Actuellement, de nombreux spécialistes se sont consacrés aux sciences physiques ou chimiques, et parfois aux deux. En effet, la plupart des phénomènes peuvent être logiquement expliqués précisément par de telles expériences. Nous examinerons plus en détail les méthodes de recherche physique.
Méthodes d'analyse en chimie analytique
La chimie analytique est la science de la détection, de la séparation et de l'identification des produits chimiques. Pour effectuer certaines opérations avec des composés, des méthodes d'analyse chimiques, physiques et physico-chimiques sont utilisées. Cette dernière méthode est également appelée instrumentale, car son application nécessite un équipement de laboratoire moderne. Il est subdivisé en groupes spectroscopique, physique nucléaire et radiochimique.
De plus, en chimie, il peut y avoir des problèmes de différents types qui nécessitent des solutions individuelles. En fonction de cela, il existe des méthodes d'analyse qualitative (détermination du nom et de la forme d'une substance) et quantitative (détermination de la quantité d'une substance donnée contenue dans une aliquote ou un échantillon).
Méthodes d'analyse quantitative
Ils vous permettent de déterminer le contenu de la substance d'origine dans l'échantillon. Au total, il existe des méthodes chimiques, physico-chimiques et physiques d'analyse quantitative.
Méthodes chimiques d'analyse quantitative
Ils sont divisés en:
- Analyse de poids qui vous permet de déterminer le contenu d'une substance en la pesant sur une balance analytique et en effectuant d'autres opérations.
- Analyse de volume, qui consiste à mesurer le volume de substances dans différents états agrégés ou solutions.
À son tour, il est divisé en sous-sections suivantes:
- l'analyse titrimétrique volumétrique est utilisée à une concentration connue du réactif, la réaction avec laquelle la substance requise est consommée, puis le volume consommé est mesuré;
- la méthode volumétrique des gaz consiste à analyser des mélanges de gaz où la substance d'origine est absorbée par une autre.
- la sédimentation volumétrique (du latin sédimentum - "établissement") est basée sur la stratification par un système dispersé sous l'effet de la gravité. Cela s'accompagne de précipitations dont le volume est mesuré à l'aide d'un tube à centrifuger.
Les méthodes chimiques ne sont pas toujours pratiques à utiliser, car il est souvent nécessaire de séparer le mélange afin d'isoler le composant souhaité. Pour effectuer une telle opération sans utiliser de réactions chimiques, des méthodes physiques d'analyse sont utilisées. Et pour observer le changement dans les propriétés physiques du composé en conséquenceeffectuer des réactions - physiques et chimiques.
Méthodes physiques d'analyse quantitative
Ils sont utilisés lors de nombreuses études en laboratoire. Les méthodes physiques d'analyse comprennent:
- Spectroscopique - basé sur l'interaction d'atomes, de molécules, d'ions du composé étudié avec un rayonnement électromagnétique, à la suite de quoi des photons sont absorbés ou libérés.
- La méthode nucléaire-physique consiste à exposer un échantillon de la substance à l'étude à un flux de neutrons, en étudiant lequel, après l'expérience, il est possible de déterminer la teneur quantitative des éléments contenus dans l'échantillon en mesurant rayonnement radioactif. Cela fonctionne parce que la quantité d'activité des particules est directement proportionnelle à la concentration de l'élément à l'étude.
- La méthode radiochimique consiste à déterminer la teneur dans la substance d'isotopes radioactifs formés à la suite de transformations.
Méthodes physico-chimiques d'analyse quantitative
Étant donné que ces méthodes ne sont qu'une partie des méthodes physiques d'analyse d'une substance, elles sont également divisées en méthodes de recherche spectroscopiques, nucléaires-physiques et radiochimiques.
Méthodes d'analyse qualitative
En chimie analytique, afin d'étudier les propriétés d'une substance, de déterminer son état physique, sa couleur, son goût, son odeur, des méthodes d'analyse qualitative sont utilisées, qui, à leur tour, sont divisées en les mêmes produits chimiques, physiques et physico-chimique (instrumental). De plus, les méthodes d'analyse physiques sont préférées en chimie analytique.
Les méthodes chimiques sont réalisées de deux manières: les réactions en solution et les réactions en voie sèche.
Réactions par voie humide
Les réactions dans les solutions ont certaines conditions, dont une ou plusieurs doivent être remplies:
- Formation d'un précipité insoluble.
- Changer la couleur de la solution.
- Évolution d'une substance gazeuse.
La formation de précipités peut se produire, par exemple, à la suite de l'interaction du chlorure de baryum (BaCl2) et de l'acide sulfurique (H2SO4). Les produits de la réaction sont de l'acide chlorhydrique (HCl) et un précipité blanc insoluble dans l'eau - sulfate de baryum (BaSO4). Ensuite, la condition nécessaire à l'apparition d'une réaction chimique sera remplie. Parfois, les produits de la réaction peuvent être constitués de deux substances, qui doivent être séparées par filtration.
Le changement de couleur de la solution à la suite d'une interaction chimique est une caractéristique très importante de l'analyse. Ceci est le plus souvent observé lors de l'utilisation de processus redox ou lors de l'utilisation d'indicateurs dans le processus de titrage acide-base. Les substances pouvant colorer la solution avec la couleur appropriée comprennent: le thiocyanate de potassium KSCN (son interaction avec les sels de fer III s'accompagne d'une coloration rouge sang de la solution), le chlorure ferrique (lors de l'interaction avec de l'eau chlorée, la faible couleur verte du vire au jaune), le dichromate de potassium (lorsqu'il est réduit et sous l'action de l'acide sulfurique, il passe de l'orange àvert foncé) et autres.
Les réactions qui procèdent à la libération de gaz ne sont pas basiques et sont utilisées dans de rares cas. Le dioxyde de carbone le plus couramment produit dans les laboratoires est le CO2.
Réactions sèches
De telles interactions sont effectuées pour déterminer la teneur en impuretés de la substance analysée, dans l'étude des minéraux, et se composent de plusieurs étapes:
- Test de fusibilité.
- Test de couleur de flamme.
- Test de volatilité.
- La capacité de réactions redox.
Habituellement, les substances minérales sont testées pour leur capacité de fusion en préchauffant un petit échantillon d'entre elles sur un brûleur à gaz et en observant l'arrondi de ses bords sous une loupe.
Pour vérifier comment l'échantillon est capable de colorer la flamme, on l'applique sur un fil de platine d'abord à la base de la flamme, puis à l'endroit le plus chauffé.
La volatilité de l'échantillon est vérifiée dans le cylindre de dosage, qui est chauffé après l'introduction de l'élément de test.
Les réactions des processus redox sont le plus souvent réalisées dans des boules sèches de borax fondu, dans lesquelles l'échantillon est placé puis soumis à un chauffage. Il existe d'autres moyens de réaliser cette réaction: chauffage dans un tube de verre avec des métaux alcalins - Na, K, simple chauffage ou chauffage sur charbon de bois, etc.
Utilisation d'indicateurs chimiques
Parfois, les méthodes d'analyse chimique utilisent desindicateurs qui aident à déterminer le pH du milieu d'une substance. Les plus couramment utilisés sont:
- Tournesol. Dans un environnement acide, le papier de tournesol indicateur devient rouge et dans un environnement alcalin, il devient bleu.
- Méthylorange. Lorsqu'il est exposé à un ion acide, il devient rose, alcalin - devient jaune.
- Phénolphtaléine. Dans un environnement alcalin, il est caractéristique d'une couleur rouge, et dans un environnement acide, il n'a pas de couleur.
- Curcumine. Il est utilisé moins souvent que d'autres indicateurs. Brunit avec les alcalis et jaunit avec les acides.
Méthodes physiques d'analyse qualitative
Actuellement, ils sont souvent utilisés dans la recherche industrielle et en laboratoire. Voici des exemples de méthodes physiques d'analyse:
- Spectral, qui a déjà été discuté ci-dessus. Il est à son tour divisé en méthodes d'émission et d'absorption. Selon le signal analytique des particules, on distingue la spectroscopie atomique et moléculaire. Lors de l'émission, l'échantillon émet des quanta, et lors de l'absorption, les photons émis par l'échantillon sont sélectivement absorbés par de petites particules - atomes et molécules. Cette méthode chimique utilise des types de rayonnement tels que l'ultraviolet (UV) avec une longueur d'onde de 200-400 nm, le visible avec une longueur d'onde de 400-800 nm et l'infrarouge (IR) avec une longueur d'onde de 800-40000 nm. Ces zones de rayonnement sont autrement appelées "plage optique".
- La méthode luminescente (fluorescente) consiste à observer l'émission de lumière par la substance étudiée en raison deexposition aux rayons ultraviolets. L'échantillon à tester peut être un composé organique ou minéral, ainsi que certains médicaments. Lorsqu'ils sont exposés au rayonnement UV, les atomes de cette substance passent dans un état excité, caractérisé par une impressionnante réserve d'énergie. Lors de la transition vers l'état normal, la substance devient luminescente en raison de la quantité résiduelle d'énergie.
- L'analyse par diffraction des rayons X est effectuée, en règle générale, à l'aide de rayons X. Ils sont utilisés pour déterminer la taille des atomes et leur emplacement par rapport aux autres molécules de l'échantillon. Ainsi, le réseau cristallin, la composition de l'échantillon et la présence d'impuretés dans certains cas sont retrouvés. Cette méthode utilise une petite quantité d'analyte sans recours à des réactions chimiques.
- Méthode par spectrométrie de masse. Il arrive parfois que le champ électromagnétique ne laisse pas passer certaines particules ionisées en raison d'une trop grande différence de rapport masse/charge. Afin de les déterminer, cette méthode physique d'analyse est nécessaire.
Ainsi, ces méthodes sont très demandées par rapport aux méthodes chimiques conventionnelles, car elles présentent de nombreux avantages. Cependant, la combinaison de méthodes d'analyse chimiques et physiques en chimie analytique donne un résultat bien meilleur et plus précis de l'étude.
Méthodes physico-chimiques (instrumentales) d'analyse qualitative
Ces catégories incluent:
- Méthodes électrochimiques qui consistent à mesurerforces électromotrices des cellules galvaniques (potentiométrie) et conductivité électrique des solutions (conductométrie), ainsi que dans l'étude du mouvement et du repos des processus chimiques (polarographie).
- Analyse spectrale d'émission, dont l'essence est de déterminer l'intensité du rayonnement électromagnétique sur une échelle de fréquence.
- Méthode photométrique.
- Analyse spectrale des rayons X, qui examine les spectres des rayons X qui ont traversé l'échantillon.
- Méthode de mesure de la radioactivité.
- La méthode chromatographique est basée sur l'interaction répétée de la sorption et de la désorption d'une substance lorsqu'elle se déplace le long d'un sorbant immobile.
Vous devez savoir que les méthodes d'analyse physico-chimiques et physiques en chimie sont combinées en un seul groupe, donc lorsqu'elles sont considérées séparément, elles ont beaucoup en commun.
Méthodes physico-chimiques de séparation des substances
Très souvent dans les laboratoires, il y a des situations où il est impossible d'extraire la substance requise sans la séparer d'une autre. Dans de tels cas, des méthodes de séparation des substances sont utilisées, notamment:
- Extraction - une méthode par laquelle la substance nécessaire est extraite d'une solution ou d'un mélange au moyen d'un extractant (solvant correspondant).
- Chromatographie. Cette méthode est utilisée non seulement pour l'analyse, mais aussi pour la séparation des composants qui se trouvent dans les phases mobiles et stationnaires.
- Séparation par échange d'ions. Par conséquentla substance désirée peut précipiter, insoluble dans l'eau, et peut ensuite être séparée par centrifugation ou filtration.
- La séparation cryogénique est utilisée pour extraire les substances gazeuses de l'air.
- L'électrophorèse est la séparation de substances avec la participation d'un champ électrique, sous l'influence duquel des particules qui ne se mélangent pas les unes aux autres se déplacent dans des milieux liquides ou gazeux.
Ainsi, le laborantin pourra toujours se procurer la substance requise.
