Гравіметричний аналіз

План

1. Види гравіметричного методу.
2. Гравіметрична форма та вимоги до неї.
3. Процеси вагового аналізу.
4. Переваги і недоліки вагового аналізу.

Види гравіметричного методу

Гравіметричний (ваговий) аналіз – це метод кількісного хімічного аналізу, який ґрунтується на точному вимірюванні маси речовини, що визначається, або її складових частин, що виділяються в чистому стані або у вигляді відповідних сполук точно відомого постійного складу.

Гравіметричні методи діляться на методи виділення, осадження і відгонки. В методах виділення компонент, що визначається, кількісно виділяють у вільному стані з досліджуваної речовини і зважують на аналітичних терезах.

Пр.: мідь у сплаві кількісно можна визначити, виділивши її електролізом на платиновому катоді після розчинення наважки сплаву в кислоті. Зваживши на аналітичних терезах платиновий катод разом з міддю і віднявши масу платинового катода, визначають масу міді.
В методах відгонки речовина, що визначається, кількісно відганяють у вигляді леткої сполуки, а залишок зважують.

Пр.: при визначенні вологості матеріалів точну наважку досліджуваної речовини висушують в сушильній шафі при 105С до постійної маси. Суху речовину зважують, різниця маси до і після висушування буде дорівнювати масі води, що містилася в матеріалі.

Але в більшості випадків при визначенні вмісту елементів неможливо ні виділити їх в чистому вигляді, ні видалити яким-небудь способом. Тоді елемент, що визначається, кількісно зв’язують в таку хімічну сполуку, у вигляді якої даний елемент може бути виділений і зважений. Таке гравіметричне визначення називають методом осадження.

Гравіметрична форма та вимоги до неї

Хімічну сполуку, у вигляді якої зважують хімічний елемент, що визначається, називають гравіметричною формою.
Вимоги до гравіметричної форми:

1. Точна відповідність її складу хімічній формулі.
2. Хімічна стійкість
3. Вміст елемента, що визначається, в гравіметричній формі повинен бути якомога меншим

Процеси вагового аналізу

Ваговий аналіз включає декілька процесів:

1) Відбір середньої проби і підготовка речовини до аналізу

Спосіб взяття середньої проби визначається багатьма факторами: фізичним станом речовини, його структурою, способом упаковки і перевезення, розміром партії. Середня проба складається з великої кількості дрібних порцій, які беруться з різних місць досліджуваної речовини. Одним із способів відбору середньої проби є квартування. Для цього крупні шматки зразку подрібнюють до величини грецького горіху, розсипають рівним шаром на аркуш паперу у вигляді квадрата. Потім діагоналями ділять цей квадрат на чотири частини, вміст двох протилежнолежачих  секторів відкидають, а решти двох з’єднують разом. Операцію квартування повторюють багаторазово, доки проба не досягне ваги близько 25 г. Потім досліджувану речовину розтирають в фарфоровій або агатовій ступці  і пересипають в бюкс.

Якщо потрібно знайти вміст якого-небудь елемента в хімічно чистій сполуці, то речовину спочатку очищають від домішок.

2) Взяття наважки

Наважка – кількість досліджуваної речовини, яка взята від середньої проби і точно зважена на аналітичних терезах. Величина наважки залежить від передбачуваного осаду. Якщо осадок обємний, потрібно взяти маленьку наважку, щоб осад міг поміститися на фільтрі. Вага осаду повинна бути в межах 0,1-0,3 г. Якщо осад – кристалічна речовина, то його вага повинна бути близько 0,5 г.

Розрахувавши величину наважки, речовину попередньо зважують на технохімічних, а потім на аналітичних терезах.

3) Розчинення наважки

Наважку речовини  бюкса переносять в стакан об’ємом 200-300 мл і розчиняють в дистильованій воді. Щоб прискорити розчинення, вміст стакана нагрівають на азбестовій сітці або водяній бані. Розчинення ведуть повільно, щоб не було бурного кипіння.

Якщо досліджувана речовина нерозчинна у воді, то її намагаються розчинити в кислоті або царській водці. Якщо необхідний розчинник не можна підібрати, то речовину сплавляють з NaOH, Na2CO3, K2CO3. Потім отриманий сплав розчиняють.

4) Осадження

Хімічна сполука, у вигляді якої осаджується елемент, що визначається, називається формою осадження.
Вимоги до осаджуваної форми:

1. мала розчинність;
2. структура осаду повинна дозволяти вести фільтрування і відмивку з достатньою швидкістю.
3. осаджувана форма повинна легко перетворюватися в гравіметричну форму.
4. осаджувач по можливості повинен бути специфічним реактивом (не осаджувати одночасно інші йони в розчині)

Осадження кристалічних осадів необхідно проводити, виконуючи певні умови:

1. осаджувати тільки з розведених розчинів розведеними розчинами осаджувача. Це уповільнює випадення осаду і попереджає забруднення осаду
2. осаджувати лише підігріті розчини гарячими розчинами осаджувачів, що також уповільнює процес утворення осаду і робить його більш крупнокристалічним
3. приливати осаджувач по краплям при постійному перемішуванні скляною паличкою, що зменшує можливість адсорбції йонів осаджувача осадом.
4. витримувати отриманий осад в теплому місці від 1 до 6 год в сосуді, в якому проводилось осадження, для «дозрівання» осаду – дрібні кристали стають більш крупними.

Осадження аморфних осадів ведуть, виконуючи певні умови:

1. осаджувати тільки з концентрованих розчинів при нагріванні
2. застосовувати осаджувач у вигляді концентрованого розчину і додавати його швидко
3. добавляти після осадження аморфного осаду 150 мл гарячої води і швидко фільтрувати, щоб не відбулася пептизація колоїда
4. додавати речовини, які сприяють осадженню.

5) Проба на повноту осадження

Щойно розчин над осадом стає прозорим, обережно приливають  по стінці стакана декілька крапель розчину осаджувача. Якщо в місці падіння крапель розчин не мутніє, повнота осадження досягнута. В протилежному випадку  до рідини додають ще декілька мілілітрів осаджувача, перемішують  скляною паличкою, знову нагрівають і дають «дозріти» осаду.

6) Фільтрування і промивання осаду

Для відділення осаду від розчину застосовують беззольні фільтрі, при виготовленні яких фільтрувальний папір послідовно промивають HF, HCl, водою. При спалюванні таких фільтрів маса золи дуже мала і вказується на кожній пачці фільтрів.

Беззольні фільтри виготовляють різної щільності, що необхідно враховувати при виборі фільтра. Щільність фільтра позначають кольором  паперової стрічки, якою упакована пачка. Випускають три сорта беззольних фільтрів:

1. синя стрічка – дрібнопористі, для дрібнокристалічних осадів
2. біла стріча – середньої щільності
3. червона стрічка – крупно пористі, швидко фільтруючі, для крупнозернистих і аморфних осадів.

Для кількісного відділення осадів, які потім висушують, а не прокалюють, застосовують скляні лійки або фільтрувальні тиглі з впаяними в них пористими скляними пластинками.

7) Висушування або прокалювання осаду

Для прокалювання служать фарфорові, кварцеві або платинові тиглі, попередньо висушені до сталої маси. Фільтр з осадом поміщають в попередньо зважений тигель і прокалюють до сталої маси. Після прокалювання тигель  виймають з печі тигельними щипцями і поміщують в ексикатор.

Охолоджений в ексикаторі тигель зважують на аналітичних терезах.

8) Обчислення

Х=b*100/q
Х – масова частка речовини, що визначається, %
b – маса сухого залишку, г
q – наважка, г

Якщо елемент, що визначається, осаджують у вигляді певної хімічної речовини, для перерахунку на елемент гравіметричної форми користуються фактором перерахунку або аналітичним множником, на який потрібно помножувати результат:
Х=(b/q)F*100

Переваги і недоліки вагового аналізу

Гравіметричний метод дозволяє з великою точністю визначати кількісний вміст окремих компонентів. Істотним недоліком метода є велика тривалість визначення.

Гравіметричний метод використовують при спорних аналізах. Область застосування гравіметричного метода велика, так як майже кожен хімічний елемент утворює важкорозчинні сполуки.