Metódy chemického výskumu

Chémia využíva rôzne metódy na skúmanie látok, ich vlastností a zmien, ktorými prechádzajú. Tieto metódy je možné klasifikovať podľa povahy, rozsahu a zamerania výskumu.

Dôležitou skutočnosťou je, že tieto metódy sa v praxi často kombinujú a dopĺňajú, čo umožňuje komplexné pochopenie chemických procesov.

Podľa spôsobu získavania poznatkov link

• Pozorovanie: Cieľavedomé opisovanie vlastností látok alebo chemických reakcií a javov bez zásahu do objektu. Zahŕňa vňímanie zmyslami aj meranie vlastností.
• Experiment (pokus): Základná metóda poznávania v chémii, ktorá zahŕňa cieľavedomé vyvolanie a sledovanie chemických reakcií alebo javov v kontrolovaných podmienkach. Experiment umožňuje overovanie hypotéz a získavanie nových poznatkov.

Podľa povahy výskumu link

• Kvalitatívny výskum: Zameriava sa na opis vlastností látok a chemických reakcií.
• Kvantitatívny výskum: Používa kvantitatívne pojmy, veličiny a jednotky na zistenie kvantitatívnej stránky chemického deja.

Podľa zamerania link

• Analytická chémia: Identifikácia neznámych látok a stanovenie ich množstva vo vzorke.
• Syntetická chémia: Príprava nových látok a zlúčenín.
• Fyzikálna chémia: Skúmanie fyzikálnej podstaty chemických procesov, energetických zmien a rýchlosti reakcií.

Kvantitatívne metódy link

• Stechiometria: Zavádza kvantitatívne pojmy, veličiny a jednotky na zistenie kvantitatívnej stránky chemického deja.
• Titračná analýza: Stanovenie množstva látky pomocou odmerného roztoku. Zahŕňa napríklad neutralizačnú titráciu a spätnú titráciu.
• Štruktúrna analýza: Zisťovanie medzijadrových vzdialeností iónov v zlúčeninách (napr. röntgenovou difraktometriou).

Metódy jadrovej fyziky link

• Transmutácie prvkov: Vyvolanie zmien v atómových jadrách chemických prvkov pomocou vhodných častíc.
• Rádiochémia: Využitie rádionuklidov v biochémii, analytickej chémii a štúdiu mechanizmov chemických reakcií.

Podľa rozsahu výskumu link

• Makroskopický výskum: Skúmanie vlastností a správania látok v makroskopickom meradle.
• Mikroskopický výskum: Skúmanie štruktúry látok na úrovni atómov a molekúl.

Metódy oddeľovania a izolácie látok link

• Filtrácia: Oddeľovanie nerozpustných tuhých látok od kvapalín alebo plynov na základe rozdielnej veľkosti častíc.
• Destilácia: Oddeľovanie kvapalných látok na základe rozdielu v teplote varu.
• Kryštalizácia: Získavanie tuhej látky z roztoku na základe rozdielnej rozpustnosti pri danej teplote.
• Extrakcia: Oddeľovanie zložiek zmesi pomocou rozpúšťadiel.
• Chromatografia: Oddeľovanie zložiek na základe ich rozdielnej schopnosti zadržiavať sa na stacionárnej fáze.

Iné metódy link

• Elektrolýza: Rozklad látok elektrickým prúdom.
• Spektroskopia: Analýza látok na základe ich interakcie s elektromagnetickým žiarením.
• Osmometria: Stanovenie osmotického tlaku roztokov na určenie molekulovej hmotnosti látok.
• Kalorimetria: Skúmanie energetických zmien pri chemických reakciách a stanovenie reakčnej entalpie.

Metódy oddeľovania zmesí link

Na oddeľovanie zložiek zo zmesí sa využívajú rôzne fyzikálne vlastnosti zložiek zmesi:

Filtrácia link

• Použitie: Oddeľovanie nerozpustných tuhých látok od kvapalín alebo plynov. Využíva sa rozdielna veľkosť častíc.
• Princíp: Filter zachytáva tuhé častice, zatiaľ čo kvapalina alebo plyn prechádza cez póry filtra. Ako filter môže slúžiť napríklad cedidlo. V laboratóriu sa používajú filtre z piesku a štrku. Pre urýchlenie procesu sa často využíva vákuová filtrácia, pri ktorej podtlak pomáha rýchlejšie odsávať kvapalinu cez filter, čím sa výrazne zrýchli oddelenie tuhej fázy od kvapalnej.
• Využitie:
  • Čistenie vody
  • Oddelenie špagiet od vody
  • Tlakové filtre v priemysle na urýchlenie filtrácie

Destilácia link

• Použitie: Oddelenie kvapalných zložiek zmesi na základe ich rozdielnych teplôt varu.
• Princíp: Zmes sa zahrieva a zložka s nižšou teplotou varu sa odparuje ako prvá. Pary sa následne ochladzujú a kondenzujú, čím sa získava oddelená kvapalina.
• Využitie:
  • Výroba alkoholických nápojov (etanol varí pri 78 °C, voda pri 100 °C)
  • Odsoľovanie morskej vody
  • Výroba destilovanej vody
• Postup:
  1. Zahrievanie zmesi v destilačnej banke
  2. Ochladzovanie pár
  3. Zachytávanie destilátu

Kryštalizácia link

• Použitie: Získavanie tuhých látok vo forme kryštálov z roztoku.
• Princíp: Využíva sa rozdielna rozpustnosť látok v danom rozpúšťadle. Ochladením nasýteného roztoku sa znižuje rozpustnosť a látka sa vyzráža vo forme kryštálov.
• Druhy kryštalizácie:
  • Rušená kryštalizácia
  • Voľná kryštalizácia
  • Kryštalizácia zmenou rozpúšťadla
  • Kryštalizácia roztoku soli pridaním látky so spoločným iónom
• Postup:
  1. Príprava nasýteného roztoku
  2. Filtrácia horúceho roztoku
  3. Ochladenie filtrátu
  4. Oddelenie kryštálov

Sublimácia link

• Použitie: Oddeľovanie látok, ktoré majú schopnosť prechádzať priamo z tuhého skupenstva do plynného.
• Princíp: Sublimujúca látka sa vyhreje a jej pary sa ochladzujú, čím sa opäť menia na tuhú látku (desublimácia).
• Príklady:
  • Jód
  • Naftalén

Titrácia (Neutralizačná) link

• Použitie: Kvantitatívna analytická metóda na stanovenie koncentrácie látky.
• Princíp: Do roztoku analyzovanej látky sa pridáva titrant so známou koncentráciou, až kým nedôjde ku kvantitatívnej reakcii (napr. neutralizácii). Indikátor signalizuje koniec titrácie.
• Využitie:
  • Odstraňovanie nežiaducich kyselín alebo hydroxidov (napr. v odpadových vodách)