Optikadan mustaqil ishi mavzu

OLIY VA O’RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI
MIRZO ULUG’BEK NOMIDAGI
O‘ZBEKISTON MILLIY UNIVERSITETI
FIZIKA FAKULTETI
F-2004 GURUH TALABASI
Baxtiyorova Madinaning
optikadan
MUSTAQIL ISHI
MAVZU: Sifat va miqdoriy analiz
Toshkent 2021
Reja:

1. 
   Kimyoviy analiz
   
2. 
   Fizikaviy tahlil usullari. Spektral analiz
   
3. 
   

Moddaning qanday elementlardan tashkil topganligini aniqlash uchun uni kimyoviy analiz qilish zarur. Kimyoviy analiz ayni modda tarkibida qanday elementlar borligini aniqlash bilan cheklanmasdan, balki bu moddada ular o’zaro qanday miqdoriy nisbatlarda ekanligini ham aniqlaydi. Analitik kimyo moddalarni analiz qilish usulari haqidagi fan bo’lib, uning mazmunini analiz qilishning nazariy va amaliyotga oid masalalarni hal qilishdan iborat. Hozirgi vaqtda «modda tarkibi» degan tushunchaning o’zi ham keng ma‘no kasb etadi. Endilikda «modda tarkibi» degan tushuncha ayni moddadagi kimyoviy elementlar bir necha atomdan iborat funktsional gruppalar ion, molekula va izotoplarni ham o’z ichiga oladi. Analizdan maqsad hamda uni hal etish usullariga qarab analitik kimyo «sifat analiz va miqdoriy analiz» qismlariga bo’linadi.

Sifat analizida tekshirilayotgan modda tarkibida qanday elementlar gruppasi va qanday ionlar bor-yo’qligi aniqlanadi. Masalan ammafosda N₂, P, H₂, O₂ elementlar yoki NH⁺⁴ va H₂PO₄ ionlarning mavjudligi aniqlanadi.
Miqdoriy analizda murakkab modda tarkibidagi elementlarning miqdori massa protsenti aniqlanadi. Masalan, ammofos tarkibida Р₂О₅ dan m % borligi aniqlanadi.
Murakkab moddalar avvalo, sifat analiz qilinib, so’ngra tekshirilayotgan elementlarning massa protsentlari, ya‘ni miqdorlari aniqlanadi. Demak sifat analiz miqdor analizdan oldin o’tkazilishi shart. Miqdor analizi natijalariga ko’ra reaktsiyaning muvozanat konstantasi , moddaning eruvchanlik ko’paytmasi va boshqa qiymatlar hisoblab chiqarilishi mumkin. Boshqa fanlar kabi analitik kimyo ham mustaqil fanlar qatorida o’rganiladi. Hozirgi davrda analitik kimyo zamonaviy mukammal usullarga ega. Ular kimyoviy moddalarning turli xususiyatlariga asoslangan. Masalan, moddalarning cho’kmaga tushishi, rangi, gaz holatda bo’lishi kabi xossalariga asoslanib analitik usullar yaratiladi. Barcha usullarni uch gruppaga kimyoviy, fizikaviy va fizik-kimyoyaviy usullarga ajratish mumkin.
Kimyoviy usullar kimyoviy reaktsiyalarga asoslanadi. Analiz protsessida foydalaniladigan ana shunday kimyoviy reaktsiyalar analitik reaktsiyalar, ularni vujudga keltiruvchi moddalar esa reagentlar deb ataladi. Kimyoviy analiz usullari puxta sinovdan o’tkaziladi. Shu sababli ular aniq natija beradi. Lekin ko’pchilik kimyoviy usullarning sezgirligi u qadar yuqori emas, analiz bajarilishi uchun ham ko’p vaqt talab qilinadi. Qishloq xo’jaligida ba‘zi bir biologik muammolarni hal etishda tez va aniq natijalar beradigan fizikaviy va fizik –kimyoviy usullarni roli beqiyos. Fizikaviy va fizik–kimyoviy usullar «instrumental» usullar deb ham ataladi.
Fizikaviy usullarda kimyoviy reaktsiyalardan foydalanilmaydi, faqat moddalarning fizikaviy xususiyatlari tekshiriladi. Spektral analiz, lyuminestsent analiz refraktometrik analiz rentgen-struktur analiz va hokazolar fizikaviy usullar jumlasiga kiradi. Moddalarning radiaktivlik xususiyatiga asoslangan usullar biologik ilmiy izlanishlarda alohida ahamiyatga ega.

FIZIKAVIY TAHLIL USULLARI

Tahlilning fizik usullari uch guruhga bo'linadi: spektroskopik, yadro-fizik va radiokimyoviy.
Spektroskopik usullardan atom emissiyasi tahlili eng ko'p qo'llaniladi. Yoy, uchqun razryadi, yuqori chastotali yoki induksion plazma bilan qo'zg'atilgan atomlar yoki ionlar yorug'lik energiyasini chiqaradi. Har bir element o'ziga xos spektral chiziqlar to'plami bilan tavsiflanadi. Berilgan elementning nurlanish intensivligi uning tahlil qilinayotgan namunadagi konsentratsiyasi bilan aniqlanadi. Atom emissiya tahlilining xarakterli xususiyati bir vaqtning o'zida bir nechta elementlarni aniqlash imkoniyatidir. Ayrim elementlarning mutlaq aniqlash chegarasi 10 g ga yetadi. Elementlarning erkin atomlari tomonidan yorug'likning yutilishini o'lchashga asoslangan atom yutilish tahlili keng qo'llaniladi. Atom floresansi tahlili yorug'lik oqimi bilan qo'zg'atilgan atomlarning floresans bilan birga boshlang'ich holatga o'z-o'zidan o'tishiga asoslanadi.
Rentgen spektral usullarida namuna elektronlar oqimi bilan nurlanadi va namunadagi tahlil qiluvchi moddaning tarkibi hosil bo'lgan rentgen nurlanishining kattaligiga qarab baholanadi. Usulning boshqa variantida namuna elektronlar bilan emas, balki rentgen nurlari bilan nurlanadi va ikkilamchi nurlanishning intensivligi aniqlanadi (rentgen floresan tahlili). Rentgen usullari tahlil qilingan namunani yo'q qilmasdan mahalliy tahlil qilish uchun mos keladi (elektron nurni yo'naltirish). X-nurli floresans usuli 1% gacha bo'lgan nisbiy xatolik bilan 80 dan ortiq kimyoviy elementlarni aniqlash imkonini beradi. Ko'p kanalli rentgen kvantometrlarida tog 'jinslari va minerallar asosiy jins hosil qiluvchi elementlar uchun bir necha daqiqada tahlil qilinadi (qarang: Rentgen fazasi tahlili, Radiografiya,).
Makk-spektrometrik usullar tekshirilayotgan moddaning, masalan, uchqunning ionlanishi natijasida olinadigan turli massali ionlarning magnit maydonidagi turli og'ishlariga asoslanadi. Ushbu usullar ko'pincha materiallardagi aralashmalarni aniqlash uchun ishlatiladi. Usul bir vaqtning o'zida qattiq moddalardagi aralashmalarning 70 tagacha kimyoviy elementini aniqlash imkonini beradi. Elementlarni aniqlashning mutlaq chegarasi 10-15 g ga etadi (qarang Makk-spektrometriya).
Yadro fizikasi usullaridan eng muhimi, moddaning neytronlar, gamma-kvantalar yoki zaryadlangan zarrachalar bilan nurlanishi radioaktivatsiya tahlilidir. Nurlantiruvchi zarrachalarning moddadagi elementlar atomlari yadrolari bilan o'zaro ta'sirida yadro reaktsiyalari natijasida radioaktiv "qizi" elementlar yoki izotoplar hosil bo'ladi.Namunada aniqlanayotgan element miqdori ularning radioaktivligining kattaligiga qarab baholanadi. Radioaktivatsiya usuli juda past aniqlash chegarasiga ega va geologik namunalar va boshqa materiallardagi aralashmalarning 10% gacha aniqlash imkonini beradi. Faollashtirish uchun ishlatiladigan nurlanishning tabiatiga ko'ra, neytron faollashuvi, gamma faollashuvi va boshqa tahlillar ajratiladi.
Radiokimyoviy usullarga izotopik suyultirish usuli kiradi. Aniqlanayotgan elementning radioaktiv izotopi tahlil qilinayotgan namunaga qo'shiladi va kimyoviy muvozanat o'rnatilgandan so'ng ushbu elementning ma'lum bir qismi qandaydir tarzda ajratiladi. Ushbu izolyatsiya qilingan qismning radioaktivligi o'lchanadi va namunadagi elementning tarkibi uning qiymatidan hisoblanadi . Fizik tahlil usullari yuqori mahsuldorlik, elementlarni aniqlash chegaralarining pastligi, tahlil natijalarining ob'ektivligi va yuqori darajadagi avtomatlashtirish bilan tavsiflanadi. Tog' jinslari va minerallarni tahlil qilishda tahlilning fizik usullari qo'llaniladi. Masalan, atom emissiya usuli foydalaniladi.
SPEKTRAL ANALIZ
Spektral analiz juda sezgir usul bo’lib, grammning yuz milliondan bir ulushini ham aniqlash imkonini beradi. Hosil qilingan spektr chizig’ining ko’rinishi moddani sifat jihatdan, spektrning intensivligi esa miqdor jihatdan analiz qilish imkonini beradi.
Quyosh nuri prizma orqali o‘tkazilganida, uning ortidagi ekranda spektr paydo bo'ladi. Olimlarning bu hodisaning mohiyatini anglashga va unga ko‘nikishga ikki yuz yilga yaqin vaqt ketdi. Agar sinchkovlik bilan qaralmasa, spektrning alohida qismlari o‘rtasida aniq chegarani ko‘rib bo‘lmaydi: qizil asta sekinlik bilan zarg‘aldoqqa, zarg‘aldoq esa sariqqa o‘tib boradi va hokazo. Spektrga birinchilardan bo‘lib sinchkovlik bilan nazar solgan inson - ingliz hakimi kimyogari Uilyam Xayd Vollaston (1766-1828) bo‘ldi. Vollaston quyosh spektridagi bir necha oraliqlarda, ko‘zga ko‘rinmaydigan tartibda kesib o‘tuvchi noma'lum xira chegara chiziqlarini kuzatdi. Lekin u bu hodisaga unchalik ahamiyat bermadi. Vollaston spektrdagi xira chiziqlarni prizmaning o‘ziga xosligi (masalan nuqsoni) yoki nur manbaga bo‘layotgan biror tashqi ta'sir, yoki yana biror boshqa juz'iy sababdan deb o‘yladi. Uni faqat mazkur chiziqlar rangdor yo‘laklarni bir-biridan yaqqol ajratib turganligi qiziqtirgan. Vollaston unchalik katta ahamiyat bermagan bu noma'lum chiziqlarni haqiqiy ma'noda chuqur ilmiy tahlil qilib o‘rganib chiqqan olim Olmoniyalik Yozef Fraungofer (1787-1826) bo‘ldi. Uning sharafiga bu chiziqlar fanda Fraungofer chiziqlari deb yuritila boshladi va ajoyib tadqiqotchining nomini tarixda abadiylashtirdi.

Fraungofer shishaning turli navlaridagi sindirish ko‘rsatkichlarini va yorug‘lik dispersiyasi hodisalarini tadqiq qilib borib, yorug‘lik spektrini faqatgina quyosh nurlaridan emas, balki sham va lampa piligidan tarqalayotgan nurlarda ham tekshirib ko‘rishga kirishdi. U turli xildagi bir necha prizmalar tayyorlab, yorug'lik spektrini sinchiklab tekshira boshladi. U spektrda yorqin sariq chiziqni ko‘rib qoldi. U boshqa boshqa prizmalar orqali qayta-qayta tekshirib, har safar o‘sha yorqin sariq chiziq doimo spektrning aynan bir joyida ko‘rinayotganligini aniqladi. Hozirda biz bu O chiziqni natriyning sariq chizig‘i deb yuritamiz. Bu chiziq har doim bir xil joyda joylashganligidan, sindirish ko‘rsatkichini aniqlash uchun juda qulay hisoblanadi. Shundan keyin Fraungofer, shu kabi chiziqni quyosh spektrida ham ko‘rish mumkinmi-yo‘qmi tekshirib ko‘rish maqsadida, teleskop yordamida quyoshga yuzlandi. U quyoshda hammasi bo‘lib 574 ta shunday chiziqni sanab chiqdi, ularni nomladi va ularning spektrdagi joylashuv o‘rinlarini aniq ko‘rsatib berdi. Aniqlanishicha, xira chiziqlarning joylashuvi qat'iy o‘zgarmas bo‘lib, ayniqsa spektrning sariq qismida aniq ravshan va keskin ikkilangan chiziq paydo bo‘lardi. Bu chiziqni Fraungofer O chizig‘i deb nomladi. Tez orada, olim, spirt yonishidan paydo bo'lgan alanga spektrida ham, xuddi quyosh spektridagi O chizig‘i paydo bo'lgan joyda doimiy ravishda ikkilangan yorqin sariq chiziq paydo bo‘layotganligini aniqladi. Fraungoferning kashfiyotlaridan biri keyinchalik ma'lum bo‘lishicha, fan uchun o‘ta ahamiyatli bo‘lib chiqdi.
1859-yilda Kirxgof tomonidan yozilgan ikki sahifalik ushbu qisqa qaydnoma, birdaniga to‘rtta muhim kashfiyotni bayon qilgan edi:
-Har bir element o‘zining chiziqli spektriga, demak qat'iy belgilangan chiziqlar to‘plamiga ega;
- Bunday chiziqlarni nafaqat yerdagi moddalarni tahlil qilish uchun, balki yulduzlarni tekshirish uchun ham qo‘llash mumkin;
- Quyosh o‘ta qizigan yadro qizigan gazlardan iborat nisbatan sovuqroq atmosferaga ega;
- Quyoshda natriy elementi mavjud.
Hozirda biz olis galaktikalar va yulduzlarning ham kimyoviy tarkibi, harorati, aylanish tezligi va ho kazo qimmatli ma'lumotlarni olishimizga beminnat xizmat qiladigan ajoyib ilmiy tekshirish usuli - spektral tahlil shu tarzda dunyoga keldi.
Keyinchalik elementlarni qo‘zg‘alish holatiga keltirish uchun ko‘proq elektr kuchlanishidan foydalana boshlashdi. Kuchlanish ta'sirida, elementlar faqat o‘ziga xos bo'lgan to‘lqin uzunliklarida, ya'ni ma'lum ranglarda yorug'lik tarata boshlaydi. Bu yorug'lik, eng asosiy qismi shisha yoki kvarts prizma bo'lgan spektral apparat (spektroskop) yordamida parchalanadi. Bu jarayonda, spektroskopda, har bir ma'lum bir kimyoviy elementga taalluqli bo'lgan, yo‘l-yo‘l chiziqlar to‘plami hosil bo'ladi. Masalan, kleveit mineralining qizdirilganda, azotga o‘xshash gaz ajralib chiqishi avvaldan ma'lum edi. Spektroskop yordamida tekshirilganida, bu gaz fanga hali noma'lum bo'lgan nodir gazlardan biri ekanligi aniqlandi. Elektr yordamida qo‘zg‘atilganida, avvalroq quyosh spektrida ham kuzatilgan chiziqlardan birining o‘rnida paydo bo‘lardi. Bu, Ramzay tomonidan avvalroq quyoshda aniqlangan elementning yerda ham kashf etilishi edi. Bu elementga, uning avvalo quyoshda aniqlangani sharafiga, yunoncha "gelios" - Quyosh so‘zidan kelib chiqib, "Geliy" nomi berildi.
Bugungi kunda spektrning ikki xil turi ma'lum: uzluksiz (yoki issiqlik spektri) va chiziqli. Issiqlik spektri qattiq jismlarning qizishi natijasida hosil bo'ladi va o‘sha jismning tabiatiga bog‘liq. Chiziqli spektr esa alohida, keskin chiziqlar to‘plamidan iborat bo‘lib, gaz va bug‘larning qizishi natijasida paydo bo'ladi. Shunisi muhimki, bunday chiziqlar to‘plami har qanday element uchun takrorlanmasdir. Biz bu xulosa orqali moddalarni tarkibini tahlil qilamiz. Bundan tashqari, elementlarning chiziqli spektrlari, ushbu elementlardan tarkib topgan kimyoviy birikmalarning xossalariga bog‘liq bo‘lmaydi. Shundan kelib chiqib, ularning paydo bo‘lish sababini, atomlarning xususiyatlaridan qidirish kerak bo'ladi.
Ingliz astrofizigi Normann Lokyerning (1836-1920) 1874-yilda e'lon qilingan ilmiy ishlarida juda muhim va olamshumul xulosaga keldi: agar chiziqli spektrdagi chiziqlarning har biri, alohida bir atom tufayli paydo bo‘lar ekan, demak atom ham strukturaga ega, ya'ni tarkibiy qismlarga bo‘linadi! Bu ham katta ahamiyatga ega bo’lgan muhim kashfiyotdir.