Методы контроля качества конфет

         Известно, что химические реакции происходят с разной скоростью. О скорости реакции делают вывод на основании изменения концентрации одного из веществ за единицу времени. На скорость протекания реакций влияют различные факторы: природа веществ, концентрация их, температура, площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ, катализатор. 
 
            Катализатор - это вещество, которое изменяет скорость химической реакции, но количественно при этом не расходуется и в состав продуктов не входит.

Химическое равновесие

             Большинство химических процессов обратимы, т.е. наряду с прямой реакцией, по мере накопления продуктов реакции, начинает идти обратный процесс. Данное обстоятельство следует иметь ввиду при экономической оценке технологических процессов, поскольку обратимые процессы не идут до полного превращения исходных веществ в продукты реакции и фактический выход продуктов реакции всегда меньше теоретически возможного.

            Механизм установления химического равновесия

Рассмотрим химическую реакцию  получения йодоводорода из йода и водорода, протекающую обратимо при температуре около 450 0С в газообразной фазе:

Н2 (газ) + J2 (газ) <══> 2HJ (газ)

Скорость химической реакции  в начальный момент времени, когда  в систему загрузили иод и водород пропорциональна их концентрации прямой реакции = k прямой реакции ·с (H2) ·с (J2).

С течением времени в концентрация исходных веществ (йода и водорода) уменьшается, накапливается продукт реакции (йодоводород), и пойдёт обратный процесс, скорость которого

обратной реакции = k обратной реакции · с2 (HJ) будет увеличиваться

Состояние равновесия наступает  в тот момент, когда скорость прямой реакции станет равной скорости обратной реакции прямой реакции = обратной реакции .

            Константа химического равновесия представляет собой отношение константы скорости прямой реакции к константе скорости обратной реакции, а также отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ. Константа химического равновесия зависит от температуры и природы реагирующих веществ, но не зависит от концентрации.

Константа химического равновесия является количественной характеристикой  химического равновесия и характеризует  выход продуктов реакции. Если К >1, то в равновесной системе больше продуктов реакции, т.е. в данном случае выход продуктов реакции больше, чем исходных веществ. Если К<1, химическое равновесие смещено в сторону образования

исходных веществ, которых  находится больше в равновесной  системе.

            Смещение химического равновесия. В момент наступления химического равновесия концентрации реагирующих веществ являются равновесными и не изменяются при отсутствии внешнего воздействия, т.е. при неизменности параметров процесса: температуры, концентрации, давления.

            Состояние химического равновесия ─ это термодинамически устойчивое состояние, т.к. система приходит в него самопроизвольно, а поэтому для вывода системы из состояния равновесия необходимо внешнее воздействие, причём, внешнее воздействие на скорость прямой и обратной реакции должно влиять по-разному.

Изменение хотя бы одного из параметров приводит к нарушению  равновесия, т.к. скорость прямого и обратного процесса изменяется по разному. Через некоторое время устанавливается новое равновесие, с иными равновесными концентрациями.

Переход системы из одного состояния равновесия в другое под  влиянием изменения параметров процесса называется смещением химического равновесия. Смещение химического равновесия происходит в соответствии с принципом Ле Шателье.

Если на систему, находящуюся  в состоянии равновесия, воздействовать внешним фактором, то система отвечает противодействием, которое стремится уменьшить произведённое воздействие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Сущность и классификация гравиметрического анализа

           Гравиметрия (от лат. gravis — тяжёлый), раздел науки об измерении величин. Гравиметрический анализ основан на определении массы вещества. В ходе гравиметрического анализа определяемое вещество или отгоняется в виде какого-либо летучего соединения (метод отгонки), или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения (метод осаждения). Методом отгонки определяют, например, содержание кристаллизационной воды в кристалло-гидратах, если вещество при нагревании не претерпевает других химических изменений, кроме выделения воды:

ВаС12 * 2Н2О (к) = ВаС12 (к) + 2Н2О (г)

           Методы осаждения применяются более широко, и их практическое значение намного больше, чем методов отгонки.

Рассмотрим методы осаждения более  подробно. Вслед за растворением пробы  или получением анализируемого раствора выполняются следующие операции (имеется в виду, что осаждается лишь один определяемый компонент):

1) осаждение; 

2) фильтрование и промывание  осадка;

3) высушивание или прокаливание  осадка;

4) взвешивание; 

5) расчет результата анализа.

            Практическое проведение каждой из этих операций основано на достаточно разработанных теоретических представлениях и многолетнем опыте химиков-аналитиков.

Расчеты в гравиметрическом анализе

              Если т-масса гравиметрической формы, например BaSO4, а в результате анализа требуется определить массу серы S, то результат можно рассчитать по простой пропорции. Обозначим молярную массу BaSO4 как М (BaSO4), молярную массу S как М (S). Составим пропорцию: отношение молярной массы определяемого компонента к молярной массе гравиметрической формы называют фактором пересчета, или гравиметрическим фактором (множителем), или просто фактором и обозначают буквой F.

z = mF.

             Гравиметрический фактор показывает массу определяемого вещества, которое соответствует 1 г гравиметрической формы.

Дифференцирование уравнения и  переход к конечным приращениям  дает:

dX = dmF + mdF;

АХ = AmF + mAF.

            Последнее соотношение показывает, что чем меньше фактор пересчета F, тем меньше погрешность определяемой величины АХ при одной и той же погрешности взвешивания Am. (Погрешность фактора AF пренебрежимо мала, и с ней можно не считаться.) Это, в сущности, вторая формулировка требования большой молярной массы гравиметрической формы.

            При вычислении гравиметрического фактора необходимо учитывать стехиометрические коэффициенты в химических формулах определяемого вещества и гравиметрической формы, с тем, чтобы число атомов определяемого компонента в числителе и знаменателе дроби было одинаковым:

            Несколько более сложные соотношения получаются при расчете, например, содержания Fe3O4, если гравиметрической формой является Fe2O3. В этом случае пропорция имеет вид

гМ (Fe2O3) - 1М (Fe3O4)

           Определяемое вещество может и не входить в состав гравиметрической формы. Например, содержание железа (Ш) в растворе сульфата железа Fe2(SO4)3 можно определить по массе осадка BaSO4, полученного из этого раствора. Один моль Fe2(SO4)3 содержит 2 моль Fe3+ и 3 моль SOf , поэтому фактор пересчета рассчитывается по следующей пропорции:

2М (Fe) - ЗМ (BaSO4) = 2M(Fe)

F - 1 3M(BaSO4)'

           Числовое значение факторов пересчета для большинства практически важных определений рассчитаны с высокой точностью и приведены в справочниках.

          Гравиметрический анализ в области содержаний определяемого компонента нескольких десятых процента и больше характеризуется очень высокой точностью. Ориентировочную погрешность гравиметрического метода можно оценить с помощью формулы (2.19). В лабораторных работах по гравиметрическому методу обычно требуется определить массу вещества в пересчете на заданное соединение. Например, при анализе сульфата результат определения часто пересчитывают на содержание SO3 по формуле

ffi(SO3) = m(BaSO4)F,

где m(SO3) -- масса SO3; m(BaSO4) -- масса прокаленного осадка BaSO4, остающаяся постоянной при повторном прокаливании, F -- фактор пересчета.

             Относительная погрешность определения массы SO3 равна относительной погрешности определения массы BaSO4. Масса гравиметрической формы m(BaSO4) получается как разность двух взвешиваний на аналитических весах:

m(BaSO4) = т1 - т2,

где т1 -- суммарная масса тигля и BaSO4; m2 -- масса пустого тигля.

Погрешность взвешивания примерно одинакова в обоих случаях:

SX=S2.

             В заводских и научно-исследовательских лабораториях нередко требуется определить серу в какой-либо пробе в пересчете на массовую долю (%) SO3. В ходе анализа серосодержащие соединения окисляют до SO3 ~ и осаждают в виде BaSO4, который затем взвешивают. Если осаждение BaSO4 производится в аликвоте, результаты такого анализа могут быть рассчитаны по формуле Прокаливание осадка до постоянной массы прекращают, когда два последовательных взвешивания различаются не более чем на 2 * 10~4 г, что характеризует обычную погрешность взвешивания на аналитических весах.

             Погрешность рассматриваемого анализа зависит главным образом от относительной погрешности взвешивания прокаленного осадка и от относительной погрешности определения объема пипетки. Следовательно, реального увеличения точности анализа можно добиться уменьшением именно этих погрешностей. В то же время следует отметить, что уменьшение погрешности в массе навески для анализа или объеме мерной колбы не приведет к сколько-либо заметному уменьшению погрешности анализа.

Практическое применение

             Гравиметрический анализ- один из наиболее универсальных методов. Он применяется для определения почти любого элемента. В большей части гравиметрических методик используется прямое определение, когда из анализируемой смеси выделяется интересующий компонент, который взвешивается в виде индивидуального соединения. Часть элементов периодической системы (например, соединения щелочных металлов и некоторые другие) нередко анализируется по косвенным методикам. В этом случае сначала выделяют два определенных компонента, переводят их в гравиметрическую форму и взвешивают. Затем одно из соединений или оба переводят в другую гравиметрическую форму и снова взвешивают. Содержание каждого компонента определяют путем несложных расчетов.

             Существенным недостатком гравиметрического метода является длительность определений. Это практически исключает применение гравиметрического анализа, например, для текущего технологического контроля производства и там, где быстрота выполнения анализа имеет решающее значение.

             Чаще всего гравиметрический метод применяют для определения основных компонентов пробы, когда на выполнение анализа отводится несколько часов или десятков часов, для анализа эталонов, используемых в других методах, в арбитражном анализе, для установления состава минералов, различных веществ, включая синтезированные, состава различных композиций и т. д. Практическое применение гравиметрического метода остается очень широким.

Механизм образования  кристаллических и аморфных осадков.

 Процесс образования  осадка (твердой фазы) в растворе  очень сложен. Сначала почти всегда  наблюдается так называемый индукционный период, который длится от момента смешения растворов анализируемого вещества и осадителя до появления видимого осадка. 
          На стадии образования первичных кристаллов не наблюдается еще видимого выделения вещества в осадок, т. к. сами эти кристаллы, а также их агрегаты (агрегация - процесс соединения зародышевых кристаллов в более крупные, состоящие из десятков, сотен молекул) имеют очень малый размер, поэтому эта стадия формирования осадка соответствует существованию коллоидных систем. Затем первичные кристаллы или их агрегаты образуют более крупные частицы и выпадают в осадок. Этот процесс в зависимости от индивидуальных свойств анализируемых веществ может идти двумя путями, определяющими форму осадка, т.е. его образование в виде кристаллов. 
            Если растворимость осадка не слишком мала, то образуется кристаллический осадок. При медленном прибавлении в раствор новых порций осадителя не появляются новые центры кристаллизации (первичные кристаллы) или новые агрегаты. Раствор некоторое время остается в пересыщенном состоянии. Выделение вещества из этого пересыщенного раствора происходит преимущественно на поверхности ранее образовавшихся зародышевых кристаллов, которые постепенно растут. Кроме того, первичный осадок непрерывно растворяется и по достижении границы пересыщения вновь выпадает. Это ведет к растворению мелких и росту крупных кристаллов. В конечном итоге получается кристаллический осадок, состоящий из сравнительно небольшого числа относительно крупных кристаллов. 
 
             Если растворимость осадка мала, то образуется аморфный осадок. Прибавление каждой новой порции осадителя вызывает быстрое возникновение в растворе огромного количества мельчайших зародышевых кристаллов, которые растут уже не вследствие отложения на их поверхности соответствующего вещества, а в результате их соединения в более крупные агрегаты, оседающие под влиянием силы тяжести на дно сосуда. Происходит коагуляция первоначально образующегося коллоидного раствора, образуется аморфный осадок.