U današnjem razvitku nauke i industrije analitička hemija je jedna od najvažnijih hemijskih disciplina.

Analitička hemija je nauka čiji je zadatak da usavrši i pravilno primeni razne metode za izučavanje sastava materije.

Materija koju čovek koristi i koja ga okružuje može da bude složena (jedinjenja i smese) ili prosta (elementi). Svaka supstancija ima svoje karakteristične osobine po kojima se razlikuje i na osnovu kojih može da se izdvoji od drugih, ili kako se to u hemiji kaže, po kojima se može izvršiti hemijska analiza.

Reč „analysis“ — analiza — je grčkog porekla i znači razlaganje celine na sastavne delove. Analitička hemija je, prema tome, nauka koja se bavi hemijskom analizom.

Hemijskom analizom nekog jedinjenja ili smese prvo se dokazuje iz čega se sastoji nepoznata supstancija, a zatim se određuje u kom odnosu su zastupljene pojedine komponente. Na osnovu toga analitička hemija se deli na kvalitativnu i kvantitativnu hemijsku analizu. Čime se koja od njih bavi može se zaključiti iz samog naziva. Kvalitativnom hemijskom analizom se dokazuje vrsta sastojaka-— šta je prisutno, a kvantitativnom se određuje njihova količina — koliko je čega prisutno.

Kvalitativna analiza treba uvek da prethodi kvantitativnoj. Kvalitativan sastav supstancije je naročito značajan za odabiranje pogodne kvantitativne metode. Metode, kako kvalitativne tako i kvantitativne analize mogu da budu hemijske, fizičko-hemijske i fizičke.

Za hemijsku analizu se ne uzima celokupna količina supstancije koja se ispituje, već samo jedan mali deo. Na primer, za ispitivanje čistoće jedne šarže acisala uzima se, na određeni način, samo mali deo. Taj deo koji je uzet od celokupne količine naziva se uzorak. On mora da ima potpuno isti sastav kao i supstancija čiji je deo. Prema količini materije koja se uzima za kvalitativnu, odnosno kvantitativnu analizu razlikuju se makro-, semimikro- i mikroanaliza.

Analitička hemija čini neraskidivu vezu između teoretskih i praktičnih znanja. Za uspešnu analizu potrebno je dobro poznavanje kako principa analitičke hemije, tako i prethodno znanje iz opšte i neorganske hemije. Za razumevanje analitičke hemije potrebno je poznavanje niza hemijskih i fizičkih zakona, zatim osobina rastvora, teorije jonizacije, hidrolize, proizvoda rastvorljivosti, stvaranja kompleksa i drugo. Nijedna šema ni uputstvo za hemijsku analizu ne vredi mnogo ako analitičar ne izvodi svaku operaciju sa razumevanjem.

Pored teoretskog znanja, za izvođenje hemijske analize potrebna je velika spretnost, urednost, dobra uvežbanost i strpljenje analitičara. Ovo se postiže samo sistematskim i istrajnim radom.

Značaj analitičke hemije. Prvobitna hemija je u principu bila analitičke prirode. Analitička hemija čini osnovu na kojoj se izgrađuje znanje hemičara i njegovo dalje usavršavanje u drugim oblastima hemije. Ona pruža mogućnost za lakše i brže razumevanje raznih disciplina u kasnijim studijama: biohemija, bromatologija, fiziologija, farmakodinamija i druge. Analitička hemija pruža dragocenu pomoć u naučnoistraživačkom radu. Istraživači, ne samo u hemiji već i u drugim naukama, biološkim i fizičkim moraju da koriste analitičke rezultate u svome radu.

Značaj analitičke hemije u medicini i farmaciji takođe je veliki. Lekari često ne mogu da postave dijagnozu bez rezultata koje im pružaju biohemijske laboratorije.

Teško je da se proceni uloga analitičke hemije u modernoj industriji. Svaki proizvod u početku i u toku procesa, kao i na kraju proizvodnje, predmet je analitičkog ispitivanja.

Kontrola kvaliteta vode koju pijemo, hrane koju jedemo, lekova kojima se lečimo, odeće koju nosimo, ne može se zamisliti bez analitičke hemije. U zaštiti životne sredine i u opštenarodnoj odbrani analitička hemija ima, takođe, izuzetno veliki značaj. Na kraju, za svaki rad je potrebna tačnost i urednost, a za rad u hemijskoj laboratoriji, radi dobijanja pouzdanih analitičkih rezultata, ovo je od posebne važnosti.

Dr Branislav Stanković, dr Jelena Jorgović-Kremzer, Soka Drakulić-Đinđić

Sadržaj

PRVI DEO

UVOD

1. TEORIJSKE OSNOVE ANALITIČKE HEMIJE

1.1. Disperzni sistemi
1.1.1. Pravi rastvori
1.1.2. Koloidni rastvori
1.2. Primena hemijske kinetike na rastvore elektrolita
1.2.1. Jonizacija slabih elektrolita
1.2.2. Konstanta jonizacije
1.2.3. Suzbijanje jonizacije slabih elektrolita
1.2.4. Jonizacija vode i jonski proizvod vode
1.2.5. Vodonični eksponent pH
1.2.6. Indikatori
1.3. Puferi ili regulatorske smese
1.3.1. Izračunavanje pH vrednosti u pufernom rastvoru
1.4. Hidroliza
1.4.1. Suzbijanje hidrolize
1.5. Proizvod rastvorljivosti
1.5.1. Obrazovanje taloga
1.5.2. Rastvaranje taloga
1.6. Kompleksna jedinjenja
1.6.1. Uloga kompleksa pri rastvaranju taloga

2. KVALITATIVNA HEMIJSKA ANALIZA

12.1. Zadatak kvalitativne analize
2.2. Podela kvalitativne analize
2.3. Hemijske reakcije
2.3.1. Karakteristične reakcije
2.3.2. Uslovi hemijske reakcije
2.3.3. Osetljivost hemijske reakcije
2.4. Princip podele katjona na analitičke grupe
2.4.1. Grupni reagensi za analitičke grupe katjona
2.5. Princip podele anjona na analitičke grupe
2.5.1. Prethodna ispitivanja anjona
2.6. Osnovni principi hromatografije

3. KVANTITATIVNA HEMIJSKA ANALIZA

3.1. Zadatak i značaj kvantitativne analize
3.2. Podela metoda kvantitativne analize
3.3. Gravimetrija
3.3.1. Princip gravimetrijske metode
3.3.2. Operacije u gravimetrijskoj analizi
3.3.3. Izračunavanje rezultata
3.3.4. Primeri gravimetrijskih određivanja
3.4. Volumetrija
3.4.1. Opšti principi i podela volumetrije
3.4.2. Standardni rastvori
3.4.3. Završna tačka titracije
3.4.4. Izračunavanje rezultata u volumetriji
3.4.5. Metoda neutralizacije
3.4.5.1. Standardni rastvori u metodi neutralizacije
3.4.5.2. Određivanje završne tačke i izbor indikatora
3.4.5.3. Titracija jake kiseline jakom bazom
3.4.5.4. Titracija slabe kiseline jakom bazom
3.4.5.5. Titracija polibaznih kiselina
3.4.6. Taložna metoda — precipitacija
3.4.6.1. Standardni rastvori i određivanje završne tačke titracije
3.4.7. Kompleksometrija
3.4.7.3. Standardni rastvori u kompleksometriji
3.4.7.2. Metalni indikatori
3.4.7.3. Direktna i indirektna titracija
3.4.8. Metoda oksidoredukcije — oksidimetrija
3.4.8.1. Oksidoredukcioni potencijal
3.4.8.2. Permanganometrija
3.4.8.3. Jodimetrija i jodometrija
3.4.9. Instrumentalne metode u kvantitativnoj analizi

DRUGI DEO — PRAKTIKUM

4. ANALITIČKA LABORATORIJA

4.1. Rad u analitičkoj laboratoriji
4.2. Laboratorijsko posuđe
4.3. Laboratorijski pribor
4.4. Aparati
4.5. Reagensi

5. IZVOĐENJE KVALITATIVNE ANALIZE

5.1. Analitičke grupe katjona
5.1.1. Prva analitička grupa katjona
5.1.3.1. Srebro (Argentum): Ag
5.1.1.2. Olovo (Plumbum): Pb
5.1.1.3. Odvajanje katjona prve grupe iz smese soli
5.1.2. Druga analitička grupa katjona
5.1.2.1. Živa (Hydrargyrum): Hg
5.1.2.2. Bizmut (Bismuthum): Bi
5.1.2.3. Bakar (Cuprum): Cu
5.1.2.4. Arsen (Arsenum): As
5.1.3. Treća analitička grupa katjona
5.1.3.1. Aluminijum (Aluminium): Al
5.1.3.2. Cink (Zincum): Zn
5.1.3.3. Gvožđe (Ferrum): Fe
5.1.4. Četvrta analitička grupa katjona
5.1.4.1. Kalcijum (Calcium): Ca
5.1.4.2. Barijum (Barium): Ba
5.1.5. Peta analitička grupa katjona
5.1.5.1. Kalijum (Kalium): K
5.1.5.2. Natrijum (Natrium): Na
5.1.5.3. Amonijum(I)-jon: NH4+
5.1.5.4. Magnezijum (Magnesium): Mg
5.2. Analitičke grupe anjona
5.2.1. Prva analitička grupa anjona
5.2.1.1. Hlorid-jon, Cl-
5.2.1.2. Bromid-jon, Br-
5.2.1.3. Jodid-jon, J-
5.2.2. Druga analitička grupa anjona
5.2.2.1. Nitrit-jon, NO3-
5.2.2.2. Acetat-jon, CH3COO-
5.2.2.3. Sulfid-jon, S2-
5.2.3. Treća analitička grupa anjona
5.2.3.1. Karbonat-jon, CO3-
5.2.3.2. Oksalat-jon, C2O42-
5.2.3.3. Tartarat-jon, C4H4O62-
5.2.3.4. Borat-jon, BO33-
5.2.3.5. Sulfit-jon, SO32-
5 2.4. Četvrta analitička grupa anjona
5.2.4.1. Fosfat-jon, PO43-
5.2.4.2. Tiosulfat-jon, S2O32-
5.2.5. Peta analitička grupa anjona
5.2.5.1. Nitrat-jon, NO3-
5.2.6. Šesta analitička grupa anjona
5.2.6.1. Sulfatni-jon, SO42-
5.3. Primeri za izvođenje samostalne analize ako je data samo jedna so

6. IZVOĐENJE KVANTITATIVNE ANALIZE

6.1. Vaga i merenje
6.1.1. Analitička vaga
6.1.2. Analitički tegovi
6.1.3. Merenje analitičkom vagom
6.2. Uputstva za rukovanje odmernim sudovima
6.3. Izvođenje gravimetrijske analize
6.3.1. Upoznavanje gravimetrijskih operacija
6.3.2. Primeri gravimetrijskih određivanja
6.3.2.1. Određivanje gvožđa
6.3.2.2. Određivanje sulfatne kiseline
6.3.2.3. Određivanje hlorida
6.3.2.4. Određivanje kristalne vode u barijum-hloridu
6.4. Izvođenje volumetrijske analize
6.4.1. Upoznavanje tehnike titracije
6.4.2. Metoda neutralizacije
6.4.2.1. Pripremanje standardnih rastvora u metodi neutralizacije
6.4.2.2. Određivanje natrijum-hidroksida I
6.4.2.3. Određivanje sulfatne kiseline
6.4.2.4. Određivanje acetatne kiseline
6.4.3. Metoda precipitacije
6.4.3.1. Pripremanje standardnih rastvora u argentometriji
6.4.3.2. Određivanje natrijum-hlorida po Mohr-u
6.4.4. Metoda kompleksometrije
6.4.4.1. Pripremanje standardnih rastvora u kompleksometriji
6.4.4.2. Određivanje bizmuta
6.4.4.3. Određivanje kalcijuma
6.4.5. Metoda oksidoredukcije
6.4.5.1. Pripremanje standardnih rastvora u permanganometriji
6.4.5.2. Određivanje gvožđa
6.4.5.3. Pripremanje standardnih rastvora u jodometriji i jodimetriji
6.4.5.4. Određivanje natrijum-arsenita

7. ZADACI

7.1. Zadaci iz gravimetrije
7.2. Zadaci iz volumetrije

PRILOG

Tabela atomskih masa
Tabela — Konstante jonizacije nekih kiseline i baza
Tabela — Vrednosti proizvoda rastvorljivosti za neke teško rastvorljive elektrolite
Tabela — Gustina rastvora nekih kiselina i amonijum-hidroksida
Tabela — Standardni redoks potencijali nekih sistema
Tabela — Periodni sistem elemenata D. I. Mendeljejeva
Ukazivanje prve pomoći u hemijskoj laboratoriji
Literatura

1. Teorijske osnove analitičke hemije

1.1. Disperzni sistemi

Većina reakcija u hemijskim analizama izvodi se u rastvorima, Rastvori su disperzni sistemi u kojima je rastvorena supstancija, koja se naziva disperzna faza, više ili manje usitnjena i kao takva dispergovana u rastvaraču, koji se naziva disperzno sredstvo.

Rastvori mogu da se nalaze u sva tri agregatna stanja. Za identifikaciju sastojaka ispitivanih jedinjenja, kao i za njihova određivanja koriste se obično vodeni rastvori.

Zbog izuzetnog značaja vodenih rastvora za analitičku hemiju treba se pobliže upoznati sa njihovim osobinama i pripremanjem.

Voda kao rastvarač i proces rastvaranja. Poznato je da voda rastvara najveći broj supstancija sa veoma različitim hemijskim osobinama. Ona rastvara organska jedinjenja, kao što su šećer, alkohol i druga, a isto tako i elektrolite (kiseline, baze i soli).

Široka primena vode kao rastvarača zasniva se pretežno na strukturi molekula vode. Hemijska veza u molekulu vode je kovalentno-polarna. Vodonik i kiseonik grade ugao od 104,5°, te se težišta pozitvinog i negativnog naelektrisanja ne poklapaju (sl. la). Svaki molekul poseduje pozitivan i negativan kraj, usled čega predstavlja jako izražen dipol (sl. lb). To se može najjednostavnije prikazati ovako:

Slika 1, a) STRUKTURA MOLEKULA VODE, b) ŠEMATSKI PRIKAZ DIPOLA VODE

Izostavljeno iz prikaza

Između dipolnih molekula vode deluju C o u I o m b-ove (Kulon) elektrostatičke privlačne sile, zbog čega dolazi do asocijacije molekula vode (H2O)2 (sl. 2). Ovako asocirani molekuli su uzrok relativno niske tačke mržnjenja (0°C) i visoke tačke ključanja vode (100°C). Zbog toga je temperaturno područje u kome je voda u tečnom agregatnom stanju veliko (0—I00°C), što je od praktičnog značaja za vodu kao rastvarač.

Slika 2. ŠEME ASOCIJACIJA POLARNIH MOLEKULA VODE

Izostavljeno iz prikaza

Rastvaranje supstancije u vodi je uzajamno delovanje molekula vode i molekula rastvorene supstancije. Ponašanje neke supstancije pri rastvaranju u vodi zavisi od prirode hemijske veze u molekulu rastvorene supstancije. To su tri glavna slučaja:

Slika 2a. RASTVARANJE NaCl U VODI

Izostavljeno iz prikaza

1. Rastvaranje jonskih jedinjenja sastoji se u grupisanju dipolnih molekula vode na suprotno naelektrisanim jonima u kristalnoj rešetki čvrste supstancije. Negativni kraj molekula vode vezuje se za katjoa, a pozitivni kraj za anjon rastvorene supstancije. Ovim privlačenjem veze koje drže jone u kristalu postaju slabije, pa se oslobađaju joni iz kristala, prelaze u rastvor, slobodno se kreću i provode struju. Treba naglasiti da je voda kao rastvarač jonskih jedinjenja samo razdvojila već postojeće jone u kristalu (sl. 2a).
2. Pri rastvaranju kovalentno-polarnih jedinjenja (npr. HCl gasa) pod uticajem dipol-molekula vode dolazi do deformacije molekula rastvorene supstancije u tolikom stepenu da se kovalentna veza između vodonika i hlora kida i postaje jonska. Nastali rastvor provodi struju.
3. Organska jedinjenja se uglavnom ne rastvaraju u vodi jer su kovalentno-nepolarna. Ova jedinjenja se rastvaraju u vodi samo tada kad u svome molekulu imaju i neku od polarnih grupa: NH2, OH i dr. Šećer se, na primer, lako rastvara u vodi zbog hidroksilnih grupa koje sađrže molekuli šećera. Međutim, rastvoreni molekuli šećera ne provode struju.

Vrste rastvora u zavisnosti od disperzije. Pri rastvaranju, supstancije se disperguju do čestica različitih veličina. Od veličine čestice rastvorene supstancije zavise osobine nastalog rastvora. Glavna podela rastvora izvršena je prema veličini čestica.

Veličina čestica u rastvoru varira u širokim granicama: od 0,1 do 106 nm. Stepen disperzije zavisi od prirode rastvorene supstancije i od prirode rastvarača. Gornju granicu čine suspenzije i emulzije — sistemi u kojima su čestice najkrupnije i mogu se primetiti i golim okom.

Donju granicu čine pravi rastvori, sistemi kod kojih disperzija ide čak do molekula i jona, čestica koje se ne vide ni elektronskim mikroskopom. Između ovih nalaze se koloidni rastvori, sistemi čije su čestice manje od čestica suspenzija i emulzija. Veličina koloidnih čestica kreće se od 1 do 100 nm i one se mogu videti elektronskim mikroskopom.

1.1.1. Pravi rastvori

Pravi rastvori su postojani homogeni disperzni sistemi u kojima su čestice rastvorene supstancije manje od 1 nm i nalaze se u obliku molekula ili jona. Ukoliko je stepen disperzije veći, rastvori su stabilniji. Pravi rastvori su bistri jer ne rasipaju svetlost. Čestice pravih rastvora su manje od talasne dužine svetlosti.

Pravi rastvori su za analitičku hemiju od naročitog značaja, i u toku izlaganja pod pojmom rastvora podrazumevaju se samo pravi rastvori. Kao svi rastvori i pravi rastvori se sastoje ,od rastvorene supstancije i rastvarača. Kao rastvarač se najčešće koristi voda, pa ako nije posebno naglašeno, misli se na vodeni rastvor.

Koliko će se neke supstancije rastvoriti u jednom rastvaraču zavisi od prirode obe komponente i temperature. Rastvor koji sadrži maksimalnu količinu rastvorene supstancije na određenoj temperaturi naziva se zasićeni rastvor. Ta maksimalna, granična količina supstancije za datu temperaturu rastvora naziva se rastvorljivost. Ona se izražava brojem grama u 100 grama rastvora, ili brojem molova rastvorene supstancije u jednom kubnom decimetru rastvora — kada se naziva molarna rastvorljivost.

Prema količini rastvorene supstancije rastvori mogu grubo da se podele na koncentrovane i razblažene. Razblažen rastvor je onaj koji sadrži vrlo malo rastvorene supstancije u poređenju sa količinom rastvarača. Na primer, 0,5 procentni rastvor je razblažen, a koncentrovan je onaj koji sadrži relativno mnogo rastvorene supstancije, npr. 30%.

Koncentracija rastvora. Pod koncentracijom rastvora podrazumeva se odnos određene količine rastvorene supstancije i određene količine, mase ili zapremine, rastvora. Koncentracija rastvora može da se izrazi bilo fizičkim, bilo hemijskim jedinicama.

A) Izražavanje koncentracija fizičkim jedinicama:

• Procentna koncentracija (%) je broj masenih delova supstancije u 100 masenih delova rastvora, ili broj zapreminskih delova rastvorene supstancije u 100 zapreminskih delova rastvora;
• titar je maseni sadržaj rastvorene supstancije u jedinici zapremine rastvora, odnosno broj grama u jednom kubnom centimetru.

B) Izražavanje koncentracije hemijskim jedinicama:

• molaritet predstavlja broj molova rastvorene supstancije u jednom kubnom decimetru rastvora.

1.1.2. Koloidni rastvori

Koloidni rastvori predstavljaju određeno stanje materije. To su disperzni sistemi u kojima su čestice veličine 1—100 nm. Ove čestice se ne vide golim okom niti običnim mikroskopom, već samo elektronskim mikroskopom. Naziv koloid dolazi od grčke reči c o 11 a, što znači tutkalo. (Tutkalo, koje je po hemijskom sastavu belančevina, rastvaranjem u vodi daje koloidni rastvor.)

Podela koloidnih rastvora. U zavisnosti od mogućnosti jačeg ili slabijeg vezivanja molekula vode na površini koloidne čestice, koloidni rastvori se dele na hidrofilne i hidrofobne.

Hidrofilni koloidi (»koji vole vodu«) su oni koji adsorbuju veliku količinu vode. Vrlo su viskozni i stabilni, jer sloj molekula vode oko čestice otežava koagulaciju. Tu spadaju prirodni koloidi: skrob, želatin, belance, kao i Al(OH)3 i Fe(OH)3.

Hidrofobni koloidi (»koji mrze vodu«) slabo su viskozni. Dodatkom elektrolita lakše se talože od hidrofilnih. Tu spadaju neki metalni sulfidi (AS2S3), srebro-halogenidi i drugi.

O g l e d. — Pomešati 0,5 g želatina sa 2,5 g vode. Ostaviti da želatin nabubri, pa sipati 7,5 cm3 ključale vode. Pustiti zatim da se rastvor ohladi. Videće se da je tečan rastvor očvrsnuo, jer je prešao u pihtijastu masu. Ponoviti ogled sa skrobom.

Tečan rastvor želatina u vodi zove se hidrosol (»rastvorni oblik«), dok se čvrsto stanje, pihtijasti oblik, zove hidrogel.

Za analitičku praksu važno je naglasiti da hidrosol prolazi kroz filtrir-papir, a hidrogel ne prolazi. Pretvaranje hiđrosola u hidrogel je kod hiđrofilnih koloida reverzibilan (povratan) proces, dok je kod hidrofobnih ireverzibilan (nepovratan).

Osobine koloidnih sistema su dobrim delom posledica veličina čestica. Veličina koloidnih čestica se kreće između veličine čestica pravih rastvora, s jedne i suspenzija i emulzija s druge strane.

Čestice koloidnih sistema, slično česticama pravih rastvora i molekulima gasova, nalaze se u stanju stalnog pravolinijskog, haotičnog kretanja, što je posledica sudara sa molekulima rastvarača (sl. 3).

Slika 3. BROWN-OVO KRETANJE

Izostavljeno iz prikaza

Ovo neprekidno haotično kretanje čestica u rastvaraču naziva se B r o w n-ovo (Braun) kretanje. B r o w n-ovo kretanje se može videti ultramikroskopom kao treperenje bezbrojnih svetlih tačaka.

Propuštanjem svetiosnih zraka kroz koloidni rastvor dolazi do njihovog odbijanja od krupnih koloidnih čestica, što omogućava da se putanja čestica vidi i golim okom, ako se rastvor posmatra sa strane. Ova pojava se naziva T y n d a 11-ov (Tindal) efekat. Pravi rastvori ne pokazuju ovaj fenomen.

Koloidni rastvori ne dijalizuju, ne prolaze kroz pergamentnu membranu, i na taj način se odvajaju od pravih rastvora.

Električne osobine. Eksperimentalno je utvrđeno da su čestice u koloidnim rastvorima naelektrisane istoimenim elektricitetom. Poznato je da se istoimeno naelektrisana tela odbijaju. Time se sprečava međusobno privlačenje koloidnih čestica i spajanje sitnih čestica u veće agregate, micele. Zbog toga ne dolazi do taloženja i postiže se stabilnost koloidnih rastvora.

Električni naboj koloidne čestice nastaje zbog velike adsorptivne sposobnosti čestice. Ona na svoju površinu čvrsto vezuje jone koji se u rastvoru nalaze u višku. Ovo se može lakše razumeti iz sledećeg primera.

Primer: Kada se rastvoru natrijum-hlorida doda kap rastvora srebro-nitrata, nastaće primarna čestica srebro-hlorida:

Na+ + Cl+ kap (Ag+ +NO3-) → AgCI + Na+ + NO3-

Nastale čestice srebro-hlorida su električki neutralne. Međutim, dejstvom sila adsorpcije, koje su na površini čestice vrlo velike, dolazi do vezivanja Cl~ jona iz rastvora (sl. 4a). Ovaj negativni sloj Cl_ jona privlači pozitivne Na+ jone.

Slika 4. a) TALOŽENJE SREBRO-HLORIDA U VIŠKU Cl b) TALOŽENJE SREBRO-HLORIDA U VIŠKU Ag+

Izostavljeno iz prikaza

Na taj način primarna čestica srebro-hlorida obavijena je prilično stabilnim dvostrukim električnim slojem i postaje negativno naelektrisana koloidna čestica. Raspored pozitivnog i negativnog naelektrisanja u dvostrukom električnom sloju zavisi od toga koji su joni u rastvoru u višku. Negativno naelektrisane koloidne čestice srebro-hlorida nastale su iz rastvora u kome je natrijum-hlorid u višku. Ako se, pak, rastvoru u kome je srebro-nitrat u višku doda kap natrijum-hloriđa dolazi do sledeće reakcije:

Ag + + NOH kap (Na+ + Cl-) AgCl Na+ +NO3-

U ovom slučaju će oko čestice srebro-hlorida prvo da se vežu Ag+ joni, a po površini NO_3 joni, pa će koloidne čestice biti naelektrisane pozitivno, (sl. 4b).

Priroda naelektrisanja koloidnih čestica može se utvrditi propuštanjem električne struje kroz koloidni rastvor. Usled istoimenog naelektrisanja sve čestice se kreću u istom smeru. Ako su pozitivne, kreću se prema katodi (kataforeza), a ako su negativne, prema anodi (anaforeza). Ova pojava se naziva elektroforeza.

Koagulacija i peptizacija. Prisustvo hidrosola, rastvornog oblika koloida, nepoželjno je u kvalitativnoj i kvantitativnoj analizi, jer ove čestice prolaze kroz filtrir-papir i ne postiže se razdvajanje. Dodatkom nekog elektrolita i zagrevanjem može da se razori dvostruki električni sloj i da dođe do razelektrisanja koloidnih čestica. Na ovaj način prestaje međusobno odbijanje čestica, one se grupišu, odnosno uđružuju u krupnije čestice koje padaju na dno, talože se. Ovo grupisanje čestica i izdvajanje čvrste materije iz koloidnih rastvora naziva se koagulacija. Koagulacija može da se postigne dužim stajanjem koloidnog rastvora (starenjem koloida) i zagrevanjem.

Suprotan proces koagulaciji je peptizacija, usitnjavanje čestica, (franc. p e t i t − mali, sitan).

Ako se koloidni talog ispira destilovanom vodom, doći će do uklanjanja elektrolita koji je izazvao taloženje. Usled ovoga čestice ponovo stiču dvostruki električni sloj i oslobađaju se iz taloga. Krupne čestice peptiziraju. Stvara se koloidni rastvor koji prolazi kroz filtrir-papir. Za većinu koloidnih taloga koagulacija je reverzibilan proces.

Da bi se izbegla peptizacija, talog ne sme da se ispira čistom vodom, već uvek treba vodi dodati i neki elektrolit koji hemijski ne reaguje sa talogom. Obično se dodaju amonijačne soli ili lako isparljive razblažene kiseline (napr. HNO3). Neke važnije osobine disperznih sistema u zavisnosti od veličine čestica mogu se videti iz priloga u tabeli.

Tabela 1. — Sličnosti i razlike disperznih sistema u zavisnosti od veličine čestica

• Grubo dispergovani rastvori (suspenzije i emulzije)
  104 nm i 103 nm 102nm
  Čestice vidljive običnim mikroskopom
  Čestice ne prolaze kroz filtar
  Čestice pokazuju Brown-ovo kretanje
  Čestice ne prolaze kroz ultra-filtar
• Koloidni i Pravi rastvori rastvori
  102nm 1 nm
  Čestice vidljive, elektronskim mikroskopom
  Čestice nevidljive elektronskim mikroskopom
  Čestice ne prolaze kroz ultra-filtar
  Čestice prolaze kroz ultra-filtar
  Čestice pokazuju Brown-ovo kretanje
  Čestice pokazuju Tyndall-ov efekat

Zadaci i pitanja

1. Koliko treba grama kalijum-hlorida (KCl) da se napravi 500 g 2%-nog rastvora? 100 g rastvora sadrži 2 g KCl 500 g rastvora sadrži 2 g KCl

Za pripremanje 500 g 2%-nog rastvora KCl potrebno je 10 g KCl i 490 g vode.

2. Koliko treba grama magnezijum-sulfata da bi se napravio I đnP 5%-nog rastvora? Gustina toga rastvora je 1,06 g/cm3.

1 dm3 rastvora ima masu 1000 ∙ 1,06 = 1060 g
100 g rastvora sadrži 5 g MgSO4
1060 g rastvora sadrži 5 g MgSO4

x = 5-1060 / 100 = 53 g

4. Analitička laboratorija

Analitička laboratorija je prostorija namenjena za izvođenje hemijskih analiza i postupaka. Ona mora đa bude prostrana i svetla i da ima dobru ventilaciju. U sklopu ove prostorije, ali ne u njenoj neposrednoj blizini, treba da se nalazi manja prostorija sa ventilacijom u kojoj je smešten digestor — kapela za izvođenje analiza pri kojima se oslobađaju gasovi koji su neprijatnog mirisa, otrovni ili zapaljivi. Materije koje su izuzetno opasne kao što su eksplozivi, čuvaju se u minimalnim količinama po zakonskim propisima. Laboratorija mora da ima vodovodnu i kanalizacionu mrežu, električnu mrežu za osvetljenje i priključivanje raznih aparata kao i gas za osvetljenje i analize.

Rezervni reaktivi se čuvaju u ormanma po abecedi. Laboratorijsko posuđe i pribor za rad se takođe čuvaju u ormarima. Aparatura obično stoji na stolovima ili policama uza zid i što bliže električnom i gasnom izvoru. Aparati treba da budu tako postavljeni da se rad u laboratoriji racionalizuje u pogledu pokreta i vremena. Na uređaje i aparate mora u svakom momentu budno da se motri.

Za rad u laboratoriji potreban je radni sto sa policama za reagens-bo cena kojima je naznačena koncentracija ako je to potrebno.

4.1. Rad u analitičkoj laboratoriji

Pri radu u analitičkoj laboratoriji važno je da se održava red i čistoća radnog stola, laboratorijskog posuđa i pribora za rad. Radni sto treba da bude uvek čist, uredan i suv, jer prosuti reaktivi mogu da dospeju u analizu koja je u toku, što može da ometa tačnost rezultata.

Laboratorijsko posuđe se pere uz pomoć četke, običnom vodom i sapunskim praškom, a ispira se destilisanom vodom koja je oslobođena primesa koje bi mogle da utiču na tačnost rezultata rada. Ako je posuđe masno, pere se azotnom ili hrom-sumpornom kiselinom. Istom hrom-sumpornom kiselinom mogu da se peru sudovi dok ona još ima prirodnu tamno narandžastu boju. Kada se zaprlja postaje tamnozelena. Po završenom radu sudove treba oprati, osušiti i skloniti.

* Hrom-sumporna kiselina se pravi tako što se 50 g kalijum-bihromata rastvori u malo vode a zatim doda 1 dm3 tehničke sumpome kiseline.

Da bi se izbegle greške koje učenici prave pri radu, reagens-boce se uzimaju tako da se natpis na nalepnici stalno kontroliŠe. Posle upotrebe boca se obriše i vrati na svoje mesto po abecedi. Zapu-šač se po mogućstvu ne ispušta iz ruke, uvek se vraća na bocu kojoj pripada a pri uzimanju i vraćanju boce pridržava kažiprstom da ne ispadne iz grlića. Epru-vete koje se upotrebljavaju pri radu stav-ljaju se u stalak po redu izvođenja reak-cija.

Slika 16. SIPANJE REAGENASA U EPRUVETU

Izostavljeno iz prikaza

U toku rada se u dnevnik upisuje sve što se uradilo kao i formule hemijskih reakcija koje se izvode. Rezultate rada nikada ne izmišljati!

4.2. Laboratorijsko posude (TABLICA 1)

• Epruvete (sl. 1) su posude od providnog stakla a koriste se za izvođenje hemijskih reakcija. Mogu da budu raznih prečnika i dužina. Bolje je upotrebiti manje epruvete, jer se postiže ušteda materijala a efekat analize je isti. Drže se u odgovarajućim stalcima. Ako sadržaj u epruveti ključa, treba je okrenuti od sebe ili od onog sa kim se radi, jer proključali materijal može naglo da istekne i da ozledi lica koja vrše eksperiment.
• Levkovi (sl. 2) su od stakla a služe za presipanje tečnosti iz suda u sud i za filtriranje rastvora. Levkovi za odvajanje i kapanje imaju zapušače i slavine koje treba namazati tankim slojem vazelina da bi se olakšalo rukovanje.
• Čaše ili pehari (sl. 3) mogu da budu raznih veličina a obično su od vatrostalnog stakla. U njima se prave rastvori. Ako rastvori treba da se zagrevaju, čaša se stavlja na azbestnu mrežu.
• Erlenmajeri (Sl. 4) se koriste u včlumetriji. U njima se vrše titracije koje daju bojene reakcije, pa se podrazumeva da su od providnog bezbojnog stakla.
• Sud za odmeravanje — vegeglas (sl. 5) je stakleni sud sa poklopcem. Upotrebljava se za merenje isparljivih i higroskopnih čvrstih supstancija,
• Lončići za žarenje — tigl (sl. 6) su sudovi od porculana, platine ili drugih materijala, koji služe za spaljivanje i žarenje raznih supstancija. Porculanski lončići se najviše koriste zato što su jeftini i mogu da se zagrevaju na visokim temperaturama, a da pri tome ne menjaju svoju masu. Pri upotrebi lončić za žarenje se ne stavlja na azbestnu mrežu, već preko trougla za žarenje direktno na plamen. Sa plamena se skida odgovarajućim metalnim mašicama.
• Lončići za filtriranje — G o o c h-ov. tigl (sl. 7) su razne vrste posudica sa poroznim dnom. Služe za ceđenje taloga koji se meri posle sušenja. Ceđenje taloga preko ovih lončića izvodi se u vakuumu.
• Sahatna stakla (sl. 8) su plitke staklene posude raznih veličina na kojima se mere supstancije na analitičkoj vagi. Njima se pokrivaju čaše i drugo laboratorijsko posuđe.
• Plastične karte (sl. 9) se koriste za merenje čvrstih supstancija na tara vagi.
• Porculanske šolje (sl. 10) služe za isparavanje rastvora, uglavnom ako se isparavanje izvodi do suva. Zagrevanje u šoljama se izvodi na nižim temperaturama preko azbestne mreže ili na vodenom kupatilu.
• Nagle promene temperature treba izbegavati da ne bi došlo do prskanja šolja. Osim porculanskih šolja postaje i staklene šolje za isparavanje.
• Porculanski avani ili tarionici (sl. 11) sa tučkom namenjeni su za usitnjavanje čvrstih supstancija ili za mešanje dve ili više čvrstih supstancija.

Pipete (sl. 12) služe za odmeravanje i prenošenje tačno određene zapremine tečnosti iz jednog suda u drugi. Postoje uglavnom dva osnovna tipa pipeta: obična pipeta (trbušasta 12a) koja se još zove volumetrijska ili prenosna i graduisana ili odmerna pipeta (12b).

Obična pipeta služi za odmeravanje i prenošenje samo jedne određene zapremine tečnosti. To su najčešće duge, uzane cevi proširene u sredini,sa oznakom u gornjem delu do koje treba napuniti pipetu tečnošću. Najčešće se prave od 1, 2, 5, 10, 25, 50 i 100 cm’.

Graduisane pipete su po obliku slične biretama. Njihova zapremina je podeljena na kubne centimetre i desete delove kubnih centimetara. Graduisanom pipetom može da se meri svaka zapremina koja odgovara kalibraciji date pipete, Npr. graduisanom pipetom od 10 cm3 može da se odmeri svaka zapremina do 10 cm3. Graduisana pipeta ima veći prečnik pa je i menisk širi, zbog čega je greška merenja veća nego kod volumetrijskih pipeta. To je razlog što se za odmeravanje standardnih rastvora koriste volumetrijske pipete, koje su preciznije.

Birete (sl. 13) su staklene, graduisane cevi na čijem se donjem suženom kraju nalazi slavina ili gumeni nastavak sa štipaljkom, kroz koji ističe tečnost. Služe za merenje ispuštene tečnosti, pa su zato graduisane od gore prema slavini. Gornja crta je obeležena nulom. Unutrašnji promer birete mora da bude jednak celom njenom dužinom, jer od toga zavisi tačnost izmerene zapremine. Za makroodređivanja najčešće se koriste birete od 25 i 50 cm3. Birete se postavljaju na stativ pomoću odgovarajućih držača. Položaj birete mora uvek da bude vertikalan. Pre upotrebe treba proveriti da li je slavina dobro pođmazana. Ako se rastvor sipa u biretu pomoću levka, posle sipanja levak se odmah skida da se ne bi sa njega naknadno u biretu slile kapi, koje bi promenile nivo tečnosti. Posle upotrebe bireta se opere i pokrije malom epruvetom ili zaštitnom hartijom.

• Cilindri ili menzure (sl. 14) su graduisane cilindrične posude raznih veličina (od 10 cm3 do 2000 cm3). Služe za merenje zapremine tečnosti kada nije potrebna velika tačnost. Koriste se za merenje vode pri pravljenju rastvora. Mogu da imaju i zapušač.
• Boce za destilovanu vodu — boce štrcaljke — špric-boce (sl. 15) se upotrebljavaju za držanje destilisane vode i za ispiranje taloga i posuda. Mogu biti staklene i plastične.
• Odmerni baloni (sl. 16) služe za pripremanje i razblaživanje rastvora. Rastvore u odmernom sudu ne treba duže držati niti zagrevati.
• Boce kapaiice (sl. 17) su posude u kojima se čuvaju rastvori indikatora ili drugi reagensi koji se upotrebljavaju u malim količinama.
• Vodene hladilice ili kondenzatori (sl. 18) su namenjeni za hlađenje ili kondenzovanje isparljivih tečnosti.
• Vazdušne hladiiice (sl. 19) su jednostavnije konstrukcije. Sastoje se od dugačke staklene cevi koja se pomoću probušenog zapušača povezuje sa tikvicom. Tečnost se hladi vazduhom koji okružuje cev.
• Eksikatori (sl. 20) su staklene posude u kojima se čuva materijal koji ne sme da se navlaži. U donjem delu eksikatora se nalazi neko dehidrataciono sredstvo (CaCl2 ili H2S04), a u gornjem delu je porculanska ploča sa otvorima u koje se stavljaju sudovi sa supstancijom koju treba zaštiti od vlage i prašine. Poklopac hermetički zatvara eksikator. Vreli predmeti ne smeju da se stave u eksikator jer zagrejani vazduh može da izdigne poklopac. Na dodirnu brušenu površinu eksikatora i poklopca stavlja se tanak sloj vazelina.

4.3. Laboratorijski pribor (TABLICA 2)

— Plamenik po Bunzenu (sl. 1) se koristi za zagrevanje i isparavanje rastvora, žarenje taloga i posmatranje boje izvesnih katjona pomoću platinske igle.

Na donjem delu plamenika postoje dva otvora, jedan za dovod gasa a drugi za dovod vazduha. Donji redukcioni plamen je žute boje (od usijanih čestica ugljenika) i ima nižu temperaturu od oksidacionog plamena koji je iznad njega. Oksidacioni plamen je bezbojan i njegova temperatura zavisi od dovoda vazduha, što se reguliše širokim metalnim prstenom koji obuhvata donji deo plamenika. Pri radu sa plamenikom upozorava se na posebnu opreznost!

• Tronožac gvozdeoi (sl. 2) služi za prihvatanje azbestne mreže, trougla za žarenje, manjih vodenih kupalita i posuda.
• Azbestna mreža (sl. 3) je pribor na koji se stavlja stakleno posuđe u kojem se vrši ogled zagrevanjem.
• Trougao za žarenje (sl. 4) se postavlja preko tronošca a namenjen je za prihvatanje malih posuda u kojima se vrši isparavanje, sušenje ili žarenje.
• Stativ gvozdeni (sl. 5) se sastoji od duže metalne šipke koja je postavljena na metalnoj ploči ili na masivnom tronošcu. Na stativ se pričvršćuju držači za birete i levkove.
• Stalak za epruvete (sl. 6) je postolje sa otvorima u kojem se čuvaju epruvete ili se ređaju u kvalitativnoj analizi po redu urađenih reakcija.
• Filtrir-papir (sl. 7) treb#đa bude od vlaknastog materijala. Upotrebljava se za odvajanje tečnosti od čvrštih nerastvorljivih supstancija i za skupljanje taloga. Filtrir-papir može da ima pore raznih prečnika.
• Pripremaju se obični i naborani filtri koji se polažu u levak a pre upotrebe se nakvase destilisanom vodom da nalegnu na staklo. Ivica filtra treba da bude nekoliko milimetara ispod ivice levka.
• Štipaljke (sl. 8) se upotrebljavaju za pritiskivanje gumenih creva zbog zaustavljanja ili regulisanja proticanja tečnosti ili gasova. Postoje dve vrste štipaljki: po Mohru 8a, za regulisanje proticanja tečnosti i po H o f m a n n-u za dovod gasova (8b).
• Makaze (sl. 9) služe za sečenje filtrir-papira.
• Hvataljke: (sl. 10) (a) metalne i (b) drvene se koriste za prihvatanje vrelog laboratorijskog posuđa u kome je vršeno zagrevanje, isparavanje, sušenje ili žarenje.
• Kašika (sl. 11) je pribor kojim se prenose suve supstancije da bi se izmerile na tara vagi ili analitičkoj vagi.
• Eza sa platinskom iglom (sl. 12) se upotrebljava pri posmatranju boje katjona na bunzenovom plamenu.
• Stakleni štapić (sl. 13) je šipka kojom se obavljaju mehaničke radnje, kao što su mešanje rastvora ili trljanje zidova epruvete pri nekom ogledu. Upotrebljava se i za prenošenje minimalnih količina rastvora na lakmus (zbog provere pH) ili na otvore epruvete da bi se potvrdila izvesna analiza.
• Četka (sl. 14) za pranje posuđa je takođe neophodan pribor koji omogućava pedantan rad u laboratoriji.

4.4. Aparati (TABLICA 3)

• K i p p -ov aparat (sl. 1) služi za razvijanje raznih gasova (H2S, C02 itd.) i kao posuda za čuvanje rezervi razvijenog gasa. Čuva se u kapeli koja je ugrađena u posebnoj prostoriji izolovanoj od laboratorije.
• Vodeno kupatilo (sl. 2) se upotrebljava za ravnomemo isparavanje rastvora na temperaturi vodene pare.
• Električna sušnica (sl. 3) je aparat u kome se suši odgovarajući materjal. Može da dostigne temperaturu i do 300oC a podešena je za regulisanje temperature automatskim isključivanjem.
• Električna peć (sl. 4) se upotrebljava za žarenje taloga ili za sagorevanje organskih materija na visokim temperaturama (i do 1200°C).

4.5. Reagensi

Reagensi — reaktivi su hemijska jedinjenja određenog kvalitativnog i kvantitativnog sastava, a služe za dokazivanje nekog drugog hemijskog jedinjenja. Čuvaju se u bocama od »jena«, stakla jer ono ima neutralnu reakciju, za razliku od običnog stakla koje reaguje bazno. Upotrebljavaju se samo ako imaju oznaku p.a. — p r o a n a l y s i. Čistoća reaktiva treba da bude što idealnija kako strane primese ne bi nepovoljno uticale na tok reakcije.

Za rastvaranje ili razblaživanje reaktiva upotrebljava se destilisana voda koja ima sledeće kvalitete:

1. Do nje se lako dolazi i nije skupa.
2. Ne sadrži nikakve ‘materije koje bi remetile analizu.
3. Ima veliki interval između tačke mržnjenja i tačke ključanja što omogućava da se analize i hemijske reakcije izvode na raznim temperaturama.

Destilisana voda ne sme da zaostane u posudama za rad, jer može da razblaži one reagense koji deluju samo ako su koncentrovani. Reaktivi koji lako podležu promenama pod uticajem svetlosti čuvaju se u tamnim bocama.