книги из ГПНТБ / Гусев В.П. Технический анализ при отделке тканей и трикотажных изделий учебник

Г Л А В А I

ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ДЛЯ АНАЛИЗА

ВИДЫ РАСТВОРОВ ДЛЯ АНАЛИЗА

При химических и физико-химических методах анализа приме­ няют разнообразные вспомогательные растворы, из которых чаще всего используют растворы кислот, щелочей, окислителей, восста­ новителей, комплексообразующих веществ и индикаторов.

Вспомогательные растворы, применяемые при анализе, подраз­ деляют на т очные , концентрация которых выражена с точностью до четырех-пяти значащих цифр, и п р и б л и з и т е л ь н ы е , концент­ рация которых выражена с точностью до двух-трех значащих цифр.

в мерной колбе навески вещества, взвешенной с точностью до четырех-пяти значащих цифр. Для приготовления стандартных рас­ творов пользуются химически чистыми веществами, которые не изменяются на воздухе и состав которых точно отвечает их фор­ муле. Разновидностью стандартных растворов являются растворы, приготовленные из фиксаналов. Ряд точных растворов, получаемых разбавлением стандартного раствора, называют э т а л о н н ы м и .

Т и т р о в а н н ы м и растворами называют растворы, концентра­ цию которых устанавливают титрованием. При приготовлении ти­ трованных растворов требуется меньшая точность во взвешива­ нии и отмеривании объемов, чем при приготовлении стандартных растворов (взвешивают навески веществ с точностью до двух-трех значащих цифр, а объемы воды или других жидкостей можно от­ меривать мензуркой или мерным цилиндром). Иногда титрованные растворы называют растворами с установленной концентрацией или установленными растворами.

Приблизительные растворы готовят, взвешивая навески ве­ ществ с точностью до двух-трех значащих цифр и отмеривая объ­ емы жидкостей мензурками или мерными цилиндрами.

КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРОВ

Концентрацией раствора называют количество растворенного вещества в определенном количестве раствора или растворителя. Концентрация растворов может быть выражена в массовых, моль­ ных и объемных долях или в процентах растворенного вещества, отношением масс или объемов растворенного вещества и раство­ рителя, а также количеством растворенного вещества в единице

11

выраженное в процентах:

или

100m

(5)

т + mp

где т — масса растворенного вещества, г; Q — масса раствора, г;

/Пр—масса растворителя, г.

Процентной концентрацией характеризуют приблизительные растворы.

О б ъ е м н а я п р о ц е н т н а я концентрация — отношение объ­ ема растворенного вещества к объему раствора, выраженное в про­ центах:

где W — объем растворенного вещества, мл; V — объем раствора, мл.

Объемной процентной концентрацией выражают концентрацию растворов некоторых взаимно растворимых жидкостей.

М о л я р н а я концентрация раствора (молярность) — количество

Зависимость между наиболее распространенными концентра­ циями растворов, применяемых в анализе, можно выразить урав­ нениями:

13

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВЕЩЕСТВАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ

ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ АНАЛИТИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ

Реактивы, применяемые для приготовления растворов, в зависи­ мости от содержания примесей имеют квалификации: «чистый» (ч), «чистый для анализа» (ч. д. а.) и «химически чистый» (х. ч.). Наи­ меньшее количество примесей содержится в химически чистых ре­ активах. Большинство растворов для химического анализа готовят из X. ч. или ч. д. а. реактивов, однако для некоторых растворов мо­ гут быть использованы чистые реактивы или даже технические, если они не содержат примесей, оказывающих влияние на резуль­ тат анализов.

Если для приготовления растворов используют реактивы или технические препараты, содержащие нежелательные примеси в ко­ личествах, выше допускаемых ГОСТ для реактивов х. ч. или ч. д. а., то эти вещества должны быть подвергнуты предварительной очистке. Способы очистки веществ, применяемых для приготовле­ ния растворов, описаны в специальной литературе.

При приготовлении растворов используют дистиллированную воду, соответствующую требованиям ГОСТ 6709—72. Для некото­ рых растворов (тиосульфата натрия, щелочей) необходимо приме­ нять дистиллированную воду, не содержащую углекислого газа. Для этого необходимое количество дистиллированной воды кипятят в течение 30 мин, а затем колбу закрывают пробкой, в которую вставлена стеклянная трубка, соединенная через резиновый шланг с промывной склянкой Дрекселя, наполненной 20%-ным раствором едкого натра или едкого кали. Дистиллированную воду можно также освободить от углекислого газа выдерживанием в бутыли, горлышко которой соединено с сосудом, заполненным натронной известью или раствором щелочи.

Содержание в воде углекислого газа определяют титрованием 300 мл воды 0,1 н. раствором-едкого натра в присутствии двух ка­ пель раствора фенолфталеина до появления розового окрашивания. Для воды, не содержащей углекислого газа, на титрование расхо­ дуется не более 0,2 мл 0,1 н. раствора едкого натра.'

ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ И ПОСУДЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ

При приготовлении растворов для взвешивания веществ приме­ няют техно-химические, аналитические весы или микровесы. Взве­ шивание на техно-химических весах (с точностью до 10 мг) про­ изводят обычно при приготовлении приблизительных растворов, а также перед взвешиванием на аналитических весах. Аналитиче­ ские весы применяют для взвешивания с точностью до 0,2 мг при приготовлении стандартных растворов и для отбора навесок исход­ ных веществ при установке концентрации титрованных растворов.

При титровании с помощью полумикробюреток навески исход­ ных веществ для установления концентрации растворов взвешива­ ют на микровесах с точностью до 0,002 мг.

14

Правила установки весов, ухода за ними и разновесами и пра­ вила, взвешивания даны в руководствах по аналитической химии.

Для приготовления, хранения и установления концентрации рас­ творов используют химическую посуду: склянки, бутыли, колбы, мерную посуду.

Емкость склянок, бутылей и колб, в которых готовят и хранят растворы для анализа, должна быть такой, чтобы обеспечить дли­ тельное пользование одним раствором с учетом времени его устой­ чивости. Поэтому большинство растворов, особенно расходуемых в больших количествах, хранят в бутылях емкостью 10—15 л. Для растворов, расход которых сравнительно невелик, могут быть использованы склянки емкостью 3—5 л и меньше. Растворы, раз­ лагающиеся под действием света (тиосульфата, йода, перманга­ ната, йодистого калия, азотнокислого серебра, перекиси водорода), следует хранить в склянках из темного стекла или покрытых сна­ ружи черным лаком.

Вся посуда для приготовления, хранения и установления кон­ центрации растворов должна быть тщательно вымыта. Предвари­ тельно ее промывают теплой или горячей водопроводной водой с помощью ершей или фильтровальной бумаги. Последующую об­ работку с целью обезжиривания внутренних стенок можно произ­ водить следующими растворами:

1) хромовой смесью, которую готовят путем медленного добав­ ления при охлаждении к раствору, содержащему 10 г бихромата калия в 40 мл воды, концентрированной серной кислоты (200—

250мл); смесь используют неоднократно;

2)5%-ным раствором марганцевокислого калия, к которому перед применением добавлен в 20 раз меньший объем концентриро­ ванной серной кислоты;

3)подогретой до 30—40° С смесью равных объемов 6 н. рас­ твора соляной кислоты и 6%-ного раствора перекиси водорода (смесь можно использовать многократно);

4)теплыми растворами мыла или моющих веществ с концент­ рацией 3—5 г/л, с последующей промывкой горячей водой и хро­ мовой смесью;

5)органическими растворителями: ацетоном, спиртом и другими с последующей промывкой горячей водой и хромовой смесью или растворами других окислителей.

После промывки обезжиривающими растворами посуду не­

сколько раз прополаскивают водопроводной водой, а затем про­ мывают тремя небольшими порциями дистиллированной воды. На внутренних стенках чистой посуды не должны задерживаться капли воды. Сушка посуды, если это необходимо, производится на воздухе или в сушильном шкафу. Мерную посуду (колбы, пипетки, бюретки) специально не сушат, но если нужна сухая мерная по­ суда (например, для безводных жидкостей), то ее нельзя сушить при нагревании (горячим воздухом, над плиткой, в сушильном шкафу), а следует высушивать в комнатных условиях или проду­ ванием холодного воздуха.

15

Мерная посуда, служащая для отмеривания точных объемов, должна быть проверена на правильность калибровки.

Целесообразно также проградуировать посуду для хранения растворов путем нанесения на нее лаком делений, показывающих объемы в литрах или через каждые 0,5 л.

Если растворы часто используют для титрования, то склянки или бутыли с этими растворами соединяют со стационарно уста­ новленными бюретками.

При хранении растворов следует учитывать стойкость к их дей­ ствию материала посуды. Склянки или бутыли, служащие для дли­ тельного хранения растворов щелочей, с целью предупреждения загрязнения растворов продуктами выщелачивания стекла могут быть покрыты изнутри парафином, наносимым путем осторожного нагревания склянки, внутрь которой помещен парафин, в сушиль­ ном шкафу или над плиткой до температуры 60—80° С и последу­ ющего распределения расплавленной массы тонким слоем по всей внутренней поверхности путем поворачивания склянки. Для хране­ ния разбавленных холодных растворов щелочей и кислот (кроме азотной) можно применять полиэтиленовую посуду.

Пробки, которыми закрываются склянки и бутыли с раство­ рами, должны обеспечивать хорошую герметичность и быть стой­ кими к растворам. Для растворов щелочей и щелочных солей (кроме аммиака) обычно используют резиновые пробки. Для ще­ лочных растворов не следует применять притертые стеклянные пробки. Склянки с притертыми стеклянными пробками применяют для растворов азотной, соляной кислот, перекиси водорода, азотно­ кислого серебра, йода и других окислителей. Корковые пробки используют для растворов разбавленных кислот (кроме азотной и соляной), солей и щелочей. Для растворов летучих и органических кислот нельзя использовать резиновые пробки. Очень удобны для многих растворов полиэтиленовые пробки.

При приготовлении растворов приблизительной концентрации объемы жидкостей можно отмеривать мензурками и мерными ци­ линдрами, а при приготовлении стандартных растворов и при уста­ новке концентрации титрованных растворов пользуются точной мер­ ной посудой: мерными колбами, бюретками, пипетками.

В лабораториях очень удобны бескрановые бюретки с резино­ выми трубками — насадками, которые зажимают зажимом Мора или для которых в качестве затвора используют стеклянную бусину, вставленную внутрь резиновой трубки. Для растворов окислителей (марганцевокислого калия, хромпика, йода и др.) пользуются только бюретками со стеклянными кранами. Бюретки со стеклян­ ными кранами нельзя применять для растворов щелочей; для этих растворов используют только бескрановые бюретки.

После работы по приготовлению растворов или установке кон­ центрации растворов вся посуда, которой пользовались, должна быть чисто вымыта.

В перерывах между работами посуда должна храниться так, чтобы можно было избежать ее загрязнения и повреждения. Пи­

16

навеску вещества в объеме растворителя, равном объему раствора. Этот объем может быть отмерен мерным цилиндром или мензуркой.

Если раствор готовят из навески кристаллогидрата вещества, то в расчетное уравнение для определения навески подставляют вели­ чину химического эквивалента кристаллогидрата.

При приготовлении раствора с определенной нормальной кон­ центрацией путем разбавления более концентрированного раствора объем концентрированного раствора (мл) рассчитывают по формуле

При приготовлении точных растворов (например эталонных раство­ ров из более концентрированного стандартного раствора) концент­ рированные растворы отмеривают пипетками или приливают их из бюреток. При приготовлении приблизительных растворов разбавле­ ние можно делать путем смешивания концентрированного раствора

собъемом воды, равным разности между объемами разбавленного

иконцентрированного растворов:

Расчеты при приготовлении растворов, концентрация которых выражена в граммах на 1 л

Величину навески вещества (г) для таких растворов рассчиты­

где Т — концентрация раствора, г/л; V — объем раствора, мл.

Растворение вещества обычно ведут в мерной колбе с доведе­ нием объема раствора после растворения до метки. Приблизитель­ ные растворы можно готовить путем растворения навески в объеме воды, равном объему раствора.

18

Если раствор готовят из навески кристаллогидрата, а концент­ рация раствора выражена из расчета на безводное вещество, на­ веску кристаллогидрата вычисляют по формуле

При приготовлении растворов путем разбавления более концент­ рированных объем концентрированного раствора определяют по формуле

где Тк— концентрация концентрированного раствора, г/л, или

У _ _ т ѵ т _

(19)

где NK— нормальная концентрация концентрированного раствора; Э — химический эквивалент вещества.

Растворы готовят так же, как и при приготовлении растворов определенной нормальной концентрации путем разбавления более концентрированных растворов.

Для приближенных расчетов, связанных с приготовлением рас­ творов путем разбавления более концентрированных, можно поль­ зоваться правилом разбавления («правилом креста»), которое гла­ сит, что объемы смешиваемых растворов обратно пропорциональны разностям концентраций смешиваемых и полученного при смеши­ вании растворов. Это выражают схемами:

т / ' У2Ѵ 3 = 7 і_ т у

где Nu Ти N3, Т3— концентрации смешиваемых растворов;

Nz, Т%-— концентрации раствора, полученного при сме­ шивании;

Ѵ\, Уз — объемы смешиваемых растворов.