Гравиметрический (весовой) анализ

1. Краткая характеристика метода.

Гравиметрический анализ основан на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, полученных в результате аналитической реакции и выделении в химически чистом состоянии или в виде соответствующих соединений. Аналитическим сигналом в гравиметрии является масса.

Гравиметрический анализ является наиболее точным видом химического анализа, но вместе с тем и наиболее трудоемким. Этот метод обычно применяют, когда нужно получить наиболее точные и достоверные результаты, например при анализе эталонов для градуировки и контроля физико-химических методов, при определении состава структурных соединений.

Наиболее существенным достоинством гравиметрического метода является высокая точность анализа. Обычная погрешность гравиметрического определения составляет 0,1—0,2%. При анализе пробы сложного состава погрешность возрастает до нескольких процентов за счет несовершенства методов разделения и выделения анализируемого компонента. К числу достоинств гравиметрического метода относится также отсутствие каких-либо стандартизации или градуировок по стандартным образцам, необходимых почти в любом другом аналитическом методе. Для расчета результатов гравиметрического анализа требуется знание лишь молярных масс и стехиометрических соотношений.

Селективность гравиметрического анализа невысока в связи с отсутствием соответствующих реагентов на большинство ионов.

Существенным недостатком гравиметрического метода является длительность определений. Это практически исключает применение гравиметрического анализа, например, для текущего технологического контроля производства и там, где быстрота выполнения анализа имеет решающее значение.

Чаще всего гравиметрический метод применяют для определения основных компонентов пробы, когда на выполнение анализа отводится несколько часов или десятков часов, для анализа эталонов, используемых в других методах, в арбитражном анализе, для установления состава минералов, различных веществ, включая синтезированные, состава различных композиций и т. д. Практическое применение гравиметрического метода остается очень широким.

Гравиметрические определения можно разделить на три группы:

1. методы осаждения,

2. отгонки

3. выделения.

1. Методы осаждения основаны на осаждении определяемого компонента в виде малорастворимого химического соеди­нения, фильтровании, прокаливании (или высушивании) до постоянной массы и последующем определении массы полученного вещества. При этом различают осаждаемую форму (ОФ) — форму, в виде которой определяемое вещество осаждают, и гравиметрическую форму (ГФ) — форму, в виде которой определяемое вещество взвешивают.

К осаждаемой форме предъявляют следующие требования:

• осадок должен быть малорастворимым (не более 1·10^-7 - 10^-8 моль/л) и иметь концентрацию определяемого компонента в насыщенном растворе за пределами точности аналитических весов;

• полученный осадок должен быть чистым и выделяться в форме, удобной для его определения;

• образовывать крупные кристаллы, что способствует быстрому фильтрованию и незначительному загрязнению поверхности кристаллов по сравнению с мелкокристаллическими и аморфными осадками.

Требования к гравиметрической форме:

• гравиметри­ческая форма должна быть стехиометрическим соединением известного состава;

• высокая химическая устойчивость;

• относительная молекулярная масса должна быть высокой, содержание определяемого элемента - низким.

В процессе прокаливания гравиметри­ческая форма может не изменять своего химического состава и совпадать с осаждаемой формой, на­пример:

осаждаемая гравиметрическая

форма форма

осаждаемая гравиметрическая

форма форма

Часто при прокаливании осадок изменяет свой химический состав:

осаждаемая гравиметрическая

форма форма

Прокаливание осадка до постоянной массы прекращают, когда два последовательных взвешивания различаются не более чем на 2 • 10^-4 г, что характеризует обычную погрешность взвешивания на аналитических весах.

2. Методы отгонки основаны на отгонке определяемого компонента в виде летучего соединения с последующим определением массы отогнанного вещества (прямое определение) или массы остатка (косвенное определение). Например, прямое определение СО₂, Выделяющегося при кислотном разложении карбонатов:

Массу диоксида углерода определяют по увеличению массы поглотительной трубки, заполненной асбестом, пропитанным NaOH и CaO. Примером косвенного определения может служить метод определения кристаллизационной воды в неорганических соединениях:

Содержание кристаллизационной воды определяют по разности массы образца до и после прокаливания.

3. Методы выделения основаны на количественном выделении определяемого компонента в свободном состоянии из анализируемого раствора путём химической реакции с последующим определением массы выделенного вещества.

Наибольшее применение находит метод осаждения.