Гравитаметрический анализ

21. Гравиметрический весовой анализ

 
                                   Теоретические основы метода. 
     В основе гравиметрического метода лежит точное измерение массы продуктов 
реакции. Основная операция – взвешивание на аналитических весах. Отсюда 
происходит одно из названий метода – весовой.  
    При решениии аналитических задач весовым методом возможны несколько вариантов выполнения анализа. Наиболее распространен в весовом анализе вариант, при котором определяемую составную часть вещества переводят в весовую форму с помощью специально подобранной химической реакции. Это наиболее сложный вариант, при котором нельзя простым способом выделить определяемую составную часть вещества, напимер определить содержание бария в хлориде бария. Для этого нужно провести аналитическую реакцию, в результате котрой барий полностью перейдет в форму, пригодную для весового определения, т.е. в весовую форму. Такой реакцией является осаждение бария серной кислотой в форме сульфата бария: 
 
                                   BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl 
 
     Анализ проводят, растворяя точно взвешанное количество хлорида бария в воде и осаждая ионы Ва2+ серной кислотой в форме сульфата бария. Осадок отфильтровывают, промывают, высушивают, прокаливают до постоянной массы и взвешивают. По количеству образовавшегося сульфата бария вычисляют содержание бария в анализируемом хлориде бария. 
     Основные операции при выполнении весового анализа по этому варианту: 
взвешивание анализируемого вещества; растворение анализируемого 
вещества; осаждение; промывка осадка; высушивание осадка; прокаливание 
осадка; взвешивание; расчет результатов анализа. 
     В количественном анализе правильный результат во многом зависит от того как отобрана проба. Средней пробой называют небольшое количество 
анализируемого вещества, состав которого отражает состав всей партии , 
из которой взята проба. Основной принцип отбора средней пробы 
заключается в том, что она должна быть составлена из возможно большего 
числа порций вещества, взятых произвольно из разных точек исследуемой 
пробы. Это связано с тем, что технические продукты могут быть не вполне 
однородными даже в пределах одной партии. 
 
                             Ошибки в количественном анализе. 
 
     Все ошибки делятся на три вида: грубые, систематические и случайные. 
Грубые являются результатом небрежной работы, ошибочных подсчетов. 
Систематические – связаны с недостаточной точностью весов, неточным 
разновесом, неправильно откалиброванным сосудом, загрязненными 
реактивами. Случайные возникают при любом измерении, как бы тщательно 
его не проводили. Они зависят от помех, несовершенства прибора, часто 
связаны с внешними факторами (вибрации здания, загрязнение воздуха). 
Случайные ошибки нельзя устранить, их можно уменьшить путем параллельных анализов. 
 
                                          Весы и взвешивание. 

     Важнейшей операцией в количественном анализе, и особенно в 
гравиметрическом анализе, является взвешивание. 
     В зависимости от задачи, стоящей перед аналитиком, используют весы 
различных типов. Для приближенного взвешивания масс до 1 кг с точностью 
0,1 – 0,01 г применяют технохимические весы. Для аналитических работ 
используют аналитические весы с предельной нагрузкой 100 или 200 г и 
точностью 0,2 мг. Аналитические весы представляют собой прибор высокой 
точности, требующий осторожного обращения. 
     Чтобы избежать влияния механических колебаний, весы ставят на 
кронштейнах, укрепленных в капитальной стене. Не допускается установка 
весов вблизи отопительных приборов, так как изменение температуры 
снижает их точность. 
     Для анализа взвешивают определенную массу вещества, называемую навеской. 
     В химическом анализе принято выражение “взять навеску”, т.е. отвесить 
на аналитических весах определенное количество вещества. Величина 
навески зависит от свойств вещества и методики анализа. 
     Химическое вещество нельзя взвешивать на чашке весов непосредственно. 
Для взвешивания его помещают в бюкс – стаканчик с притертой крышкой или на часовое стекло. 
     Существуют различные правила взвешивания на аналитических весах, ниже приведены некоторые из них: 
     К каждым весам дается свой аналитический равновес. 
     Все взвешивания необходимо проводить на одних и тех же весах и одним и тем же равновесом. 
     Установленные весы нельзя сдвигать с места. После престановки вновь 
установить весы по уровню. 
     Нагрузка на весах изменяется только после арретирования (выключения). 
     Взвешиваемый предмет должен находится в температурном равновесии с 
весами. 
     Взвешиваемый предмет должен быть сухим и не иметь загрязнений на 
поверхности. 
     Во время взвешивания открывают только боковые дверцы весов. 
     Нельзя нагружать весы выше их предельной нагрузки. 
     Равновес берут только пинцетом. 
     Равновес помещают в центре чашки. 
     Твердые вещества взвешивают только на часовом стекле, в пробирке или в 
стаканчике. Жидкости, летучие и гидростатические вещества в бюксе с 
закрытой крышкой. 
     Пред взвешиванием на аналитических весах предварительно определяют вес на технических внсах с большей нагрузкой. 
     Взвешивают на аналитических весах только сидя. 
     Перед взвешиванием устанавливают нулевую точку весов и уровень. 
     Взвешиваемый предмет помещают на левую чашку весов, а гирьки на правую. 
     Гирьки подбирают равномерно, последовательно. 
     Кольцевой равновес подбирают последовательно (сначала десятые, затем 
сотые). 
     Записывают в журнал массу взвешиваемого вещества, весы выключают. 
     Убирают равновес. 
     Лимфы ставят на нулевое положение. 
     Проверяют нулевую точку весов. 
 
                 Основные операции гравиметрического анализа. 
 
     Растворение. Взятую навеску переносят в химический стакан и растворяют, используя в качестве растворителя воду кислоту или щелочь. Количество растворителя и условия растворения указаны в методиках анализа. 
     Чтобы ускорить растворение, содержимое стакана подогревают и 
перемешивают стеклянной палочкой. При этом нужно следить, чтобы ни одна капля раствора не была потеряна, - это приведет к ошибке в анализе. 
     Осаждение – это одна из основных операций гравиметрического 
анализа. Цель ее – перевести определяемую часть анализируемого вещества 
в химическое соединение, удобное для определения весовым способом. 
Например, барий в хлориде бария определяют в форме сульфата бария, 
который осаждают из водного раствора хлорида бария добавлением серной 
кислоты. 
 
                              BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl 
 
     Также необходимо чтобы осаждение происходило количественно, т.е. 
определяемый ион полностью переходил в осадок. Для этого выбранная 
осаждаемая форма, т.е. соединение, осаждаемое из раствора, должна 
обладать очень малой растворимостью. Для количественного анализа 
выбирают соединения, произведение растворимости которых не превышает 
1·10-8 . Исходя из этого подбирают и реактивы для осаждения. 
     Осаждение ведут, приливая раствор осадителя в стакан с раствором 
анализируемого вещества при непрерывном перемешивании стеклянной 
палочкой. Полноту осаждения определяют после отстаивания осадка и 
образования над ним прозрачного раствора. К нему осторожно добавляют 
несколько капель раствора осадителя – отсутствие помутнения указывает на 
полноту осаждения. 
     Фильтрование. Цель операции – отделение осадка от раствора, из которого 
он выпал (маточного раствора). Для фильтрования используют беззольные 
фильтры бумажные фильтры. Эти фильтры при сгорании образуют так мало 
золы, что ее массой можно пренебречь. В зависимости от характера осадка 
используют беззольные фильтры различных марок. Их различают по цвету 
ленты на упаковке фильтра. Самые плотные ( т.е. с наименьшим размером 
пор) – с синей лентой, фильтры средней плотности – с белой лентой, 
наименее плотные, быстро фильтрующие – с красной лентой. 
     Бумажный фильтр помещают в стеклянную воронку. Для этого круглый фильтр складывают пополам по диаметру, затем снова пополам и вкладывают в сухую воронку. Затем наполняют фильтр дистиллированной водой и плотно прижимают к воронке. Воронку помещают в кольцо, укрепленное на штативе. Под воронку помещают стакан.  
     Фильтрацию ведут, декантируя жидкость: сливают на фильтр по стеклянной палочке отстоявшеюся жидкость, не взмучивая осадок. Когда почти весь раствор слит, добавляют 50-70 мл промывной жидкости, перемешивают осадок, дают ему отстоятся и вновь декантируют. Декантацию повторяют 2-3 раза и, наконец, сливают на фильтр жидкость вместе с осадком. Стакан споласкивают 2-3 раза маленькими порциями промывной жидкости и сливают на фильтр. Промывную жидкость удобно подавать из промывалки. Затем ополаскивают стеклянную палочку, по которой сливали осадок. При этом недопустима потеря частиц осадка – он должен быть перенесен на фильтр количественно. 
     Фильтрацию продолжают до тех пор, пока с носика воронки не перестанут 
стекать капли жидкости. После этого струей жидкости из промывалки 
ополаскивают верхний край фильтра, смывая осадок в нижнюю часть фильтра. 
     Основное правило фильтрации и промывки: наливать на фильтр новую порцию только после того, как полностью отфильтровалась предыдущая.  
     По окончании делают пробу на полноту протекания промывки, т.е. на 
отсутствие в жидкости, стекающей с воронки, отмываемого вещества. 
Например, для проверки на полноту отмывания сульфат-ионов к нескольким 
каплям жидкости, стекающей с воронки, добавляют каплю раствора хлорида 
бария. Отсутствие помутнения указывает на окончание промывки. 
     Далее воронку с осадком накрывают листом фильтрованной бумаги, смоченной дистиллированной водой, плотно прижимают бумагу к краям воронки и помещают в сушильный шкаф. После подсушивания фильтр с осадком количественно переносят в прокаленный и взвешенный фарфоровый тигель. 
     Прокаливание осадка. После фильтрации и промывки на фильтре находится чистый осадок. Чтобы узнать его массу, в большинстве случаев фильтр сжигают, а осадок подсушивают и прокаливают.  
     Прокаливание ведут в фарфоровых тиглях. Тигель предварительно 
прокаливают до постоянной массы в тех же условиях, в которых будет 
прокаливаться осадок.  
     Фильтр с подсушенным осадком осторожно отделяют от воронки, стеклянным шпателем осторожно загибают края фильтра, так чтобы осадок оказался внутри фильтра, и переносят в тигель. 
     Тигель с осадком помещают в специальный фарфоровый треугольник, 
положенный на кольцо штатива, и газовой горелкой нагревают тигель таким 
образом, чтобы фильтр постепенно обуглился. Тигель с обугленным фильтром и осадком помещают в муфельную печь, отрегулированную на заданную температуру, и прокаливают в течение 2 ч. затем тигельными щипцами вынимают тигель и ставят его в эксикатор, который защищает содержимое тигля от влаги воздуха. В эксикаторе гель постепенно охлаждается до комнатной температуры. Его взвешивают, затем снова ставят в муфель, прокаливают еще 20-30 мин, охлаждают и взвешивают если масса при двух последовательных взвешиваниях различается не более чем на 0,0002 г, прокаливание закончено. Осадок прокален до постоянной массы. 
 
                            Расчеты в гравиметрическом анализе. 
 
     Расчет – важнейшая операция в количественном анализе. Гравиметрический анализ начинается с расчета навески. Величина навески играет существенную роль в выполнении анализа. Если навеска очень мала, 
увеличивается ошибка анализа, если очень велика – фильтрование, сушка и 
прокаливание займут много времени. Поскольку в количественном анализе 
обычно заранее известен приблизительный состав вещества и примерное 
содержание в нем определяемой составной части, легко рассчитать 
необходимую величину навески. 
     Для гравиметрических анализов, выполняемых методом осаждения, далее 
рассчитывают объем растворителя. Навеску растворяют в таком объеме 
растворителя, чтобы в результате получить раствор концентрации 0,5-1%. 
     Расчет количества осадителя ведут, исходя из стехиометрического 
соотношения реагентов. 
     Расчеты результатов анализа требуют высокой степени точности, которая 
определяется точностью взвешивания на аналитических весах. 
     Данные варианты расчетов сводятся к определению, какую долю (%) от массы взятой навески составляет масса выделенной составной части. Когда 
определяемую составную часть анализируемого вещества переводят в весовую форму путем осаждения и прокаливания, расчет более сложен. Здесь 
сначала вычисляют, сколько граммов определяемой составной части 
содержится в полученном количестве весовой формы, а затем какой это 
составляет процент от массы взятой навески.