Класифікація хімічних реактивів, прийнята на даний момент, базується на положенні про присвоєння реактивам кваліфікації, яке було затверджене ще за часів СРСР. Різні області застосування хімічних реактивів накладають особливі обмеження на склад домішок, у зв’язку з чим існують спеціальні різновиди кваліфікацій.
Класифікація хімічних реактивів за чистотою
Єдиної загальної класифікації хімічних реактивів за чистотою немає.
Теоретично, хімічно чиста речовина повинна складатися з часток одного виду.
Практично хімічно чистими вважаються речовини найвищої можливої ступені очищення на даному рівні розвитку науки та техніки.
Слід одразу ж приділити увагу тому, що нелегко визначити однозначну відповідність між кваліфікаціями хімічних реактивів, що прийняті у більшості країн, тому що багато з великих компаній, які виробляють та постачають на ринок хімічні реактиви, застосовують власну систему присвоєння кваліфікацій.
Така система основана, головним чином, на тому, що хімічні реактиви, що відрізняються один від іншого по ступіню чистоти випускаються під різноманітними торговими марками.
Класифікація хімічних реактивів, що прийнята, базується на положенні про присвоєння реактивам кваліфікації, що прийнята ше у СРСР:
«Технічний» — найнижча кваліфікація реактиву. Склад основного компоненту вище ніж 95 %. Колір полоси на пакуванні — коричневий.
«Чистий» Ч — складова основного компоненту (без домішок) 98 % та вище. Колір полоси на пакуванні — зелений.
«Чистий для аналізу» ЧДА — склад основного компоненту може бути вище чи значно вище ніж 98 %, в залежності від галузі застосування. Домішки не перевищують допустимої межі, що дозволяє проводити точні аналітичні дослідження. Колір полоси на пакуванні — синій.
«Хімічно чистий» ХЧ — найвища ступінь чистоти реактиву. Складова частина основного компоненту більш ніж 99 %. Колір полоси на пакуванні — червоний.
«Особливо чистий» ос.ч. — кваліфікація призначена для речовин з високим очищенням. До особливо чистих відносяться речовини найвищої ступіні чистоти у порівнянні з хімічними реактивами, що відповідають існуючим кваліфікаціям. Особо чисті речовини у своєму складі мають домішки у такій незначній кількості, що вони не впливають на основні специфічні властивості речовин. Число та концентрація домішок у окремих особливо чистих речовинах різні та визначаються, з однієї сторони, необхідністю практики, з іншої — здобутком препаративної та аналітичної хімії. Колір полоси на пакуванні — жовтий.
Кожній особливо чистій речовині присвоюється певна марка в залежності від природи та числа т. з. лімітованих (=контролюємих) у ньому домішок, а також їх складу:
Для особо чистих речовин, у яких лімітуються тільки неорганічні домішки, марка визначається буквами «осч» (особливо чистий) та слідуючими за ними двома (через дефіс) числами:
Перше показує кількість лімітованих неорганічних домішок, друге — негативний показник ступеню суми складової цих домішок (домішки, що лімітовані за тією ж нормою в химічному реактиві з тією ж назвою, не враховуються).
Наприклад, марка особливо чистої речовини, у якій лімітуються 11 неорганічних домішок та сума їх складає 2,5×10−4% (мас.), позначається «осч 11—4».
Які методи використовуються для отримання особливо чистих речовин, і як позначають їх маркування?
Для особливо чистих речовин, у яких лімітуються тільки органічні домішки, марка позначається літерами «од» (органічні домішки), опісля цього (через дефіс) числом, що відповідає негативному показнику ступіні суми їх складу, та літерами «осч».
Таким чином, марка особливо чистої речовини при сумі органічних домішок, з яких складається 10−3% (мас.) позначається «од—3 осч».
Для особливо чистих речовин, у яких лімітуються як органічні, так і неорганічні домішки, при виявленні марки маються на увазі склад одних та інших домішок.
Наприклад, марка особливо чистої речовини, у якій сума органічних домішок 2×10−4% (мас.) та суму восьми неорганічних домішок 3×10−5% (мас.), позначається «од—4 осч 8—5».
Особливо чисті речовини отримують через глибоку очистку, використовуючи різні фізико-хімічні методи, такі як осадження, ректифікація, дистиляція, екстракція, сорбція та іонний обмін. Розподіл може ґрунтуватися на різниці в хімічних властивостях компонентів, що дозволяє застосовувати створення комплексів, вибіркове окислення або відновлення для досягнення особливої чистоти.
Під час очищення речовин варто враховувати можливе надходження забруднюючих домішок з повітря, реактивів, води а також з матеріалу апаратури.
Різноманітні галузі застосування хімічних реактивів накладають особливі обмеження на складову домішок, у звʼязку з чим присутні спеціальні різновиди кваліфікацій, наприклад:
Спектрально чистий
Спектральний аналіз — сукупність методів якісного та кількістного визначення складової обʼєкту, що базується на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням, включно зі спектрами електромагнітного випромінювання, акустичних хвиль, розподілення по масам та енергіям елементарних часток, тощо.
В залежності від цілей аналізу та типів спектрів виділяють декілька методів спектрального аналізу.
Атомний та молекулярний спектральні аналізи дозволяють визначати елементарний та молекулярний склад речовини, відповідно. В емісійному та абсорбціоних методах складова частина визначається за спектрами викиди та поглинання.
Мас-спектрометричний аналіз здійснюється за спектрами мас атомарних чи молекулярних іонів та дозволяє визначати ізотопний склад обʼєкта.
Принципи роботи
Атоми кожного з хімічних елементів мають певні резонансні частоти, у результаті чого саме на цих частотах вони випромінюють чи поглинають світло.
Темні лінії зʼявляються, коли електрони на нижніх енергетичних рівнях атому під впливом радіації від джерела світла підіймаються на вищий рівень. Вони поглинають світлові хвилі визначеної довжини, а потім повертаються назад, випромінюючи хвилі тієї ж довжини у зворотному напрямку. Оскільки це випромінювання розсіюється у всіх напрямах, на спектрограмі видно темні лінії, що відповідають заданим довжинам хвиль. Ці довжини хвиль відрізняються для кожної речовини і визначаються різницею енергії між електронними енергетичними рівнями в атомах цієї речовини.
Кількість ліній для конкретної речовини відповідає можливим сінгулярним переходам електронів між енергетичними рівнями. Наприклад, при дворівневому розташуванні електронів можливий один перехід (внутрішній рівень – зовнішній), і на спектрограмі буде дві темні лінії. Якщо є три енергетичних рівні, можливі три переходи (1-2, 2-3, 1-3) і три темні лінії на спектрограмі.
Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини та її стану. У кількістному спектральному аналізі визначають склад речовини що досліджується за відносною чи абсолютною інтенсивністю ліній чи смуг у спектрах.
Оптичний спектральний аналіз характеризується відносною простотою реалізації, відсутністю складної підготовки проб до аналізу, незначною кількістю речовини, що необхідна для аналізу (у межах 10—30 мг).
Атомарні спектри (поглинання чи випромінювання) отримують перетворенням речовини у пароподібний стан шляхом нагріву проби до 1000—10000 °C. У якості джерела збудження атомів при емісійному аналізі струмопровідних матеріалів застосовують іскру, дугу змінного струму; при цьому пробу розміщують у кратері одного з вугільних електродів. Для аналізу розчинів широко використовується полумʼя чи плазму різноманітних газів.
Застосування
Останнім часом найбільше розповсюдження отримали емісійні та мас-спектрометричні методи спектрального аналізу, що беруть за основу на збуджені атомів та їх іонізації в аргоновій плазмі індукційних розрядів, а також у лазерній іскрі.
Спектральний аналіз — чутливий метод та широко застосовується в аналітичній хімії, астрофізиці, металургії, машинобудівництві, геологічній розвідці, археології та інших галузях науки.
В теорії обробки сигналів, спектральний аналіз означає аналіз розподілення енергії сигналу (наприклад, звукового) за частотами, хвилевим числам, тощо.
Оптично чистий:
Оптична спектроскопія — це метод спектроскопії в оптичному (видимому) діапазоні довжин хвиль, що охоплює ультрафіолетовий та інфрачервоний (від кількох сотень нанометрів до одиниць мікрон). Цим методом отримано більшість даних про структуру речовини на атомному та молекулярному рівні, а також про поведінку атомів і молекул при їх об’єднанні в конденсовані речовини. Особливість оптичної спектроскопії, на відміну від інших видів, полягає в тому, що більшість структурно організованої матерії резонансно взаємодіє з електромагнітним полем саме в оптичному діапазоні частот. Тому оптична спектроскопія широко використовується для отримання інформації про речовину.
Хирально чистий:
Оскільки хиральність є геометричною характеристикою, її можливо визначати шляхом віднесення молекули до тої чи іншої групи симетрії. В очевидь, не є хиральними молекули з центром інверсії (i) чи площиною симетрії (s), оскільки ці молекули складаються з двох однакових частин, які у випадку відзеркалення перетворюються один в іншого та відображення є еквівалентним початковій молекулі. Раніше геометричний критерій хиральності формулювали так: «у хиральної молекули не повинно бути площини симетрії та центру інверсії». На даний час користуються більш точним критерієм, який передбачає відсутність у хиральної молекули до купи – дзеркально-поворотних осей Sn.
В амінах, фосфінах, іонах сульфонію, оксонію, сульфоксидах хиральність може виявлятися через оточення у просторі атомами азоту, фосфору, сірки та кисню. Не дивлячись на те, що у даних сполученнях усі вони мають тільки три заміщувача, четверте координаційне місце займає неділима пара електронів та відбувається виникнення центру хиральності.
Хіральні аміни відрізняються від хіральних сполук кисню, фосфору та сірки, оскільки енантіоміри амінів, що виникають через стереогенний атом азоту, рідко розділяються. Вони легко перетворюються один в одного завдяки інверсії атома азоту (енергія активації EA для триметиламіна близько 30 ккал/моль). Водночас відповідні фосфіни піддаються інверсії повільніше (енергія активації EA для триметилфосфіну близько 190 ккал/моль).
Виключенням з даної особливості є аміни, у яких інверсія азоту неможлива, оскільки його конфігурація закріплена у просторі.
Ядерно чистий:
Усі ізотопи одного елементу мають однаковий заряд ядра, що відрізняються лише числом нейтронів.
Зазвичай ізотоп позначається символом хімічного елементу, до якого він відноситься, з додаванням верхнього лівого індексу, що означає масове число (до прикладу, 12C, 222Rn). Можливо також написати назву елементу з додаванням через дефіс масового числа (наприклад, вуглець-12, радон-222). Деякі ізотопи мають традиційні власні назви (наприклад, дейтерій, актінон).
Розрізняють ізотопи стійкі (стабільні) та радиоактивні.
У технологічній діяльності люди навчилися змінювати ізотопний склад елементів для отримання специфічних властивостей матеріалів. Наприклад, 235U здатний до ланцюгової реакції поділу тепловими нейтронами і використовується як паливо для ядерних реакторів чи зброї. У природному урані лише 0,72 % цього нукліду, а для ланцюгової реакції потрібно не менше 3 % 235U. Через близькість фізико-хімічних властивостей ізотопів збагачення урану є складним завданням, доступним лише кільком державам. Ізотопна розмітка використовується в багатьох галузях науки та техніки, наприклад, у радіоімунному аналізі.
Нукліди 60Co та 137Cs використовуються при стерилізації ?-променями (променева стерилізація) як один з методів фізичної стерилізації інструментів, перевʼязувального матеріалу та інше. Дозування проникної радиації повинна бути досить значною — до 20-25 кГр, що потребує особливих заходів безпеки. У звʼязку з цим променева стерилізація проводиться у спеціальних приміщеннях та є заводським методом стерилізації (безпосередньо у стаціонарах вона не виконується).
також для:
кріоскопії
термохімії
мікроскопії
хроматографії
Більшість хімічних реактивів контролюють за двома-трьома характеристиками.
Але багато з кислот, основи та солі, також реактиви, що застосовуються у біологічних дослідженнях, контролюють за більш чим 20 показникам.
Важливо враховувати наявність зважених часток, адже навіть розріджений розчин з частками менше 1 мкм може суттєво вплинути на загальну концентрацію домішок.