МАОУ СОШ № 40

Тема

Окрашивание пламени как один из методов аналитической химии.

Авторы:

Дылдина Юдия,

9г кл., МАОУ СОШ № 40

Руководитель:

Гуркина Светлана Михайловна,

Учитель биологии и химии.

Пермь, 2015

Оглавление

1. Введение.
2. Глава 1 Аналитическая химия.
3. Глава 2 Методы аналитической химии.
4. Глава 3 Реакции окрашивания пламени.
5. Заключение.

Введение.

С самого раннего детства меня завораживала работа ученых-химиков. Они  казались волшебниками, которые познав какие-то скрытые законы природы, творили неведомое. В руках этих волшебников вещества меняли цвет, загорались, нагревали или охлаждались, взрывались. Когда я пришла на уроки химии, то занавеса начала приподниматься, и я начала понимать, как происходят химические процессы. Пройденного курса химии мне оказалось мало, поэтому я решила поработать над проектом. Хотелось, чтобы тема, над которой я работаю, была содержательной, помогла лучше подготовиться к экзамену по химии и удовлетворила мою тягу к красивым и ярким реакциям.

Окрашивание пламени ионами металлов в разные цвета мы изучаем еще на уроках химии, когда проходим щелочные металлы.  Когда я заинтересовалась этой темой, оказалось, что в данном случае,  она не раскрыта до конца. Я решила изучить ее более подробно.

Цель: с помощью данной работы я хочу научиться  определять качественный состав некоторых солей.

Задачи:

1. Познакомиться  с аналитической химией.
2. Изучить методы аналитической химии и выбрать наиболее приемлемый для моей работы.
3. С помощью эксперимента определить какой металл входит в состав соли.

Глава 1.

Аналитическая химия .

Аналитическая химия — раздел химии, изучающий химический состав и отчасти структуру веществ.

Цель данной науки заключается в определении химических элементов или групп элементов, входящих в состав веществ. 

Предмет её изучения является  совершенствование существующих и разработка новых методов анализа,  поиск возможностей их практического применения, исследование теоретических основ аналитических методов.

В зависимости от задачи методов различают качественный и количественный анализ.

1. Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе  можно использовать легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Такие реакции называют качественными и с помощью них можно с легкостью проверить состав вещества.  

Качественный анализ чаще всего проводят в водных растворах. Он основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы веществ, которые там содержатся. Основоположником такого анализа считается Роберт Бойль. Он ввёл это представление о химических элементах как о не разлагаемых основных частях сложных веществ, после чего он  систематизировал все известные в его время качественные реакции.

2. Количественный анализ - совокупность химических, физико-химических и физических методов определения  соотношения компонентов, входящих в состав 

анализируемого вещества. По результатам этого  можно определить константы равновесия, произведения растворимости, молекулярные и атомные массы. Такой анализ выполнять сложнее, так как он требует аккуратного и более кропотливого подхода, в ином случае результаты могут давать высокие погрешности и работа будет сведена к нулю.    

Количественному анализу обычно предшествует качественный анализ.

Глава 2.

Методы химического анализа.

Методы химического анализа делят на 3 группы.

1. Химические методы основаны на химических реакциях.

В данном случае для анализа можно использовать только такие реакции, которые сопровождаются наглядным внешним эффектом, например изменением окраски раствора, выделением газов, выпадением или растворением осадков и т. п. Эти внешние эффекты и послужат  в данном случае аналитическими сигналами. Происходящие химические изменения называют аналитическими реакциями, а вещества, вызывающие эти реакции —  химическими реагентами.

Все химические методы делят на две группы:

1. Реакцию проводят в  растворе, так называемым «мокрым путем».  
2. Способ выполнения анализа с твердыми веществами без использования растворителей, такой способ  называют «сухим путем». Он делится на пирохимический анализ и анализ методом растирания. При пирохимическом анализе исследуемое вещество   нагревают в пламени газовой горелки. При этом летучие соли (хлориды, нитраты, карбонаты) ряда металлов придают пламени определенную окраску. Другой прием пиротехнического анализа—получение окрашенных перлов (стекол). Для получения перлов соли и оксиды металлов сплавляют с тетраборатом натрия (Na2 В4О7' 10Н2О) или гидрофосфатом натрия-аммония (NaNH4HP04 • 4Н20) и наблюдают окраску образующихся стекол (перлов).
3. Метод растирания был предложен в 1898 г. Ф. М. Флавицким. Твердое исследуемое вещество растирают с твердым реагентом, при этом  наблюдают внешний эффект. Например, соли кобальта с тиоцианатом аммония могут дать синее окрашивание.

2. При анализе физическими методами изучают физические свойства вещества с помощью приборов, не прибегая к химическим реакциям. К физическим методам можно отнести спектральный анализ, люминесцентный, рентгеноструктурный и другие способы анализов.
3. С помощью физико-химических методов изучают физические явления, которые происходят в химических реакциях. Например, при колориметрическом методе измеряют интенсивность окраски в зависимости от концентрации вещества, в кондуктометрическом анализе измеряют изменение электрической проводимости растворов .

Глава 3.

Лабораторная работа.

Реакции окрашивания пламени.

Цель: Изучить  окрашивания пламени спиртовки ионами металлов .

В своей работе я решила воспользоваться методом пиротехнического анализа окрашивания пламени ионами металлов.

Исследуемые вещества: соли металлов (фторид натрия, хлорид лития, сульфат меди, хлорид бария, хлорид кальция, сульфат стронция, хлорид магния,  сульфат свинца).

Оборудование: фарфоровые чашки, этиловый спирт, стеклянная палочка,  концентрированная соляная кислота.

Для проведения работы, я  делала раствор соли в этиловом спирте, а затем поджигала. Свой опыт я провела несколько раз, на последнем этапе были отобраны наилучшие образцы, поле чего мы сделали видео.

Выводы:

1. Летучие соли многих металлов окрашивают пламя в различные цвета, характерные для этих металлов. Окраска зависит от раскаленных паров свободных металлов, которые получаются в результате термического разложения солей при внесении их в пламя горелки. В моем случае к таким солям относились, фторид натрия и хлорид лития, они дали яркие насыщенные цвета.

2. Реакции окрашивания пламени удаются хорошо как правило только с летучими солями, например с хлоридами, карбонатами и нитратами, а нелетучие соли, такие как бораты, силикаты или фосфаты, перед горением следует  смочить концентрированной соляной кислотой для перевода их в летучие хлориды. В моем случае это оказался сульфат меди смоченный концентрированной соляной кислотой, он дал ярко зеленое пламя. 
3. Многие соли металлов дают окрашивание пламени в различные цвета, но иногда, это окрашивание не является ярким и насыщенным.

Заключение.

Химический анализ используется человеком в очень многих областях, на уроках же химии мы знакомимся лишь с небольшой областью этой сложной науки. Приемы, которые используются в пирохимическом анализе,  используются в качественном анализе как предварительное испытание при анализе смеси сухих веществ или как проверочные реакции. В качественном анализе реакции «сухим» путем играют только вспомогательную роль, их используют обычно в качестве первичных испытаний и проведения проверочных реакций.

Кроме того, данные реакции используются человеком и в других отраслях, к примеру в фейерверках. Как мы знаем,  фейерверк  это декоративные огни разнообразных цветов и форм, получаемые при сжигании пиротехнических составов. Так вот в состав фейерверка пиротехники добавляют  разнообразные горючие вещества, среди которых широко представлены неметаллические элементы (кремний, бор, сера). В процессе окисления бора и кремния выделяется большое количество энергии, но не образуются газовые продукты, поэтому эти вещества применяются для изготовления взрывателей замедленного действия (чтобы воспламенить другие составы в определенное время). Многие смеси включают органические углеродсодержащие материалы. Например, древесный уголь (применяется в дымном порохе, снарядах для фейерверков) или сахар (дымовые гранаты). Используются химически активные металлы (алюминий, титан, магний), чье горение при высокой температуре дает яркий свет. Это их свойство стали использовать для запуска фейерверков.

В процессе работы, я поняла насколько сложно и важно  работать с веществами, не все удалось в полной мере, как бы хотелось. Как правило, на уроках химии не хватает практикой работы, благодаря которой отрабатываются теоретические навыки. Проект помог мне развить этот навык. Кроме того, я с большим удовольствием познакомила, своих одноклассников с результатами своей работы. Это помогло им закрепить теоретический знания.