Як одна із природничих наук хімія вивчає. Предмет хімії та її зв'язок з іншими природничими науками
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Предмет та завдання хімії. Місце хімії серед природничих наук
Хімія відноситься до природничих наук, які вивчають навколишній світ. Вона вивчає склад, властивості та перетворення речовин, а також явища, які супроводжують ці перетворення. Одне з перших визначень хімії як науки дав російський учений М.В. Ломоносов: «Хімічна наука розглядає властивості та зміни тіл... склад тіл... пояснює причину того, що з речовинами при хімічних перетвореннях відбувається».
За Менделєєвим, хімія - це вчення про елементи та їх сполуки. Хімія тісно пов'язана з іншими науками: фізикою, біологією, геологією. Багато розділів совр науки виникли на стику цих наук: фізична хімія, геохімія, біохімія, а також з іншими галузями науки та техніки. У ній широко застосовуються математичні методи, використовуються розрахунки та моделювання процесів на електронно-вич машинах. У совр хімії виділилося багато самостійних розділів, найважливіші з яких, крім зазначених вище, неорганічна хімія, органічна хімія, х. полімерів, аналітична хімія, електрохімія, колоїдна хімія та інші. Об'єктом вивчення хімії є речовини. Зазвичай їх поділяють на суміші та чисті речовини. Серед останніх виділяють прості та складні. Простих речовин відомо більше 400, а складних речовин - набагато більше: кілька сотень тисяч, що належать до неорганічних, і кілька мільйонів органічних. Курс хімії, що вивчається у середній школі, можна поділити на три основні частини: загальну, неорганічну та органічну хімію. Загальна хімія розглядає основні хімічні поняття, і навіть найважливіші закономірності, пов'язані з хімічними перетвореннями. Цей розділ включає основи з різних розділів сучасної науки: «фізичної хімії, хімічної кінетики, електрохімії, структурної хімії та ін. Неорганічна хімія вивчає властивості та перетворення неорганічних (мінеральних) речовин. Органічна хімія з. властивості та перетворення органічних речовин.
Основні поняття аналітичної хімії (аналітики)
аналітична хімія спектральний фотометричний
Аналітична хіміязаймає особливе місце у системі наук. З її допомогою вчені накопичують та перевіряють наукові факти, встановлюють нові правила та закони.
Хімічний аналіз необхідний для успішного розвитку таких наук, як біохімія та фізіологія рослин та тварин, ґрунтознавство, землеробство, агрохімія, мікробіологія, геохімія, мінералогія. Безперервно зростає роль аналітичної хімії щодо природних джерел сировини. Хіміки-аналітики безперервно стежать за роботою технологічних ліній та якістю продукції в харчовій, фармацевтичній, хімічній, атомній та інших галузях промисловості.
Хімічний аналіззаснований на фундаментальних законах загальної хімії. Тому, щоб опанувати аналітичні методи, необхідно знати властивості водних розчинів, кислотно-основні та окислювально-відновлювальні властивості речовин, реакції комплексоутворення, закономірності утворення опадів та колоїдних систем.
(Аналітична хімія, або аналітика, - це розділ хімічної науки, що розробляє на основі фундаментальних законів хімії та фізики принципові методи та прийоми якісного та кількісного аналізу атомного, молекулярного та фазового складу речовини.
Аналітична хімія - це наука про визначення хімічного складу, про способи ідентифікації хімічних сполук, про принципи та методи визначення хімічного складу речовини та її структури.
Під аналізом речовини мають на увазі отримання дослідним шляхом даних про хімічний склад речовини будь-якими методами - фізичними, хімічними, фізико-хімічними.
Слід розрізняти метод та методику аналізу. Метод аналізу речей - це коротке визначення принципів, покладених в основу аналізу речовини. Методика аналізу - докладний опис всіх умов та операцій, які забезпечують регламентовані характеристики, у тому числі - правильності та відтворюваності, результатів аналізу.
Встановлення хімічного складу зводиться до розв'язання задачі: які речовини входять до складу досліджуваного, та в якій кількості.
Сучасна аналітична хімія (аналітика) включає два розділи
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Якісний хімічний аналіз - це визначення (відкриття) хімічних елементів, іонів, атомів, атомних груп, молекул в речовині, що аналізується.
Кількісний хімічний аналіз - це визначення кількісного складу речовини, тобто встановлення кількості хімічних елементів, іонів, атомів, атомних груп, молекул у аналізованій речовині. Можна дати й інше (еквівалентне) визначення кількісного аналізу, що відображає не тільки його зміст, а й кінцевий результат, а саме: кількісний аналіз речовини - це експериментальне визначення (вимір) концентрації (кількості) хімічних елементів (з'єднань) або їх форм в аналізованому речовині, виражене у вигляді меж довірчого інтервалу чи числа із зазначенням стандартного відхилення.
Будь-який метод аналізу використовує певний аналітичний сигнал- хімічний, фізико-хімічний, фізичний параметр, що характеризує певну властивість речовини, що вивчається. У зв'язку з цим всі методи характеру вимірюваної властивості або за способом реєстрації аналітичного сигналуприйнято ділити на три великі групи:
Групи методів аналізу.
1) хімічні методи аналізу – коли дані виходять у результаті виділення осаду, виділення газу, зміни кольору забарвлення;
2) фізико-хімічні методи аналізу – може бути зафіксовано якусь фізичну чи хімічну зміну величин;
3) фізичні методи аналізу
Інструментальні (фізичні та фізико-хімічні) методи аналізу - методи, засновані на використанні залежностей між вимірюваними фізичними властивостями речовин та їх якісним та кількісним складом.
|
Хімічні (чи класичні) |
Методи, що використовують аналітичні сигнали під час протікання хімічних реакцій. Такими сигналами є випадання осаду, виділення газу, утворення комплексних сполук, зміна фарбування тощо. До хімічних методів належать якісний систематичний аналіз катіонів та аніонів, а також хімічні кількісні методи – гравіметрія (ваговий аналіз), титриметрія (об'ємний аналіз). |
|
|
Фізико-хімічні |
Використовують також хімічні реакції, але як аналітичний сигнал використовують фізичні явища. До цих методів відносяться електрохімічні, фотометричні, хроматографічні, кінетичні. |
|
|
Фізичні |
Чи не вимагають проведення хімічних реакцій, а вивчають фізичні властивості речовини так, що аналітичний сигнал пов'язаний з його природою та кількістю. Це оптичні діапазони випромінювання, поглинання, рентгенівські, магнітно-резонансні. |
До хімічним методамвідносять:
Гравіметричний (ваговий) аналіз
Титриметричний (об'ємний) аналіз
Газоволюмометричний аналіз
До фізико-хімічним методамвідносять усі способи інструментального аналізу:
Фотоколориметричний
Спектрофотометричний
Нефелометричний
Потенціометричний
Кондуктометричний
Полярографічний
До фізичним відносяться:
Спектральний емісійний
Радіометричний (метод мічених атомів)
Рентгеноспектральний
Люмінесцентний
Нейтронно-активізаційний
Емісійний (полум'яна фотометрія)
Атомно-абсорбційний
Ядерно-магнітний резонанс
Фізоко-хімічні методи аналізу
Фізико-хімічні методи ґрунтуються на проведенні аналітичних реакцій, кінець яких визначають за допомогою приладів.
Прилади вимірюють зміну світлопоглинання, електропровідності та інших фізико-хімічних властивостей речовин, що залежать від концентрації речовини, що визначається. Результат фіксується на лепті записуючого пристрою, цифровому табло або в інший спосіб.
При виконанні аналізів поряд із порівняно простим обладнанням застосовуються прилади зі складними оптичними та електронними схемами. Звідси загальна назва цих методів – інструментальні методи аналізу.
Інструментальним методам, як правило, властиві висока чутливість, селективність, швидкість виконання аналізу, використання малих кількостей досліджуваних речовин, об'єктивність результатів, можливість автоматизації процесу аналізу та обробки отриманої інформації за допомогою ЕОМ. Багато визначення принципово здійсненні лише інструментальними методами і немає аналогів у традиційних гравіметричних і титриметричних методах.
Це стосується кількісного поділу та ідентифікації компонентів, встановлення групового та індивідуального складу складних багатокомпонентних сумішей, аналізу слідових домішок, встановлення структури речовин та інших складних завдань аналітичної хімії нафт і нафтопродуктів.
Найбільше практичного значення мають такі групи інструментальних методів аналізу.
Спектральні методи
Ці методи аналізу засновані на використанні явищ випромінювання електромагнітного випромінювання атомами або молекулами речовини, що визначається, або взаємодії (найчастіше поглинання) електромагнітного випромінювання атомами або молекулами речовини.
Випускання чи поглинання електромагнітного випромінювання призводить до зміни внутрішньої енергії атомів та молекул. Стан з мінімально можливою внутрішньою енергією називається основним, решта стану - збудженими. Перехід атома або молекули з одного стану в інший завжди супроводжується стрибкоподібною зміною енергії, тобто одержанням або віддачею порції (кванту) енергії.
Квантами електромагнітного випромінювання є фотони, енергія яких пов'язана із частотою та довжиною хвилі випромінювання.
Сукупність фотонів, що випромінюються або поглинаються при переході атома або молекули з одного енергетичного стану до іншого, називається спектральною лінією. Якщо вся енергія цього випромінювання зосереджена досить вузькому інтервалі довжин хвиль, який можна охарактеризувати значенням однієї довжини хвилі, то таке випромінювання і відповідну спектральну лінію називають монохроматичними.
Сукупність довжин хвиль електромагнітного випромінювання (спектральних ліній), що належать до певного атома (молекула), називається спектром даного атома (молекули). Якщо енергія початкового стану Е 1 більше енергії кінцевого стану Е 2 між якими відбувається перехід, отриманий спектр є спектром випромінювання; якщо E 1 Природа взаємодії квантів, що настільки різняться по енергії, з речовиною принципово відрізняється. Так, випромінювання у-квантів пов'язане з ядерними процесами, випромінювання квантів у рентгенівському діапазоні обумовлено електронними переходами у внутрішніх електронних шарах атома, випромінювання квантів УФ і видимого випромінювання або взаємодії речовини з ними - наслідок переходу зовнішніх валентних електронів (це область оптичних методів аналізу) поглинання ІЧ та мікрохвильових квантів пов'язане з переходом між коливальними та обертальними рівнями молекул, а випромінювання в радіохвильовому діапазоні обумовлено переходами зі зміною орієнтації спинів електронів або ядер атомів. Користуючись методом стандартного ряду, беруть ряд колориметричних пробірок з притертими пробками, готують постійний стандартний ряд забарвлених розчинів, що послідовно зростають кількості стандартного розчину. Виходить так званий стандартний ряд або шкала колориметрична (зразкова шкала). Можна використовувати набір спеціально підібраного кольорового скла. Коефіцієнт поглинання визначає будову поглинаючого з'єднання. Абсолютне значення залежить від способу вираження концентрації речовини в розчині і товщини поглинаючого шару. Якщо концентрація виражена в моль/дм 3 а товщина шару в см, то коефіцієнт поглинання називається молярним коефіцієнтом погашення е: при с = 1М і 1 = 1 см ' = А, тобто молярний коефіцієнт погашення чисельно дорівнює оптичної щільності розчину концентрацією 1М, поміщеного в кювету з товщиною шару 1 см. Для фотометричного аналізу найбільше значення має. поглинання світла в ультрафіолетовій (УФ), видимій та інфрачервоній (ІЧ) областях спектру. Безбарвне сонячне проміння, так зване біле світло, проходячи через призму, розкладається на кілька кольорових променів. Промені різних кольорів відрізняються довжиною хвилі. Довжину хвилі монохроматичного променя, тобто променя певного кольору, вимірюють в нанометрах (нм) або мікрометрах (мкм). У видиму частину спектра входять промені із довжиною хвилі X від 400 до 760 нм. Промені з довжиною хвиль від 100 до 400 нм утворюють невидиму ультрафіолетову частину спектра, промені з довжиною хвиль понад 760 нм - інфрачервону частину спектра. Для багатьох аналітичних визначень достатньо виділити смугу діапазону шириною від 20 до 100.нм. Цього досягають за допомогою світлофільтрів, що мають вибіркове поглинання променистої енергії і пропускають світло в досить вузькому інтервалі хвиль. Найчастіше застосовують скляні світлофільтри, причому колір світлофільтра відповідає тій ділянці спектру, який цей світлофільтр пропускає. Як правило, прилади для колориметричного аналізу забезпечені набором світлофільтрів, що підвищують точність та чутливість кількісних методів аналізу. Якщо max аналізованого розчину точно невідома, світлофільтр вибирають так: вимірюють оптичну щільність розчину, вводячи послідовно всі світлофільтри; вимірювання ведуть щодо дистильованої води. Світлофільтр, при використанні якого виходить найбільша оптична густина, вважається найбільш придатним для подальшої роботи. Будь-яке визначення з використанням фотометричного методу аналізу складається з двох стадій: переведення аналізованої речовини в забарвлений стан та вимірювання оптичної густини розчину. Найбільше значення першої стадії мають реакції комплексообразования. У разі міцних комплексів для повного зв'язування визначається компонента досить невеликого надлишку комплекоутворювача. Однак нерідко застосовують інтенсивно забарвлені, але маломіцні комплекси. Загалом у розчині необхідно створити такий надлишок реактиву, щоб його концентрація була щонайменше 10.К (К -- константа нестійкості комплексу). У більшості випадків (для розведених розчинів) градуювальний графік виражається прямою, яка проходить через початок координат. Нерідко спостерігаються відхилення від прямої у позитивну чи негативну сторону; причиною цього може бути складний характер спектру забарвленої сполуки, що призводить до зміни коефіцієнта поглинання у вибраному інтервалі довжин хвиль зі зміною концентрації розчину. Цей ефект усувається з використанням монохроматичного світла, тобто. під час роботи на спектрофотометрах. Слід пам'ятати, що дотримання закону Бугера -- Ламберта--Бера, тобто. прямолінійний характер градуювальної кривої не є обов'язковою умовою успішного виконання кількісного визначення. Якщо в певних умовах встановлена нелінійна залежність D від с, то вона все одно може служити градуювальним графіком. Концентрація визначається компонента може бути визначена за цією кривою, але для її побудови необхідне більше стандартних розчинів. Однак лінійна залежність градуювального графіка підвищує точність визначення. Насправді надходять таким чином: наповнюють кювету середньої товщини (2 або 3 см) розчином концентрацією, що відповідає середині ряду стандартних розчинів, і використовують його для вибору оптимальної довжини хвилі (або оптимального світлофільтра). Якщо оптична щільність, отримана у своїй області максимального поглинання досліджуваної системи, відповідає приблизно середині оптимального інтервалу (0,40,5), це означає, що кювета обрана вдало; якщо виходить за межі цього інтерзалу або близька до них, потрібно змінити кювету, збільшивши або зменшивши її товщину. При дотриманні закону Бугера - Ламберта - Бера, у тому випадку, коли при вимірі останніх у ряді стандартних розчинів виходять значення оптичної щільності >1,0, можна вимірювати оптичні щільності в кюветі з меншою товщиною шару і, перерахувавши на товщину шару, при якої було виміряно щільності перших розчинів, нанести їх на один графік залежності D = f(c). Серед оптичних методів аналізу розглянемо також рефрактометричний метод, заснований на здатності різних речовин по-різному заломлювати світло, що проходить. Цей метод - один із найпростіших інструментальних, вимагає невеликих кількостей аналізованої речовини, вимір проводиться за дуже короткий час. Цим методом можна ідентифікувати рідкі речовини за показником заломлення світла, визначати вміст речовини в розчині (для тих речовин, показник заломлення яких помітно відрізняється від показника заломлення розчинника). Показник заломлення є обов'язковою в лабораторіях властивістю нафтових фракції та нафтопродуктів при їх адсорбційному поділі. Як очевидно з даних табл. 3.1, показники заломлення, виміряні за різних температур, різні. Тому позначення показника заломлення крім індексу, що показує довжину хвилі падаючого світла, вносять індекс, що показує температуру при вимірюванні: наприклад, n D 20 означає, що показник заломлення виміряний при температурі 20 °С і довжині хвилі світла 589 нм жовтого кольору. Визначають показник заломлення рідких нафтопродуктів в такий спосіб. Перед початком вимірювання показника заломлення робочі поверхні призм рефрактометра ретельно промивають спіром та дистильованою водою. Потім перевіряють правильність установки шкали за котирувальною рідиною (тобто рідини з відомим показником заломлення). Найчастіше використовують дистильовану воду, на яку я з 20 = 1,3330. Потім витирають насухо робочі поверхні призм і вносять в призменную камеру 2-3 краплі речовини, що аналізується. Обертанням дзеркала направляють світловий потік у вікно освітлювальної камери і через окуляр спостерігають появу освітленого поля. Обертанням призмінної камери вводять у поле зору межу світла і тіні і потім за допомогою рукоятки компенсатора дисперсії домагаються появи чіткої незабарвленої межі. Обережно обертаючи призменную камеру, наводять межу світла та тіні на центр візирного хреста і через лупу відлікової шкали відраховують показник заломлення. Потім зсувають кордон світлотіні, знову поєднують її з центром візирного хреста і роблять повторний відлік. Проводять три відліки, після чого промивають і витирають робочі поверхні призм безворсовою тканиною, знову вносять речовину, що аналізується, проводять другу серію вимірювань і обчислюють середнє значення показника заломлення. Електрохімічними називається група інструментальних методів, заснована на існуванні залежності між складом аналізованої речовини та її електрохімічними властивостями. Електричні параметри (сила струму, напруга, опір) залежать від концентрації, природи та структури речовини, що бере участь у електродній (електрохімічній) реакції або в електрохімічному процесі перенесення зарядів між електродами. Кондуктометрія відноситься до електрохімічних методів, заснована на вимірі електропровідності розчинів електролітів у певних умовах, яка залежить від концентрації розчину визначається речовини. На цьому заснований прямий кондуктометричний метод аналізу, що полягає в безпосередньому вимірі електропровідності водних розчинів електролітів у порівнянні з електропровідністю розчинів того ж складу, концентрація яких відома. Зазвичай прямий кондуктометричний метод використовують для аналізу розчинів, що містять один електроліт у процесах автоматичного контролю виробництва. Полярографія - метод аналізу, заснований на вимірі сили струму, що змінюється в залежності від напруги в процесі електролізу, в умовах, коли один з електродів (катод) має дуже малу поверхню, а інший (анод) - велику. Сила струму, при якій досягається повний розряд всіх іонів аналізованої речовини, що надходять в приелектродний простір за рахунок дифузії (граничний дифузійний струм), пропорційна вихідної концентрації речовини, що аналізується в розчині. Головна перевага потенціометричного методу порівняно з іншими електрохімічними методами аналізу – швидкість та простота проведення вимірювань. Використовуючи мікроелектроди, можна проводити вимірювання в пробах об'ємом до десятих часток міліметра. Потенціометричний метод дає можливість проводити визначення у каламутних, забарвлених, в'язких продуктах, виключаючи при цьому операції фільтрації та перегонки. Інтервал визначення вмісту компонентів різних об'єктах знаходиться в межах від 0 до 14 рН для скляних електродів. Одна з переваг методу потенціометричного титрування - можливість повної або часткової його автоматизації. Автоматизувати можна подачу титранта, запис кривої титрування, відключення подачі титранта в заданий момент титрування, що відповідає точці еквівалентності. Індикаторні електроди, В потенціометрії зазвичай застосовують гальванічний елемент, що включає два електроди, які можуть бути занурені в один і той же розчин (елемент без перенесення) або два різних за складом розчину, що мають між собою рідинний контакт (ланцюг з переносом). е.д. с. гальванічного елемента дорівнює потенціалу, що характеризує склад розчину. Потенціометричний аналіз застосовують для безпосереднього визначення активності іонів, що знаходяться в розчині (пряма потенціометрія - іонометрія), а також для індикації точки еквівалентності при титруванні зміни потенціалу індикаторного електрода в ході титрування (потенціо-метричне титрування). При потенціометричному титруванні можуть бути використані iscc типи хімічних реакцій, в ході яких змінюється концентрація потепціаловизначальних іонів: кислотно-основної взаємодії (нейтралізації), окислення-відновлення, осадження та комплексоутворення. У ході титрування вимірюють та записують е.д. с. комірки після додавання кожної порції титранта. Спочатку титрант додають невеликими порціями, при наближенні до кінцевої точки (різка зміна потенціалу при додаванні невеликої порції реагенту) порції зменшують. Для визначення кінцевої точки потенціометричного титрування можна використовувати табличний спосіб записування результатів титрування або графічний. Крива потенціометричного титрування є залежністю потенціалу електрода від обсягу титранта. Точка перегину на кривій відповідає кінцевій точці титрування. Скляний електрод - це умовна назва системи, що включає невелику посудину з ізолюючого скла, до нижньої частини якого припаяна кулька зі спеціального електродного скла, що має хорошу електропровідність. Всередину судини заливають стандартний розчин. Такий електрод має струмовідведення. Як внутрішній стандартний розчин у скляному електроді використовують 0,1 М розчин НС1 з добавкою хлориду натрію або калію. Можна використовувати також буферний розчин з добавкою хлоридів або бромідів. Струмовідведенням служить хлорсрібний електрод, що представляє собою срібний дріт, покритий хлоридом срібла. До струмовідводу припаюють ізольований, екранований провід. Потенціал скляного електрода обумовлений обміном іонів лужних металів, що у склі, з іонами водню з розчину. Енергетичний стан іонів у склі та розчині по-різному, що призводить до того, що поверхня скла та розчин набувають протилежних зарядів, між склом і розчином виникає різниця потенціалів, значення якої залежить від рН розчину. Тверді електроди. Як чутливий елемент іоноселективного електрода з твердою мембраною використовують сполуки, що володіють іонною, електронною або електронно-іонною провідністю при кімнатній температурі. Таких з'єднань небагато. Зазвичай у таких сполуках (AgCl, Ag 2 S, Cu 2-х S, LaF 3) у процесі перенесення заряду бере участь лише один з іонів кристалічної решітки, що має найменший заряд та іонний радіус. Цим і забезпечується висока вибірковість електрода. Випускають електроди чутливі до іонів F - , Cl - , Сі 2+ та ін. Конструкція з твердою мембраною застосована і рідинних поноселективних електродах. Промисловість випускає плівкові пластифіковані електроди типу ЕМ-С1О 4-01, ЕМ-NOз-01. Чутливий елемент таких електродів складається з електродно-активної сполуки (можуть бути використані комплексні сполуки металів, іонні асоціати органічних і металовмісних катіонів та аніонів), полівініл-хлориду та розчинника (пластифікатора). Замість твердої мембрани в корпус електрода вклеєна пластифікована мембрана, а всередину електрода залитий розчин порівняння - 0,1 М розчин хлориду калію та 0,1 М розчин солі вимірюваного іона. Як струмовідведення використовують хлорсрібний напівелемент. Перед роботою плівкові пластифіковані електроди вимочують протягом доби аналізованому розчині. Випаровування пластифікатора з поверхні електрода призводить його до виходу з ладу. Електроди порівняння. Як електроди порівняння найбільш поширений хлорсрібний електрод (Ag, AgCl/KCI), який виготовляють електролітичним нанесенням хлориду срібла на срібну тяганину. Електрод занурюють у розчин калію хлориду, який знаходиться в судинах, пов'язаних сольовим містком з аналізованим розчином. При роботі з хлорсрібним електродом необхідно стежити, щоб внутрішня посудина була заповнена насиченим розчином КС1. Потенціал хлорсрібного електрода постійний і залежить від складу аналізованого розчину. Постійність потенціалу електрода порівняння досягається підтримкою контактуючого внутрішньому розчині постійної концентрації речовин, на які реагує електрод. Крім хлорсерсбряного електрода як електрод порівняння застосовують каломельний електрод. Він являє собою систему металевої ртуті - розчин каломелі в розчині хлориду калію. Якщо користуються насиченим розчином калію хлориду, електрод називають насиченим каломельним. Конструктивно цей електрод є вузькою скляною трубкою, закритою знизу пористою перегородкою. Трубка заповнена ртуттю та пастою каломелі. Трубка впаяна в скляну посудину, в яку наливають розчин калію хлориду. Електроди порівняння занурюють у аналізований розчин разом з індикаторними електродами. Для вимірювання потенціалу під час проведення потенціометричного титрування чи значення рН застосовують потенціометри. Такі прилади називають рН-метрами, оскільки призначені для вимірювання потенціалів електродних систем, що містять рН-чутливий скляний електрод з високим опором. Шкала приладів калібрується як у мілівольтах, так і в одиницях рН. У лабораторній практиці використовують рН-метри рН-121, рН-340, іономер ЕВ-74 (рис. 1.19). рН-метри можна використовувати в комплекті з автоматичними титраторами, наприклад типу БАТ-15, що включають систему бюреток з електромагнітними клапанами контролю потоку титрапту або шприц, плунжер якого приводиться в робочий стан електродвигуном, з'єднаним з мікрометром. При експлуатації приладів проводять їх калібрування, застосовуючи контрольні розчини, як використовують стандартні буферні розчини. Для перевірки рН-метрів випускають спеціальні набори розчинів у вигляді фіксаналів, розрахованих на приготування 1 дм 3 буферного розчину. Перевіряти прилад потрібно за свіжоприготовленими розчинами. При потенціометричному титруванні для визначення концентрації аналізованого іона використовують звичайні прийоми титриметричного аналізу. Основна вимога полягає в тому, щоб при додаванні титранта вводився або зв'язувався якийсь іон, для реєстрації якого є відповідний електрод. Ще одна умова отримання задовільних результатів. Кожен працівник лабораторії повинен пам'ятати, що лише знання правил техніки безпеки не може виключити можливі нещасні випадки. Більшість нещасних випадків відбувається внаслідок того, що працюючий, переконавшись, що випадкова необережність не завжди призводить до нещасного випадку, починає менш уважно ставитися до дотримання заходів безпеки. На кожному підприємстві, у кожній лабораторії розробляються докладні інструкції, що встановлюють правила відбору та зберігання проб, виконання аналітичних робіт під час проведення випробувань нафтопродуктів. Без складання іспиту з цих інструкцій з урахуванням специфіки та характеру роботи, а також вимог інструкцій, що встановлюють загальні правила роботи в хімічних лабораторіях, ніхто не може бути допущений до самостійної роботи в лабораторії. Під час проведення аналітичних робіт завжди слід використовувати для витирання посуду чисті рушники. При роботі з речовинами, що діють на шкіру (кислотами, лугами, етильованими бензинами та ін.), необхідно користуватися гумовими рукавичками, які до надягання потрібно припудрити тальком, а після роботи обмити водою та обсипати тальком усередині та зовні. Отруйні речовини можуть діяти на органи дихання та шкіру. У деяких випадках отруєння проявляється негайно, але працюючий у лабораторії повинен пам'ятати, що іноді шкідлива дія отруйних речовин позначається лише через деякий час (наприклад, при вдиханні парів ртуті, етилованого бензину, бензолу та ін.). Ці речовини викликають повільне отруєння, небезпечне тим, що постраждалий не відразу вживає необхідних медичних заходів. Кожен працюючий із шкідливими речовинами повинен проходити щорічний медичний огляд, а працюючий із особливо шкідливими речовинами - кожні 3--6 міс. Роботу, що супроводжується виділенням отруйних парів та газів, необхідно проводити у витяжній шафі. Приміщення лабораторії має бути обладнане припливно-витяжною вентиляцією з нижнім та верхнім відсмоктувачами, що забезпечує рівномірний приплив свіжого повітря та видалення забрудненого. Стулки шафи під час проведення аналізу мають бути опущені. У разі потреби їх дозволяється піднімати не вище ніж на 1/3 загальної висоти. Аналізи етилованих бензинів, випарювання бензинів при визначенні фактичних смол, промивання опадів бензиноми бензолом, операції, пов'язані з визначенням коксу та золи, тощо обов'язково повинні проводитися у витяжній шафі. Там слід зберігати кислоти, розчинники та інші шкідливі речовини. Місця, заражені розлитими етилованими нафтопродуктами, знешкоджують в такий спосіб. Спочатку їх засипають тирсою, яку потім ретельно збирають, виносять, обливають гасом і спалюють у спеціально відведеному місці, потім на всю уражену поверхню наносять шар дегазатора і змивають водою. Облитий етилованим бензином спецодяг повинен бути негайно знятий і зданий для знешкодження. Як дегазаторів застосовують 1,5%-ний розчин дихлораміну в бензині або хлорне вапно у вигляді свіжовиготовленої кашки, що складається з однієї частини хлорного вапна і трьох-п'яти частин води. Гас та бензин не є дегазаторами - вони тільки змивають етилований продукт і знижують у ньому концентрацію етилової рідини. Лабораторії, що проводять аналізи етилованих бензинів, мають бути забезпечені запасом дегазаторів, бачками з гасом, обладнані душовими або умивальниками з теплою водою. До лабораторних робіт з етилованими продуктами можуть бути допущені лише ті працівники, які здали технічний мінімум по поводженню з етилованими нафтопродуктами та пройшли періодичний медогляд. Категорично забороняється викидати в раковини рідини, що не змішуються з водою, і тверді речовини, а також сильні отрути, у тому числі ртуть або її солі. Відходи такого роду слід наприкінці робочого дня виносити до спеціально відведених місць для зливу. В аварійних ситуаціях, коли лабораторне приміщення виявляється отруєним отруйними парами або газами, залишатися в ньому для відключення апаратури, прибирання розлитого розчинника тощо можна тільки в протигазі. Протигаз завжди повинен бути на робочому місці і бути готовим до негайного застосування. Теоретична основа аналітичної хімії. Спектральні методи аналізу. Взаємозв'язок аналітичної хімії з науками та галузями промисловості. Значення аналітичної хімії. Використання точних методів хімічного аналізу. Комплексні сполуки металів. реферат, доданий 24.07.2008 Поняття аналізу у хімії. Види, етапи аналізу та методи: хімічні (маскування, осадження, співосадження), фізичні (відгін, дисциляція, сублімація) та фізико-хімічні (екстракція, сорбція, іонний обмін, хроматографія, електроліз, електрофорез). реферат, доданий 23.01.2009 Поняття кількісного та якісного складу в аналітичній хімії. Вплив кількості речовини на рід аналізу. Хімічні, фізичні, фізико-хімічні, біологічні методи визначення його складу. Методи та основні етапи хімічного аналізу. презентація , додано 01.09.2016 Практичне значення аналітичної хімії. Хімічні, фізико-хімічні та фізичні методи аналізу. Підготовка невідомої речовини до хімічного аналізу. Завдання якісного аналізу. Етапи систематичного аналізу. Виявлення катіонів та аніонів. реферат, доданий 05.10.2011 Специфіка аналітичної хімії стічних вод, підготовчі роботи під час аналізу. Методи концентрування: адсорбція, випарювання, виморожування, виділення летких речовин випаровуванням. Основні проблеми та напрямки розвитку аналітичної хімії стічних вод. реферат, доданий 08.12.2012 Основні етапи розвитку хімії. Алхімія як феномен середньовічної культури. Виникнення та розвиток наукової хімії. Витоки хімії. Лавуазьє: революція у хімії. Перемога атомно-молекулярного вчення. Зародження сучасної хімії та її проблеми у XXI столітті. реферат, доданий 20.11.2006 "Пробірне мистецтво" та історія виникнення лабораторій. Творче освоєння західноєвропейської хімічної науки. Ломоносов М.В. як хімік-аналітик. Російські досягнення у галузі хімічного аналізу у XVIII-XIX ст. Розвиток вітчизняної хімії у XX ст. курсова робота , доданий 26.10.2013 Шляхи пізнання та класифікація сучасних наук, взаємозв'язок хімії та фізики. Будова та властивості речовини як загальні питання хімічної науки. Особливості різноманіття хімічних структур та теорія квантової хімії. Суміші, еквівалент та кількість речовини. лекція, доданий 18.10.2013 Основні функції хімії. Властивості миючих засобів. Використання хімії в охороні здоров'я та освіти. Забезпечення зростання виробництва, продовження термінів збереження сільгосппродукції та підвищення ефективності тваринництва за допомогою хімії. презентація , доданий 20.12.2009 Методи аналітичної хімії, кількісний та якісний аналіз. Окисно-відновні системи. Способи вираження концентрації розчинів та їх взаємозв'язок. Класифікація методів титриметричного аналізу. Молекулярний спектральний аналіз Тема:Хімія – природнича наука. Хімія у навколишньому світі. Ціль: зацікавити учнів новим їм предметом – хімією; розкрити роль хімії у житті; виховувати у дітей відповідальне ставлення до природи. Завдання: 1. розглянути значення слова хімія, як одна з природних 2. визначити значення та взаємозв'язок хімії з іншими 3. з'ясувати який вплив має хімія на людину та Обладнання та матеріали:«Хімія у книзі рекордів Гіннеса»; Хімічний ринок: статті на тему; висловлювання вчених про хімії; мінеральна вода; хліб, йод; шампунь, таблетки, зубна паста, лак і тд. Терміни та поняття:хімія; речовини: прості та складні; хімічний елемент; атом молекули. Тип уроку:Вивчення нового матеріалу. Хід уроку І. Організаційний етап. Продзвенів дзвоник Почався урок. Ми прийшли сюди вчитися, Не лінуватися, а працювати. Працюємо старанно, Слухаємо уважно. Здрастуйте хлопці ІІ. Актуалізація та мотивація навчальної діяльності. Сьогодні ви починаєте вивчення нового предмета – хімія. З деякими поняттями хімії ви вже знайомилися під час уроків природознавства . Наведіть приклади (тіло, речовина, хімічний елемент, молекула, атом).Які речовини ви використовуєте вдома?(вода, цукор, сіль, оцет, сода, спирт тощо) З чим ви асоціюєте слово хімія?(Їжа, одяг, вода, косметика, будинок). Наше життя ми не уявляємо без таких засобів: як зубна паста, шампунь, порошки, засоби гігієни, які підтримують наше тіло та одяг у чистоті та охайності. з хімічних елементів одного чи багатьох. Наш організм так само включає майже всю таблицю Менделєєва наприклад: до складу крові входить хімічний елемент Ферум (Залізо), яке з'єднуючись з Оксигеном входять до складу гемоглобіну, утворюючи червоні кров'яні тільця – еритроцити, в шлунку міститься Соляна кислота, яка сприяє більш швидкому розщепленню їжі, наш організм складається на 70% з води в без якої не можливе життя людини. З цим та іншими речовинами ми з вами знайомитимемося протягом усього курсу хімії. Звичайно в хімії, як і в будь-якій науці, крім цікавого, буде зустрічатися і важке. Але важко і цікаво- це те, що мислячій людині якраз і потрібно, щоб ум наш не знаходився в ледарстві і лінощів, а постійно працював і працював. Тому тема першого уроку це ознайомлення з хімією як із природничих наук. Записуємо у зошит: Класна робота. Тема: Хімія – наука. Хімія у навколишньому світі. ІІІ. Вивчення нового матеріалу.
Епіграф:
О, ви, щасливі науки! Ретельно простягайте руки І погляд до найдальших місць. Пройдіть землю і безодню, І степу, і глибокий ліс, І саму висоту небес. Скрізь досліджуйте всечасно, Що є велике і чудово, Чого ще не бачив світло. У земне надро ти, Хімія, Проникла погляду гостротою, І що містить у ньому Росія, Драгі скарби відкрий… М.В. Ломоносов «Подячна ода» Фіз хвилинка
До неба ручки потягнули (потягуємо нагору)
Хребет розтягнули (розвести убік)
Відпочити ми всі встигли (потрясти ручками)
І за парту знову сіли.
Слово «хімія» походить від слова «хімі» або «хума» з стародавнього Єгипту, як чорнозем, тобто чорне як земля, що має справу з різними мінералами. У повсякденному житті ви часто зустрічаєтеся із хімічними реакціями. Наприклад: Досвід:
1. На хліб, картопля капнути крапельку йоду – синій колір, що є якісною реакцією на крохмалю. Ви можете перевірити самостійно на інших об'єктах на вміст крохмалю в них. 2. Відкрити пляшку із газованою водою. Відбувається реакція розкладання Вугільної чи карбонатної кислоти на вуглекислий газ та воду. Н2СO3 СО2 +Н2О 3. Оцтова кислота+сода вуглекислий газ+Натрій ацетат. Бабусі та мами вам печуть пиріжки. Для того щоб тісто було м'яким і пухнастим, в нього додають соду гашену оцтом. Усі ці явища пояснює хімія. Деякі цікаві факти, пов'язані з хімією.
Чому мімозу сором'язливу так назвали? Рослина мімозу соромлива відома тим, що його листя складається після чийогось дотику, а через деякий час знову розпрямляється. Цей механізм обумовлений тим, що специфічні області на стеблі рослини при зовнішньому подразненні виділяють хімічні речовини, зокрема іони калію. Вони впливають на клітини листя, з яких починається відтік води. Через це падає внутрішній тиск у клітинах, і, як наслідок, черешок і пелюстки на листі згортаються, причому цей вплив може передаватися по ланцюжку та іншим листям. Застосування зубної пасти: відчищає наліт від чаю на чашці, оскільки міститься сода, яка її відчищає. Розслідування смерті імператора Наполеона
.
Взятий у полон Наполеон у супроводі свого ескорту 1815 р. прибув на острів Святої Єлени, у гарному завидному здоров'ї, але 1821 р. він помер. Йому поставили діагноз рак шлунка. Пасма волосся померлого були острижені і роздані відданим прихильникам імператора. Ось вони й дійшли до нашого часу. У 1961 р. були опубліковані дослідження волосся Наполеона на утримання миш'яку. Виявилося у волоссі підвищений вміст миш'яку та сурми, які поступово були підмішані в їжу., що викликало поступове отруєння. Таким чином, хімія через півтора сторіччя після смерті допомогла розкрити деякі злочини. Робота із підручником с. 5 знайдіть та випишіть визначення поняття хімія. Хімія- це наука про речовини та їх перетворення. Як наука є точною та експериментальною, тому що супроводжується дослідами, або експериментом при цьому проводять необхідні розрахунки і після цього тільки роблять висновки. Хіміки вивчають різноманітність речовин та їх властивості; явища, що відбуваються із речовинами; склад речовин; будова; властивості; умови перетворень; можливості використання. Поширення речовин у природі. Розгляньте рис 1. Який висновок можна зробити із цього.(Речовини існують як Землі, а й її.)Але всі речовини складаються із хімічних елементів. Деякі відомості про хімічні елементи та речовини занесені у книгу рекордів Гіннеса: наприклад Найпоширеніший елемент: в літосфері - кисень (47%), в атмосфері - Азот (78%), поза Землею - Водень (90%), найдорожчий - Каліфорній. Найбільш ковкий метал - Золото з 1г можна витягнути дріт завдовжки 2,4 км (2 400 м), найтвердіший - хром, тепло - і електропровідний - срібло. Найдорожча речовина – інтерферон: одна мільйонна мікрограма чистого препарату коштує 10 доларів. Хімія тісно пов'язана з іншими науками. Які природничі науки ви можете назвати? Розгляньте схему 1 с. 6 Екологія Сільське господарство Агрохімія Фізхімія Фізика Хімія Біологія Біохімія Медицина Математика Географія Астрономія Космохімія Фармацевтична хімія Але, крім цього, можна ще й класифікувати саму хімію: Класифікація хімії Неорганічна Органічна Аналітична Загальна хімія Все це вивчатимете протягом усього шкільного курсу хімія. Людина повинна існувати в гармонії з природою, але в той же час вона сама її і знищує. Кожен із вас може як берегти, так і забруднювати природу. Папір, поліетилен, пластик – необхідно кидати лише у спеціальні урни, а не розкидати там, де ви знаходитесь, тому що вони не розкладаються. При горінні пластику та поліетилену виділяються дуже токсичні речовини, які впливають на людину. Восени при горінні листя так само утворюються токсичні речовини, хоча їх можна складати для процесу гниття, а потім використовувати як біологічні добрива. Застосування побутової хімії призводить до забруднення води. Тому збереженням природи для майбутніх поколінь залежить від дбайливого ставлення до неї кожного з нас, рівня культури, хімічних знань. ІV. Узагальнення та систематизація знань.
1. Продовжіть визначення: Хімія – це…………………………………………………………………….. 2. Виберіть правильні твердження: а. Хімія – гуманітарна наука б. Хімія відноситься до природничих наук. в. Знання хімії необхідні лише біологам. р. Хімічні речовини поширені лише Землі. д. Для життя, дихання людині необхідний вуглекислий газ. е. Без кисню не можливе життя на Планеті. 3. З наведених наук, які взаємопов'язані з хімією виберіть відповідні визначення. Біохімія, Екологія, Фізична хімія, Геологія, Агрохімія 1. Хімічні процеси, що відбуваються в організмі людини, вивчає наука- Біохімія. 2. Наука про захист довкілля називається Екологія 3. Пошук корисних копалин – Геологія 4.Перетворення одних речовин на інші супроводжуються поглинанням або виділенням теплоти вивчає наука Фізична хімія 5. Вивчення впливу добрив на ґрунт і рослини займається наука-агрохімія. 4. Який вплив має хімія на природу. V. Підбиття підсумків уроку.
З викладеного матеріалу випливає, що Хімія - це наука про речовини та їх перетворення. У сучасному світі людина не уявляє свого життя без хімічних речовин. Немає практично жодної галузі, де не потрібні були б хімічні знання. Вплив хімії та хімічних речовин на людину та навколишнє середовище як позитивні, так і негативні. Кожен із нас може зберегти частинку природи, таку як вона є. Бережіть природу. VІ. Домашнє завдання.
2. Відповісти на запитання на с. 10 . 1- усно, 2-4 письмово. 3. Підготувати повідомлення на тему: "Історія розвитку хімії як науки" Наука - одна з найважливіших галузей людської діяльності на етапі розвитку світової цивілізації. Сьогодні існують сотні різних дисциплін: технічні, суспільні, гуманітарні, природничі науки. Що вони вивчають? Як розвивалося природознавство в історичному аспекті? Що таке природознавство? Коли воно зародилося та з яких напрямків складається? Природна наука - це дисципліна, що вивчає природні явища та феномени, які виступають зовнішніми по відношенню до суб'єкта досліджень (людини). Термін "природознавство" у російській походить від слова "природа", що є синонімом до слова "природа". Фундаментом природознавства вважатимуться математику, і навіть філософію. З них, за великим рахунком, вийшли всі сучасні природничі науки. Спочатку натуралісти намагалися відповісти на всі питання, що стосуються природи та її усіляких проявів. Потім, у міру ускладнення предмета досліджень, природознавство почало дробитися на окремі дисципліни, які згодом ставали все більш відокремленими. У контексті сучасного часу природнича наука - це комплекс наукових дисциплін про природу, взятих у тому тісному взаємозв'язку. Розвиток природничих наук відбувався поступово. Однак інтерес людини до явищ природи виявився ще в давнину. Натурфілософія (по суті, наука) активно розвивалася у Стародавній Греції. Античні мислителі, за допомогою примітивних методів досліджень і часом інтуїції, змогли зробити цілу низку наукових відкриттів і важливих припущень. Вже тоді натурфілософи були впевнені, що Земля обертається навколо Сонця, могли пояснити сонячні та місячні затемнення, досить точно виміряли параметри нашої планети. В епоху Середньовіччя розвиток природознавства помітно сповільнився і був сильною залежністю від церкви. Багато вчених у цей час були гнані за так зване інаковір'я. Всі наукові дослідження та дослідження, по суті, зводилися до тлумачення та обґрунтування священних писань. Проте в епоху Середніх віків суттєво розвивалася логіка та теорія. Слід зазначити, що у цей час центр натурфілософії (безпосереднього вивчення природних явищ) географічно змістився убік арабо-мусульманського регіону. У Європі бурхливий розвиток природознавства починається (відновлюється) лише XVII-XVIII століттях. Це час масштабного накопичення фактичних знань та емпіричного матеріалу (результатів "польових" спостережень та експериментів). Природні науки 18 століття також ґрунтуються у своїх дослідженнях на результатах численних географічних експедицій, плавань, вивчень знову відкритих земель. У ХІХ столітті знову перше місце виходить логіка і теоретичне мислення. У цей час вчені активно обробляють усі зібрані факти, висуваючи різні теорії, формулюючи закономірності. До найвидатніших дослідників природи в історії світової науки слід віднести Фалеса, Ератосфена, Піфагора, Клавдія Птолемея, Архімеда, Галілео Галілея, Рене Декарта, Блеза Паскаля, Нікола Тесла, Михайла Ломоносова і багатьох інших відомих учених. До основним природничим наук відносяться: математика (яку також часто називають "королевої наук"), хімія, фізика, біологія. Проблема класифікації природознавства існує вже давно і непокоїть уми не одного десятка вчених та теоретиків. Найкраще з цією дилемою впорався Фрідріх Енгельс - німецький філософ і вчений, який більш відомий як близький друг Карла Маркса і співавтора його найвідомішої праці під назвою "Капітал". Він зміг виділити два основні принципи (підходи) типології наукових дисциплін: це об'єктивний підхід, а також принцип розвитку. Найбільш детальну запропонував радянський методолог Боніфатій Кедров. Вона не втратила своєї актуальності і в наші дні. Весь комплекс наукових дисциплін прийнято ділити на великі групи: Природу вивчають останні. Повний перелік природничих наук представлений нижче: Що стосується математики, то вчені не мають єдиної думки, до якої групи наукових дисциплін її варто відносити. Одні вважають її природною наукою, інші – точною. Деякі методологи відносять математику до окремого класу про формальних (або абстрактних) наук. Хімія - це велика область природознавства, основним об'єктом вивчення якої є речовина, її якості та будова. Ця наука розглядає і об'єкти на атомно-молекулярному рівні. Вона також вивчає хімічні зв'язки та реакції, що виникають при взаємодії різних структурних частинок речовини. Вперше теорію у тому, що це природні тіла складаються з дрібніших (не видимих людині) елементів, висунув давньогрецький філософ Демокріт. Він припустив, що кожна речовина включає дрібніші частинки, подібно до того, як слова складаються з різних літер. Сучасна хімія - це складна наука, що включає кілька десятків дисциплін. Це неорганічна та органічна хімії, біохімія, геохімія, навіть космохімія. Фізика - одне з найдавніших наук Землі. Відкриті нею закони виступають базисом, фундаментом всієї системи дисциплін природознавства. Вперше термін "фізика" вжив ще Аристотель. У ті далекі часи вона була практично тотожною філософією. На самостійну науку фізика почала перетворюватися лише у XVI столітті. Сьогодні під фізикою розуміють науку, що вивчає матерію, її будову та рух, а також загальні закони природи. У її структурі виділяють кілька основних розділів. Це класична механіка, термодинаміка, теорія відносності та деякі інші. Розмежування між природничими та гуманітарними науками жирною лінією пройшло по "тілу" колись єдиної географічної науки, розділивши окремі її дисципліни. Так, фізична географія (на відміну економічної та соціальної) опинилася у лоні природознавства. Ця наука вивчає географічну оболонку Землі в цілому, а також окремі природні компоненти та системи, що входять до її складу. Сучасна фізична географія складається з ряду Серед них: Гуманітарні, природничі науки - чи такі вони далекі один від одного, як це може здатися? Зрозуміло, ці дисципліни відрізняються за об'єктом досліджень. Природні науки вивчають природу, гуманітарні - концентрують свою увагу людині та суспільстві. Гуманітарні дисципліни не можуть змагатися з природними в точності, вони не здатні математично довести свої теорії та підтвердити гіпотези. З іншого боку, ці науки тісно пов'язані, переплетені одна з одною. Особливо за умов ХХІ століття. Так, математика вже давно впровадилася в літературу та музику, фізика та хімія – у мистецтво, психологія – у соціальну географію та економіку тощо. Крім того, вже давно стало очевидним, що багато важливих відкриттів робляться якраз на стику кількох наукових дисциплін, які, на перший погляд, не мають абсолютно нічого спільного. Природна наука - це напрямок науки, що вивчає природні явища, процеси і феномени. Таких дисциплін існує безліч: і фізика, математика та біологія, географія та астрономія. Природні науки, незважаючи на численні відмінності у предметі та методах досліджень, тісно пов'язані з суспільними та гуманітарними дисциплінами. Особливо сильно цей зв'язок проявляється у XXI столітті, коли всі науки зближуються та переплітаються. Весь навколишній нас різноманітний світ – це матерія, яка проявляється у двох формах: речовини та поля. Речовинаскладається з частинок, що мають власну масу. Поле- Така форма існування матерії, яка характеризується енергією. Властивістю матерії є рух. Форми руху матерії вивчаються різними природничими науками: фізикою, хімією, біологією тощо. Не слід вважати, що існує однозначна сувора відповідність між науками з одного боку, і формами руху матерії з іншого. Необхідно мати на увазі, що взагалі немає такої форми руху матерії, яка існувала б у чистому вигляді, окремо від інших форм. Усе це підкреслює складність класифікації наук. Х іміюможна визначити як науку, що вивчає хімічну форму руху матерії, під якою розуміють якісну зміну речовин: Хімія вивчає будову, властивості та перетворення речовин. До хімічним явищамвідносять такі явища, у яких одні речовини перетворюються на інші. Хімічні явища називають інакше хімічними реакціями. Фізичні явища не супроводжуються перетворенням одних речовин на інші. В основі кожної науки лежить деякий набір попередніх переконань, фундаментальних філософських установок та відповідей на питання про природу реальності та людського знання. Цей набір переконань, цінностей, що поділяються членами цієї наукової спільноти, називається парадигмами. Основні парадигми сучасної хімії: 1. Атомно-молекулярна будова речовини 2. Закон збереження матерії 3. Електронна природа хімічного зв'язку 4. Однозначний зв'язок будови речовини та її хімічних властивостей (періодичний закон) Хімія, фізика, біологія лише з погляду можуть здатися далекими друг від друга науками. Хоча лабораторії фізика, хіміка та біолога дуже несхожі, всі ці дослідники мають справу з природними (природними) об'єктами. Це відрізняє природничі науки від математики, історії, економіки та багатьох інших наук, що вивчають те, що створено не природою, а насамперед самою людиною. Близько природничих наук примикає екологія. Не слід думати, ніби екологія - це "хороша" хімія, на відміну від класичної "поганої" хімії, яка забруднює довкілля. Немає "поганої" хімії або "поганої" ядерної фізики - є науковий і технічний прогрес або його недолік у якійсь галузі діяльності. Завдання еколога - використовувати нові досягнення природничих наук для того, щоб при максимальній вигоді звести до мінімуму ризик порушення довкілля живих істот. Баланс "ризик-вигода" є предметом вивчення екологів. Між науками немає суворих кордонів. Наприклад, відкриття та вивчення властивостей нових видів атомів колись було прийнято вважати завданням хіміків. Однак вийшло так, що з відомих на сьогоднішній день видів атомів частина відкрита хіміками, а частина – фізиками. Це лише один із багатьох прикладів "відкритих кордонів" між фізикою та хімією. Життя є складним ланцюгом хімічних перетворень. Усі живі організми поглинають із довкілля одні речовини і виділяють інші. Значить, серйозному біологу (ботаніку, зоологу, лікареві) не обійтися без знання хімії. Пізніше ми переконаємося в тому, що немає абсолютно точної межі між фізичними і хімічними перетвореннями. Природа єдина, тому ми завжди повинні пам'ятати про те, що неможливо розібратися в устрої навколишнього світу, заглибившись лише в одну з областей людського знання. Дисципліна "Хімія" пов'язана з іншими природничими дисциплінами міжпредметними зв'язками: попередніми - з математикою, фізикою, біологією, геологією та іншими дисциплінами. Сучасна хімія – це розгалужена система багатьох наук: неорганічної, органічної, фізичної, аналітичної хімії, електрохімії, біохімії, які освоюються студентами наступних курсах. Знання курсу хімії необхідне успішного вивчення інших загальнонаукових і спеціальних дисциплін. Рисунок 1.2.1 – Місце хімії у системі природничих наук Удосконалення методів дослідження, передусім експериментальної техніки, призвело до поділу науки на дедалі вужчі напрями. Через війну кількість і «якість», тобто. надійність інформації зросла. Однак неможливість для однієї людини мати повні знання навіть для суміжних наукових областей породила нові проблеми. Як у військовій стратегії найслабші місця оборони та наступи опиняються на стику фронтів, у науці найменш розробленими залишаються області, що не піддаються однозначній класифікації. Серед інших причин можна відзначити і складність з отриманням відповідного кваліфікаційного ступеня (наукового ступеня) для вчених, які працюють в галузях «стику наук». Але там робляться і основні відкриття сучасності.Переходи та відповідні спектральні лінії, що проходять з основного або на основний стан, називаються резонансними.
При випромінюванні або поглинанні квантів аналізованою системою виникають характеристичні сигнали, що несуть інформацію про якісний та кількісний склад досліджуваної речовини.
Частота (довжина хвилі) випромінювання визначається складом речовини. Інтенсивність спектральної лінії (аналітичного сигналу) пропорційна кількості частинок, що викликали її появу, тобто кількості речовини, що визначається, або компонента складної суміші.
Спектральні методи дають широкі можливості для вивчення відповідних аналітичних сигналів у різних галузях спектра електромагнітного випромінювання: це промені, рентгенівське випромінювання, ультрафіолетове (УФ), оптичне та інфрачервоне (ІЧ) випромінювання, а також мікрохвильове та радіохвильове.
Енергія квантів перерахованих видів випромінювання охоплює дуже широкий діапазон - від 10 8 до 10 6 еВ, що відповідає діапазону частот від 10 20 до 10 6 Гц.
Нині ряд методів аналізу використовується досить широко лише у науково-дослідних лабораторіях. До них відносяться:
метод електронного парамагнітного резонансу (ЕПР), заснований на явищі резонансного поглинання деякими атомами, молекулами чи радикалами електромагнітних хвиль (прилад визначення - радіоспектрометр);
метод ядерного магнітного резонансу (ЯМР), який використовує явище поглинання електромагнітних хвиль речовиною, обумовлене ядерним магнетизмом (прилад визначення - спектрометр ядерного магнітного резонансу, ЯМР-спектрометр);
радіометричні методи, засновані на використанні радіоактивних ізотопів та вимірюванні радіоактивного випромінювання;
методи атомної спектроскопії (атомно-емісійний спектральний аналіз, атомно-емісійна фотометрія полум'я, атомно-адсорбційна спектрофотометрія), що ґрунтуються на здатності атомів кожного елемента в певних умовах випускати хвилі певної довжини - або поглинати їх;
мас-спектрометричні методи, засновані на визначенні мас окремих іонізованих атомів, молекул і радикалів після їх поділу в результаті комбінованої дії електричних та магнітних полів (прилад для визначення - мас-спектрометр).
Труднощі приладового забезпечення, складність експлуатації, а також відсутність стандартизованих методик випробування стримують застосування перерахованих вище методів у лабораторіях, що здійснюють контроль якості товарних нафтопродуктів.
Фотометричні методи
Найбільшого практичного поширення набули оптичні, звані фотометричні методи аналізу, засновані па здатності атомів і молекул поглинати електромагнітне випромінювання.
Концентрацію речовини у розчині визначають за рівнем поглинання світлового потоку, що пройшов через розчин.
При колориметричному методі аналізу вимірюють поглинання світлових променів широких ділянок видимого спектру або видимого спектра (біле світло) забарвленими розчинами.
При спектрофотометричному методі вимірюють поглинання монохроматичного світла. Це ускладнює конструкцію приладів, але дає великі аналітичні можливості, порівняно з колориметричним методом.
Інтенсивність фарбування розчину може бути визначена візуально (колориметрія) або фотоелементами (фотоколориметрія).
Більшість візуальних методів порівняння інтенсивності поглинання засноване на різних способах вирівнювання інтенсивності фарбування двох розчинів, що порівнюються. Це може бути досягнуто зміною концентрації (методи розведення, стандартного ряду, колориметричного титрування) або зміною товщини шару поглинання (метод зрівнювання).
Цей метод лежить в основі визначення кольору нафтопродуктів за шкалою стандартного кольорового скла. Прилади - колориметри типу КНР-1, КНР-2, ЦНТ (див. гл. 1).
Вирівнювати інтенсивності потоків випромінювань при їх порівнянні можна зміною ширини щілини діафрагми, що знаходиться на шляху одного з двох порівнюваних потоків. Цей спосіб використовується в більш точних та об'єктивних методах вимірювання інтенсивності фарбування розчину у фотоколориметрії та спектрофотометрії.
Для цього використовуються фотоелектроколориметри та спектрофотометри.
В основі кількісного визначення концентрації забарвленої сполуки за ступенем поглинання лежить закон Бугера – Ламберта – Бера:
Шкали фотометричних приладів градуюють значення поглинання А і пропускання Т середовища.
Теоретично А змінюється від 0 до °°, а Т - від 0 до 1. Але з достатньою точністю величину А можна виміряти в дуже вузькому інтервалі значень приблизно 0,1-г-1,0.
Вимірюючи поглинання даної системи монохроматичних випромінювань різних довжин хвиль, можна отримати спектр поглинання, тобто залежність світлопоглинання від довжини хвилі. Логарифм відношення I 0 /I також називають оптичною густиною і іноді позначають D.
Для кількісного аналізу зручніше проводити вимірювання в УФ і видимій частинах спектра, в яких навіть складні сполуки зазвичай мають одну або невелику кількість смуг поглинання (тобто діапазонів частот світлових хвиль, в яких спостерігається поглинання світла).
Для кожної поглинаючої речовини можна вибрати таку довжину хвилі, при якій відбувається інтенсивне поглинання променів світла (найбільше поглинання). Цю довжину хвилі позначають max
Якщо область максимального поглинання max аналізованого розчину відома, то вибирають світлофільтр з областю максимального пропускання, близькою до max
Таким чином надходять під час роботи на фотоелектроколориметрах.
Фотоелектроколориметр типу ФЕК-М мають ширину спектрального інтервалу, що пропускається світлофільтром 80100 нм, типу ФЕК-Н-57, ФЕК-56, ФЕК-60 3040 нм. Працюючи на спектрофотометрах вимірюють поглинання у всьому робочому інтервалі даного приладу спочатку через 1020 їм, а знайшовши межі максимального поглинання, через 1 нм.
Як правило, опис стандартного методу визначення, яким керується лаборант у своїй роботі, містить точні вказівки щодо умов, у яких проводиться визначення речовини.
У фотометричному аналізі використовують реактиви, що змінюють колір при зміні рН розчину. Тому необхідно підтримувати рН в інтервалі, наскільки можна далекому від області колірного переходу.
В основі кількісного фотометричного аналізу лежить метод градуювальних кривих, що показують залежність оптичної щільності розчину від кількості речовини с.
Для побудови кривої вимірюють оптичну щільність п'яти-восьми розчинів аналізованої речовини різних концентрацій. Графік залежності оптичної щільності від концентрації використовується визначення змісту речовини в аналізованому зразку.
Коефіцієнт поглинання слабко залежить від температури. Тому термостатування у фотометричних вимірах не обов'язково. Зміна температури у межах ±5°С практично не впливає на оптичну густину.
Природа розчинника істотно впливає на оптичну щільність за інших рівних умов, тому побудова градуювальних графіків і вимірювання в аналізованих продуктах необхідно проводити в тому самому розчиннику.
Для роботи в УФ області застосовують воду, спирт, ефір, насичені вуглеводні.
Оскільки оптична щільність залежить від товщини шару, вибір кювет має бути зроблений з таким розрахунком, щоб значення оптичних густин для серії еталонних (стандартних) розчинів перебували в інтервалі 0,1 - 1,0, що відповідає найменшій помилці вимірювання.
Аналогічно надходять, якщо кювета не підходить для вимірювання оптичних густин розчинів початку ряду стандартних розчинів.
Інтервал концентрацій речовини, що визначається, необхідно також підбирати таким чином, щоб вимірювана оптична щільність розчину укладалася в діапазон 0,1 -1,0.
Для аналізу нафтопродуктів присадок до них можуть бути рекомендовані фотоелектроколориметри ФЕК-М, ФЕК-56, ФЕК-Н-57, ФЕК-60, КФО, КФК-2, а також спектрофотометри СФ-4А, СФ-26, СФ-46 ( див. гл. 1).
У нафтопереробці прийнято визначати показник заломлення n D при довжині хвилі падаючого світла 589 нм. Вимір ведуть за допомогою рефрактометра.
Показник заломлення залежить від температури. З підвищенням се показники заломлення рідин зменшуються.
Таблиця 1. Показники заломлення деяких з'єднань за різної температури
Отже, вимірювання потрібно проводити за постійної: температури (табл. 3.1).
За час вимірювання температуру призмової камери підтримують постійну, пропускаючи через сорочки призм воду з термостата. Якщо показник заломлення вимірюють при температурі, що відрізняється від 20°С, то значення показника заломлення вносять температурну поправку.
При визначенні показника заломлення темних нафтопродуктів, для яких при користуванні світлом, що проходить, важко отримати різкий кордон, користуються відбитим світлом. Для цієї мети відкривають віконце у верхній призмі, перевертають дзеркало та висвітлюють віконце яскравим світлом.
Іноді при цьому кордон виходить недостатньо виразним, але все ж таки зробити відлік з точністю до 0,0010 можна. Для отримання кращих результатів слід працювати в потім-пінній кімнаті і користуватися розсіяним світлом різної інтенсивності, яке можна обмежити отвором робочої призми.
Електрохімічні методи
p align="justify"> Електрохімічні методи аналізу використовують або для прямих вимірювань, заснованих на залежності аналітичний сигнал - склад, або для індикації кінцевої точки титрування в титриметрії.
Для лабораторної практики частіше застосовують кондуктометричне титрування, у якому вимір електропровідності використовується визначення точки еквівалентності під час титрування.
Кулонометрія - метод аналізу, заснований на взаємодії розчинених речовин із електричним струмом. Вимірюють кількість електрики, витраченого на електроліз речовини в аналітичній реакції, і розраховують вміст речовини, що випробовується в пробі.
Потенціометричний метод
У практиці нафтопереробки найбільшого поширення набув потенціометричний метод аналізу, заснований на вимірі потенціалу електрода, зануреного в аналізований розчин. Значення потенціалу, що виникає на електродах, залежить від складу розчину.
Електрод, потенціал якого залежить від активності (концентрації) певних іонів у розчині, називається індиаторним.
Для вимірювання потенціалу індикаторного електрода в розчин занурюють другий електрод, потенціал якого не залежить від концентрації іонів, що визначаються. Такий електрод називається електродом порівняння.
Найчастіше в потенціомстрії використовують два класи індикаторних електродів:
електронообмінні електроди, на міжфазних межах яких протікають реакції за участю електронів;
іонообмінні, або воно селективні електроди, на міжфазних межах яких протікають реакції, пов'язані з обміном іонів. Такі електроди називають також мембранними.
Іоноселектпвнис електроди діляться на групи: скляні, тверді з гомогенною або гетерогенною мембраною; рідинні (на основі іонних асоціатів, комплексних металовмісних сполук); газові.
В основі потенціометричного аналізу лежить рівняння Нернста
Е = const + (0,059/n)/lg a,
де п - заряд потенциалопределяющего іона чи кількість електронів, що у реакції; а - активність потенциалопределяющих іонів.
Розглянемо докладніше основні типи електродів, що застосовуються у потенціометрії.
Електронообмінні електроди. Як індикаторні електроди в окислювально-відновних реакціях часто застосовують інертні метали, наприклад платину, золото. Потенціал, що виникає на платиновому електроді, залежить від відношення концентрацій окисленої та відновленої форм однієї або кількох речовин у розчині.
Металеві індикаторні електроди виготовляють із плоскої металевої пластинки, скрученого дроту або металізованого скла. Вітчизняна промисловість випускає тонкошаровий платиновий електрод ЭТПЛ-01М.
Іоноселективні електроди. Найбільшого поширення набув скляний електрод, призначений для вимірювання рН.
Скляний електрод зазвичай використовують у парі з хлорсрібним електродом порівняння.
Вітчизняна промисловість серійно випускає скляні електроди ЕСЛ-11Г-05, ЕСЛ-41Г-04, ЕСЛ-63-07, ЕСЛ-43-07, придатні для вимірювання рН у діапазоні від 0 до 14.
Крім скляних електродів для вимірювання рН випускають також скляні електроди для вимірювання активності лужних металів, наприклад, іонів Na + (ECNA-51-07), іонів К + (ЕСЛ-91-07).
Перед початком роботи скляні електроди слід витримати деякий час у 0,1 М розчині соляної кислоти.
У жодному разі не можна витирати скляну кульку, оскільки це може зруйнувати поверхню електрода. Категорично забороняється дряпати поверхню скляного електрода гострими предметами, тому що товщина скляної кульки становить десяті частки міліметра, і це виведе з ладу чутливий елемент.
Правила роботи зі скляними електродами повністю відносяться до інших іоноселективних електродів.
Вітчизняна промисловість випускає хлорсрібні електроди типу ЕВЛ-1МЗ, ЕВЛ-1МЛ.
Схема установки для потенціометричних вимірювань з індикаторним електродом та електродом порівняння наведено на рис. 3.8.
Техніка безпеки та охорона праці в лабораторії
Під час проведення аналізів нафтопродуктів доводиться працювати з вогнем, горючими, вибухонебезпечними, токсичними та їдкими речовинами. У зв'язку з цим порушення вимог техніки безпеки та охорони праці, недотримання необхідних запобіжних заходів можуть призвести до отруєнь, опіків, порізів тощо.
ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
До роботи можна приступати тільки в тому випадку, якщо всі її етапи зрозумілі та не викликають сумнівів. У разі виникнення якихось неясностей слід негайно звернутися до керівника робіт. Перед виконанням незнайомих операцій кожен лаборант-початківець повинен отримати докладний індивідуальний інструктаж.
Усі роботи, пов'язані з підвищеною небезпекою, необхідно проводити лише під безпосереднім наглядом досвідченого працівника чи керівника робіт.
Кожен лаборант повинен мати в індивідуальному користуванні спецодяг - халат, а в деяких випадках головний убір і прогумований фартух і захисні пристрої - окуляри та гумові рукавички.
При виконанні будь-яких робіт, пов'язаних з використанням тиску, вакууму, або в тих випадках, коли можливе розбризкування отруйної рідини (наприклад, при розведенні кислот та розчиненні лугів), працівники лабораторії обов'язково повинні надягати захисні окуляри.
4. Кожен працівник лабораторії повинен знати, де в лабораторії знаходиться аптечка*, яка містить все необхідне для надання першої допомоги, а також де розміщені вогнегасники, ящики зпіском, азбестові ковдри для гасіння великих пожеж.
5. На робочому місці повинні знаходитись лише необхідні для цієї роботи прилади та обладнання. Все, що може завадити ліквідації наслідків можливої аварії, має бути прибрано.
6. У лабораторії забороняється: - працювати при несправній вентиляції;
провадити роботи, не пов'язані безпосередньо з виконанням певного аналізу; працювати без спецодягу;
7. Працювати у лабораторному приміщенні одному;
залишати без нагляду працюючі установки, нестаціонарні нагрівальні прилади, відкрите полум'я.
ПОРЯДОК РОБОТИ З ХІМІЧНИМИ РЕЧОВИНАМИ.
Значна кількість нещасних випадків у лабораторіях викликана недбалим чи невмілим поводженням з різними реактивами. Отруєння, опіки, вибухи - неминучий наслідок порушення правил роботи.
Судини з отруйними рідинами повинні бути щільно закупорені та забезпечені етикеткою «Отрута» або «Токсична речовина»; у жодному разі не дозволяється залишати їх на робочому столі.
Особлива обережність необхідна при користуванні етилованими нафтопродуктами. У цих випадках обов'язково дотримуватись спеціальних правил, затверджених Головним санітарним лікарем СРСР («Правила зі зберігання, перевезення та застосування етилованих бензинів на автотранспорті»).
Застосовувати етильований бензин як паливо для пальників та паяльних ламп та розчинника при лабораторних роботах, а також для миття рук, посуду тощо категорично забороняється. Неприпустимим є зберігання їжі та прийом її в місцях роботи з етильованими нафтопродуктами.
Спецодяг лабораторних працівників, пов'язаних безпосередньо з аналізами етилованих продуктів, слід дегазувати та регулярно прати. За відсутності дегазаційних камер спецодяг необхідно покласти гас не менше ніж на 2 години, потім віджати, прокип'ятити у воді, після чого рясно промити гарячою водою або тоді здати прання.
Після закінчення роботи з етилованим бензином треба негайно ретельно вимити руки гасом, а потім обличчя та руки теплою водою та милом.
Для запобігання попаданню хімічних речовин на шкіру, в рот, дихальні шляхи необхідно дотримуватися запобіжних заходів:
1. У лабораторних робочих приміщеннях не слід створювати запаси реактивів, особливо летких. Необхідні для поточної роботи реактиви треба тримати щільно закупореними, а найбільш леткі (наприклад, соляну кислоту, аміак та ін) - на спеціальних полицях у витяжній шафі.
Прокидані або випадково пролиті реактиви слід негайно та ретельно прибрати.
Багато реактивів надходять до лабораторії у великій тарі. Відбір дрібних порцій речовин безпосередньо з барабанів, великих пляшок, бочок тощо заборонено.
Тому досить часта операція в лабораторній практичній роботі - розфасовка реактивів. Цю операцію повинні проводити лише досвідчені працівники, які добре знають властивості цих речовин.
Розфасовку твердих реактивів, здатних дратувати шкіру чи слизові оболонки, слід проводити у рукавичках, захисних окулярах чи масці. Волосся треба прибирати під берет або косинку, манжети та воріт халата повинні щільно прилягати до тіла.
Після роботи з речовинами, що пилять, слід прийняти душ, а спецодяг віддати в прання. Для захисту органів дихання від пилу та їдких пар користуються респіраторами чи протигазами. Не можна замінювати респіратори марлевими пов'язками - вони недостатньо ефективні.
...
Подібні документи
Природна наука - це...
Історія формування природничих наук
Проблема класифікації природознавства
Список природничих наук
Хімія
Фізика
Фізична географія
Природні та гуманітарні науки: єдність та відмінності
На закінчення...
