Непрямые методы анализа

При использовании непрямых методов анализа ( или методов с разложением вещества ) нужно перевести минерал в растворимое состояние, чтобы определить какие катионы и анионы входят в его состав. Имеет место растворение (разложение ) пробы минерала. Разложение пробы растворением в жидкости (в жидких растворителях ), сплавлением с твердым реагентом (плавнем). Растворение может проходить без химических реакций и с участием химических реакций, с изменением степеней окисления и без изменения степеней окисления. Растворение может быть кислотное и бескислотное.

Аппаратура, химическая посуда, материалы

В зависимости от способа растворения и природы минерала используют химические стаканы и часовые стекла, чашки (платиновые, фарфоровые, кварцевые), тигли (фарфоровые, кварцевые, графитовые, металлические - никелевые, железные, танталовые, платиновые). Автоклавы. Запаянные трубки.

Посуду изготавливают из специальных сортов стекла, которое должно быть термостойким и химически стойким. Это боросиликатное стекло различных сортов с высоким содержанием диоксида кремния SiO_2.

Йена G20 : SiO₂ - 76% , В₂O₃ -8,4%, Na₂O -6,5%, CaO - 0,4% , BaO - 3,9% , Al₂O₃-4,5%, Fe₂O₃ - 0,1%, TiO₂ -0,05% , As₂O₃ -0,1% ,F - 0,1%.

Пирекс : SiO₂ - 81%, B₂O₃ - 11,4%, Na₂O - 4,5%, K₂O -0,1%, MgO - 0,2 % , CaO - 0,3%, BaO - 0,3%, Al₂O₃ - 2,0% , Fe₂O₃ - 0,15%, TiO₂ - 0,05%, As₂O₃ -0,3%.

Кварц : SiO₂ - 99,8% , примеси оксидов Na,Al,Fe(III),Mg,Ti.

Стойкость этих стекол к действию кислот, как правило, выше, чем к действию щелочей. При действии воды или пара на поверхности стекла образуется пленка SiO₂, которая в значительной степени замедляет разрушающее действие растворителей, за исключением HF и щелочей.

Фарфор. Мольное отношение (Na₂O + K₂O) : Al₂O₃ : SiO₂ составляет 1:8,7 : 22. В фарфоре Al₂O₃ содержится больше, чем в стекле. Фарфор покрывают глазурью, которая состоит из SiO₂ - 73%, Al₂O₃ -9%, CaO - 11%, (Na₂O + K₂O) -6%. Химическая стойкость изделий из фарфора выше, чем из стекла. Его можно использовать до 1100 - 1300⁰С .

Стекло и фарфор являются силикатом, поэтому они подвергаются действию HF,щелочи.

Наиболее распространенные металлы для изготовления химической посуды : Pt

(t пл.1772⁰С), Fe (t пл. 1535⁰С), Ni (t пл. 1453⁰С), Zr (t пл. 1852⁰С). Платина растворяется в смеси кислот HCl + HNO₃:

3Pt + 18HCl + 4HNO₃ = 3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8 H₂O

Разрушает платиновую посуду нагревание в коптящем пламени горелки. C, S, P разрушают Pt- посуду при озолении органических соединений. При этом могут образоваться соединения платины различного состава: PtS, PtS₂, Pt₃C - средний состав карбида, вероятный тип фосфида PtP, PtP₂, Pt₃P. Поэтому Pt- посуду (тигли, чашки ) лучше нагревать в электрических печах.

Разложение образцов сплавлением с гидроксидом щелочных металлов (NaOH, KOH) или пероксидом натрия ( Na₂O₂) рекомендуют проводить в никелевых или железных, а иногда циркониевых и серебрянных тиглях.

Подготовка образца к анализу

1. Визуальное рассмотрение образца.

2. Подготовка пробы образца. Если образец представляет собой большой кусок, то от него следует молотком отколоть небольшие кусочки. Затем следует растереть образец в ступке с помощью пестика. В зависимости от твердости образца используют ступки из разных материалов ( сталь, агат, яшма, фарфор). Образец тщательно измельчают. Растертая проба не должна содержать крупных частиц. Взять примерно 1 г тонкого порошка (пудры) для анализа. Чем мельче проба, тем быстрее она растворится.

3. Отбор средней пробы. Необходимо всегда проводить отбор средней пробы, так как состав одного куска минерала отличается от состава другого. Существует несколько способов отбора средней пробы. Один из них: весь порошок минерала насыпать на лист плотной бумаги и после тщательного перемешивания шпателем распределить в виде прямоугольника высотой 0,5-0,6 см. Провести ряд продольных и поперечных линий:

	*		*
*		*
	*		*

Отобрать из центров полученных квадратов (пропуская один) некоторое количество порошка. Место отбора показано звездочками. Полученную среднюю пробу использовать для анализа.

4. Предварительное испытание на окраску пламени. Пирохимический анализ.

Пирохимический анализ используется как предварительные проверочные реакции при анализе сухих веществ. Небольшое количество порошка минерала смочите 2-3 каплями концентрированной HCl, внесите его на чистой нихромовой проволоке в бесцветное пламя горелки и наблюдайте окраску пламени. Летучие соли многих металлов окрашивают пламя в различные цвета.

5. Растворение в жидкостях.

При растворении проб в жидкостях обычно используют стеклянные химические стаканы или конические колбы Эрленмейера. Если при растворении появляется пена или возможно разбрызгивание, то удобно применять грушевидные колбы Кьельдаля с длинным горлом. Если при обработке пробы кислотами выделяются пары или газы, неиспользуемые в дальнейшем, то их удаляют, для чего над реакционной колбой помещают стеклянный колпак, который подсоединяют к водоструйному насосу.

Если при растворении пробы выделяются пузырьки газа или пробу растворяют при кипячении, то всегда возможно разбрызгивание раствора. Потери при этом зависят от условий растворения, размера и формы сосуда. Потери уменьшаются при растворении в стакане, закрытым часовым стеклом. Потери возможны при резком вскипании при нагревании или выпаривании растворов. Для предотвращения вскипания раствор перемешивают или в него вносят кусочки пористого материала ( битого фарфора, обожженной глины, пемзы и др.) или стеклянные капилляры, запаянные с одного конца.

Возможные потери летучих соединений : галогеноводородные кислоты (HCl, HI) ; в виде простых веществ H₂, O₂, N₂, Cl₂, Br₂, I₂, Hg; в виде гидридов C (CH₄), Si (SiH₄), N (NH₃), P, As , Sb; S (H₂S), Se,Te; в виде оксидов : C (CO₂), S (SO₂), N (NO, NO₂). Эти потери можно предотвратить различными способами. Например, проводить разложение с обратным холодильником. При этом летучие соединения возвращаются с растворителем или вообще не испаряются. Но все это не устраняет потери вещества.