Чудеса Аналитической химии

Этот пост является архивной копией одноименного поста с блога isChemist от 12 февраля 2018 года.

Я продолжаю свою серию коротких записей с интересными фактами из разных разделов химии.

• День 1. Чудеса органической химии
• День 3. Чудеса физической химии
• День 4. Чудеса квантовой химии
• День 5. Чудеса химии комплексных соединений

Этот, предыдущий и последующие посты являются небольшим отражением моей страсти к химии :).

Аналитическая химия - цифры, буквы и расчеты

Я бы сказал, что аналитическая химия в целом построена на расчетах связанных с растворами. Ниже перечислена лишь небольшая часть ситуаций, когда тебе пригодится аналитическая химия.

Количественный анализ

Например, производитель пишет, что в одной таблетке аспирина содержится Х грамм ацетилсалициловой кислоты (другое название аспирина). Остальное — наполнитель. Но ты, например, сторонник теорий заговора, и вообще-то Роберт Земекис намекал в фильме «назад в будущее» на события 9/11, и вообще Антон — ты рептилоид с Нибиру.

Что ж — в таком случае, ты растворяешь таблетку аспирина в щелочи, берешь бюретку, берешь индикатор, берешь колбочки, добавляешь раствор серной кислоты по капелькам, делаешь замеры обьемов, проводишь вычисления. Короче в итоге ты находишь массу ацетилсалициловой кислоты в таблетке. И ты либо убеждаешься в верности своих гипотез и жадности производителя, либо успокаиваешь свой пыл. Кстати, ты можешь повторить эксперимент с таблетками разных производителей и найти тех, у кого в среднем больше ацетилсалициловой кислоты в таблетках. Пусть и на сотые доли грамма, но ведь с миру по нитке и вот это все!

Качественный анализ

А здесь, позволь мне рассказать одну историю из жизни. В общем, завелись в деревне у бабушки муравьи и надо было их отравить. Мама пошла в магазин удобрений и купила отраву. Если быть точным, она купила дельтаметрин. С виду — ничем не примечательный беловато-серовато-непонятнокакогоцветоватого цвета. Привозит к бабушке. Проводит первую атаку на экспансию муравьиных отрядов и оставляет порошок лежать на полке на улице. В один день, к бабушке приходит знакомая и глазами проводит ЯМР 1H, Инфракрасную и Рентген спектрометрии и говорит, что это дуст!

Если кто в танке — был такой раньше инсектицид, который в простонародье называли дустом (а на самом деле он называется ДДТ, нет, не тот который «что такое осень») и который является токсичным. Он немножко применялся в СССР, но потом его запретили. Так вот, бабушка поверила знакомой на слово (нет, аргумент в виде «да блин мало ли на свете серых порошков» не котировался). Ну и бабушка потребовала выбросить этот порошок и больше его не применять.

И тут на помощь приходит аналитическая химия, только в этот раз — качественный анализ. Я сравниваю две структуры:

И замечаю, что у дельтаметрина есть одиночная двойная связь (две черточки) с левого краю. Такой штуки нет у Дуста. Двойные черточки внутри шестиугольников не в счет. Так вот, существует реакция Вагнера между такими двойными черточками и марганцовкой. Вот она.

Суть в том, что марганцовка (KMnO4) изначально фиолетовая, но после протекания переходит в бесцветную/коричневую форму. Таким образом, если мы растворим тот самый порошок в воде и добавим марганцовку и цвет изменится, то у нас дельтаметрин. Если же цвет не изменится, то это дуст. Ну я беру этот порошок, добавляю к холодной воде (условие реакции Вагнера) и пытаюсь растворить. Эта штука всячески не хочет растворяться (она даже не намокает), но мой энтузиазм не может быть убит каким-то серым порошком. В итоге, я провожу реакцию, наблюдаю обесцвечивание марганцовки и снимаю все это на видео. Показываем бабушке. Теперь верит.

Комплексы и растворение осадков

Кто из вас слышал такую фразу: «Вон твоя Кока- Кола растворяет ржавчину, тоже самое она делает с твоим желудком!»? Так вот, аналитическая химия смело берет и бьет по лицу всех тех, кто так говорит. И хоть никто не отрицает вреда Кока -Колы, который в первую и главную очередь заключается в большом количестве сахара, аргумент про растворение и пальца не стоит. А дело вот в чем.

Аналитическая химия описывает количественно силу различных комплексов металлов и определенных лигандов. Комплекс — это такая молекула, которая состоит из металла и лиганда. Лиганд — это еще одна молекула, которая может связываться с металлом. Иными словами, комплекс — это кучка молекул вокруг металла.

Так вот, дело в том, что в кока-коле содержится фосфорная кислота (звучит страшно, но на самом деле это слабая кислота. Ага, убедил Антон, слабая кислота, нормуль). Фосфорная кислота состоит из фосфатов и атомов водорода. Так вот эти самые фосфаты образуют очень прочный комплекс с заряженными частицами железа. К слову, ржавчина — осадок, состоящий из заряженных частицы железа (заряд +3) и OH частичек. Так вот, если мы опускаем ржавчину (Fe(OH)3) в раствор фосфорной кислоты, у нас образуются очень стабильные и хорошо растворимые комплексы железа (типо [Fe(PO4)2]3- и прочих страшных записей, которые не каждый поймет).

Таким образом, способность колы хорошо растворять железо никак не связано с её разрушительной силой, а лишь отображает особенность заряженных частиц железа образовывать стабильные комплексы с фосфат анионами. Кстати, а что будет, если те люди, кто говорит те аргументы про колу и ржавчину, узнают, что в желудке у нас находится соляная кислота, которая не то, что ржавчину, но и само железо в чистом виде растворит!

Сказ о том как Антон семь бутылок уксуса покупал

Та же самая аналитическая химия может показать (расчетами), что железо с зарядом +3 (читай ржавчина) также любит ацетат анионы (читай уксусную кислоту). Более того, образующиеся комплексы красиво окрашены в такой глубоко-красный цвет. В один день, в деревне у бабушки в бане забилась труба, ведущая из бака, и соответственно напор ослабился. Надо как-то трубу чистить.

Я делаю замеры трубы (сечение, длина), нахожу внутренний объем, делаю нужные расчеты и в итоге у меня выходит, что мне нужно примерно 7 бутылок уксуса (тот, который 70%). Оки доки, иду в магазин. Беру 7 бутылок уксуса и подхожу на кассу. Передо мной стоит мужик, который покупает бутылку пива. Подходит моя очередь и я выставляю семь бутылок уксуса. Выражение лица продавщицы стоило всей затеи.

В итоге, мы залили уксус в трубу, подождали минут 30-50, и спустили жидкость. Я думаю не стоит говорить, что проблема была решена и напор стал даже еще сильней, чем был раньше.

Мораль

«Химию нужно уважать!» (с)

А если серьезно — если тебе нравится идея проведения расчетов, которые потом можно применить в жизни — то возможно, у тебя есть интерес к аналитической химии.

А на этом все! Завтра будет запись про физическую химию.