ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Сущность гравиметрического анализа

Гравиметрический анализ основан на определении массы вещества.

Гравиметрический анализ – один из наиболее универсальных методов. Он применяется для определения почти любого элемента. В большей части гравиметрических методик используется прямое определение, когда из анализируемой смеси выделяется интересующий компонент, который взвешивается в виде индивидуального соединения.

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 из-за отсутствия соответствующих реагентов на большинство ионов.

Существенным недостатком гравиметрического метода является длительность определений.

В ходе гравиметрического анализа определяемое вещество или отгоняется в виде какого-либо летучего соединения (метод отгонки), или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения (метод осаждения). Методом отгонки определяют, например, содержание кристаллизационной воды в кристаллогидратах, если вещество при нагревании не претерпевает других химических изменений, кроме выделения воды:

ВаС1₂ • 2Н₂О (к) = ВаС1₂ (к) + 2Н₂О (г)

Убыль массы исходной навески равна содержанию воды.

Метод отгонки применяют также при анализе карбонатов, некоторых нитратов и других соединений, образующих летучие продукты реакции. Содержание анализируемого компонента определяют по уменьшению массы вещества в результате термической обработки.

Методы осаждения применяются более широко, и их практическое значение намного больше, чем методов отгонки.

Рассмотрим методы осаждения более подробно. Вслед за растворением пробы или получением анализируемого раствора выполняются следующие операции (осаждается один определяемый компонент): 1) осаждение; 2) фильтрование и промывание осадка; 3) высушивание или прокаливание; 4) взвешивание; 5) расчет результата анализа.

14.2. Осаждение

Соединение, в виде которого определяемый компонент осаждает­ся из раствора, называется формой осаждения.

Например, при осаждении сульфата формой осаждения является ВаSО₄. В качестве формы осаждения в гравиметрическом анализе можно использовать далеко не любой осадок.

К форме осаждения предъявляются следующие основные требования: 1) осадок должен быть малорастворим, т. е. осажде­ние должно быть достаточно полным; 2) полученный осадок дол­жен быть чистым и легко фильтрующимся.

Образование незагрязненных крупнокристаллических осадков является необходимым условием получения точных результатов в гравиметрическом анализе. Крупнокристаллические осадки получаются более чистыми, чем мелкокристаллические или аморфные, кроме того, крупнокристаллические осадки легко фильтруются. Мелкокристаллические осадки могут забивать поры фильтра, и тогда скорость фильтрования падает практически до нуля. Таким образом, для получения чистых, легко фильтрующихся осадков необходимо предусмотреть условия осаждения, при которых образуются крупные кристаллы.

Необходимо также, чтобы из формы осаждения легко полу­чалась гравиметрическая форма.

Решающее влияние на полноту осаждения и свойства осадков оказывают следующие условия: 1) концентрация (количество) осадителя; 2) температура; 3) концентрация посторонних солей.

14.3. Фильтрование и промывание осадка

Для фильтрования осадков в количественном анализе используются так называемые беззольные фильтры, остаток после озоления которых меньше чувствительности аналитических весов. Для фильтрования мелкокристаллических осадков, например ВаSО₄, применяют наиболее плотные фильтры (их маркируют, как фильтры с синей лентой), для крупнокристаллических и аморфных осадков предназначены менее плотные (с белой или черной лентой).

Осадок на фильтре промывают небольшими порциями промывной жидкости, так как при одном и том же общем объеме промывных вод многократная промывка небольшими порциями является более эффективной, чем при меньшем числе раз большими порциями жидкости.

14.4. Высушивание и прокаливание

На заключительной стадии анализа осадок после промывания высушивают или прокаливают и в результате такой термической обработки получают соединение, пригодное для взвешивания. Соединение, в виде которого производят взвешивание, называется гравиметрической формой.

Высушивание или прокаливание осадка продолжают до тех пор, пока его масса не станет постоянной, что обычно рассматривается как критерий достигнутой полноты превращения формы осаждения в гравиметрическую форму и указывает на полноту удаления летучих примесей – растворителя, адсорбированных солей аммония и т. д.

Гравиметрическая форма должна обладать также определенной химической устойчивостью в некотором достаточно широком интер­вале температур. Она должна получаться, по возможности при сравнительно низкой температуре (400—500 °С) и не изменяться при более высокой (700—800° до 1000 °С), оставаться устойчивой на воздухе при обычной температуре, т. е. не быть гигроскопичной и не реагировать с другими компонентами окружающей атмосферы.

Расчеты в гравиметрическом анализе

Если т — масса гравиметрической формы, например ВаSО₄, а в результате анализа требуется определить массу серы S, то результат можно рассчитать по простой пропорции. Обозначим молярную массу ВаSО₄ как М_ВаSО4, молярную массу S как М_S. Составим пропорцию:

из М_ВаSО4 г ВаSО₄ получается М_S г S

« т _ВаSО4 » ВаSО₄ » х S

Решая эту пропорцию, получаем

(1)

Отношение молярной массы определяемого компонента к молярной массе гравиметрической формы называют фактором пересчета, или гравиметрическим фактором и обозначают буквой F. Следовательно,

и вместо 1 можно записать:

x = mF

при вычислении гравиметрического фактора необходимо учитывать стехиометрические коэффициенты в химических формулах определяемого вещества и гравиметрической формы, с тем чтобы число атомов определяемого компонента в числителе и знаменателе дроби были одинаковыми

Равенство этого числа атомов обеспечивают коэффициенты ν1 ν2. например при расчете содержания Mg по массе Mg₂P₂O₇ фактор пересчета будет равен

Искомое процентное содержание ( Р ) рассчитывают по формуле:

,

где b – количество весовой формы; a – навеска исследуемого вещества;

F – фактор пересчета

Количественные разделения методом осаждения

Количественные разделения методом осаждения основаны на различной растворимости соединений с одинаковым анионом или катионом.

К.р. могут быть осуществлены в двух вариантах:

1. в одном из них создают такие концентрационные условия, при котрых в осадок выпадает только определяемое соединение и выпадает полностью, а все остальные компоненты пробы остаются в растворе (подавляющее большинство методов разделения).

2. Во втором варианте осаждают все элементы, кроме определяемого и так называемых не мешающих определению, присутствие которых не вызывает в дальнейшем каких-либо погрешностей анализа.