Analiza jakościowa stanowi zbiór metod stosowanych w celu ustalenia składu jakościowego i ilościowego substancji i polega na identyfikacji składników związków chemicznych lub mieszanin. W tym celu wykonuje się reakcje chemiczne, w wyniku których wydzielają się osady trudno rozpuszczalnych związków, powstają barwne związki lub wydzielają się gazy.
Celem stosowania analizy jakościowej jest stwierdzenie (lub wykluczenie) obecności jakiegoś składnika w badanej próbce. Czynności zmierzające do wykonania tego zadania określane są mianem wykrywania. Celem analizy ilościowej jest również określenie ilości składników badanej próbki. Czynności zmierzające do wykonania tego zadania określane są mianem oznaczania.
Identyfikację składników próbki dokonuje się za pomocą odpowiednich odczynników analitycznych, powodujących charakterystyczną reakcję, której towarzyszy zmiana barwy roztworu, płomienia, specjalnie stopionej perły (barwne perły) albo wytrącenie osadu.
Wśród metod analitycznych możemy wyróżnić:
1) metody klasyczne - wykonywane bez użycia aparatury, oparte na reakcjach chemicznych
2) metody instrumentalne - wykorzystujące skomplikowaną zwykle aparaturę, oparte na połączeniu reakcji chemicznych i zjawisk fizycznych.
Analiza wybiórcza polega na wykrywaniu poszczególnych jonów bez przeprowadzenia wstępnego rozdzielenia. Wykorzystuje się w tym przypadku tzw. reakcje specyficzne, dla określonego jonu. Reakcji takich jest niewiele i nie jest możliwa z ich pomocą identyfikacja wszystkich kationów i anionów.
Analiza systematyczna polega na rozdzieleniu i zaszeregowaniu jonów obecnych w roztworze do poszczególnych grup analitycznych, a następnie przeprowadzeniu odpowiednich reakcji charakterystycznych.
Przystępując do analizy, należy zwrócić uwagę na pewne cechy roztworów wynikające z obecności niektórych jonów, obserwacje których mogą być pomocne w przeprowadzeniu analizy. Do cech tych należą zapach i odczyn roztworu, ale przede wszystkim barwa roztworu, na przykład:
| Jon | Barwa | Jon | Barwa |
|---|---|---|---|
| Cu2+ | Niebieska | Fe2+ | Jasnozielona |
| Cr 3+ | Do zielonej do fioletowej | Fe3+ | Żółtobrunatna |
| Ni 2+ | Zielona | CrO42- | Żółta |
| Mn 2+ | Jasnoróżowa | Cr2O72- | Pomarańczowa |
| Co 2+ | różowa | MnO4- | fioletowa |
Reakcje charakterystyczne:
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓
3 Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3 = Fe3[Fe(CN)6]2↓
Zn2++ 2OH- = Zn(OH)2↓
Zn(OH)2+ 2OH- = [Zn(OH)4]2-
Co2+ + OH- + NO3- = Co(OH)NO3↓
Co(OH)NO3 + OH- =Co(OH)2 + NO3-
Ag+ + Cl- = AgCl↓
2 Ag+ + 2NaOH- = Ag2O↓+ H2O+ 2 Na+
Pb+ + 2 Cl- = PbCl2↓
Pb+ + 2 OH- = Pb(OH)2↓
Cu2+ + S2- = CuS↓
Cu2+ + 2 NH3*H2O =Cu(OH)2↓+ 2 NH4-
Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3↓
Cr3+ + HPO42- = CrPO4↓+ H+
Ni2+ + 2OH- = Ni(OH)2↓
Ni2+ + Cl- + NH3 + H2O = Ni(OH)Cl↓ + NH4+
Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3
4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)4]3↓
Źródła zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkim dzieli się na naturalne i antropogeniczne. Pierwsze z nich są spowodowane głównie przez migrację i obieg metali w środowisku związane z procesami: erupcji wulkanów, wietrzeniem skał, pożarami lasów oraz parowaniem z powierzchni oceanów. Ważniejszą jednak rolę odgrywają procesy związane z działalnością człowieka na skutek gwałtownego rozwoju cywilizacji. Do zanieczyszczenia środowiska przyczyniają się różne gałęzie przemysłu, w tym: chemiczny, nawozów sztucznych, elektrotechniczny, celulozowo-papierniczy, hutniczy i metalurgiczny, szklarski, ceramiczny, cementownie, produkcja lamp i urządzeń pomiarowych, elektrownie węglowe i przemysł koksowniczy. Przyczynami gwałtownego wzrostu zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi są również: intensyfikacja rolnictwa, niewłaściwe nawożenie, niekontrolowana emisja pyłów i dymów przemysłowych oraz nasilenie komunikacji samochodowej. Silniki spalinowe wydalają wiele szkodliwych substancji, w tym metali ciężkich, które są składnikami spalin. W efekcie ścierania się opon również do środowiska dostają się Cr, Pb, Cd oraz Zn. Dodatkowym źródłem metali ciężkich są ścieki komunalne i przemysłowe oraz środki ochrony roślin. Gleby, które są użytkowane rolniczo, dodatkowo zawierają metale ciężkie pochodzące z nawozów zarówno organicznych, jak i mineralnych (m.in.: fosforowych i wapniowych).
Metale ciężkie w środowisku przyrodniczym
Metale ciężkie można zdefiniować w różny sposób, mniej lub bardziej precyzyjnie. Biorąc pod uwagę właściwości fizyko-chemiczne metali ciężkich są to pierwiastki o gęstości powyżej 4,5 g/cm3 , które posiadają zdolność do oddawania elektronów. W stałym i ciekłym stanie skupienia charakteryzują się dobrą przewodnością cieplną i elektryczną. Metale ciężkie to między innymi: Cu, Co, Cr, Cd, Fe, Zn, Pb, Hg, Mn, Ni. Niektóre z nich to pierwiastki niezbędne dla organizmów żywych, tzw. mikroelementy (np. miedź, cynk, mangan), inne zaś toksyczne dla środowiska (np. rtęć, ołów).
Zagrożenia: Metale w środowisku mogą ulegać przemianom fizycznym i chemicznym, które znacząco wpływają na formy ich występowania oraz decydują o ich toksyczności. Problematyka występowania metali ciężkich dotyczy w dużym stopniu gleb i roślin, w tym upraw rolniczych. Metale wprowadzone do środowiska podlegają różnorodnym procesom. Migrują z gleby, skąd są pobierane przez rośliny, z wody oraz powietrza do organizmu człowieka. Charakterystyczną cechą metali ciężkich jest, w przeciwieństwie do substancji organicznych, brak możliwości rozkładu.
Do pierwiastków metalicznych występujących w glebach można zaliczyć przede wszystkim: żelazo, nikiel, chrom, cynk, kobalt, miedź, kadm, ołów i rtęć. Ich akumulacja następuje głównie w powierzchniowych profilach gleb, gdzie mogą zalegać przez setki i tysiące lat. Metale ciężkie z powierzchniowych warstw gleb z łatwością przedostają się do roślin i kolejno do poszczególnych ogniw łańcucha pokarmowego, wywołując efekty kancerogenne i mutagenne w organizmach żywych.
Wyżej wymienione pierwiastki można zakwalifikować do dwóch grup. Do pierwszej z nich należą: kadm, ołów oraz rtęć - charakteryzują się wysokim poziomem toksyczności dla organizmów żywych oraz roślin. Drugą grupę cechuje mniejsza szkodliwość dla zwierząt w stosunku do roślin i są to: żelazo, cynk, nikiel, miedź.
Emisja metali ciężkich według rodzajów działalności w 1998 r. [Mg]
Arsen As |
Chrom Cr |
Cynk Zn |
Kadm Cd |
Miedź Cu |
Nikiel Ni |
Ołów Pb |
Rtęć Hg |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektrociepłownie, elektrownie i ciepłownie | 5,9 | 7,7 | 100,6 | 3,1 | 22,7 | 28,2 | 31,3 | 14,7 |
| Elektrownie i kotłownie lokalne, indywidualne źródła emisji | 23,2 | 28,9 | 824,1 | 37,5 | 126,5 | 136,3 | 210,6 | 3,9 |
| Procesy spalania w zakładach przemysłowych | 24,0 | 7,7 | 916,2 | 11,3 | 216,2 | 74,9 | 259,5 | 8,3 |
| Procesy produkcyjne bez udziału spalania | 1,2 | 43,0 | 327,7 | 2,5 | 19,3 | 6,4 | 117,7 | 1,9 |
| Transport drogowy | 0,0 | 2,5 | 0,0 | 0,2 | 2,4 | 4,0 | 105,2 | - |
| Inne rodzaje transportu | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,1 | 0,9 | 1,5 | 3,6 | - |
| Przerób odpadów | 0,0 | 0,0 | 4,8 | 0,7 | 0,7 | 0,0 | 8,1 | 0,7 |
według: „Roczniki Statystyczne GUS”
Literatura:
1. Jabłoński A., Palewski T., „Instrukcja do ćwiczeń z chemii”, 2000.
2. Nowak J., Kowalski Z., „Encyklopedia XX”, PWW, Warszawa 1999.
3. Szczepaniak W., „Metody instrumentalne w analizie chemicznej”, PWN, Warszawa 2000.
4. Strona internetowa: pl.wikipedia.org/wiki.