БТПп2 / химия 3 семестр . Аналитика / Введение в гравиметрию

Метод гравиметрии (весовой анализ)

В гравиметрическом анализе по методу осаждения содержание определяемого вещества (элемента, иона) в исследуемой пробе рассчитывают по массе осадка, полученного после осаждения этого элемента (иона) из образца.

Анализ по методу осаждения включает несколько этапов. В ходе первого подготовительного этапа отбирают представительную пробу, из нее берут навеску анализируемого вещества на аналитических весах, переводят ее в раствор, удаляют мешающие ионы, если они присутствуют. Далее определяемый ион переводят в трудно растворимый осадок — осаждаемую форму. Осаждение необходимо проводить в рекомендованных условиях для получения особо чистых и крупных кристаллов. Осадок отделяют декантацией от маточного раствора, промывают, отфильтровывают. После чего осаждаемую форму переводят в гравиметрическую (весовую) форму, для этого осадок высушивают, прокаливают и далее взвешивают. По массе прокаленного осадка (гравиметрической формы) и его формуле рассчитывают содержание в нем определяемого иона.

Гравиметрический анализ очень точный (погрешность ≈0,01%), так как применяется только один измерительный прибор — аналитические весы. Однако очень трудоемкий, длительный и требует точного выполнения всех операций высококвалифицированным химиком-аналитиком.

Так как при прокаливании многие осадки претерпевают химические изменения, то состав осаждаемой формы и гравиметрической формы могут не совпадать. Например, при определении Fe³⁺ осаждаемой формой является гидроксид Fe(OH)₃, гравиметрической (весовой) формой — безводный оксид Fe₂O₃, образующийся из осаждаемой формы при прокаливании:

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃+3H₂O.

осаждаемая гравиметрическая

форма форма

В гравиметрическом анализе при выборе осаждаемой формы и гравиметрической (весовой) формы учитываются следующие требования к ним.

Требования к осаждаемой форме.

1. Низкая растворимость (ПР<1·10^-10), так чтобы осаждение было количественным, и потери за счет растворимости осадка составляли не более погрешности аналитических весов (m_потери≤ 0,0002 г). Расчет показывает, что концентрация определяемого компонента, остающегося в маточном растворе должна быть не более 10^-6 моль/л.

2. Предпочтительны осадки, имеющие кристаллическую структуру, которые получаются чистыми, без внутренних включений примесей. Кристаллические осадки лучше декантируются, промываются, фильтруются, чем аморфные осадки.

3. Осаждаемая форма должна превращаться в определенных условиях в гравиметрическую (весовую) форму, состав которой описывается единственной формулой без примесей других соединений.

Требования к осаждаемой форме определяют выбор осадителя: он должен давать плохо растворимый осадок, так чтобы осаждение было количественным. Кроме того, осадитель должен быть летучим веществом, чтобы при прокаливании адсорбированные молекулы осадителя легко удалялись с поверхности осадка и не загрязняли его. Поэтому, например, для осаждения Fe³⁺ выбирают летучий, удаляющийся при нагревании водный раствор аммиака, гидроксид натрия не применяют. Для осаждения катионов металлов в виде солей выбирают растворы соответствующих кислот, либо соли аммония, но не щелочных металлов.

Промывание осадка проводят таким образом, чтобы потери осадка составляли не более погрешности аналитических весов (m_потери≤ 0,0002 г). Выбор промывной жидкости определяется свойствами осадка.

Осадки, имеющие растворимость более 10^-6 моль/л, как правило, промывают раствором, содержащим осадитель, например осадок BaSO₄ — разбавленным раствором серной кислоты.

Осадки легко образующие коллоидные растворы промывают растворами летучих электролитов, например NH₄Cl, для коагуляции коллоидных частиц.

За счет гидролиза соли растворимость осадка увеличивается. Осадки таких солей промывают растворами летучих веществ, подавляющими гидролиз соли.

Требования к гравиметрической (весовой) форме.

1. Состав гравиметрической (весовой) формы описывается единственной формулой.

2. Гравиметрическая форма должна быть химически устойчивой во внешней среде.

3. Предпочтительна гравиметрическая форма с наименьшим содержанием определяемого иона.

При расчете результатов гравиметрического анализа пользуются аналитическим множителем — гравиметрическим фактором (F). Формула для его расчета легко определяется по пропорции. Например, для определения Mg по гравиметрической форме Mg₂P₂O₇, следует учитывать, что в 1 моль Mg₂P₂O₇ содержится 2 моль Mg. Следовательно, можно составить пропорцию:

M(Mg₂P₂O₇) ~ 2M(Mg)

m(Mg₂P₂O₇) ~ m(Mg)

Тогда масса магния может быть рассчитана по формуле:

, где

M(Mg₂P₂O₇) — молярная масса гравиметрической формы Mg₂P₂O₇;

M(Mg) — молярная форма определяемого компонента Mg.

Гравиметрическим фактором (F) является отношение молярной массы определяемого вещества к молярной массе гравиметрической (весовой) формы с учетом стехиометрических коэффициентов.

Таким образом, массу определяемого вещества — m(Mg) — можно рассчитать по формуле:

где m(Mg₂P₂O₇) – масса гравиметрической (весовой) формы.

В общем случае массу определяемого компонента (m_{опр комп}) можно рассчитать по формуле:

,

где m_{грав форм} — масса гравиметрической формы.

Значения гравиметрических факторов (F) для различных определений приводятся в справочнике по аналитической химии.

Более подробно теория метода гравиметрии изложена в курсе лекций [31-42]