1.3. Организация лабораторных занятий

Лабораторные работы по количественному химическому анализу выполняются индивидуально. К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, которые:

• составили письменные отчеты и защитили ранее выполненные работы;

• прошли инструктаж по технике выполнения лабораторной работы;

• сдали допуск по теоретическим вопросам (устное собеседование с преподавателем).

Студенты, не оформившие отчеты и не защитившие более двух работ, не допускаются к выполнению последующих лабораторных работ.

Лабораторные работы считаются выполненными успешно, если полученный студентом результат в пределах допустимой погрешности совпадает с истинным значением.

После выполнения каждого цикла работ проводится проверка усвоения теоретического материала – коллоквиум. К сдаче коллоквиума допускаются студенты, которые выполнили все лабораторные работы цикла, сдали и защитили индивидуальное задание по соответствующему разделу. Студенты, не сдавшие коллоквиум по предыдущему разделу, к выполнению последующих лабораторных работ не допускаются.

2. Гравиметрические методы анализа

2.1. Основные положения

Сущность гравиметрии заключается в точном измерении массы определяемого компонента, выделенного в свободном состоянии или в виде соединения определенного состава. Наибольшее распространение в аналитической практике получила гравиметрия по методу осаждения. В методе осаждения определяемый компонент выделяют в виде малорастворимого соединения, которое после соответствующей обработки (фильтрование, промывание, высушивание или прокаливание) взвешивают.

Процесс образования осадков протекает в несколько стадий. При этом различают три параллельно протекающих процесса:

• образование центров кристаллизации (первичных кристаллов);

• рост кристаллов;

• агрегация кристаллов.

Число и размер частиц осадка зависят от соотношения скорости образования центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Скорости обоих процессов определяются величиной относительного пересыщения Q:

Q = (С – S)/S,

где С – концентрация осаждаемого вещества в растворе, получаемая в момент внесения осадителя; S – растворимость.

При небольшом значении Q преимущественно происходит рост кристаллов и образуются крупнокристаллические осадки. Поэтому для получения крупнокристаллических осадков увеличивают растворимость S (повышение температуры растворов) или уменьшают концентрацию С (разбавление растворов, медленное добавление осадителя, перемешивание растворов). С увеличением относительного пересыщения процесс образования центров кристаллизации подавляет рост кристаллов, в результате чего образуется мелкодисперсный осадок. При выдерживании кристаллического осадка в контакте с маточным раствором происходит процесс старения (созревания) осадка, заключающийся в растворении мелких кристаллов и упорядочении роста крупных кристаллов.

С учетом механизма образования необходимо соблюдать оптимальные условия осаждения кристаллических осадков:

1. проводить осаждение из разбавленных растворов;

2. осадитель добавлять медленно, по каплям (особенно в начале осаждения), при интенсивном перемешивании;

3. проводить осаждение из горячих растворов;

4. оставлять осадок на «старение».

Образование аморфных осадков происходит в том случае, если растворимость осадков очень мала. При добавлении небольших количеств осадителя в системе образуются коллоидные растворы – диспергированные в растворе твердые частицы осаждаемого вещества размером 10^–5 – 10^–7 см. После образования твердой частицы осадка на ее поверхности адсорбируются ионы, входящие в состав малорастворимого соединения (первичный адсорбционный слой). В результате коллоидная частица приобретает положительный или отрицательный заряд. Под действием электростатических сил вокруг такой заряженной частицы образуется слой противоионов, часть которых прочно связана с первичным адсорбционным слоем, а часть находится в диффузном слое. Благодаря наличию двойного электрического слоя (первичного адсорбционного и противоионов) коллоидные частицы отталкиваются друг от друга. Другим фактором устойчивости коллоидных систем является сольватация, т. е. адсорбция молекул растворителя на поверхности коллоидных частиц.

Наличие двойного электрического слоя и сольватных оболочек препятствует процессу коагуляции – соединению коллоидных частиц в более крупные агрегаты и выпадению осадка. Коагуляции способствуют:

• добавление сильных электролитов;

• механическое воздействие (перемешивание, ультразвук);

• воздействие электрического поля;

• нагревание.

Роль перечисленных факторов заключается в разрушении сольватных оболочек и двойного электрического слоя вокруг частиц осадка. С учетом вышесказанного определены оптимальные условия осаждения аморфных осадков:

1. осаждать из концентрированных растворов концентрированным раствором осадителя;

2. осаждать из горячих растворов;

3. осаждать в присутствии электролита-коагулянта (лучше использовать летучие соли аммония);

4. осадитель добавлять быстро;

5. не оставлять на «старение» (во избежание загрязнения посторонними ионами за счет высокой удельной поверхности).

Для уменьшения адсорбированных примесей осадки промывают, используя промывные жидкости. В зависимости от природы образующегося осадка в состав промывных жидкостей должны входить:

• электролиты-коагулянты (для аморфных осадков);

• электролиты, содержащие одноименные с осадком ионы (для кристаллических осадков).

Результаты гравиметрических определений чаще всего выражают как массу определяемого компонента или его массовую долю в навеске анализируемого объекта. Для пересчета массы гравиметрической формы в массу орпделяемого компонента используют гравиметрический фактор (F):

.

Если гравиметрической формой является Fe₂O₃, то для расчета массы железа (III) следует использовать

.