2.Гравиметрический метод анализа

Гравиметрический метод основан на точном измерении массы определяемого компонента пробы, выделенного в элементарном виде или в виде соединения. Реже определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения (методы отгонки). Основным инструментом являются весы. Аналитическим сигналом в гравиметрии служит масса. Гравиметрическое определение состоит из нескольких этапов:

1.расчёт массы навески анализируемой пробы

2. расчёт объёма (или массы) осадителя;

3. взвешивание навески анализируемого образца;

4.переведение образца в раствор;

5. осаждение соединения, содержащего определяемый компонент, то есть получение осаждаемой формы определяемого компонента;

6. фильтрование полученной смеси для отделения осадка от маточного раствора;

7. промывание осадка для удаления остаточного количества надосадочной жидкости и адсорбированных примесей с его поверхности;

8.высушивание осадка в сушильном шкафу при температуре около 100^о C . 9.прокаливание осадка при 600 – 900 °С для превращения его в гравимет -рическую форму.( Во многих случаях гравиметрическая форма может быть получена при высушивании осадка до постоянной массы в сушильном шкафу.)

10. взвешивание полученной гравиметрической формы.

11.расчёт содержания определяемого компонента в образце.

12.обработка результатов анализа с применением методов математической

статистики.(в случае необходимости).

Например, для определения содержания алюминия в солях гравиметричес-

ким методом в качестве осадителя используют гидрат аммиака .

Осаждение проводят избытком гидрата аммиака до полного выделения гидроксида алюминия (осаждаемой формы) по реакции:

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)_{3 ↓} + 3NH₄Cl

Осаждаемая форма - объёмистый аморфный осадок, нерастворимый в воде. Осадок промывают , высушивают в сушильном шкафу и прокаливают при температуре 600^о C в муфельной печи до перехода в гравиметрическую форму по реакции:

t^o

2Al(OH)₃ = Al₂O₃+ 3H₂O

Оксид алюминия взвешивают и по его количеству рассчитывают содержание алюминия в образце.

При осаждении катионов Ba²⁺ серной кислотой или катионов Ag⁺ хлороводородной кислотой операции, связанные с прокаливанием осадков в муфеле, не требуются , так как осаждаемая и гравиметрическая формы совпадают:

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄ ↓

Ag ⁺ + Cl^– = AgCl ↓

2.1. Этапы гравиметрического анализа.

2.1.1. Расчёт массы или объёма анализируемого вещества .

Масса навески, предназначенной для анализа, берётся не произвольно. Слишком маленькая масса приводит к большой относительной ошибке анализа. Слишком большая масса замедляет все этапы анализа. На практике проводится расчёт оптимальной массы навески, исходя из того, что масса гравиметрической формы должна быть не менее 0,1 г, если осаждаемая форма аморфное вещество, и 0,1 – 0,5 г, если осаждаемая форма кристаллическое вещество.

Пример: рассчитать массу и объём серной кислоты (анализируемого вещества) , а также хлорида бария (осадителя) по уравнению реакции :

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ ↓ + 2HCl

Так как сульфат бария (осаждаемая форма) – кристаллический осадок , то расчёты проводят , считая = 0,5г.

Массу серной кислоты , которую следует взять для проведения анализа , можно рассчитать , согласно приведенной реакции .

Расчёт массы навески серной кислоты проводится по правилам стехио-метрии: для необратимой химической реакции, определяемой стехиометрическим уравнением, формульные количества веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся в результате реакции, делённые на соответствующие им стехиометрические коэффициенты равны между собой.

Для данной реакции

где и – формульные количества веществ ;

и _–– стехиометрические коэффициенты.

= = 1

Используя известную формулу взаимосвязи формульного коли-

чества вещества и массы вещества, получаем следующее соот-

ношение:

где и – масса ожидаемого осадка и масса исходной навески ( в граммах) соответственно.

и – молярные массы соединений (в г/моль)

Рассчитываем :

Определив c помощью ареометра плотность и по соответствующей таблице концентрацию серной кислоты(в % масс.) рассчитывают по известной формуле объём раствора H₂SO₄ , необходимый для проведения анализа.

Где плотность раствора анализируемой серной кислоты;

w- массовая концентрация анализируемой серной кислоты;

Например, установили , что

По справочнику определяем массовую концентрацию серной кислоты:

w= 0,9885%( или 0,009855 массовых долей). Объём H₂SO₄ равен:

Следовательно , для установления точного содержания серной кислоты

в образце , для анализа необходимо взять 21 мл исследуемого раствора.

Если анализируется большое количество образцов одного и того же вещест-ва для расчёта массы навески удобно пользоваться гравиметрическим факто-

ром ( коэффициентом пересчёта) F.

В общем случае нижний предел оптимальной массы m исходной навески анализируемого вещества рассчитывается по формуле:

m=100m_гфF∕ w(x) ( 1)

где m_гф – масса гравиметрической формы в г, F – гравиметрический фактор (фактор пересчёта),w(x) - массовая доля в процентах определяемого компонента в анализируемом веществе

Гравиметрический фактор F равен массе определяемого компонента в граммах, соответствующей 1 грамму гравиметрической формы. Гравиметрический фактор рассчитывается по формуле (2)

F = nM(x)/M_гф (2)

где M(x) – молярная масса определяемого компонента x, а M_гф -

молярная масса гравиметрической формы, n – число молей определяемого компонента, из которого получается 1 моль гравиметрической формы.

Например, из 2 молей хлорида алюминия получается 1 моль Al₂O₃ (n=2), из одного моля нитрата бария можно получить 1 моль хромата бария , значит в последнем случае n = 1.

Очевидно, что чем ниже F , тем ниже относительная погрешность результатов определения, поэтому в качестве осадителей часто используют органические молекулы с большой массой.

Гравиметрические факторы, наиболее часто используемые в аналитической практике, приведены в таблице 2. 1.

Таблица 2.1.