Vielas daudzuma noteikšana fizikā. Aprēķini, izmantojot ķīmisko reakciju vienādojumus. Maisījuma sastāva aprēķins, izmantojot ķīmiskās reakcijas vienādojumu

Strukturālās vienības attiecas uz jebkādām daļiņām, kas veido vielu (atomi, molekulas, joni, elektroni vai jebkuras citas daļiņas). Vielas daudzuma mērīšanas vienība Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) un GHS sistēmā ir mols.

Enciklopēdisks YouTube

1 / 3

✪ Vielas daudzums

✪ 29. Vielas daudzums. Uzdevumi (3. daļa)

✪ Fizika. Ievads mkt, vielas daudzums

Subtitri

Pieteikums

Šo fizikālo lielumu izmanto vielu makroskopisko daudzumu mērīšanai gadījumos, kad pētāmo procesu skaitliskai aprakstam ir jāņem vērā vielas mikroskopiskā uzbūve, piemēram, ķīmijā, pētot elektrolīzes procesus, vai termodinamikā, aprakstot ideālas gāzes stāvokļa vienādojumus.

Vielas daudzumu norāda ar latīņu valodu n (\displaystyle n)(lv), un to nav ieteicams apzīmēt ar grieķu burtu ν (\displaystyle \nu )(nu), jo šis burts ķīmiskajā termodinamikā apzīmē stehiometriskais koeficients vielas reakcijā, un tas pēc definīcijas ir pozitīvs reakcijas produktiem un negatīvs reaģentiem. Tomēr tieši grieķu burts tiek plaši izmantots skolas mācību programmā ν (\displaystyle \nu )(pliks).

Lai aprēķinātu vielas daudzumu, pamatojoties uz tās masu, izmantojiet molārās masas jēdzienu: n = m/M (\displeja stils n = m/M), kur m ir vielas masa, M ir vielas molārā masa. Molmasa ir noteiktas vielas masa uz vienu molu. Vielas molāro masu var iegūt ar produktu

SI sistēmas septītā pamatvienība - vielas daudzuma vienība mols - ieņem ļoti īpašu vietu starp pamatvienībām. Tam ir vairāki iemesli. Pirmais iemesls ir tāds, ka šī vērtība praktiski dublē esošo pamatvienību, masas vienību. Masa, kas definēta kā ķermeņa inerces mērs vai gravitācijas spēku mērs, ir vielas daudzuma mērs. Otrs iemesls, kas ir saistīts ar pirmo un ir cieši saistīts ar to, ir tas, ka šim fiziskajam daudzumam joprojām nav ieviesta standarta vienība. Daudzi mēģinājumi neatkarīgi reproducēt molu noveda pie tā, ka precīzi izmērīta vielas daudzuma uzkrāšanās galu galā tika samazināta līdz citiem pamata fizisko daudzumu standartiem. Piemēram, mēģinājumi elektrolītiski izolēt vielu radīja nepieciešamību izmērīt elektriskās strāvas masu un stiprumu. Precīzs atomu skaita mērījums kristālos ļāva izmērīt kristāla lineāros izmērus un tā masu. Visos citos līdzīgos mēģinājumos patstāvīgi pavairot molu metrologi saskārās ar tādām pašām grūtībām.

Likumsakarīgi rodas jautājums: kādēļ attīstītāko valstu metroloģiskie dienesti vienojās, ka pamatvienībās jāiekļauj divas dažādas, kas raksturo vienu un to pašu fizisko jēdzienu? Atbilde uz šo jautājumu ir acīmredzama, ja izejam no fizikālo lielumu vienību sistēmu konstruēšanas pamatprincipa – praktiskā lietošanas vienkāršības. Faktiski, lai aprakstītu mehānisko procesu parametrus, visērtāk ir izmantot patvaļīgu mākslīgu masas mēru - kilogramu. Lai aprakstītu ķīmiskos procesus, ir ļoti svarīgi zināt ķīmiskajās reakcijās iesaistīto elementārdaļiņu, atomu vai molekulu skaitu. Šī iemesla dēļ mols tiek saukts par SI sistēmas ķīmisko pamatvienību, uzsverot to, ka tas netiek ieviests, lai aprakstītu kādas jaunas parādības, bet gan lai apkalpotu konkrētus mērījumus, kas saistīti ar vielu un materiālu ķīmisko mijiedarbību.

Šī specifika radīja vēl vienu ļoti svarīgu vielas kvantitātes vienības kvalitāti - molu. Tas sastāv no tā, ka, ieviešot vienības ķīmisko definīciju, tiek regulēts ne tikai jebkuras vielas daudzums, bet gan vielas daudzums noteikta veida atomu vai molekulu veidā. Tāpēc molu var saukt par atsevišķas vielas daudzuma vienību. Ar šo definīciju mols kļūst par universālāku vielas daudzuma vienību nekā kilograms. Faktiski atsevišķām vielām piemīt inerces un gravitācijas īpašības, tāpēc molu standartu, ja tas ir ieviests vajadzīgajā precizitātes līmenī, var izmantot kā masas etalonu. Pretējais nav iespējams, jo masas mērs, kas izgatavots, piemēram, no platīna un irīdija sakausējuma, nekad nevar būt tādu īpašību nesējs, kas piemīt, piemēram, silīcijam vai ogleklim.

Papildus ērtībai izmantot vielas daudzuma vienību ķīmisko reakciju veikšanā, vielas otrās daudzuma pamatvienības ieviešanu pamato vēl kāds apstāklis. Tas sastāv no tā, ka vielas daudzuma mērījumi jāveic ļoti plašā šīs vērtības izmaiņu diapazonā. Makroskopiskās parādībās mērījumu objekti cietvielu formā satur apmēram 10 23 atomus. Šī ir atomu skaita lieluma secība vielas grama ekvivalentā. Mikroskopiskās parādībās pastāv pat atsevišķu atomu noteikšanas problēma. Tāpēc vielas daudzums jāmēra diapazonā, kas pārsniedz 20 kārtas! Dabiski, ka neviena ierīce, neviena ierīce atskaites līmenī nesniegs šādu iespēju.

Šī iemesla dēļ kļūst acīmredzama metrologu vēlme par pamatvienībām izmantot divas vielas daudzuma vienības, no kurām viena ļauj veikt precīzus mērījumus lielu daudzumu jomā, bet otra ļauj izmērīt atsevišķas vielas daļiņas atsevišķi. .

Metrologu nevēlēšanās atteikties no jebkuras vielas daudzuma pamatvienības, piemēram, kilograma, ir saistīta ar to, ka šīs vienības reproducēšana, izgatavojot prototipa kopiju, ir iespējama ar ļoti augstu precizitāti. Masas reproducēšana ar neatkarīgām metodēm, piemēram, izvelkot vienu litru ūdens vai elektrolītiski izgulsnējot noteiktu metāla masu no šķīduma, izrādās daudz neprecīzāka nekā kilograma kopijas izgatavošana ar svēršanu.

Sakarā ar uzskaitītajām grūtībām vielas daudzuma pamatvienības ieviešana standarta veidā nepastāv. Kurmja definīcija ir šāda:

Mols ir vielas daudzums, kurā ir tik daudz struktūrvienību, cik ir 12 gramos monooglekļa izotopa C12.

No definīcijas skaidri izriet, ka šī vērtība nav precīzi noteikta, tā ir vienāda ar Avogadro konstanti - atomu skaitu oglekļa grama ekvivalentā. Tas ļauj definēt molu kā Avogadro konstantes reciproku. Uz 12 gramiem oglekļa ar masas skaitli 12 atomu skaits būs N A.

Saskaņā ar to vielas daudzuma standarta izveides problēma tiek samazināta līdz Avogadro konstantes noskaidrošanai. Tehniski pašlaik tiek izmantota šāda procedūra:

Tiek ražots noteikts daudzums (simtiem gramu) īpaši tīra silīcija.

Precīzi masas spektrometri mēra šī silīcija izotopu sastāvu.

Tiek audzēts viens īpaši tīra silīcija kristāls.

Viena kristāla tilpumu mēra, izmērot tā masu un blīvumu V.

Rentgenstaru interferometrs mēra kuba vienības šūnas izmēru monokristālā silīcija - a.

Tā kā kristāliskajam režģim silīcijā ir kuba forma, strukturālo vienību skaits monokristālā izrādās vienāds ar

Izmērot masu un ekvivalentu atomu masu, nosaka silīcija molu skaitu kristālā

kur m ir kristāla masa, c. - parauga atommasa, ņemot vērā dažādu izotopu procentuālo daudzumu.

Avogadro konstante tiek noteikta kā struktūrvienību skaits vienā grama silīcija ekvivalentā

Starptautiskie metroloģijas centri pastāvīgi veic darbu pie Avogadro konstantes precizēšanas. Īpaši aktīva ir Vācijas nacionālā fizikālā laboratorija RTV Braunšveigā. Notiek pastāvīga cīņa par izejmateriāla (silīcija) tīrību gan attīrīšanas no piemaisījumiem, gan izotopu sastāva viendabīguma dēļ. Pašlaik sasniegtais piemaisījumu satura līmenis lielākajai daļai elementu ir ne vairāk kā viena daļiņa uz miljonu silīcija daļiņu, un dažiem piemaisījumiem, kas traucē kristālu veidošanos, viena daļiņa uz miljardu silīcija daļiņu.

Atkārtojot darbu, lai precizētu Avogadro konstanti, tiks uzlaboti kristāla masas, tā blīvuma, izotopu sastāva un kristāla režģa izmēru mērīšanas līdzekļi. Pašlaik ir iespējams garantēt Avogadro konstantes noteikšanas ticamību 10 -6 -10 -7 līmenī, pamatojoties uz relatīvo kļūdu. Tomēr šī vērtība ir daudz lielāka par kļūdu, veicot kilogramu standarta kopijas, sverot.

Papildus tam, ka precizitāte ir zemāka par kilograma reproducēšanas precizitāti, aprakstītajai molu noteikšanas procedūrai ir vairāki būtiski trūkumi. Vissvarīgākais no tiem ir neiespējamība izveidot mēru, kas vienāds ar jebkuru mola daļu vai vairākiem moliem, tas ir, izveidot vairāku un vairāku vienību mērus. Jebkuri mēģinājumi to izdarīt noved pie nepieciešamības svērt, t.i., noteikt masu un sasniegt kilogramu standartu. Protams, kurmja pavairošanas jēga šajā gadījumā tiek zaudēta. Vēl viens būtisks trūkums mola izmantošanas procedūrā ir tas, ka daļiņu skaita mērījumus uz silīcija ir ļoti grūti un dažreiz neiespējami salīdzināt ar citām daļiņām un galvenokārt ar oglekli, ar kuru molu faktiski nosaka. Kopumā jebkura īpaši precīza procedūra vielas daļiņu skaita noteikšanai var izrādīties pilnīgi nepiemērota citai vielai. Mēs varam salīdzināt jebkuras vielas masu savā starpā, taču vienas vielas daļiņu skaits var nebūt salīdzināms ar citas vielas daļiņu skaitu. Ideālā gadījumā, lai nodrošinātu vielu un materiālu sastāva mērījumu vienveidību, vajadzētu būt universālai metodei jebkuras vielas mola reproducēšanai, taču visbiežāk šis uzdevums izrādās neiespējams. Ļoti liels skaits vielu nenonāk ķīmiskā mijiedarbībā viena ar otru.

Neskatoties uz visām šīm molu standarta ieviešanas problēmām, pastāv “ķīmiskā metroloģija”, un ķīmiķiem ir ļoti ērti izmantot vielas daudzuma vienību, kas definēta kā noteikta veida daļiņu skaits. Tāpēc kurmis tiek plaši izmantots vielu un materiālu sastāva mērīšanā un īpaši vides mērījumos. Šobrīd vides problēmas, gan starptautiskās, gan starpvalstu, ir viens no galvenajiem metroloģijas kā zinātnes sasniegumu pielietošanas punktiem mērījumu vienveidības nodrošināšanai.

Kurmis. Viens mols tiek uzskatīts par vielas daudzuma vienību. Tas ir vielas daudzums, kas satur tik daudz nosacītās daļiņas, cik atomu ir 0,012 kg oglekļa-12, t.i., 6,02045 10 23. Nosacītā daļiņa var būt molekula, jons, elektrons, daļiņu grupa (piemēram, funkcionālā grupa, molekulas daļa, asociētais, radikālis utt.). Vārdu sakot, nosacītā daļiņa ir jebkura diskrēta materiāla vienība (ieskaitot makroobjektus, piemēram, galdu, krēslu, galda kāju utt.). Dažas nosacītās daļiņas patiešām pastāv (H 2 molekula, IO 3 - jons, galds, krēsls), citas - tīri nosacīti (NaCI molekula šķīdumā, puse molekulas, protons šķīdumā).

Makro objektus ir viegli saskaitīt atsevišķi. Savukārt mikroobjektus (atomus, molekulas utt.) nevar saskaitīt makroobjektā. Tāpēc parasto daļiņu vienība “mols” ir ērta un parasti tiek izmantota, lai izteiktu mikroobjektu skaitu; nav pareizi to izmantot makroobjektu skaita novērtēšanai. Lai apzīmētu vielas molu skaitu, izmantojiet simbolu n . Rakstot n(H +)= 1,0·10 -6 mol, nozīmē 6,02·10 23 10 -6 protonus;

n(1/5KMn0 4) = 0,05 mol - 6,02 · 10 23 · 0,05 parastās daļiņas 1/5KMnO 4;

n(e)=1 mol - 6,02·10 23 elektroni.

Ķīmiskās analīzes praksē šāda informācija ir nepieciešama reti.

Molmasa (M) - Tā ir 1 mola vielas masa. Ja ir viela ar masu m, Tas M = m/n. Molmasas izmērs ir g mol -1.

Skaitliski molārā masa ir vienāda ar relatīvo molekulmasu, t.i., visu daļiņā esošo atomu kopējo masu, kas dalīta ar 1/12 no oglekļa atoma masas. Relatīvais molekulmass ir bezizmēra lielums, un to var viegli aprēķināt no elementu atomu masu tabulām.

Molārais tilpums (V o) - Tas ir 1 mola vielas tilpums normālos apstākļos. Parasti šo vērtību šajā gadījumā izmanto gāzēm V o = 22,4 L mol -1.

Molārais lādiņš (Q) - Tas ir kopējais 1 mola vielas lādiņš. Atsevišķi uzlādētām daļiņām Q = 96485 C mol -1 (Fāradeja numurs, F), z-lādētājiem Q=zF.

Koncentrēšanās izpausmes veidi. Analītiskajā ķīmijā mēs bieži runājam ar vielas daudzumu noteiktā tilpumā, t.i. ar koncentrēšanos. Tas ir īpaši svarīgi vielām šķīdumos. Tilpuma mērvienība ir kubikmetrs (m3) vai kubikdecimetrs (dm3), kas ir tieši vienāds ar 1 litru (L).

Molārā koncentrācija c - izšķīdušās vielas molu skaita attiecība pret šķīduma tilpumu. Šis termins attiecas uz jebkura veida nosacītām daļiņām (atomi, joni, molekulas, molekulu daļas utt.). Tādējādi molāro koncentrāciju izsaka mol dm -3 vai mol l -1 (mol izšķīdušās vielas litrā šķīduma), saīsināti kā M.

Piemēram, c(HC1)=0,1 mol-l-1 vai c(HC1)=0,1 M; c(1/5KMn04)=0,05 mol l -1 vai 0,05 M(l/5 KMnO 4).

Apsvērsim citus veidus, kā izteikt koncentrēšanos. Masu koncentrācija- izšķīdušās vielas masas attiecība jaunkundze līdz šķīduma tilpumam V, masas koncentrācijas vienības kg dm -3 vai kg l -1, kā arī daudzkārtēji*.

Tilpuma koncentrācija - izšķīdušās vielas tilpuma attiecība pret šķīduma tilpumu.

Bieži vien risinājuma vai citu objektu sastāvs tiek izteikts komponentu daļa no kopējā vielas daudzuma. Šīs kompozīcijas izteiksmes metodes ērtības slēpjas tās neatkarībā no objekta kopējā stāvokļa.

**** Tiek saukta masas koncentrācija, kas izteikta vielas gramos uz mililitru parakstu.Šī vienība deva savu nosaukumu klasiskajai analīzes metodei - titrimetrija.

"Proporcija" ir sastāvdaļas daļu skaita attiecība pret kopējo objekta daļu skaitu. Atkarībā no izvēlētās vienības izšķir molārās (a), masas (ω), tilpuma (φ) daļas:

Daļa tiek izteikta procentos (masas daļu, kas izteikta procentos, sauc procentuālā koncentrācija), daļas uz miljonu (ppm), daļas uz miljardu (ppb), daļas uz triljonu (ppt). Mērvienības ppm, ppb un ppt ir noderīgas, lai novērtētu nelielu vielu daudzumu. Šajā gadījumā daļa (a, ω vai φ) jāreizina ar 10 6, 10 9 vai 10 12, lai iegūtu ērtu vai tuvu tam veselu skaitli.

1. piemērs. Askorbīnskābes saturs mežrozīšu infūzijā ir 5,5 mg uz 1 litru. Izsaka askorbīnskābes saturu masas daļā.

Noskaidrosim askorbīnskābes masas daļu šķīdumā (ņemot vērā, ka 1 litra masa ir 10 3 g):

Šis skaitlis ir neērts aprēķiniem. Pārvērsim to ppm vienībās (miljonos -1):

5,5 10 -6 ·10 6 =5,5 milj.-l.

Molalitāte - vielas daudzums uz masas vienību (1 kg) šķīdinātāja. Molalitātes priekšrocība nav atkarīga no temperatūras. Tomēr šo vienību analītiskajā ķīmijā izmanto reti.

Līdzvērtīgs. Pastāv noteiktas attiecības starp parastajām daļiņām savienojumā, ko sauc par stehiometriskām. Piemēram, NaCI molekulā viens nātrija atoms ir saistīts ar vienu hlora atomu, bet H 2 CO 3 molekulā divi protoni ir saistīti ar vienu CO 3 2- daļiņu. Stehiometriskās attiecības tiek noteiktas arī starp reaģējošām daļiņām, piemēram, reakcijā

aA + bB = cC + dD

un vielas A nosacītās daļiņas reaģē ar b vielas B nosacītās daļiņas. Līdz ar to viena daļiņa A ir ekvivalenta vielas B b/a daļiņām.

Attiecību b/a sauc vielas ekvivalences koeficients B un tiek apzīmēti ar ¦ eq (B), un nosacītā daļiņa B, kas atbilst daļiņai A dotajā reakcijā ir b/a B vai ¦ eq B(B). Piemēram, reakcijā

2HC1 + Na 2 CO 3 = NaCI + H 2 CO 3

¦ ekv (Na 2 CO 3) = 1/2 , un ekvivalents ir parastā daļiņa 1/2 Na 2 CO 3.

Vielas reaģē viena ar otru ar ekvivalentiem - tas reizinātāju likums Daltons analītiskajā ķīmijā kalpo par pamatu visiem kvantitatīviem aprēķiniem, īpaši titrimetriskajās analīzes metodēs.

Ekvivalentu mols, tāpat kā daļiņu mols, satur 6,02 10 23 ekvivalentus, un ekvivalenta molārā masa ir skaitliski vienāda ar visu to veidojošo atomu atomu masu summu. Vienas un tās pašas vielas ekvivalents var atšķirties atkarībā no reakcijas. Piemēram, reakcijā

HC1 + Na 2 CO 3 = NaHCO 3 + NaCI

nātrija karbonāta ekvivalents ir parasta daļiņa Na 2 CO 3 (¦ eq = 1), savukārt iepriekš minētajā reakcijā 1/2 Na 2 CO 3 (¦ eq = 1/2).

Skābju-bāzes reakcijās ekvivalents ir nosacīta daļiņa, kas noteiktā reakcijā apvieno, aizvieto, atbrīvo vienu ūdeņraža jonu vai kādā citā veidā ir līdzvērtīga vienam ūdeņraža jonam. Redoksreakcijās ekvivalents ir nosacīta daļiņa, kas noteiktā reakcijā pievieno vai ziedo vienu elektronu (vai kādā citā veidā ir ekvivalenta vienam elektronam).

Praksē tie attiecas nevis uz atsevišķiem ekvivalentiem vai vienu ķīmisku darbību, bet gan ar lieliem daļiņu agregātiem. Šajā gadījumā stehiometriskās attiecības starp vielām izpaužas vielu daudzuma attiecībās molos:

p(A):p(B)=a:b

2.2. Analīzes metodes izvēle

Izvēloties analīzes metodi, skaidri jāzina analīzes mērķis, risināmās problēmas un jānovērtē pieejamo analīzes metožu priekšrocības un trūkumi.

Pirms apsvērt faktorus, kas jāņem vērā, izvēloties konkrētu analīzes metodi, mēs apspriedīsim metodes un tehnikas jēdzienus.

Metode - tas ir analīzes pamatā esošo principu kopums neatkarīgi no konkrētā objekta un vielas, kas tiek noteikta;

metodoloģija - detalizēts visu nosacījumu un darbību apraksts konkrēta objekta analīzei.

Piemēram, gravimetriskā analīzes metode ir balstīta uz tāda savienojuma masas noteikšanu, kas satur vai, retāk, zaudē nosakāmo komponentu. Komponenta gravimetriskās noteikšanas paņēmiens ietver: šī slikti šķīstošā savienojuma nogulsnēšanas apstākļu aprakstu, metodi nogulšņu atdalīšanai no šķīduma, izgulsnētās vielas pārvēršanai svēršanai ērtā formā utt. Nosakot komponents konkrētā objektā, analīzes procedūrā ir iekļauts arī parauga atlases un parauga sagatavošanas darbību apraksts (piemēram, parauga šķīdināšana piemērotā šķīdinātājā un noteikšanu traucējošo vielu ietekmes novēršana). Apskatīsim galvenos faktorus, kas jāņem vērā, izvēloties metodi un tehniku.

Sastāvdaļas saturs. Izvēloties analītisko metodi, ir jāņem vērā sagaidāmais atklātā vai noteiktā komponenta saturs. Šajā gadījumā ir svarīgi ne tikai novērtēt komponenta procentuālo daudzumu paraugā, tā koncentrāciju analizētajā šķīdumā, bet arī vielas daudzumu, ko var ņemt analīzei. Tādējādi analīzes metodes izvēli nosaka komponenta absolūtais saturs.

Nosakāmā komponenta koncentrācija un analīzei paredzētā parauga daudzums var atšķirties plašās robežās. Tādējādi vara, niķeļa, hroma saturs to sakausējumos var būt desmitiem procentu, minerālos, rūdās, citu metālu sakausējumos – procentu desmitdaļas un simtdaļas. Tajā pašā laikā šo metālu saturs augos, dzīvos organismos un pārtikas produktos ir jānosaka jau iekšā n 10 -7 - P 10 -5 %, un īpaši tīrās vielās - in n 10 -8 -10 -6 %.

Analizēšanai saņemtā parauga daudzums dažos gadījumos var nebūt ierobežots, bet citos (minerālvielu ieslēgumu noteikšana, asins, biomasas, kosmosa objektu analīze utt.) ir ļoti mazs (miligrami vai pat miligrama daļas).

Jutīgums metodes vai tehnikas vērtību nosaka minimālais vielas daudzums, ko var atklāt vai noteikt ar doto metodi, izmantojot konkrēto paņēmienu (stingrāku šī jēdziena definīciju un tā kvantitatīvo izteiksmi skatīt tālāk šajā nodaļā). Attēlā 2.1. tabulā parādīta dažu metožu relatīvā jutība. Noteiktā satura apakšējā robeža parāda metodes iespējas un labāko rezultātu, kas sasniegts, nosakot vairākas vielas.

Salīdzinot dažādu metožu jutīgumu un novērtējot aptuveno komponenta saturu paraugā, ķīmiķis izvēlas vienu vai otru analīzes metodi. Piemēram, lai noteiktu nātrija saturu silikāta iežos, tiek izmantota gravimetriskā metode, kas dod iespēju noteikt miya-digram un lielākus nātrija daudzumus; noteikt viena un tā paša elementa mikrogramu daudzumus augos un dzīvnieku izcelsmes bioloģiskajos paraugos - liesmas fotometrijas metodi; nātrija noteikšanai īpašas tīrības ūdenī (nano- un pikogrammu daudzumos) - lāzerspektroskopijas metode.

Metodes selektivitāte. Veicot analīzi, viņi nodarbojas ar ļoti dažādiem objektiem - rūpnieciskās un lauksaimnieciskās ražošanas produktiem, vides objektiem, kosmosa objektiem, mākslas darbiem utt. Protams, analīzes metodes un tehnikas izvēli nosaka ne tikai uzdevums analīze, bet arī parauga īpašības un iezīmes. Jāņem vērā analizējamā objekta fizikālās īpašības: tā agregācijas stāvoklis, nepastāvība, higroskopiskums, mehāniskā izturība utt. Izvēloties analīzes metodi, noteicošās ir parauga ķīmiskās īpašības. Šajā gadījumā ir svarīgi zināt un ņemt vērā: parauga bāzes ķīmiskās īpašības, ko bieži sauc par analizējamā objekta matricu; parauga kvalitatīvais ķīmiskais sastāvs; nosakāmās sastāvdaļas ķīmiskās īpašības un to pavadošie piemaisījumi.

Zinot bāzes ķīmiskās īpašības un sagaidāmās analizējamā objekta sastāvdaļas, novērtējot iespējamos traucējumus, atlasiet pēc iespējas vairāk selektīva metode , tas ir, metode, ar kuras palīdzību noteiktos apstākļos var noteikt vai identificēt vēlamās sastāvdaļas bez citu klātesošo komponentu iejaukšanās. Ķīmiskajā literatūrā kopā ar terminu “selektivitāte” tiek lietots termins “selektivitāte”.

Ja metode vai paņēmiens ļauj atklāt vai noteikt tikai vienu komponentu, tad to sauc specifisks .

Mēs varam runāt par metodes, tehnikas un individuālās reakcijas selektivitāti, kas ir komponenta noteikšanas vai noteikšanas pamatā. Tādējādi tādas metodes kā jonometrija, atomu absorbcija un fermentatīvās metodes raksturo augsta selektivitāte. Daudzas reakcijas, kas ir šo metožu pamatā, ir arī ļoti selektīvas.

Piemēram, noteiktu kompleksu savienojumu veidošanās ar organiskiem reaģentiem, fermentatīvās un elektroķīmiskās reakcijas. Joda mijiedarbības reakcijas ar cieti vai amoniju saturošām vielām ar sārmiem, ko izmanto joda vai amonija jonu noteikšanai, ir specifiskas.

Ķīmiskās analīzes paņēmienu var padarīt selektīvāku, mainot analīzes apstākļus (vides pH, reaģenta koncentrācija, šķīdinātājs utt.); traucējošo komponentu ietekmes novēršana, pārvēršot tos nereaktīvā formā (maskēšana) vai atdalot (izgulsnēšana, ekstrakcija, hromatogrāfija) no galvenās sastāvdaļas. Ļoti selektīvas metodes piemērs ir niķeļa noteikšana tēraudos ar gravimetrisko metodi, izmantojot slikti šķīstoša niķeļa kompleksa savienojuma izgulsnēšanas reakciju ar dimetilglioksīmu. Nokrišņus veic vājā amonjaka vidē, dzelzi maskē ar vīnskābi vai citronskābi.

Ņemot vērā metodes un paņēmienus, par tiem jāsaka daudzpusība - spēja atklāt vai identificēt daudzas sastāvdaļas. Īpaši vērtīgi ir iespēja no viena parauga vienlaikus atklāt vai noteikt daudzas sastāvdaļas, t.i. analizēt daudzkomponentu sistēmas. Metodes augstā selektivitāte un tās daudzpusība nav pretrunā viena otrai: daudzas universālas analīzes metodes izceļas ar augstu selektivitāti atsevišķu komponentu noteikšanai, piemēram, tādas metodes kā hromatogrāfija, daži voltammetrijas veidi, atomu emisijas spektroskopija. Izmantojot atomu emisijas spektroskopijas metodes, izmantojot induktīvi savienotas plazmas un kvantu mērītājus, no viena parauga (bez atdalīšanas) var noteikt 25-30 dažādus elementus.

Analīzes precizitāte ir metodes vai tehnikas kolektīvs raksturlielums, tostarp tā pareizība un atkārtojamība. Runājot par augstu precizitāti, viņi pieņem, ka rezultāti ir pareizi un analīzes datu izkliede ir nenozīmīga. Precizitāti bieži raksturo noteikšanas relatīvā kļūda (kļūda) procentos.

Prasības analīzes precizitātei parasti nosaka analīzes mērķis un mērķi, kā arī objekta raksturs. Nav nepieciešams vienmēr tiekties pēc augstas precizitātes.

Piemēram, veicot rutīnas monitoringu daudzās metalurģijas un ķīmiskās rūpniecības nozarēs, komponentu noteikšanu var veikt ar kļūdu 10-15%. Gadījumos, kad ir svarīgi precīzāk zināt gan galvenās sastāvdaļas saturu, gan kaitīgo piemaisījumu saturu (piemēram, farmācijas un pārtikas rūpniecībā), kļūda nedrīkst būt lielāka par 0,1-1%. Pusvadītājiem galveno komponentu noteikšanas kļūdai jābūt mazākai par 0,1% un, ja iespējams, 0,01%, jo šo savienojumu fizikālās īpašības lielā mērā ir atkarīgas no to stehiometriskā sastāva noturības.

Gravimetriskās un titrimetriskās metodes ir diezgan precīzas, kuru kļūda parasti ir 0,05- 0,2 un 0,1-0,5%. No mūsdienu metodēm visprecīzākā ir kulonometriskā, kas ļauj noteikt komponentus ar kļūdu 0,001-0,01%.

Ķīmiskās analīzes precizitātes prasības parasti nosaka tehnologi, ģeologi, ārsti, fiziķi utt. Bet analītiskajiem ķīmiķiem vienmēr ir jābūt savai izpratnei par nepieciešamību sasniegt noteiktu precizitāti, veicot analīzi. Nepamatota prasība pēc augstas noteikšanas precizitātes parasti pagarina un palielina ķīmiskās analīzes izmaksas. Tādējādi, kad vairāku komponentu noteikšanas precizitāte palielinās no 2 līdz 0,2%, analīzes laiks palielinās vairāk nekā 20 reizes. Pārspīlētas prasības precizitātei bieži izraisa nepieciešamību izmantot sarežģītas un dārgas iekārtas. Tādējādi pētniekam ir jābūt skaidrai pieejai vairāk vai mazāk precīzas metodes izvēlei, īpaši, veicot masu ķīmiskās analīzes.

Ekspress metode. Prasība priekš izteiksmīgums , i., analīzes ātrums bieži tiek izvirzīts kā viena no galvenajām prasībām, izvēloties analīzes metodi vai paņēmienu. Analīzes uzdevumi dažreiz nosaka nepieciešamību izvēlēties ekspresmetodi. Piemēram, pārveidotāja tērauda kausēšanas laikā, kas ilgst 15-30 minūtes, elementu saturs tiek noteikts atkārtoti, t.i., katrai analīzei vajadzētu aizņemt tikai dažas minūtes. Veicot ķirurģiskas operācijas, dažkārt rodas nepieciešamība dažu minūšu laikā noteikt bioloģiski aktīvā savienojuma (urīnvielas, glikozes, zāļu u.c.) koncentrāciju pacienta asinīs vai audos.

Ir metodes, kas ļauj ļoti ātri veikt analīzi. Tādējādi atomu emisijas spektroskopijas metodes, izmantojot kvantu mērītājus, ļauj dažās sekundēs noteikt 15-20 elementus; Jonometrijas metodē tiek izmantoti jonu selektīvie elektrodi, tai skaitā enzīmu elektrodi, kuru reakcijas laiks uz komponenta saturu ir 0,5-1 min.

Jāņem vērā, ka lielākajā daļā metožu ar saturu saistītā signāla mērīšana parasti ir diezgan ātrs solis. Ķīmiskās analīzes laikā lielākā daļa laika tiek veltīta parauga sagatavošanai. Tāpēc, ja citi apstākļi ir vienādi, analīzes laika samazināšanai jāizvēlas selektīvākās metodes, kurām nav nepieciešama īpaša parauga sagatavošana.

Analīzes izmaksas. Izvēloties analīzes metodi, tai bieži ir liela nozīme, it īpaši, veicot sērijveida un masu analīzi. ķīmiskās analīzes izmaksas, kas ietver izmaksas par izmantoto aprīkojumu, reaģentiem, analītiķa darba laiku un dažreiz arī pašu paraugu.

Metodes atšķiras atkarībā no aparatūras izmaksām. Lētākās ir titrimetriskā, gravimetriskā un potenciometriskā metode. Augstākas izmaksas tiek izmantotas, piemēram, voltammetrijā, spektrofotometrijā, luminiscencē un atomu absorbcijā. Augstākās izmaksas par aprīkojumu, ko izmanto neitronu aktivācijas analīzes metodē, masas spektrometrijā, KMR un EPR spektroskopijā un induktīvi saistītās plazmas atomu emisijas spektroskopijā.

Novērtējot analīzes izmaksas, tiek ņemtas vērā arī reaģentu izmaksas un pieejamība; laiks, kas pavadīts vienas sastāvdaļas noteikšanai vai identificēšanai; analizējamā parauga masa, īpaši gadījumos, kad pats analizējamā objekta materiāls ir dārgs (platīna metālu sakausējumi un lietņi, zelts utt.). Ja visas pārējās lietas ir vienādas, problēmas risināšanai jāizvēlas lētākā metode un analīzes tehnika.

Analīzes automatizācija. Veicot masveida viendabīgas analīzes, jāizvēlas metode, kas ļauj automatizēt analīzi, kas ļauj atvieglot analītiķa darbu, aizstājot daudzas manuālas, darbietilpīgas darbības ar automātiskām, samazināt atsevišķu darbību kļūdas, palielināt analīžu veikšanas ātrumu. analīzi, samazināt tās izmaksas, veikt analīzi no attāluma utt.

Mūsdienu analīzes metodēs pieaug tendence uz automatizāciju. Lai gan analīzes automatizācija bieži ir dārga, tās izmantošanu nosaka ražošanas automatizācija kopumā un arvien pieaugošās prasības produktu kvalitātes kontrolei. Papildinformāciju par automatizāciju skatiet 16. nodaļā.

Citas prasības analīzes metodēm. Papildus iepriekš uzskaitītajiem faktoriem, kas tiek ņemti vērā, izvēloties metodi un paņēmienu, analīzes uzdevumi var izvirzīt arī citas specifiskas prasības metodei.

Piemēram, veikt analīzi neiznīcinot paraugu (nesagraujošā analīze) ir nepieciešama, analizējot mākslas darbus, arheoloģiskos objektus, kriminālistikas objektus utt. Šajā gadījumā analīzi bieži veic, izmantojot rentgena fluorescences un kodolfizikas metodes.

Metāla lietņu ieslēgumu, mikrofāžu, ģeoloģisko un arheoloģisko paraugu ķīmiskajā analīzē; plēvju slāņa analīzes laikā; jāveic traipu, triepienu sastāva noskaidrošana rokrakstos, tiesu ekspertīzes objektos u.c. vietējā analīze . Ar šo analīzi tiek ieviesta jauna metodes īpašība - telpiskā izšķirtspēja , i., spēja atšķirt cieši izvietotus parauga apgabalus. Telpisko izšķirtspēju nosaka analīzes laikā iznīcinātā reģiona diametrs un dziļums. Augstākā telpiskā izšķirtspēja, kas sasniegta ar mūsdienu lokālās analīzes metodēm, ir 1 µm uz virsmas un līdz 1 nm (t.i., vairākiem monoatomiskiem slāņiem) dziļumā. Lokālajā analīzē tiek izmantotas rentgena spektrālās metodes (elektronzondes mikroanalizators), atomu emisijas spektrālās metodes ar lāzera ierosmi un masas spektrometriju.

Viens no svarīgākajiem mūsdienu analītiskās ķīmijas uzdevumiem ir veikt ķīmisko vielu analīze no attāluma (attālā analīze). Šī problēma rodas, analizējot kosmosa objektus, pētot Pasaules okeāna dibenu vai analizējot radioaktīvas vai citas cilvēka veselībai kaitīgas vielas. Attāluma analīzes problēma bieži tiek atrisināta, izmantojot kodolfiziku, masas spektrometriju un citas metodes.

Tādējādi lielais faktoru skaits, kas jānovērtē un jāņem vērā, izvēloties analītisko metodi un optimālo metodi komponentu noteikšanai vai noteikšanai, padara šo ķīmiskās analīzes posmu diezgan sarežģītu. Analītiķis var saņemt palīdzību, risinot šo problēmu, izmantojot datorsimulāciju.

2.3. Analītiskais signāls. Mērīšana

Pēc parauga ņemšanas un parauga sagatavošanas sākas ķīmiskās analīzes posms, kurā tiek atklāta sastāvdaļa vai noteikts tās daudzums. Šim nolūkam viņi mēra analītisks signāls. Dažos gadījumos ir iespējams tieši noteikt saturu. Piemēram, gravimetriskā metodē dažkārt tieši mēra nosakāmā komponenta masu, piemēram, elementārā sēra vai oglekļa masu. Lielākajā daļā metožu

Analītiskais signāls ir fizikālā daudzuma mērījumu vidējais rādītājs pēdējā analīzes posmā, kas funkcionāli saistīts ar nosakāmā komponenta saturu.

Tas var būt strāvas stiprums, sistēmas emf, optiskais blīvums, starojuma intensitāte utt.

Ja ir nepieciešams noteikt kādu komponentu, tas parasti tiek fiksēts izskats analītiskais signāls - nogulšņu parādīšanās, krāsa, līnijas parādīšanās spektrā utt. Analītiskā signāla izskats ir jāreģistrē droši. Nosakot komponenta daudzumu, to mēra lielums analītiskais signāls: nogulumu masa, strāvas stiprums, spektra līnijas intensitāte utt. Pēc tam komponenta saturu aprēķina, izmantojot analītisko signālu un satura funkcionālo attiecību: y=f(c), ko nosaka aprēķini vai pieredze, un to var attēlot formulas, tabulas vai grafika veidā. Saturu var izteikt kā komponenta absolūto daudzumu, ko nosaka molos, masas vienībās vai ar atbilstošām koncentrācijām.

Mērot analītisko signālu, tiek ņemta vērā noderīga analītiskā signāla esamība, kas ir nosakāmā komponenta satura funkcija, un analītiskā signāla fons, ko izraisa nosakāmās sastāvdaļas piemaisījumi un traucējošās sastāvdaļas šķīdumos, šķīdinātājos un parauga matricā, kā arī mērinstrumentos, pastiprinātājos un citās iekārtās radītais “troksnis”. Šie trokšņi nav saistīti ar nosakāmo komponentu, bet tiek uzlikti uz tā paša analītiskā signāla. Analītiķa uzdevums ir samazināt analītiskā fona signāla lielumu un, pats galvenais, samazināt tā svārstības. Parasti izpildes laikā tiek ņemts vērā analītiskais fona signāls kontroles (tukšais) eksperiments, ja visos ķīmiskās analīzes posmos tiek ņemts paraugs, kas nesatur nosakāmo komponentu. Noderīgais signāls šajā gadījumā būs analītisks signāls, kas vienāds ar starpību starp izmērīto analītisko signālu un analītisko fona signālu.

Pamatojoties uz pastāvošo saistību starp analītisko signālu un saturu, tiek noteikta nosakāmā komponenta koncentrācija. Parasti tiek izmantota kalibrēšanas līkne, standarti vai piedevas metodes. Citas literatūrā aprakstītās komponentu satura noteikšanas metodes parasti ir šo trīs galveno metožu modifikācijas.

Visbiežāk kalibrēšanas līknes metode. Šajā gadījumā koordinātu analītiskajā signālā - komponentu saturā tiek izveidots grafiks, izmantojot salīdzināšanas paraugus ar dažādu un precīzi zināmu nosakāmā komponenta saturu. Pēc tam, izmērot analītiskā signāla lielumu analizētajā paraugā, nosakāmā komponenta saturs tiek atrasts pēc kalibrēšanas grafika (2.2. att.).

IN standartu metode mēra analītisko signālu salīdzināšanas paraugā (references paraugā) ar zināmu komponentu saturu un analizētajā paraugā: šajā = Ss grīda, Un y x = Sc x, Kur S- proporcionalitātes koeficients. Ja vērtība noteikta identiskos apstākļos S zināms iepriekš, tad aprēķinu var veikt, izmantojot formulu ar x = y x /S. Parasti tiek izmantota attiecība y et /U x= s fl / s x, no kurienes

Dažkārt tiek izmantoti divi references paraugi, kuros komponenta saturs atšķiras no analizējamajā paraugā paredzētā, vienā gadījumā mazākā, otrā – lielākā mērā. Šo standartu metodes versiju dažreiz sauc ierobežojošā risinājuma metode. Nosakāmās sastāvdaļas saturu aprēķina, izmantojot formulu

Gadījumos, kad, nosakot nelielu komponenta daudzumu, ir jāņem vērā parauga matricas ietekme uz analītiskā signāla vērtību, viņi bieži izmanto piedevu metode - aprēķins un grafika.

Nosakot saturu aprēķina metode Ņem divas analizētā parauga šķīduma alikvotas daļas. Vienam no tiem tiek pievienota zināma satura piedeva. Abos paraugos mēra analītisko signālu - y x Un y x+ext. Nosakāmās sastāvdaļas nezināmo koncentrāciju aprēķina, izmantojot formulu

kur V ext un c ext ir nosakāmās sastāvdaļas pievienotā šķīduma tilpums un koncentrācija; V- analizētā parauga alikvota daļa.

Nosakot komponenta saturu grafiskā metode ņem n analizētā parauga alikvotas: 1, 2, 3, ..., n. Alikvotās daļās 2, 3, ..., P zināms, tiek ieviesti pieaugoši nosakāmā komponenta daudzumi. Visās alikvotās daļās tiek mērīts analītiskais signāls un analītiskā komponenta analītiskā signāla¾satura koordinātēs tiek attēlots grafiks, par nosacītu nulli ņemot analīta komponenta saturu alikvotā bez piedevas (1. alikvota). Ekstrapolējot iegūto taisni uz krustpunktu ar x asi, tiek iegūts segments, kas atrodas pa kreisi no nosacītās koordinātas nulles, kura vērtība izvēlētajā skalā un mērvienībās atbilst vēlamajam saturam (ar x). tiek noteikta komponente (2.3. att.).

Lineārās kalibrēšanas funkcijai ir piemērojama standarta metode un pievienošanas metode. Kalibrēšanas grafika metode ļauj izmantot gan lineāras, gan nelineāras analītisko signālu satura funkcijas. Pēdējā gadījumā ir nepieciešams lielāks skaits eksperimentālo datu, un komponentu satura noteikšanas rezultāts parasti ir mazāk precīzs.

Lai izveidotu kalibrēšanas grafiku, kas vislabāk atbilst eksperimentālajiem datiem, parasti tiek izmantots mazāko kvadrātu metode (MNC). OLS pamatpriekšlikums nosaka, ka, ja katram no m eksperimentālie punkti novelk taisnes, kas ir paralēlas ordinātu asij uz optimālās līknes, tad optimālajai (teorētiskajai) līknei punktu noviržu summai kvadrātā no līknes (d i) jābūt minimālai, t.i.

Ķīmiskajā analīzē visbiežāk tiek izmantoti taisni kalibrēšanas grafiki, kas konstruēti konkrētam noteiktā satura diapazons, t.i., vērtību diapazonā, ko nodrošina šī tehnika.

Taisnas līnijas vienādojumu var uzrakstīt kā y = a + bx. Ja ir pieejama m eksperimentālie punkti (x 1 y 1 , x 2 y 2, ..., x m Y m), tad, izmantojot mazāko kvadrātu principa postulātu, mēs varam atrast parametrus A Un b taisna līnija, kas vislabāk atbilst eksperimentālajiem datiem

Kalibrēšanas līnijai, kas iet caur koordinātu sākumpunktu y = b"x,

Ņemiet vērā, ka parametri A Un b jo precīzāks un līdz ar to arī konstruētais kalibrēšanas grafiks ir tuvāks teorētiskajam, jo ​​plašāks noteikto satura diapazons tiek veidots grafikā un jo lielāks ir salīdzināmo paraugu (standartu) skaits T tika pieņemts, lai to uzbūvētu.

Visas metodes nezināmā komponenta satura noteikšanai izmanto funkcionālās attiecības y=Sx.

Jutības koeficients S (dažreiz vienkārši saukta par jutību) raksturo analītiskā signāla reakciju uz komponenta saturu. Jutības koeficients -šī ir kalibrēšanas funkcijas pirmā atvasinājuma vērtība noteiktā specifiskā saturā. Taisnvirziena kalibrēšanas grafikiem šī ir taisnes slīpuma leņķa tangensa (sk. 2.2. att.):

Jo augstāks ir jutības koeficients S, mazākus komponenta daudzumus var atklāt un noteikt, iegūstot to pašu analītisko signālu. Jo augstāks S, jo precīzāk var noteikt vienu un to pašu vielas daudzumu. Tāpēc, izstrādājot jaunu ķīmiskās analīzes metodi vai paņēmienu, pētnieks, cenšoties palielināt jutības koeficientu, izmanto dažādas tehnikas: koncentrēšanu, aprīkojuma uzlabošanu, jaunu reaģentu radīšanu utt.

Visās aplūkotajās metodēs tiek izmantoti references paraugi (standarti), t.i., paraugi, paraugi, šķīdumi ar precīzi noteiktu komponentu saturu. Analīzes metodes, izmantojot atsauces paraugus, ir tā sauktās relatīvās metodes ķīmiskā analīze.

Absolūtās (bezstandarta) metodes analītiskajā ķīmijā ir maz - piemēram, gravimetriskās metodes, tiešā kulometrija, daži radioķīmisko metožu varianti.

Salīdzinājuma paraugus relatīvajām analīzes metodēm var pagatavot no ķīmiski tīrām, stabilām vielām ar zināmu sastāvu (standarta vielām). Šajā gadījumā nosakāmā komponenta saturu aprēķina, izmantojot standartvielas ķīmisko formulu. Salīdzināšanas paraugus ir iespējams sagatavot atsevišķā laboratorijā, iestādē vai nozarē, ja komponenta saturu nosaka ar dažādām metodēm, izmantojot dažādus instrumentus, daudzi analītiķi. Visticamākie rezultāti tiek iegūti, lietojot standarta paraugi(СО) - īpaši sagatavoti materiāli, kuru sastāvs un īpašības ir ticami noteiktas un oficiāli sertificētas speciālās valsts metroloģijas iestādēs.

Veicot ķīmisko analīzi, tās parasti neaprobežojas ar vienota definīcija bet izpildīt vairākas paralēlas definīcijas (parasti 3–5) vienam un tam pašam paraugam tādos pašos apstākļos. Paralēlo noteikšanu vidējo rezultātu sauc analīzes rezultāts un apzīmē ar cf vai x vid. Analīzes rezultāta novirzi no nosakāmā komponenta patiesā satura (C ist, x ist) sauc kļūda (vai kļūda ) definīcijas.

Līdztekus komponenta satura noteikšanai vai noteikšanai ir svarīgi novērtēt iegūto rezultātu un mērījumu kļūdu ticamību.

2.4. Kļūdas ķīmiskajā analīzē. Mērījumu rezultātu apstrāde

Apskatīsim dažas kļūdu klasifikācijas pamatpieejas. Saskaņā ar aprēķina metodi kļūdas var iedalīt absolūtās un relatīvās.

Absolūta kļūda vienāds ar daudzuma vidējā mērījuma starpību X un šī daudzuma patiesā vērtība:

Dažos gadījumos, ja nepieciešams, aprēķiniet atsevišķas noteikšanas kļūdas:

D = x i - x avots

Ņemiet vērā, ka ķīmiskajā analīzē izmērītais daudzums var būt vai nu komponenta saturs, vai analītiskais signāls. Atkarībā no tā, vai analīzes rezultātā kļūda ir pārvērtēta vai nepietiekami novērtēta, kļūdas var būt pozitīvs Un negatīvs.

Relatīvā kļūda var izteikt kā daļskaitļus vai procentus, un parasti tam nav zīmes:

Kļūdas var klasificēt pēc to avota. Tā kā kļūdu avotu ir ārkārtīgi daudz, to klasifikācija nevar būt viennozīmīga. Tālāk tiks aplūkoti daži kļūdu klasifikācijas piemēri pēc avota.

Visbiežāk kļūdas tiek klasificētas pēc to rašanās iemeslu rakstura. Šajā gadījumā kļūdas tiek iedalītas sistemātiskās un nejaušās, un tiek izdalītas arī kļūdas (vai rupjas kļūdas).

UZ sistemātiski attiecas uz kļūdām, kuras izraisa pastāvīgs cēlonis, ir nemainīgas visos mērījumos vai mainās saskaņā ar pastāvīgi darbojošos likumu, un tās var identificēt un novērst. Nejauši kļūdas, kuru cēloņi nav zināmi, var novērtēt ar matemātiskās statistikas metodēm. Jaunkundze - Tā ir kļūda, kas krasi izkropļo analīzes rezultātu un parasti ir viegli atklājama, ko parasti izraisa analītiķa nolaidība vai nekompetence. Attēlā 2.4. parādīta diagramma, kurā izskaidroti sistemātisku un nejaušu kļūdu un kļūdu jēdzieni. Taisnā līnija 1 atbilst ideālajam gadījumam, ja viss N Definīcijās nav sistemātisku vai nejaušu kļūdu. 2. rinda un 3 arī idealizēti ķīmiskās analīzes piemēri. Vienā gadījumā (2.rinda) pilnīgi nav nejaušu kļūdu, bet visas N definīcijām ir nemainīga negatīva sistemātiskā kļūda Dx; citā gadījumā (rinda 3) Nav absolūti nekādu sistemātisku kļūdu. Līnija atspoguļo reālo situāciju 4: Ir gan nejaušas, gan sistemātiskas kļūdas.

Kļūdu dalījums sistemātiskajās un nejaušajās ir zināmā mērā patvaļīgs.

Sistemātiskas kļūdas vienā rezultātu izlasē var pārvērsties par nejaušām kļūdām, ja tiek ņemts vērā lielāks datu skaits. Piemēram, sistemātiska kļūda, ko izraisa nepareizi instrumenta rādījumi, pārvēršas par nejaušu kļūdu, mērot analītisko signālu uz dažādiem instrumentiem dažādās laboratorijās. Pirms sīkāk apspriest sistemātiskas un nejaušas kļūdas, apskatīsim jēdzienus - reproducējamība Un pa labi.

Algoritms vielas daudzuma noteikšanai ir diezgan vienkāršs, tas var būt noderīgs risinājuma vienkāršošanai. Iepazīstieties arī ar citu jēdzienu, kas jums būs nepieciešams, lai aprēķinātu vielas daudzumu: molārā masa vai atsevišķa elementa atoma viena mola masa. Jau pēc definīcijas ir pamanāms, ka to mēra g/mol. Izmantojiet standarta tabulu, kas satur dažu elementu molārās masas vērtības.

Kāds ir vielas daudzums un kā to nosaka?

Šajā gadījumā ūdeņraža masa, kas piedalās reakcijā, ir aptuveni 8 reizes mazāka par skābekļa masu (jo ūdeņraža atomu masa ir aptuveni 16 reizes mazāka par skābekļa atomu masu). Kad reakcijas siltums ir uzrakstīts tā, kā tas ir šajā vienādojumā, tiek pieņemts, ka tas ir izteikts kilodžoulos uz uzrakstītā vienādojuma reakcijas stehiometrisko vienību ("molu"). Reakciju siltumi vienmēr ir norādīti tabulā uz vienu molu izveidotā savienojuma.

Lai saprastu, kāds vielas daudzums ir ķīmijā, sniegsim terminam definīciju. Lai saprastu, kāds ir vielas daudzums, mēs atzīmējam, ka šim daudzumam ir savs apzīmējums. Astotās klases skolēni, kuri vēl neprot uzrakstīt ķīmiskos vienādojumus, nezina, kas ir vielas daudzums un kā šo daudzumu izmantot aprēķinos. Iepazīstoties ar vielu masas noturības likumu, kļūst skaidra šī daudzuma nozīme. Ar to mēs domājam masu, kas atbilst vienam molam noteiktas ķīmiskās vielas. Neviena problēma skolas ķīmijas kursā, kas saistīta ar aprēķiniem, izmantojot vienādojumu, nav pabeigta, neizmantojot tādu terminu kā “vielas daudzums”.

2.10.5. Formulas izveidošana
ķīmiskais savienojums pēc tā elementa
sastāvu

Mēs iegūstam patieso vielas formulu: C2H4 - etilēns. 2,5 moli ūdeņraža atomu.

Apzīmēts kā Mr. Tas tiek atrasts saskaņā ar periodisko tabulu - tā ir vienkārši vielas atomu masu summa. Masas nezūdamības likums - vielu masa, kas nonāk ķīmiskā reakcijā, vienmēr ir vienāda ar izveidoto vielu masu. Tas ir, ja uzdevumā mums ir doti normāli apstākļi, tad, zinot molu skaitu (n), mēs varam atrast vielas tilpumu. Pamatformulas problēmu risināšanai ķīmijā Tās ir formulas.

Kur periodiskajā tabulā ir elementi, kas atbilst vienkāršām vielām un metāliem? No zemāk esošajiem teikumiem ierakstiet skaitļus, kas atbilst metāliem vienā kolonnā, un skaitļus, kas atbilst nemetāliem citā kolonnā. Lai iegūtu noteiktu produkta daudzumu (ķīmijas laboratorijā vai rūpnīcā), ir jāņem stingri noteikti izejvielu daudzumi. Ķīmiķi, veicot eksperimentus, pamanīja, ka dažu reakciju produktu sastāvs ir atkarīgs no proporcijām, kādās tika ņemtas reaģējošās vielas. Cik daudz atomu būs šajā masā?

N ir strukturālo saišu skaits, un NA ir Avogadro konstante. Avogadro konstante ir proporcionalitātes koeficients, kas nodrošina pāreju no molekulārām uz molārām attiecībām. V ir gāzes tilpums (l), un Vm ir molārais tilpums (l/mol).

Vielas daudzuma mērvienība Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) ir mols Definīcija. Pierakstiet šīs enerģijas aprēķināšanas formulu un formulā iekļauto fizisko lielumu nosaukumus. Šis jautājums attiecas uz sadaļu “10-11” atzīmes.

Atomi un molekulas ir mazākās matērijas daļiņas, tāpēc kā mērvienību var izvēlēties viena atoma masu un izteikt citu atomu masas attiecībā pret izvēlēto. Tātad, kas ir molārā masa un kāds ir tās izmērs?

Kas ir molārā masa?

Atomu masu teorijas pamatlicējs bija zinātnieks Daltons, kurš sastādīja atomu masu tabulu un uztvēra ūdeņraža atoma masu kā vienu.

Molmasa ir viena mola vielas masa. Savukārt mols ir vielas daudzums, kas satur noteiktu skaitu sīku daļiņu, kas piedalās ķīmiskajos procesos. Vienā molā esošo molekulu skaitu sauc par Avogadro skaitli. Šī vērtība ir nemainīga un nemainās.

Rīsi. 1. Avogadro skaitļa formula.

Tādējādi vielas molārā masa ir viena mola masa, kas satur 6,02 * 10^23 elementārdaļiņas.

Avogadro numurs savu nosaukumu ieguvis par godu itāļu zinātniekam Amedeo Avagadro, kurš pierādīja, ka molekulu skaits vienādos gāzu tilpumos vienmēr ir vienāds

Molārā masa Starptautiskajā SI sistēmā tiek mērīta kg/mol, lai gan šo vērtību parasti izsaka gramos/mol. Šo daudzumu apzīmē ar angļu burtu M, un molārās masas formula ir šāda:

kur m ir vielas masa un v ir vielas daudzums.

Rīsi. 2. Molmasas aprēķins.

Kā atrast vielas molmasu?

D.I. Mendeļejeva tabula palīdzēs aprēķināt konkrētas vielas molmasu. Ņemsim jebkuru vielu, piemēram, sērskābi Tās formula ir šāda: H 2 SO 4. Tagad pievērsīsimies tabulai un redzēsim, kāda ir katra skābē iekļautā elementa atomu masa. Sērskābe sastāv no trim elementiem - ūdeņraža, sēra, skābekļa. Šo elementu atomu masa ir attiecīgi 1, 32, 16.

Izrādās, ka kopējā molekulmasa ir vienāda ar 98 atomu masas vienībām (1*2+32+16*4). Tādējādi mēs noskaidrojām, ka viens mols sērskābes sver 98 gramus.

Vielas molārā masa ir skaitliski vienāda ar relatīvo molekulmasu, ja vielas struktūrvienības ir molekulas. Vielas molārā masa var būt arī vienāda ar relatīvo atommasu, ja vielas struktūrvienības ir atomi.

Līdz 1961. gadam par atomu masas vienību tika pieņemts skābekļa atoms, bet nevis vesels atoms, bet 1/16 no tā. Tajā pašā laikā masas ķīmiskās un fizikālās vienības nebija vienādas. Ķīmisko vielu bija par 0,03% vairāk nekā fizisko.

Šobrīd fizikā un ķīmijā ir pieņemta vienota mērīšanas sistēma. Standarta e.a.m. Tiek izvēlēta 1/12 no oglekļa atoma masas.

Rīsi. 3. Oglekļa atommasas vienības formula.

Jebkuras gāzes vai tvaika molāro masu ir ļoti viegli izmērīt. Pietiek izmantot kontroli. Tas pats gāzveida vielas tilpums ir vienāds ar citas vielas daudzumu tajā pašā temperatūrā. Labi zināms veids, kā izmērīt tvaika tilpumu, ir izspiestā gaisa daudzuma noteikšana. Šo procesu veic, izmantojot sānu atzaru, kas ved uz mērierīci.

Molārās masas jēdziens ķīmijā ir ļoti svarīgs. Tā aprēķins ir nepieciešams polimēru kompleksu veidošanai un daudzām citām reakcijām. Farmaceitiskajos produktos dotās vielas koncentrāciju vielā nosaka, izmantojot molāro masu. Arī molārā masa ir svarīga, veicot bioķīmiskos pētījumus (vielmaiņas procesu elementā).

Mūsdienās, pateicoties zinātnes attīstībai, ir zināmas gandrīz visu asins komponentu, tostarp hemoglobīna, molekulmasas.