Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CUA HOA PHÂN TÍCH 1. Đối tượng, nhiệm vụ, vai trò của-hoá phân tích Hoá học phân tích là một ngành của hoá học có nhiệm vụ xác đinh'sự có mặt và hàm lượng của các nguyên tố trong một chất hay của các chất trong một hỗn hợp. Vai trò của hoá học phân tích trong thực tế rất lớn, hầu như không một ngành khoa học nào không sử dụng đến hoá phân tích.
Từ những năm cuối của thế kỉ 20 đến nay loài người rất quan tâm đến sự ô nhiễm môi trường thì hoá phân tích trở thành một công cụ đắc lực không thể thiếu trong việc đánh giá Và cải tạo môi trường. Hóa phân tích cho phép đánh giá thành phần của các chất vô cơvà hữu cơ để thiết lập công thức phân tử, công thức cấu tạo của chúng. Đến nay loài người đã biết công thức cấu tạo của khoảng 50 vạn chất vô cơ, 6,5 triệu chất hữu cơ là nhờ có sự trợ giúp của hoá phân tích. l Hoá phân tích cho phép xác định được thành phần, bản chất của các loại quặng, các loại khoáng có sẵn trong thiên nhiên.
Nhờ có hóa phân tích mà con người biết được thành phần chính của quặng canxit là CaCO;; thành phần chính của quặng đôlômit là CaCO;.MgCO;, Thành phần chính của quặng cacnanit là KCI.6H,O; thành phần chính của của khoáng sinvinit là KCI-NaCI.H;O; thành phần chính của quặng cuprit là Cu;O. - - Hóa phân tích cho phép xác định được thành phần của các sản phẩm chiết tách từ thiên nhiên như các tỉnh dầu, các dầu béo, các sản phẩm chiết từ cơ thể động vật, các loại nọc ong, nọc rắn, sữa:ong chúa, mật ong. Vi dụ, người ta đã dùng phương pháp sắc kí cột để xác định rằng dâu tây có một hương vị đặc trưng, quyến rũ là do nó được tạo bởi một hỗn hợp hơn 200 este được thiên nhiên hoà trộn một cách tài tình với nhau mà con người không thể bắt chước được. Nhờ hoá phân tích mà con người biết được thành phần của các vitamin như A, B;;, C cũng như thành phần của các,chất gây nghiện như nicotin, cacbazin.
Hoá phân tích trợ giúp đắc lực cho việc kiểm tra bán sản phẩm khiến cho con người theo đối được sự biến đổi thành phần của các bán sản phẩm trong quá trình sản xuất để đề ra được các biện pháp kĩ thuật phù hợp nhằm sản xuất ra được sản phẩm theo đúng ý muốn.-Vf dụ, trong quá trình sản xuất thép, gang người ta theo đối liên tục thành phần của các chất trong lò luyện bằng các phương pháp phân tích nhiệt để từ đó có phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp trong lò luyện nhằm tạo ra các loại gang, thép có chất lượng cao, kể cả các loại thép đặc biệt. Hoá phân tích có-vai trò cố vấn trong việc kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm công; nông-nghiệp; thực phẩm. Việc sử dụng bừa bãi hoá chất trong các loại thực phẩm trên thị trường ngày nay là rất nguy hại và hiện tại không kiểm soát nổi nhự việc dùng phẩm màu trong kẹo bánh, việc ướp hải sản bằng urê, việc cho föcmon vào bánh phở, việc sấy thuốc bắc bằng SO,. Để có căn cứ pháp lí qui kết vi.
phạm của các cơ sở sản xuất vô lương tâm này cần phải có kết quả đánh giá phân tích hầm lượng các chất độc trong các sản phẩm nhiễm độc đó. Khi này hoá phân tích trở thành một công cụ cần thiết hơn cả. Hóa phân tích giúp ngành công an có các căn cứ pháp y để kết luận về các vụ đầu độc qua máu, qua đường tiêu hoá. Việc xác định hàm lượng cồn trong máu 8 tội phạm cũng là một thông tin giúp ích cho việc thụ lí vụ án một cách khoa học, chính xác.
Việc kiểm tra chính xác hàm lượng các chất kích thích như hàm lượng đôpinh trong cơ thể các cầu thủ cũng góp phần đảm bảo cho các cuộc thi đấu trên thế giới có tỉnh thân thể thao trong sáng, lành mạnh: Ở các nước tiên tiến trên thế giới, như Mĩ, Anh, Pháp, người ta phân tích được cả côn trùng nơi xảy ra vụ án, điều này giúp ích nhiều cho ngành công an có khả năng xác minh chính xác dấu vết tội phạm cũng như gốc tích người bị hại: Vai trd quan trọng nhất của hoá phân tích là chỉ lối cho tổng hợp. Thực tế có nhiều chất quan trọng cho đời sống cửã con người,:cấy trồng, vật nuôï nếu chỉ chiết tách chúng từ thiên nhiên thì giá thành của chúng rất cao, chỉ phí tốn kém mà sản lượng rất nhỏ. Ví dụ nếu chỉ trồng chanh để chiết lấy vitamin C thì không thể có đủ vitamin C dùng cho con người và giá của một viên vitamin.C sẽ rất cao mà người ngèo không thể mua nổi. Vậy vấn đề đặt ra là phải điều chế ra vitamin C cũng như các loại vitamin khác bằng con đường tổng hợp trong nhà máy, xí nghiệp dược phẩm.
Con đường mô phỏng, bắt chước (simulation) thiên nhiên là con đường ngắn nhất, chỉ phí tiết kiệm nhất để điều chế ra các chất cần thiết. Muốn điều chế ra một chất cần phải hiểu rõ thành phân định tính, định lượng, cấu tạo, tinh năng tác dụng của chất đó; điều này là nhiệm vụ của hoá phân tích. Một sự phân tích kĩ lưỡng sẽ có một sự tổng hợp kĩ lưỡng đúng như lời của Nhà triết học cách mạng vĩ đại F.Ăng-ghen đã viết trong tác phẩm “Chống Đuyrinh'` là: “Thiếu phân tích sẽ không có tổng hợp”. Hiện nay trên thế giới đang có những thay đổi nhanh chóng, kỳ điệu trong mọi lĩnh vực hoạt động của xã hội loài người.
Từ đầu những năm 70 của thế kỉ XX đến nay cuộc cách mang tin học.và công nghệ vi điện tử đã làm thay đổi đời sống kinh tế xã hội của tất cả các nước. Cùng với sự phát triển công nghiệp vi điện tử, tin học, công nghiệp vật-liệu có.những biến đổi sâu rộng. Sự tiến bộ trong lĩnh vực vật liệu đã tạo ra sự đa dạng, phong phú về vật liệu với chất lượng tốt, có nhiều ứng dụng mới. Tính chất của các vật liệu phụ thuộc vào vi cấu trúc của chúng, hiểu được vi cấu trúc của vật liệu là hiểu được nguồn gốc của tính chất, từ đó có cơ sở xây.dựng các công nghệ tối ưu nhằm sản xuất được các vật liệu cao cấp như vật liệu nano.
Vấn đề phân tích vi cấu trúc là một vấn đề khó khăn và nan giải nhưng nếu làm được sẽ tạo ra các kết quả có ý nghĩa kinh tế rất cao. Các nhà khoa học trong nước và trên thế giới đang hàng ngày, hàng giờ miệt mài nghiên cứu để nâng trình độ phân tích lên một tầm cao mới. Phân tích vi cấu trúc của các loại thuốc bệnh cũng được quan tâm rất nhiều. Các nhà khoa học đã tìm hiểu các nhóm chức, các:vòng đặc biệt có các chức năng tác động sinh lí vào các loại gen gây bệnh khác nhau để từ đó thiết kế lên các biệt dược mới chữa được các loại bệnh nan y.
Để làm được điều này cần có-sự trợ giúp của các máy móé phân tích hiện đại. Trong tương laï gần các viện, trường cũng như các cơ sở sản xuất ở ñước ta sẽ được trang bị nhiều máy phân tích hiện đại, trình độ phân tích của nước ta-sẽ tiến kịp trình độ phân tích của thế giới khi đó các nhà khoa hoe phan tích sẽ đủ khả năng phân tích các mẫu phức tạp, khó khăn mà ngày nay còn chưa thực hiện được. Thời gian gần đây công nghệ nanô đang là mối quan tam hang dau cia nhiéu quốc gia nhằm tạo ra sự thay đổi diệu kì trong xây dựng, hoá học, vật lí học, y khoa thì hoá phân tích như một công cụ đắc lực trong ngành công nghệ mới mẻ này. Tóm lại hoá phân tích có ý nghĩa lớn trong việc xác định thành phân các chất, xác định các nhóm chức cấu thành nên các chất, xác định thành phần các sản vật có sẵn hoặc được chiết tách từ thiên nhiên, xác định các bán sản phẩm, xác định thành phần các sản phẩm công, nông nghiệp, thực phẩm, kiểm tra thành phần các độc tố trong thực phẩm cũng như trong cơ thể sinh vật.
Các phép phân tích pháp y trợ giúp cho ngành luật pháp, công an làm sáng tỏ các vụ án. Hoá phân tích. cũng có tác dụng chỉ lối cho tổng hợp, định hướng cho tổng hợp điều chế các chất, nhất là các biệt dược, quí hiếm trong thiên nhiên bằng con đường tổng hợp ngắn nhất, hiệu quả kinh tế nhất. Cân bằng trong dung dịch Trong hoá học phân tích thường phải tính nồng độ các chất tham gia vào phản ứng, hoặc tạo thành sau phản ứng khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng.
Để tính nồng độ cân bằng của các chất thường phải sử dụng đỉnh luật tác dụng khối lượng. Giả sử có cân bằng: aA +bB © cC+ dD Theo định luật tác dụng khối lượng ta có: 'c]“[p]* x mon a) Trong biéu thitc (1.1) dau [ ] biéu diénnéng do can bang của các chất tính theo mol/l, K 14 hang số cân bằng, phụ thuộc vào nhiệt độ Và bản chất của cân bằng, không phụ thuộc vào nồng độ. Định luật được phát biểu là: Ở một nhiệt độ nhất định khi một phản ứng hoá học đạt tới trạng thái cân bằng thì tỉ số giữa tích số:nông độ của các chất sinh ra trong phản ứng với số mũ là hệ $ố tỉ lượng tương ứng với tích số nồng độ của các chất ban đầu với số mũ là hệ.số tỉ lượn tương ứng bằng một hằng số, được gọi là hằng số cân bằng. Hằng số cân bằng K không phụ thuộc vào nông độ ban đầu của các chat A và B.
Ở một nhiệt độ cụ thể đù nồng độ của A, B có là bao nhiêu đi nữa thì tỉ số trên vẫn không thay đổi. Trong dung dịch điện li A;B,C,D'là các ion nên giữa chúng có sự tương tác với nhau. Khi đó số ion tham gia tương tác tạo ra sản phẩm sẽ nhỏ đi, trong biểu thức (1.1) nồng độ ion được thay bằng hoạt độ ion: Hoạt độ của ion chính là nồng độ có hiệu lực của ion đó khi tham gia phản ứng hoá học: a EC trong đó f là hệ số hoạt độ. Nhìn chung a<C nên f = é 1.
b « LẠ Biểu thức tính hằng số K theơ hoạt độ là: K=“£“# =eønz (1.2) Aas Trong biểu thức (1:2) a, là hoạt độ của chất ¡ tại trạng thái cân bằng. Khi dung dịch điện li có nồng độ cao, các ion tương tác với nhau nhiều hon, hằng số K được tính theo hoạt độ. Khi dung dịch điện li có nồng độ thấp hằng số K được tính gần đúng thec nồng độ.