Гравіметричний аналіз

Гравіметричний аналіз належить до класичних хімічних методів кількісного аналізу. Гравіметричні методи досить високоточні і універсальні, порівняно прості, не потребують складної апаратури чи вимірювальних приладів. Однак їх недоліками є довготривалість та трудоємність процесу кількісного визначення, а також труднощі роботи з малими масами речовин. Точність гравіметричного аналізу складає 0,005–0,01%.

За величиною наважки гравіметричний аналіз використовують як макрометод (до 0,1 г), мікрометод (до 10^–3 г) та ультрамікрометод (до 10^–6 г). Цей метод кількісного аналізу базується на точному вимірюванні маси визначуваної речовини або її складових частин, виділених у хімічно чистому стані або у вигляді відповідних сполук, і включає два експериментальні вимірювання – зважування наважки та зважування гравіметричної форми – продукту відомого складу, одержаного з наважки.

У гравіметричному аналізі використовують фізичні або хімічні процеси (хімічні реакції). До фізичних належать методи висушування (відгонки), методи сублімації, виділення тощо. Вони дозволяють визначати леткі компоненти речовин, наприклад, вміст кристалізаційної води у кристалогідратах. Цей метод використовується тоді, коли кристалогідрат за нагрівання не зазнає інших хімічних змін, окрім виділення води:

CuSO₄·5H₂O_(к) СuSO_{4 (к)} + 5Н₂О_(г)

В основі хімічних методів кількісного аналізу лежать хімічні процеси. Це, в основному, метод осадження. Суть методу полягає у тому, що визначувану речовину при взаємодії її з відповідним реактивом переводять у малорозчинну сполуку. Останню відокремлюють, висушують, прожарюють до сталої маси і зважують. У методах осадження використовують неорганічні та органічні реагенти-осаджувачі.

Сполука, у вигляді якої визначуваний компонент осаджується з розчину, називається формою осадження (наприклад, BaSO₄ або Fe(ОН)₃). Основні вимоги до форми осадження – це мала розчинність осаду та зручна форма для її відокремлення від розчину фільтруванням, тобто крупнокристалічність осаду. Осад певного складу, який зважують на аналітичних вагах, називається гравіметричною формою (наприклад, BaSO₄ або Fe₂O₃). Основні вимоги до гравіметричної форми – легкість одержування та стійкість до дії різноманітних зовнішніх факторів.

Основні операції гравіметричного аналізу

Гравіметричне визначення здійснюється у такій послідовності операцій:

• відбір середньої проби речовини, яка є об’єктом аналізу;

• відбір точної наважки досліджуваного зразка речовини;

• переведення наважки речовини у розчин;

• осадження речовини (одержання осаджуваної форми);

• фільтрування та промивання осаду;

• висушування та прожарювання осаду (одержання гравіметричної форми);

• визначення маси речовини у гравіметричній формі;

• обчислення за результатами аналізу.

Результати гравіметричного визначення найчастіше подають в абсолютних одиницях маси (г) або через масову частку досліджуваного компонента (у %). В розрахунках за результатами вимірювань використовують гравіметричний фактор перерахунку – аналітичний множник (F). Значення гравіметричного фактора для деяких сполук наведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1. Значення гравіметричного фактора (F)

Речовина, яку визначають	Гравіметрична форма	F	Речовина, яку визначають	Гравіметрична форма	F
Ag	AgCl	0,7526	Mg	Mg2P2O7	0,2184
Al	Al2O3	0,5293	Ni	Ni(C4H7N2O2)2	0,2042
Ba	BaSO4	0,5884	Fe	Fe2O3	0,6994
Ca	CaCO3	0,4004	S	BaSO4	0,1373
Ca	CaO	0,7147	Si	SiO2	0,4667

Обчислення за результатами гравіметричного аналізу є досить простими і вимагають знання лише молярних мас сполук та стехіометричних співвідношень хімічної взаємодії:

, , ,

де М₁ і М₂ – відносні молекулярні маси речовини, яка визначається та гравіметричної форми; n – стехіометричний індекс еквівалентності М₁ і М₂.

Гравіметричний метод аналізу й сьогодні залишається одним із кращих методів хімічного аналізу з високою точністю визначення і має широке застосування. Похибка гравіметричного визначення зазвичай не перевищує 0,1–0,2%, а при застосуванні особливих заходів застереження, можна досягти точності визначення до 0,01%. Тому гравіметрію і надалі використовують як особливо точний метод кількісного аналізу для стандартизації та оцінки правильності аналітичних визначень. Найбільш поширеними причинами систематичних похибок у гравіметричному визначенні є використання реактивів недостатньої чистоти, втрата речовини в результаті відокремлення від маточного розчину, застосування невідповідного фільтрувального матеріалу, порушення умов реакції осадження, недосконале виконання операції переведення осаджуваної форми речовини в гравіметричну форму.

В цілому, гравіметричний метод кількісного аналізу є ефективним для визначення речовин, що є основними компонентами об’єкта аналізу, тобто містяться у великих кількостях. При цьому виявляються такі переваги методу, як відсутність операції градуювання, достатньо висока точність визначення, а також незначні матеріальні витрати та просте обладнання. Проте такий недолік методу, як значна тривалість аналізу, робить його неефективним при виконанні серійних аналітичних визначень.