Тема:Гравіметричний (ваговий) аналіз
Поняття про кількісний аналіз
Завдання кількісного аналізу – це визначенняточного вмісту елементів йонів елементів йонів, або їх сполук досліджуваноїречовини. Кількісний аналіз виконується хімічними і фізико-хімічними методами,їх відомо понад 50. Хімічні методи ґрунтуються на хімічних реакціях(охолодження і нейтралізації, окислення відновлення) до них відносятьгравіметричні (вагові), титриметричні (об’ємні), оксиди метричні (окисленнявідновлення). Фізико-хімічні методи основані на вимірюванні фізичних речовин,хімічних реакцій в них можуть виконуватись, або не виконуватись і матидругорядне значення.
Гравіметричний (ваговий) аналіз – полягає втому, що складову частину речовини визначають відокремлюючи осадження, увигляді осаду, відомого сталого складу, а потім зважують. Осад, що утворивсяповинен відповідати таким вимогам:
Бути практично нерозчинним;
Склад осаду після висушування, чипрожарювання повинен відповідати певній формі;
Розмір зерен повинен бути більший ніж порифільтра (осад повинен добре відокремлюватись від фільтрату);
Молярна маса вагової форми повинна бути поможливості великою.
Розрізняють три варіанти вагового аналізу:визначення вологи, визначення золи, визначення за масою осаду.
Визначення вологи: точну наважку речовинивисушують, волога випаровується маса зменшування і по зменшенню маси визначаютьвміст вологи:
W = m1 – m2/ m1 * 100%
Визначення золи: спалюють в тиглі точнунаважку аналізуючої речовини, прокалюють залишок до тих пір поки маса перестанезменшуватись тобто до постійної маси. Залишок золи зважують і обчислюють вмістзоли в аналізюючій речовині:
W = m1/m * 100%
m1 – маса золи,m – маса наважки
Визначення по масі осаду: аналізуючи речовинуза допомогою хімічної реакції переводять в осад, який фільтрують, промивають,висушують, зважують і по масі його визначають вміст аналізуючої речовини. Цейспосіб найбільш поширений.
Переваги і недоліки гравіметричного аналізу
Не потрібно складного обладнання, але методє не дуже точним і виконується довго, не дивлячись на це має найбільш широкевикористання.
Кількісне визначення речовини хімічнимиметодами складається з трьох етапів:
І – відмірювання певної кількості речовинидля аналізу. Для цього речовину зважують чи вимірюють об’єм її розчину.
ІІ – проведення хімічної реакції, врезультаті якої компонент, що визначають перетворюється у сполуку з певнимихімічними і фізичними властивостями.
ІІІ – вимірювання показника якості фізичноївластивості за величиною якого, роблять висновки про кількість компонента.
Важливе значення має правильний вибір умовпроведення хімічної реакції.
І – Перша група методів кількісногохімічного аналізу включає методи, в основу яких покладено вимірювання показникавластивості продукту реакції (Р). До першої групи методів належитьгравіметричний і колориметричний аналізи.
ІІ – Друга група методів кількісногохімічного аналізу включає методи, в основі яких лежить вимірювання кількостіреактиву витраченого на взаємодію з компонентом, що визначають. До цієї групиналежать титриметричні (об’ємні) аналіз з його підрозділами. Основним єправильне визначення точки еквівалентності, тобто моменту коли між речовиною Хі реактивом R існує еквівалентне співвідношення.
За типом хімічної реакції розрізняють такіметоди об'ємного аналізу: метод кислотно-основного титрування (нейтралізації),метод осадження і комплексоутворення, метод окислення відновлення (залежить відхарактеру реактиву, підрозділяється на перманганатометрію, йодометрію,хроматометрію).
ІІІ- До третьої групи методів кількісногохімічного аналізу відносять методи, які ґрунтуються на вимірюванні змінвластивості самого компонента Х зумовлених зв’язуванням його реактивом R упевну хімічну сполуку. До них належать методи газового аналізу.
Основні операції гравіметричного аналізу:отримання осаду, відділення осаду, висушування, зважування. Вимоги до осадів
До основних операцій гравіметричного аналізузалежать:
розрахунок наважки;
взяття наважки;
розчинення аналізуючої речовини;
осадження;
фільтрування;
промивання осаду;
висушування;
прокалювання і зважування, розрахунокрезультатів.
Відбір проби: проба – це невелика кількістьречовини взята дляаналізу. Для аналізу беруть середню пробу, яка складається ізбагатьох проб взятих у різних точках. Правильно відібрана проба дає правильнірезультати.
Зважування: для приблизного зважування зточністю до 1 – 0,1 г використовують технохімічні ваги, а для точногозважування використовують аналітичні ваги з точністю до четвертого знака післякоми до 0,0001 г. Марки аналітичних терезів: ВЛАО 200, ВАДП 100. Максимальнамаса, яку можна зважити 100-200 г.
Взяття наважки: наважка – це невеликакількість речовини взята для аналізу. Речовину не можна зважувати на чашкахтерезів. Для зважування речовини поміщають в бюкс чи на часове скло. Відомо дваспособи взяття наважки: І – наважку поміщають в попередньо зважену тару,зважують і по різниці мас обчислюють масу наважки, яку необхідно повністюперенести наважку в склянку. ІІ- посудину для зважування насипають аналізуючиречовину, зважують разом із посудиною, висипають у склянку зважують длярозчинення, а посудину із залишками знову зважують по різниці мас визначаютьвеличину наважки.
Наважка, яка береться для аналізу неповиннабути дуже малою тому, що збільшується помилка аналізу, неповинна бути дужевеликою тому, що фільтрування, сушка, прожарювання займуть багато часу.Встановлено, що для утворення кристалічних осадів наважку треба взяти біля 0,5 г, а для аморфних 0,1-0,3 г.
Відбір осаджувача і його концентрація. Напрактиці осаджувача беруть в 1,5-2 рази більше ніж потрібно за рівняннямнадлишок осаджувача зменшує розчинність осаду. Для осадження кристалічнихосадів користуються розведеними розчинниками. В цих умовах осади утворюються уформі більших кристалів. Аморфні осади осаджують із концентрованих розчинів.
Умови отримання крупно кристалічних іаморфних осадів
Для отримання крупнокристалічних осадівнеобхідно дотримуватись таких умов садження:
Осаджують із достатньо розбавленого розчинурозбавленим розчином.
Розчин осаджувача добавляють повільно,краплями, особливо на початку осадження.
При введені осаджувача розчин потрібно добреперемішувати скляною паличкою.
Осадження проводять із гарячого розчинугарячим розчином осаджувача, що сприяє росту кристалів.
Осад залишають на декілька годин надозрівання, що веде до укруплення кристалів.
Осадження аморфних осадів проводиться затаких умов:
Осадження із гарячих розчинів.
Перед осадженням у розчин добавляютькоагулюючий електроліт.
Осадження проводять із концентрованих розчинівконцентрованими розчинами осаджувача, осаджувач вводять швидко.
Аморфні осади фільтрують і промиваютьвідразу ж після осадження без дозрівання.
Після осадження проводять пробу на повнотуосадження: в розчин з відстояним осадом обережно по стінці стакана приливаютьдекілька крапель осаджувача і слідкують за місцем стікання крапель, якщо вмісті падіння крапель осаджувача в розчині не утворилось муті це означає, щоосадження відбулося повністю. Фільтрування і промивання осаду важливі операціївагового аналізу. Фільтрують через паперові беззольні фільтри у яких зола, щозалишилась після спалювання настільки незначна, що нею можна знехтувати.Беззольні фільтри розрізняють за діаметром (5, 7, 9, 11 см) і щільністю паперу (від щільності фільтра залежить швидкість фільтрування). Вони бувають трьохсортів: І – найменшої щільності, що швидко фільтрують, їх застосовують прифільтруванні аморфних осадів (чорна, або червона стрічка); ІІ – середньоїщільності, використовуються для фільтрування кристалічних осадів (біластрічка); ІІІ – найбільш щільні, які фільтрують повільно і використовуються прифільтруванні мілко-кристалічних осадів (синя стрічка).
При фільтруванні спочатку зливають відстоянурідину над осадом через фільтр по щільно приставленій до носика стакана склянійпаличці. Рівень рідини на фільтрі повинен бути нижче краю фільтра на 3-5 мм. Коли вся рідина злита з осаду і на дні стакана залишився осад приступають до промивання осадушляхом декантації. Кількість промивної рідини залежить від характеру осаду,аморфні осади промиваються довше ніж кристалічні, при цьому промивну рідинупотрібно вливати малими порціями. Промивають осад декантацією до тих пір покистікаюча рідина не буде мати домішок, для цього збирають в пробірку 1-2 млфільтрату, і приливають реактив, який дає якісну реакцію на домішки (хлориди –з AgNO3, утворюється біла муть, якщо нема муті то в осаді немає домішок). Даліосад разом із фільтром висушують при температурі 100-110˚С і прожарюють вмуфельній печі при високій температурі.
Приклади гравіметричного аналізу (визначеннябарію у хлориді барію), визначення заліза, алюмінію
Визначення Феруму в хлориді феруму (III).Для солей Феруму (ІІІ) осаджувачем є розчин аміаку, який реагує із йонамиФеруму за таким рівнянням:
FеСl3 + ЗNН3 + ЗН2O = Fе(ОН)3↓ +ЗNН4С1
Гідроксид феруму (III) під час прожарюванняперетворюється в оксид феруму (III), склад якого відповідає формулі Fе2O3:
Fе(ОН)3 = Fе2O3 + ЗН2O
Хід роботи: 0,3—0,5 г хлориду феруму (III)зважують на годинниковому склі на аналітичних терезах з точністю до 0,0001 г. Наважку розчиняють у стакані місткістю 300 мл у 10 мл води, до якої добавляють 2 мл 2 нрозчину хлоридної кислоти, щоб запобігти гідролізу солей. Розчин нагрівають докипіння і добавляють до нього краплями концентрований розчин аміаку до появизапаху. Потім у стакан з аморфним осадом гідроксиду феруму (ІІІ) доливають80—100 мл гарячої води, вміст стакана перемішують і через кілька хвилин, коли осадзбереться на дні стакана, декантують прозорий розчин крізь фільтр з червоноюсмужкою. Потім до осаду знову приливають 15 мл гарячої води, вміст перемішують: декантують розчин крізь той самий фільтр. Так повторюють 3—4 рази. Післяцього осад змивають на фільтр потужним струменем гарячої води з промивалки іпромивають його на фільтрі ще 5—6 раз. Промивання вважають закінченим, якщо уфільтраті після добавляння розчину нітрату аргентуму не утворюється осадхлориду аргентуму.
Лійку з промитим осадом закриваютьфільтрувальним папером і протягом однієї години висушують у сушильній шафі затемператури 100 °С. Сухий осад з фільтром переносять у зважений фарфоровийтигель і, загнувши верхню частину фільтра, прожарюють тигель з осадом у муфеліза температури 800 °С до сталої маси. Прожарювання можна вважати закінченим,якщо маса двох останніх зважувань після прожарювання осаду відрізнятиметься небільше, ніж на 0,1—0,2 мг. Масову частку Феруму обчислюють за формулою:
W(Fe) = 2Ar(Fe)*B / Mr(Fe2O3)*g
Де Ar -відносна атомна маса Феруму;
Mr(Fе2O3) — відносна молекулярна масавагової форми;
В — маса осаду вагової форми в грамах;
g — наважка в грамах.
Визначення алюмінію у сплавах.Методоснований на осадженні йонів алюмінію 8-оксіхіноліном, при цьому утворюєтьсянерозчинна сполука Al(C9H6NO)3, яка випадає в осад. Осадження ведуть при рН=5 вприсутності ацетатно-буферного розчину. Утворений кристалічний осад легкофільтрується і промивається. Фільтрування проводять через скляний фільтр.
Розраховують наважку, розчиняють в 100 млводи додають 2н розчин сульфатної кислоти до досягнення слабо кислої реакції, апісля цього додають 8-оксіхіноліном при перемішуванні нагрівають до температури100̊ С, по краплям додають ацетат кальцію і витримують 20 хв на водянійбані. Фільтрують через скляний вакуум фільтр, 2-3 рази промивають гарячоюводою, а потім холодною, висушують при температурі 130˚ С в сушильній шафі(більше неможна, бо він розкладається). Осад охолоджують, зважують і проводятьокислення.
Визначення барію в кристалічному хлоридібарію. Метод базується на розчиненні наважки хлориду барію і осадженню баріюсульфатною кислотою:
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl
Одержаний осад фільтрують, промивають,прожарюють зважують і за вмістом сульфату барію, розраховуємо вміст барію.Зважуємо BaCl2, а потім на аналітичних вагах уточнюємо масу наважки. Наважкузсипаємо в склянку на 200 мл, додаємо 100 мл дистильованої води, нагріваємо наводяній бані до 90̊ Спри безперервному перемішуванні. Додаємо розчин сульфатної кислоти,коли розчин над осадом стане прозорим, виконують пробу на повноту осадження припозитивній пробі, яка свідчить, що весь барій перейшов в осад. Склянкузалишаємо на 2 години для осадження. Для фільтрування беруть беззольні фільтриз синьою стрічкою, переносять осад на фільт, тричі промивають, прожарюють притемпературі 800˚ С протягом одної години. Після зважування визначаютьвміст барію за розрахунковими формулами гравіметричного методу.
Визначення сульфатів у вигляді сульфатубарію. Одним із методів визначення Сульфуру є ваговий метод, при якому йогопереводять у кристалічний осад сульфату барію. Суть методу полягає у тому, щоаніони SO4 за допомогою розчинних солей Барію осаджують у вигляді сульфатубарію:
Nа2SO4 + ВаС12 = ВаSO4↓ + 2NaС1
Сульфат барію не зовсім відповідає вимогамдо осадів у ваговому аналізі (розчинність ВаSO4 — 2,3 мг в 1 л). Але розчинність осаду можна зменшити дією однойменних йонів. Потрібний для цього надлишокоднойменних йонів Барію можна обчислити, виходячи з величини добуткурозчинності сульфату барію.
Для виготовлення розчину осаджувача натехнічних терезах зважують 2 г хлориду барію, розчиняють його в 50 мл води.терезах зважують і г хлориду барію, розчиняють його в 50 мл води.
Хід роботи: Сульфат-іони осаджують у виглядікристалічного осаду. Для аналізу беруть наважку, що становить 0,01 молярноїмаси еквівалента сульфату. На аналітичних терезах зважують 0,7—0,8 г сульфатунатрію з точністю до 0,0001 г і розчиняють у 100 мл води. Якщо в утвореномурозчині є каламуть механічних домішок, його фільтрують, добавляють 2—3 краплірозчину метилового оранжевого і краплями концентровану хлоридну кислоту, покизабарвлення індикатору не зміниться на червоне. Після цього добавляють ще 1 млкислоти.
Розчини сульфату, що досліджують, і хлоридубарію нагрівають до кипіння і повільно, краплями добавляють до розчину сульфатурозчин хлориду барію, аж поки не добавлять 2/3 осаджувача, решту осаджувачадоливають відразу.
Стакан з осадом закривають папером ізалишають відстоюватися 2—2,5 год. Перевіряють повноту осадження: в окремійпробірці до прозорого розчину над осадом добавляють кілька крапель хлоридубарію. Якщо повноти осадження не досягнуто, то розчин з осадом нагрівають, добавляють 1 г хлориду барію, розчиненого в 20 мл води, і вміст стакана знову відстоюють.
Осад після відстоювання відфільтровуютькрізь щільний фільтр із синьою смужкою і промивають його на фільтрі 2—3 разималими порціями холодної води. У промивних водах перевіряють наявність йонівХлору або Барію, щоб упевнитись у повноті промивання. Осад разом з фільтромвисушують у сушильній шафі, переносять у зважений тигель, фільтр спалюють іосад прожарюють за температури 750—800 °С протягом 30 хв (за вищої температуриможе відбутися термічна дисоціація сульфату барію). Тигель охолоджують вексикаторі і зважують на аналітичних терезах. За знайденою масою сульфату баріюобчислюють масову частку сульфат-іону:
W(SO4) = Mr(SO4)*B / Mr(BaSO4)*g *100%
Mr(SO42-) i Mr(ВаSO4 ) – відповідно відноснімолекулярні маси сульфат-іона та сульфат барію,
В – маса осаду вагової форми в грамах,
g – наважка в грамах.