Với nhu cầu tìm hiểu và học tập về hóa học hiện nay rất cao. Hóa Phân Tích là một trong những nội dung không thể thiếu đối với những ai đang học hóa và có niềm đam mê với hóa. Tác giả trong thời gian học tập tại Trường Đại học Sư phạm Thành Phố Hồ Chí Minh đã có dịp được học bộ môn Hóa Phân Tích này. Tác giả muốn chia sẻ sách này mong quý bạn đọc có thể thích và kích thích được sự tìm hiểu môn hóa đối với những bạn yêu hóa học
TRẦN TỨ HIẾU HĨA HỌC H â N TÍCH ■irimuni * G T al ape H a HỘI 1 3 I h x u ấ t b ả n đ i h ọ c q u ố c g ia h n ộ i LỊI NĨI ĐẦU Hóa học phân tích ngành khoa học nghiên cứu phương pháp định tính định lượng thành phần chất hỗn hợp chất P hân tích định tính nhằm xác định chất phân tích gổm ngun tố hóa học nào, ion, nhóm nguyên tử phần tử có thành phẩn chất phân tích Khi nghiên cứu thành phần chất chưa biết, phân tích định tính phải tiến hành trước phân tích định lượng, việc chọn phương pháp định lượng hợp phần chất phân tích phụ thuộc vào kiện nhận phân tích định tính chất đđ Phân tích định tính dựa vào chuyển chất phân tích thành hợp chất có tính chất đặc trưng có màu, cđ trạng thái vật lí đặc trưng, cd cấu trúc tinh thể hay vơ định hình, Phân tích định lượng cho phép xác định thành phần lượng hợp phẩn chất phân tích Nội dung hóa học phân tích giải vấn để chung lý thuyết phân tích hóa học, hồn thiện luận thuyết riêng phương pháp phân tích có xây dựng Hđa học phân tích đóng vai trị quan trọng phát triển ngành khoa học ngành kỹ thuật công nghệ sản xuất Trong hóa học, nghiên cứu trình hóa học, tính chất chất vàtổng hợp chất mới, khơng thể thiếu phân tích hóa học Phân tích ,và tổng hợp hai phương tiện quan trọng để hiểu biết chất tượng xảy tự nhiên Khi nói tới vai trị phân tích tổng hợp gán bó hữu chúng, Enghen nói : "Khơng có phân tích khơng có tổng hợp" Bất ngành khoa học, kỹ thuật công nghệ sản xuất điều tra địa hóa, địa chất, địa lý, khống vật học, vật lí, sinh học, nông hđa, nhà máy sản xuất công nghiệp, luyện kim, y dược học v.v cẩn đến hóa phân tích Chẳng hạn tất nhà máy sản xuất cơng nghiệp có phịng thí nghiệm phân tích để kiểm tra kiểm nghiệm nguyên liệu, bán thành phẩm sản phẩm để điểu hành trình sản xuất Các lĩnh vực sản xuất nơng nghiệp nơng hóa, thổ nhưỡng, y dược học cẩn hóa phân tích để nghiên cứu chất đất, phân bón, chất lượng nơng sản ; phân tích thành phần máu, huyết thanh, nước tiểu, loại dịch sinh học, kiểm nghiệm loại dược phẩm ; ngoại thương kiểm nghiệm chất lượng loại hàng hóa xuất nhập Từ cơng trình thăm dị địa chất, nghiên cứu môi trường đến nghiên cứuvũ trụ cẩn đến đđng góp hóa học phân tích.Trong ngành kỹ thuật mới, cấn nhiểu loại vật liệu đa dạng có độ tinh khiết cao, việc xác định xác lượng vô nhỏ tạp chất vật liệu siêu nhiệm vụ hóa học phân tích Khi phân tích đối tượng thường qua giai đoạn sau : 1- Chọn mẫu, lấy mẫu xử lí mẫu phân - Chuyển mẫu hợp phẩn cần xác thành dạng tiến hành phân tích tích định mẫu 3- Chọn phương pháp phân tích, tìm điểu kiện thích hợp cho q trình phân tích sử dụng qui trình phân tích để phân tích mẫu 4Xử lí kết thu phân tích mẫu để nhận kết gẩn với giá trị thực hàm lượng chất cẩn phân tích Tính tốn đánh giá kết nhận Cả giai đoạn đểu quan trọng, liên quan mật thiết với đểu có tính định độ xác việc phân tích Việc chọn mẫu, lấy mẫu phải tiến hành đê’ mẫu chọn đại diện cách trung thực đối tượng phân tích Mỗi đổi tượng cần phân tích cđ cách chọn mẫu riêng Khi tiến hành chọn mẫu phải tuân theo nghiêm ngặt qui định vé kỹ thuật ; lấy mẫu khơng dù giai đoạn sau có thực cẩn thận xác đến đâu kết thu hồn tồn vơ nghĩa Giai đoạn thứ hai thường chuyển toàn chất phân tích có mẫu thành dung dịch Giai đoạn cịn gọi phân hủy mẫu Q trình phân hủy mẫu tùy thuộc vào chất thành phần mẫu Thí dụ, để phân hủy khống liệu người ta thường hòa tan mẫu bằngcác dung dịchaxit hay hổn hợp axit thích hợp Đơi có loại mẫu phải tiến hành nung chảy với chất chảy, hỗn hợp chất chảy thích hợp, sau đtí hịa tan khối chất chảy nung Khi phân tích chất vô đối tượng sinh học, thường tiến hành vơ hóa mẫu, sau đố hịa tan chuyển chất cẩn phân tích vào dung dịch Việc chọn phương pháp phân tích phụ thuộc vào yêu cẩu kết phân tích Để phân tích chất dùng nhiểu phương pháp khác để định lượng Nếu cẩn kết với độ xác cao phải chọn phương pháp có độ xác cao nhất, mậc dù phương pháp đd phức tạp, tốn thời gian Việc chọn phương pháp nên vào tình hình trang thiết bị hóa chất có phịng thí nghiệm Trong hóa học phân tích có nhiểu loại phương pháp khác để định lượng chất Song dựa theo chất chung chúng, người ta chia phương pháp phân tích thành ba nhóm phương pháp sau : Các phương pháp hóa học : Các phương pháp đời sớm nhất, nên đến người ta thường gọi nhóm phương pháp nhóm phương pháp phân tích cổ điền Để phân tích định lượng chát đđ phương pháp này, người ta dùng thiết bị dụng cụ đơn giản (như buret, pipet, cân ) để thực phản ứng hóa học Nhóm phương pháp dùng để định lượng chất có hàm lượng lớn (đa lượng) xác, đến phương pháp dùng nhiễu phịng thí nghiêm phân tích Các phương pháp phân tích vật lí : Đó phương pháp phân tích dựa việc đo tín hiệu vật lý chất phân tích phổ phát xạ, độ phóng xạ phương pháp cần dùng máy đo phức tạp Các phương pháp phân tích hóa lí : Đó phương pháp kết hợp việc thực phản ứng hóa học sau đo tín hiệu vật lí hệ phân tích, thay đổi mầu sắc, độ đục, độ phát quang, độ dẫn điện v.v Các phương pháp phân tích hóa lí vật lí địi hỏi phải dùng máy đo phức tạp, chúng có tên chung phương pháp phân tích cơng cụ Các phương pháp phân tích cơng c ụ ra., đời sau- cấc phương pháp hóa học, chúng cho phép phân tích nhanh, xác định lượng nhỏ chất phân tích xác, nên ứng dụng rộng rãi Với phát triển vũ bão kì nghệ điện tử, ngành kỹ thuật yêu cẩu ngày cao ngành khoa học công nghệ sản xuất đại đòi hỏi thúc đẩy phương pháp phân tích cơng cụ ngày phát triển hoàn thiện để đáp ứng nhiệm vụ ngày nặng nê ngành phân tích đại Tuy phương pháp phân tích cơng cụ có nhiêu ưu điểm bật phân tích chọn lọc, xác định lượng nhỏ chất, phân tích hàng loạt mẫu thời gian ngắn, sở đê’ xây dựng phương pháp kiểm tra tự động trình kỹ thuật, phương pháp kết hợp với hệ thống điều khiển dựa việc sử dụng máy tính điện tử, máy ghi, máy phát tín hiệu dụng cụ máy móc điều khiển v.v khơng bỏ qua sở hđa học phương pháp phân tích cơng cụ khơng thề tách rời phản ứng hóa học Do sở lý thuyết chung hóa học phân tích lí thuyết vể phản ứng hóa học dùng phân tích Trong giáo trình chủ yếu đề cập đến lí thuyết loại phản ứng phân tích phương pháp htía học sử dụng loại phản ứng Trong phần III giới thiệu số phương pháp phân tích cơng cụ thường dùng, cịn phương pháp khác sinh viên tự đọc nghiên cứu qua sách chuyên khảo phương pháp Trong trình biên soạn sách này, chúng tơi ln đóng góp ý kiến cụ thể GS Nguyễn Tinh Dung, sau hoàn thành thảo GS đọc kỹ góp cho nhiều ý kiến Vì tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn GS Nguyễn Tinh Dung vễ đóng góp quý báu Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Đặng ứ n g Vận, PGS, TS Hổ Viết Quý đọc thảo, cho nhận xét Chúng xin cảm ơn độc giả góp ý kiến phê bình đề nghị vê sách Tác giả Phân thứ CÂN BẰNG ION TRONG DUNG DỊCH NƯỎC Chương / DUNG DỊCH CHAT ĐIỆN LI - CÂN BANG HÓA HỌC 1.1 Trạng thái chất điện li dung dịch 1.1.1 Chất điện li mạnh yếu Các chất điện li mạnh dung dịch thực tế phân li hoàn toàn Đa số muối tan, kiém axit mạnh thuộc nhóm Trong dung dịch, chất điện li yếu phân li khơng hồn tồn Các axit yếu, bazơ yếu phức chất chất điện li yếu Dung dịch chất điện li mạnh nổng độ ỚĨ1 ctí độ dẫn điện lớn, độ dẫn điện tâng khơng đáng kể khí pha loãng dung dịch Dung dịch chất điện li yếu nống độ lớn có độ dẫn điện khác khơng đáng kể, pha lỗng dung dịch độ dẫn điện tăng lên mạnh Để đặc trưng cho khả phân ĩi chất dung dịch, người ta dùng hai đại lượng độ điện li ( a — — số cân bàng \ nQì 1.1.2 Cân băng hóa học hoạt độ Các phản ứng hóa chất tham gia phản ứng thiết lập Khi phản chất tham gia phản cân Để tính nồng dụng khối lượng học kết thúc cân chất tạo thành sau phản ứng ứng đạt trạng thái cân bàng nồng độ ứng thời điểm đó, gọi nồng độ độ cân người ta dùng định luật tác Chẳng hạn với cân hóa học nA + mB + ^ pC + qD + A, B, c, D phần tử khơng mang điện tích Dinh—lt,-tác dung khối lương cân biểu diễn hệ thức sau : [CP [Djq — _ = K [A]n ( 1 ) Trong đđ [A], [B], [C] nồng độ cân chất A, B, c Kt số cân nồng độ, vào nhiệt độ, lực ion môi trường đại lượng phụ thuộc dung dịch Đối với cân xảy dung dịch, đặc biệt dung dịch nước, phẩn tử tham gia phản ứng vàtạo thành sau phản ứng thường ion, ion có sinh lực tương tác tinh điện, nồng độ chúng cđ thay đổi ít, nên hệ thức ( ) nóng độ phải thay bàng hoạt độ (a) Hoạt độ a ion xác định hệ thức : a = fC ( ) : c nồng độ (mol/1 ) ion f hộ số hoạt độ Đại lượng f phụ thuộc vào lực tương tác tĩnh điện ion dung dịch (được phản ảnh qua đại lượng gọi lực ion) Nếu Zi, Z2 , Z3 điện tích Cl, C2 , C3 nống độ (mol/1 ) ion dung dịch lực ion ịi xác định hệ thức fi = — (zfCj + Z2 C2 + Z3 C3 + ) (1.3) Giữa lực ion ịi hệ số hoạt độ f có mối liên hệ phức tạp Bằng thực nghiệm, người ta rút mối liên hệ gẩn ] số trường hợp sau : Nếu giá trị ịi nhỏ, gần khơng, tức dung dịch lông tương tác tĩnh điện ion dung dịch không đáng kể nên f = , hoạt độ bàng nồng độ Khi giá trị fi sá 10~3 f tính theo hệ thức : lg f = Khi - ị z2 V^T (1.4) 1CT3 < ụ