Тема: Гравiметричний (ваговий) аналiз
Поняття про кiлькiсний аналiз
Завдання кiлькiсного аналiзу – це визначення точного вмiсту елементiв йонiв елементiв йонiв, або їх сполук дослiджуваної речовини. Кiлькiсний аналiз виконується хiмiчними i фiзико-хiмiчними методами, їх вiдомо понад 50. Хiмiчнi методи ґрунтуються на хiмiчних реакцiях (охолодження i нейтралiзацiї, окислення вiдновлення) до них вiдносять гравiметричнi (ваговi), титриметричнi (об’ємнi), оксиди метричнi (окислення вiдновлення). Фiзико-хiмiчнi методи основанi на вимiрюваннi фiзичних речовин, хiмiчних реакцiй в них можуть виконуватись, або не виконуватись i мати другорядне значення.
Гравiметричний (ваговий) аналiз – полягає в тому, що складову частину речовини визначають вiдокремлюючи осадження, у виглядi осаду, вiдомого сталого складу, а потiм зважують. Осад, що утворився повинен вiдповiдати таким вимогам:
Бути практично нерозчинним;
Склад осаду пiсля висушування, чи прожарювання повинен вiдповiдати певнiй формi;
Розмiр зерен повинен бути бiльший нiж пори фiльтра (осад повинен добре вiдокремлюватись вiд фiльтрату);
Молярна маса вагової форми повинна бути по можливостi великою.
Розрiзняють три варiанти вагового аналiзу: визначення вологи, визначення золи, визначення за масою осаду.
Визначення вологи: точну наважку речовини висушують, волога випаровується маса зменшування i по зменшенню маси визначають вмiст вологи:
W = m1 – m2/ m1 * 100%
Визначення золи: спалюють в тиглi точну наважку аналiзуючої речовини, прокалюють залишок до тих пiр поки маса перестане зменшуватись тобто до постiйної маси. Залишок золи зважують i обчислюють вмiст золи в аналiзюючiй речовинi:
W = m1/m * 100%
m1 – маса золи,m – маса наважки
спосiб найбiльш поширений.
Переваги i недолiки гравiметричного аналiзу
Кiлькiсне визначення речовини хiмiчними методами складається з трьох етапiв:
ІІ – проведення хiмiчної реакцiї, в результатi якої компонент, що визначають перетворюється у сполуку з певними хiмiчними i фiзичними властивостями.
ІІІ – вимiрювання показника якостi фiзичної властивостi за величиною якого, роблять висновки про кiлькiсть компонента.
Важливе значення має правильний вибiр умов проведення хiмiчної реакцiї.
І – Перша група методiв кiлькiсного хiмiчного аналiзу включає методи, в основу яких покладено вимiрювання показника властивостi продукту реакцiї (Р). До першої групи методiв належить гравiметричний i колориметричний аналiзи.
ІІ – Друга група методiв кiлькiсного хiмiчного аналiзу включає методи, в основi яких лежить вимiрювання кiлькостi реактиву витраченого на взаємодiю з компонентом, що визначають. До цiєї групи належать титриметричнi (об’ємнi) аналiз з його пiдроздiлами. Основним є правильне визначення точки еквiвалентностi, тобто моменту коли мiж речовиною Х i реактивом R iснує еквiвалентне спiввiдношення.
За типом хiмiчної реакцiї розрiзняють такi методи об'ємного аналiзу: метод кислотно-основного титрування (нейтралiзацiї), метод осадження i комплексоутворення, метод окислення вiдновлення (залежить вiд характеру реактиву, пiдроздiляється на перманганатометрiю, йодометрiю, хроматометрiю).
сполуку. До них належать методи газового аналiзу.
Основнi операцiї гравiметричного аналiзу: отримання осаду, вiддiлення осаду, висушування, зважування. Вимоги до осадiв
взяття наважки;
розчинення аналiзуючої речовини;
осадження;
фiльтрування;
промивання осаду;
висушування;
прокалювання i зважування, розрахунок результатiв.
Вiдбiр проби: проба – це невелика кiлькiсть речовини взята дляаналiзу. Для аналiзу беруть середню пробу, яка складається iз багатьох проб взятих у рiзних точках. Правильно вiдiбрана проба дає правильнi результати.
г. Марки аналiтичних терезiв: ВЛАО 200, ВАДП 100. Максимальна маса, яку можна зважити 100-200 г.
взяття наважки: І – наважку помiщають в попередньо зважену тару, зважують i по рiзницi мас обчислюють масу наважки, яку необхiдно повнiстю перенести наважку в склянку. ІІ- посудину для зважування насипають аналiзуючи речовину, зважують разом iз посудиною, висипають у склянку зважують для розчинення, а посудину iз залишками знову зважують по рiзницi мас визначають величину наважки.
Наважка, яка береться для аналiзу неповинна бути дуже малою тому, що збiльшується помилка аналiзу, неповинна бути дуже великою тому, що фiльтрування, сушка, прожарювання займуть багато часу. Встановлено, що для утворення кристалiчних осадiв наважку треба взяти бiля 0,5 г, а для аморфних 0,1-0,3 г.
Вiдбiр осаджувача i його концентрацiя. На практицi осаджувача беруть в 1,5-2 рази бiльше нiж потрiбно за рiвнянням надлишок осаджувача зменшує розчиннiсть осаду. Для осадження кристалiчних осадiв користуються розведеними розчинниками. В цих умовах осади утворюються у формi бiльших кристалiв. Аморфнi осади осаджують iз концентрованих розчинiв.
Для отримання крупнокристалiчних осадiв необхiдно дотримуватись таких умов садження:
Осаджують iз достатньо розбавленого розчину розбавленим розчином.
Розчин осаджувача добавляють повiльно, краплями, особливо на початку осадження.
При введенi осаджувача розчин потрiбно добре перемiшувати скляною паличкою.
Осад залишають на декiлька годин на дозрiвання, що веде до укруплення кристалiв.
Осадження аморфних осадiв проводиться за таких умов:
Осадження iз гарячих розчинiв.
Перед осадженням у розчин добавляють коагулюючий електролiт.
Аморфнi осади фiльтрують i промивають вiдразу ж пiсля осадження без дозрiвання.
Пiсля осадження проводять пробу на повноту осадження: в розчин з вiдстояним осадом обережно по стiнцi стакана приливають декiлька крапель осаджувача i слiдкують за мiсцем стiкання крапель, якщо в мiстi падiння крапель осаджувача в розчинi не утворилось мутi це означає, що осадження вiдбулося повнiстю. Фiльтрування i промивання осаду важливi операцiї вагового аналiзу. Фiльтрують через паперовi беззольнi фiльтри у яких зола, що залишилась пiсля спалювання настiльки незначна, що нею можна знехтувати. Беззольнi фiльтри розрiзняють за дiаметром (5, 7, 9, 11 см) i щiльнiстю паперу (вiд щiльностi фiльтра залежить швидкiсть фiльтрування). Вони бувають трьох сортiв: І – найменшої щiльностi, що швидко фiльтрують, їх застосовують при фiльтруваннi аморфних осадiв (чорна, або червона стрiчка); ІІ – середньої щiльностi, використовуються для фiльтрування кристалiчних осадiв (бiла стрiчка); ІІІ – найбiльш щiльнi, якi фiльтрують повiльно i використовуються при фiльтруваннi мiлко-кристалiчних осадiв (синя стрiчка).
Коли вся рiдина злита з осаду i на днi стакана залишився осад приступають до промивання осаду шляхом декантацiї. Кiлькiсть промивної рiдини залежить вiд характеру осаду, аморфнi осади промиваються довше нiж кристалiчнi, при цьому промивну рiдину потрiбно вливати малими порцiями. Промивають осад декантацiєю до тих пiр поки стiкаюча рiдина не буде мати домiшок, для цього збирають в пробiрку 1-2 мл фiльтрату, i приливають реактив, який дає якiсну реакцiю на домiшки (хлориди – з AgNO3, утворюється бiла муть, якщо нема мутi то в осадi немає домiшок). Далi осад разом iз фiльтром висушують при температурi 100-110˚С i прожарюють в муфельнiй печi при високiй температурi.
Приклади гравiметричного аналiзу (визначення барiю у хлоридi барiю), визначення залiза, алюмiнiю
Визначення Феруму в хлоридi феруму (III). Для солей Феруму (ІІІ) осаджувачем є розчин амiаку, який реагує iз йонами Феруму за таким рiвнянням:
FеСl3 + ЗNН3 + ЗН2O = Fе(ОН)3↓ + ЗNН4С1
Fе(ОН)3 = Fе2O3 + ЗН2O
Хiд роботи: 0,3—0,5 г хлориду феруму (III) зважують на годинниковому склi на аналiтичних терезах з точнiстю до 0,0001 г. Наважку розчиняють у стаканi мiсткiстю 300 мл у 10 мл води, до якої добавляють 2 мл 2 н розчину хлоридної кислоти, щоб запобiгти гiдролiзу солей. Розчин нагрiвають до кипiння i добавляють до нього краплями концентрований розчин амiаку до появи запаху. Потiм у стакан з аморфним осадом гiдроксиду феруму (ІІІ) доливають 80—100 мл гарячої води, вмiст стакана перемiшують i через кiлька хвилин, коли осад збереться на днi стакана, декантують прозорий розчин крiзь фiльтр з червоною смужкою. Потiм до осаду знову приливають 15 мл гарячої води, вмiст перемiшують : декантують розчин крiзь той самий фiльтр. Так повторюють 3—4 рази. Пiсля цього осад змивають на фiльтр потужним струменем гарячої води з промивалки i промивають його на фiльтрi ще 5—6 раз. Промивання вважають закiнченим, якщо у фiльтратi пiсля добавляння розчину нiтрату аргентуму не утворюється осад хлориду аргентуму.
Лiйку з промитим осадом закривають фiльтрувальним папером i протягом однiєї години висушують у сушильнiй шафi за температури 100 °С. Сухий осад з фiльтром переносять у зважений фарфоровий тигель i, загнувши верхню частину фiльтра, прожарюють тигель з осадом у муфелi за температури 800 °С до сталої маси. Прожарювання можна вважати закiнченим, якщо маса двох останнiх зважувань пiсля прожарювання осаду вiдрiзнятиметься не бiльше, нiж на 0,1—0,2 мг. Масову частку Феруму обчислюють за формулою:
W(Fe) = 2Ar(Fe)*B / Mr(Fe2O3)*g
Де Ar -вiдносна атомна маса Феруму;
Mr(Fе2O3) - вiдносна молекулярна маса вагової форми;
g — наважка в грамах.
ацетатно-буферного розчину. Утворений кристалiчний осад легко фiльтрується i промивається. Фiльтрування проводять через скляний фiльтр.
Розраховують наважку, розчиняють в 100 мл води додають 2н розчин сульфатної кислоти до досягнення слабо кислої реакцiї, а пiсля цього додають 8-оксiхiнолiном при перемiшуваннi нагрiвають до температури 100̊ С, по краплям додають ацетат кальцiю i витримують 20 хв на водянiй банi. Фiльтрують через скляний вакуум фiльтр, 2-3 рази промивають гарячою водою, а потiм холодною, висушують при температурi 130˚ С в сушильнiй шафi (бiльше неможна, бо вiн розкладається). Осад охолоджують, зважують i проводять окислення.
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl
Одержаний осад фiльтрують, промивають, прожарюють зважують i за вмiстом сульфату барiю, розраховуємо вмiст барiю. Зважуємо BaCl2, а потiм на аналiтичних вагах уточнюємо масу наважки. Наважку зсипаємо в склянку на 200 мл, додаємо 100 мл дистильованої води, нагрiваємо на водянiй банi до 90̊ Спри безперервному перемiшуваннi. Додаємо розчин сульфатної кислоти, коли розчин над осадом стане прозорим, виконують пробу на повноту осадження при позитивнiй пробi, яка свiдчить, що весь барiй перейшов в осад. Склянку залишаємо на 2 години для осадження. Для фiльтрування беруть беззольнi фiльтри з синьою стрiчкою, переносять осад на фiльт, тричi промивають, прожарюють при температурi 800˚ С протягом одної години. Пiсля зважування визначають вмiст барiю за розрахунковими формулами гравiметричного методу.
Визначення сульфатiв у виглядi сульфату барiю. Одним iз методiв визначення Сульфуру є ваговий метод, при якому його переводять у кристалiчний осад сульфату барiю. Суть методу полягає у тому, що анiони SO4 за допомогою розчинних солей Барiю осаджують у виглядi сульфату барiю:
Nа2SO4 + ВаС12 = ВаSO4↓ + 2NaС1
Сульфат барiю не зовсiм вiдповiдає вимогам до осадiв у ваговому аналiзi (розчиннiсть ВаSO4 — 2,3 мг в 1 л). Але розчиннiсть осаду можна зменшити дiєю однойменних йонiв. Потрiбний для цього надлишок однойменних йонiв Барiю можна обчислити, виходячи з величини добутку розчинностi сульфату барiю.
Для виготовлення розчину осаджувача на технiчних терезах зважують 2 г хлориду барiю, розчиняють його в 50 мл води. терезах зважують i г хлориду барiю, розчиняють його в 50 мл води.
Хiд роботи: Сульфат-iони осаджують у виглядi кристалiчного осаду. Для аналiзу беруть наважку, що становить 0,01 молярної маси еквiвалента сульфату. На аналiтичних терезах зважують 0,7—0,8 г сульфату натрiю з точнiстю до 0,0001 г i розчиняють у 100 мл води. Якщо в утвореному розчинi є каламуть механiчних домiшок, його фiльтрують, добавляють 2—3 краплi розчину метилового оранжевого i краплями концентровану хлоридну кислоту, поки забарвлення iндикатору не змiниться на червоне. Пiсля цього добавляють ще 1 мл кислоти.
Розчини сульфату, що дослiджують, i хлориду барiю нагрiвають до кипiння i повiльно, краплями добавляють до розчину сульфату розчин хлориду барiю, аж поки не добавлять 2/3 осаджувача, решту осаджувача доливають вiдразу.
Стакан з осадом закривають папером i залишають вiдстоюватися 2—2,5 год. Перевiряють повноту осадження: в окремiй пробiрцi до прозорого розчину над осадом добавляють кiлька крапель хлориду барiю. Якщо повноти осадження не досягнуто, то розчин з осадом нагрiвають, добавляють 1 г хлориду барiю, розчиненого в 20 мл води, i вмiст стакана знову вiдстоюють.
Осад пiсля вiдстоювання вiдфiльтровують крiзь щiльний фiльтр iз синьою смужкою i промивають його на фiльтрi 2—3 рази малими порцiями холодної води. У промивних водах перевiряють наявнiсть йонiв Хлору або Барiю, щоб упевнитись у повнотi промивання. Осад разом з фiльтром висушують у сушильнiй шафi, переносять у зважений тигель, фiльтр спалюють i осад прожарюють за температури 750—800 °С протягом 30 хв (за вищої температури може вiдбутися термiчна дисоцiацiя сульфату барiю). Тигель охолоджують в ексикаторi i зважують на аналiтичних терезах. За знайденою масою сульфату барiю обчислюють масову частку сульфат-iону:
W(SO4) = Mr(SO4)*B / Mr(BaSO4)*g *100%
Mr(SO42-) i Mr(ВаSO4 ) – вiдповiдно вiдноснi молекулярнi маси сульфат-iона та сульфат барiю,
В – маса осаду вагової форми в грамах,
g – наважка в грамах.
| 
