Требования к весовой (гравиметрической) форме
точное соответствие состава ВФ ее химической формуле, в противном случае вычисление результатов анализа было бы невозможным. Прокаливание осаждаемой формы позволяет получать весовую форму строго определенного химического состава, так как именно осаждаемая форма не соответствуют этому требованию.
достаточная химическая устойчивость во времени, чтобы в процессе определения массы определяемого компонента его состав не изменился (например, в результате его гигроскопичности, высокой щелочности, сильных окислительно-восстановительных свойств). В целях предотвращения таких процессов весовую форму в процессе анализа стремятся изолировать от окружающей среды путем герметизации в эксикаторах, атмосфера которых очищена от мешающих соединений (Н2О, СО2 и др.). часто весовую форму, являющуюся химически активным реагентом после прокаливания перед взвешиванием на аналитических весах превращают в химически устойчивую форму.
содержание определяемого компонента в весовой форме должно быть как можно меньшим. Это требование обусловлено тем, что погрешность определения скажется в меньшей мере на окончательном результате анализа (будут меньшими ошибки взвешивания, потери от растворимости осадка, от недостаточно полного перенесения осадка на фильтр и т.д.).
1.2. Техника операций в гравиметрическом анализе
Подготовка к взвешиванию и взвешивание. Правильная подготовка вещества для взвешивания заключается в удалении всех посторонних включений, попавших в пробу при хранении, транспортировке, упаковке и отборе пробы. С изменением влажности вещества процентное содержание его составных частей меняется. Поэтому в ряде случаев пробу высушивают в сушильных шкафах до постоянной массы при 105...110 °С. Некоторые вещества, подвергающиеся при нагревании окислению, сушат в атмосфере инертных газов.
Негигроскопичные воздушно-сухие вещества взвешивают на часовом стекле, не прибегая к особым предосторожностям. Гигроскопичные вещества или высушенные пробы, а также жидкости взвешивают в бюксах, которые представляют собой маленькую стеклянную емкость с притертой крышкой.
Перенесение и растворение навески. Содержимое взвешенного бюкса или часового стекла аккуратно высыпают в стакан, после чего бюкс или стекло с остатком навески снова взвешивают. Величину навески образца для анализа определяют по разности массы бюкса с навеской и без нее.
Если остатки навески в бюксе или на стекле смыть дистиллированной водой в тот же стакан, куда перенесена навеска, то величину навески рассчитывают по разности массы бюкса (стекла) с навеской и массой чистого бюкса (стекла).
Вещества, плохо растворимые в воде, растворяют при нагревании на водяной бане. Нерастворимые в воде вещества растворяют в разбавленных или концентрированных кислотах (под тягой).
Если осаждаемый осадок является кристаллическим, количество добавляемой воды для получения раствора осадителя берут с таким расчетом, чтобы получить примерно 0,1 н. раствор. Если же осаждают аморфный осадок, то навеску растворяют в минимальном количестве воды, чтобы получить концентрированный раствор.
Осаждение. Для полноты осаждения берется полутора-двукратный избыток осадителя по сравнению с рассчитанным по уравнению реакции. Осаждение ведут в том же сосуде, в котором проводилось растворение пробы, при нагревании. Техника осаждения кристаллических и аморфных осадков различна.
Кристаллические осадки осаждают при нагревании на воздушной или водяной бане. Раствор не следует доводить до кипения, так как добавление реактива к кипящему раствору может вызвать резкое выделение пара и разбрызгивание, а значит, потери. Осадитель добавляют медленно, каплями, по стенкам стакана, при непрерывном помешивании стеклянной палочкой. При этом нужно следить, чтобы палочка не касалась стенок и дна и не царапала стекло. Когда осадок соберется на дне и жидкость над осадком станет прозрачной, к ней приливают несколько капель осадителя, чтобы убедиться в полноте осаждения. Полученный осадок не следует сразу отфильтровывать, так как необходимо его созревание, для чего осадок оставляют на 1...6 ч. При созревании происходит процесс постепенного растворения мелких кристаллов, а более крупные увеличиваются в размерах, т.е. происходит укрупнение осадка. Иногда для созревания осадок целесообразно оставлять на некоторое время на водяной бане.
Аморфные осадки осаждают из горячих концентрированных растворов, применяя концентрированные растворы осадителя. Осаждение проводят быстро, при этом осадок получается с минимальной поверхностью. После окончания осаждения в стакан прибавляют 100...150 мл горячей воды и быстро фильтруют, чтобы избежать пептизации аморфного осадка, т.е. перехода его в коллоидное состояние.
Фильтрование и промывание, В количественном анализе применяют беззольные фильтры, которые сгорают практически полностью. Масса оставшейся золы составляет 0,0003...0,0007 г и ею можно пренебречь. В зависимости от размеров частиц полученного осадка применяют бумажные фильтры разной степени пористости. Отечественные беззольные фильтры бывают:
- с синей лентой - для мелкозернистых осадков;
- с белой лентой - для осадков средней зернистости;
- с красной лентой - для крупнозернистых и аморфных осадков.
Размер фильтра определяется не объемом фильтруемой жидкости, а величиной осадка, так как им должна быть заполнена только одна треть фильтра. Размер воронки подбирают так, чтобы края фильтра были на 0,5...1 см ниже ее края.
Фильтр складывают так, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Складывание бумажного фильтра
Сливание жидкости на фильтр осуществляют с помощью стеклянной палочки, которую держат вертикально. Ее нижний конец должен близко подходить к фильтру, но не касаться бумаги (рис. 2). Правой рукой берут стакан с фильтруемой жидкостью, прикладывают носик стакана к палочке и осторожно сливают жидкость на фильтр, пока он не будет наполнен на две трети. Когда большая часть фильтруемой жидкости будет пропущена через фильтр, осадок промывают декантацией. После этого осадок количественно переносят на фильтр. Для этого осадок смешивают с промывной жидкостью и эту суспензию переливают по палочке на фильтр.
Рис. 2. Фильтрование Рис. 3. Положение осадка на фильтре
и промывание осадка а) до промывания; б) после промывания
Жидкость для промывания выбирают в зависимости от свойств осадка. При промывании осадка на фильтре струю жидкости из промывалки направляют в воронку так, чтобы жидкость стекала сверху вниз, и осадок заполнял вершину конуса фильтра (рис. 3). Операцию промывания повторяют несколько раз, пока осадок не будет полностью отмыт от растворимых примесей. Процесс промывания осадка нельзя прерывать, так как масса осадка может быстро затвердеть и растрескаться на куски, и тогда его невозможно промыть полностью. Проверить полноту промывания можно следующим образом: несколько капель промывной жидкости помещают в пробирку или на часовое стекло и проделывают чувствительную качественную реакцию на один из ионов, от которого отмывали осадок. Когда проверочная реакция дает отрицательный результат, промывание заканчивают.
Прокаливание. Для получения весовой формы осадок должен быть высушен в сушильном шкафу или прокален до постоянной массы. Но предварительно необходимо провести операцию обугливания (сжигания) фильтра. Обычно сжигают подсушенный фильтр с осадком, но иногда сжигают влажный фильтр. Для сжигания фильтр вынимают из воронки, осторожно заворачивают края (рис. 4) и кладут в предварительно прокаленный и взвешенный тигель. Затем тигель помещают в фарфоровый треугольник над газовой горелкой и обугливают фильтр.
Следует следить, чтобы бумага фильтра не загорелась, так как при горении частицы осадка могут быть подхвачены током горячих газов и вынесены из тигля, что приведет к потерям. После этого тигель помещают в муфельную печь и прокаливают при той температуре, которая указана в методике анализа.
Процедура прокаливания длится 30...35 мин, после этого тигель вынимают из муфеля подогретыми щипцами и осторожно ставят в эксикатор.
Рис. 4. Свертывание фильтра с осадком:
а, б, в - сгибание краев фильтра; г – свертывание
в спираль; д - свернутый фильтр с осадком
Через 30….40 мин, когда тигель остынет, его вынимают холодными щипцами из эксикатора и взвешивают на аналитических весах. Затем процедуру прокаливания повторяют в тех же условиях до достижения постоянной массы осадка, для чего обычно требуется 2-3 прокаливания.