Фізико-хімічний аналіз

Незважаючи на те, що методи звичайного хімічного аналізу дозволяють встановлювати склад найскладніших сполук, в деяких випадках вони все ж виявляються недостатніми. Обумовлено це тим, що для встановлення складу шляхом хімічного аналізу необхідно насамперед виділити досліджуване речовина в індивідуальному стані. Якщо таке виділення чому-неможливо, то непридатними стають і методи хімічного аналізу.

Велику допомогу можуть у подібних випадках надати фізичні методи дослідження. На це вказував ще М. В. Ломоносов: «легше розпізнати приховану природу тіл, якщо з’єднати фізичні істини з хімічними», – писав він в 1749 р. Ретельно вивчаючи хід зміни фізичних властивостей тієї чи іншої системи в міру зміни її складу або зовнішніх умов, часто вдається не тільки виявляти сама наявність в ній хімічних перетворень, але і стежити за протеканіемпоследніх і отримувати певні вказівки щодо їх характеру і складу утворюються продуктів. Виявлення і вивчення відбуваються в системі хімічних змін шляхом дослідження її фізичних властивостей і становить предмет фізико-хімічного аналізу. Узагальнена трактування фізико-хімічного аналізу як самостійної наукової дисципліни була дана Н. С. Курнаков-вим (1913 р.).

Розглянемо, наприклад, які вказівки можуть бути іноді отримані при вивченні швидкості охолодження. Для визначення останньої попередньо нагрітого речовині дають охолоджуватися, через певні проміжки часу відзначаючи його температуру. Результати наносять на діаграму, в якій по осі абсцис відкладають час, а по осі ординат-температуру речовини. Отримувані таким шляхом криві охолодження і служать підставою для подальших висновків. Якщо при охолодженні системи в ній не відбувається внутрішніх змін, що супроводжуються виділенням тепла, то пониження її температури йде безперервно (що на схемі рис. 153 відповідає лінії А). Навпаки, якщо такі зміни відбуваються, спостерігається тимчасова затримка охолодження системи. Нехай, наприклад, охолоджується водяна пара, на грітий спочатку під атмосферним тиском до 150 °С. Спочатку його охолодження йде безперервно, але при 100 °С пар починає згущуватися в рідку воду, що супроводжується виділенням тепла – на кривій охолодження (рис. 153, Б) з’являється зупинка і деякий час (поки триває утворення води) температура не змінюється, т. е. крива йде паралельно осі абсцис. Далі, від 100 °С до нуля, відбувається поступове охолодження рідкої води і крива знову безперервно знижується. Але при 0 °С вода починає замерзати, що знову-таки супроводжується виділенням тепла. На кривій охолодження це зазначається нової зупинкою, тобто ділянкою, що йде паралельно осі абсцис протягом часу, необхідного для замерзання всієї наявної води. Охолодження льоду йде знову безперервно.

Якщо вивчення кривої охолодження води нічого принципово нового не дає, то іноді справа йде інакше. Наприклад, перша

зупинка на кривій охолодження рідкого заліза (схема рис. 154) відповідає переходу Fe при 1539 °С у твердий стан, наявність ж на кривій ще – трьох зупинок вказує на якісь пов’язані з виділенням тепла процеси, які у твердому залозі. Такими процесами можуть бути тільки переходи однієї аллотропическими форми в іншу. Крива охолодження дозволяє, отже, зробити висновок про існування чотирьох алотропічних модифікацій заліза – а, (3, у і б. Одночасно вона точно визначає області їх стійкості. Як показують більш детальні дослідження, всі чотири модифікації дійсно існують і розрізняються за деякими своїми властивостями. Очевидно, що виявлення їх за допомогою звичайного хімічного аналща взагалі неможливо. собенно часто користуються діаграмами склад-температура плавлення. Присвячений їх вивченню відділ фізико-хімічного аналізу часто називають термічним аналізом, а самі подібні діаграми носять назву діаграм плавкості.

Найбільш типові форми кривих плавкості для систем з двох речовин показані на рис. 159. Крива I відповідає тому досить рідкісному випадку, коли температура плавлення суміші двох речовин при будь-якому її складі лежить між їх власними точками плавлення. Крива II відповідає випадку, коли температура плавлення кожного з двох речовин знижується від додавання іншого. Та точка на діаграмі, при якій в подібній системі досягається щонайнижча температура плавлення, називається евтектичної. Таку діаграму дає, наприклад, система Cd-Bi (рис. 160).

Для більш детального ознайомлення зі значенням окремих кривих і областей діаграм плавкості розглянемо рис. 160 трохи докладніше. Якщо охолоджувати, наприклад, рідкий сплав, який містить 40% Bi, то при 225 °С з нього почнуть виділятися кристали кадмію, внаслідок чого склад збагачував вісмутом рідини буде при подальшому охолодженні змінюватися відповідно з нижньою частиною кривої АВ. Подібним же чином при охолодженні до 225 °С сплаву з вмістом 90% Bi з нього почнуть виділятися кристали вісмуту і склад рідини буде надалі змінюватися по нижній частині кривої БВ. Отже, крива АВ відповідає рівновазі між рідким сплавом і кадмієм, а крива БВ – рідким сплавом і вісмутом. По досягненні температури евтектичної точки В (144 °) складається приблизно з 40% Cd і 60% Bi рідина твердне цілком, утворюючи суміш дрібних кристаликів Cd і Bi – так звану евтектику. Нижче 144 °С сплав Bi і Cd ні при якому їх співвідношенні в рідкому вигляді існувати не може.

Посилання на основну публікацію