Гравиметрический метод анализа Общая характеристика метода

Гравиметрический метод анализа является одним из наиболее старых и точных классических методов. Он получил свое название от латинского слова «gravis» – «тяжелый».

Гравиметрия – это метод количественного анализа, основанный на точном измерении массы аналита или его составных частей, выделенных в виде соединений точно известного, постоянного состава. Например, при определении содержания соли Fe₂(SO₄)₃ · 6H₂O выделяют из нее ион Fe³⁺ в виде соединения Fe₂O₃, которое взвешивают. Затем по массе продукта реакции рассчитывают массу аналита.

Классификация гравиметрических методов

В зависимости от способа отделения определяемого компонента различают 3 группы гравиметрических методов:

• метод выделения;

• метод отгонки;

• метод осаждения.

Метод выделения

Сущность метода заключается в том, что определяемый компонент (аналит) выделяют из пробы в свободном состоянии (в виде элемента). Затем его точно взвешивают.

Например, при определении катионов металлов их восстанавливают до свободного металла, который взвешивают:

.

По такой схеме проводят, в частности, определение ртути в солях, используя в качестве восстановителя соли олова (II):

.

Метод отгонки

Сущность метода заключается в том, что определяемый компонент отгоняют в виде летучего соединения. Содержание аналита рассчитывают по изменению массы пробы в результате реакции.

В прямом методе отгонки взвешивают отогнанное вещество: газ, полученный при проведении реакции пропускают через поглотитель, который взвешивают до и после опыта.

Например, при определении карбонатов сначала выделяют диоксид углерода, действуя на пробу кислотой:

Полученный газ пропускают через сосуд с поглотителем – щелочью:

В результате поглощения продукта первой реакции масса поглотителя увеличивается и по ее приросту можно рассчитать содержание СаСО₃ в пробе.

В косвенном методе отгонки взвешивают остаток пробы после удаления летучего компонента. О количестве аналита судят по убыли массы пробы.

Например, косвенный метод отгонки часто используют для определения кристаллизационной воды в кристаллогидратах, диоксида кремния в образцах:

Метод осаждения

Сущность метода заключается в том, что определяемый компонент осаждают в виде малорастворимого соединения, которое фильтруют, прокаливают или высушивают, взвешивают и по массе продукта последней реакции рассчитывают массу аналита.

Схема анализа, который проводится с использованием метода осаждения, всегда имеет следующий вид:

,

где Х – определяемое вещество, R – осадитель, ОФ – осаждаемая форма, ГФ – гравиметрическая форма.

Этапы определения по методу осаждения

При проведении гравиметрического анализа с использованием метода осаждения необходимо выполнить следующие основные операции в указанном порядке.

1. Взятие навески пробы на аналитических весах. Расчет величины навески делают по уравнению реакции так, чтобы масса ГФ для кристаллических осадков составила ~ 0,5 г, а для аморфных – ~ 0,1 г.

2. Растворение навески в подходящем растворителе.

3. Осаждение (получение ОФ).

4. Фильтрование. Осадок от раствора отделяют, используя различные фильтрующие материалы и изделия (бумажные беззольные фильтры, фарфоровые или стеклянные фильтрующие тигли), которые подбирают в зависимости от способа дальнейшей термообработки ОФ.

Так, если осадок будут прокаливать с целью получения ГФ, то используют для фильтрования бумажные беззольные фильтры или фарфоровые фильтрующие тигли. Если же предполагается высушивать осадок, то берут стеклянные фильтрующие тигли.

Для фильтрования и промывания осадков используют метод декантации: раствор сливают на фильтр, а осадок оставляют в стакане до окончания промывания. Затем количественно переносят на фильтр промытый осадок.

5. Промывание используют для удаления из осадка ионов, которые не могут улетучиться при дальнейшем прокаливании.

Для промывания осадков готовят специальные промывные жидкости. Если необходимо промыть аморфный осадок, то в промывной жидкости должен быть электролит-коагулятор, а для промывания кристаллического осадка используют промывной раствор, содержащий одноименные к осадку ионы для понижения растворимости.

Нельзя использовать большой объем промывной жидкости, поскольку в этом случае потери осадка за счет растворимости могут превысить точность взвешивания. Расчет количества промывок осадка можно провести по формуле:

,

где C_n – концентрация примесей, оставшихся в осадке после n-го промывания; C₀ – концентрация примесей в исходном растворе; V – объем одной порции промывной жидкости; V₀ – объем жидкости, удерживаемой осадком; n – количество промывок.

6. Высушивание или прокаливание осадка (получение ГФ). Высушивание проводят в сушильном шкафу, а прокаливание – в электропечи. Чаще всего высушивание используют при работе с органическими осадителями.

7. Взвешивание на аналитических весах.

8. Расчет результатов анализа с точностью: m, г – 0,0001 г; ω, % – 0,01%; ω, доли ед. – 0,0001.

Техника выполнения основных операций, а также используемое для этого оборудование и посуда описаны в лабораторном практикуме [1, с. 32–39].