaritet, molarnost i različite oznake kao na primer: cm, c(x) ili [X] (ako se radi o supstanci X)].
c = n V, mol/dm 3.
Količinska koncentracija, c, može se izračunati preko količine supstance, n, i zapremine rastvora, V: n V c =, mol/dm 3. Količina supstance, n, koja se pojavljuje u izrazu za količinsku koncentraciju predstavlja jednu od sedam osnovnih fizičkih veličina po SI sistemu. Jedinica za količinu supstance je mol. Mol se definiše kao količina supstance koja sadrži 6,022 10 23 elementarnih jedinki. Broj 6,022 10 23 ima svoje ime i naziva se Avogadrov broj. Jedan mol bilo koje supstance sadrži isti, Avogadrov broj jedinki (atoma, molekula, jona, čestica ). Kao standard uzet je izotop ugljenika, 12C; koji u 12,00 g ima Avagadrov broj atoma.
Razblaženi rastvori (do 0,1 mol/dm 3 ) u kojima je interakcija između čestica rastvorene supstance zanemarljiva ponašaju se kao idealni rastvori. Odstupanje od idealnog rastvora je utoliko veće ukoliko je rastvor koncentrovaniji i naelektrisanje jona veće. Da bi se korigovalo odstupanje od svojstava idealnog rastvora uveden je pojam aktivnost jona, a. Aktivnost jona u rastvoru elektrolita je relativna vrednost, ona pokazuje koliko je jon aktivan u odnosu na referentni rastvor u kome je standardna koncentracija, c o = 1,00 mol/dm 3. Budući da je koncentracija referentnog rastvora jedinična uobičajeno je da se aktivnost računa kao proizvod molarne koncentracije jona, c, i faktora aktivnosti, f: c a = f f c. o c Aktivnost, a, i faktor aktivnosti, f, su bezdimenzione veličine. Faktor aktivnosti jona, f, zavisi od koncentracije i naelektrisanja posmatranih jona, ali zavisi i od koncentracije i naelektrisanja svih jona u rastvoru koji čine jonsko okruženje.
Jonska jačina rastvora, I, računa se kao: I = 1 2 (c 1 z 1 2 + c 2 z 2 2 + c 3 z 3 2 + + c n z n 2 ), gde je c, molarna koncentracija jona, a z, naelektrisanje jona od 1, 2, 3 do n. Ova Debaj- Hiklova jednačina primenjuje se za približno izračunavanje faktora aktivnosti: log f 0,512 1+ z 2 I I. Neutralni molekuli (molekulski oblik slabo disosovanih kiselina) ili neelektroliti (organski molekuli) imaju faktor aktivnosti jedan.
a=f c
U rastvorima elektrolita (rastvori koji provode električnu struju) odigrava se proces jonizacije (raskidanje polarne kovalentne veze, stvaranje jona i disocijacija jona) polarnih kovalentnih supstanci (HCl, H 2 SO 4 ) i proces disocijacije (razdvajanje već postojećih jona) jonskih supstanci (NaCl, KI, ). Pojam disocijacija karakterističan je za oba procesa te se češće koristi. Ovi procesi su ravnotežni i na datoj temperaturi stanje ravnoteže između molekula i jona elektrolita određeno je vrednošću konstante ravnoteže, K, i stepenom disocijacije,. Stepen disocijacije služi za definisanje jačine elektrolita i predstavlja odnos broja molekula koji su u rastvoru disosovani i ukupnog broja rastvorenih molekula. Stepen disocijacije se može izračunati iz odnosa koncentracije jona, c j, i elektrolita, c: = c c j. U ovom slučaju koncentracija elektrolita odgovara formalnoj (ukupnoj ili analitičkoj koncentraciji). Budući da se radi o razblaženim rastvorima, koristi se koncentracija, a ne aktivnost.
A + B C + D Stehiometrijska konstanta: K [C][D] [A][B] Termodinamička konstanta: K o a a C A a a D B. Uslovna konstanta: K ' C C C A C C D B
Vezu između termodinamičke i stehiometrijske konstante daju odnosi faktora aktivnosti svih učesnika u ravnotežnoj reakciji: K o [C] f [A] f C A [D] f [B] f D B [C][D] [A][B] f f C A f f D B K f f C A f f D B Analitička koncentracija predstavlja ukupnu koncentraciju posmatrane vrste, odnosno zbir ravnotežnih koncentracija svih oblika (molekulskih i jonskih) u rastvoru. Na primer, za supstancu A: C A = [A] + [A 1 ] + [A 2 ]. Ravnotežna koncentracija nekog učesnika u reakcije može se iskazati preko molskih udela,. Na primer, za supstancu A: [A] = AC A. Vezu između stehiometrijske konstante, K, i uslovne, K', daju odnosi udela svih učesnika u ravnotežnoj reakciji: [C][D] CC CCD D C D K = = K. [A][B] C C A A B B A B
Za slabe elektrolite, na primer za slabu kiselinu, HA, može se izračunati stepen disocijacije ako je poznata analitička koncentracija kiseline, c a, i konstanta disosijacije, K a (indeks a odnosi se na kiselinu (a-acid, eng.=kiselina): HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + A - (aq) K a = [ H 3O ][A [HA] ] K a = [ H 3O ][A [HA] [H 3 O + ] = [A - ] = c a ] = c a c a c c a a = 2 2 ca ca ( 1 ) = 1 2 c a Za slabe elektrolite ( 0,05): K a = 2 c a ili = K c a a.
KONSTANTE RAVNOTEŽE KONSTANTA DISOCIJACIJE KISELINE/BAZE, Ka/Kb JONSKI PROIZVOD VODE, Kw KONSTANTE RAVNOTEŽE U RASTVORIMA KOMPLEKSNIH JEDINJENJA, Kst KONSTANTE RAVNOTEŽE U HETEROGENIM SISTEMIMA, PROIZVOD RASTVORLJIVOSTI, K KONSTANTE RAVNOTEŽE REDOKS SISTEMA, K
KONSTANTE RAVNOTEŽE