Общая характеристика гравиметрического метода анализа

ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

АНАЛИЗА

Составители:

Данилова Дарья Анатольевна доцент, кандидат химических наук, кафедра «Физико-химические методы анализа».

Пальчикова Светлана Юоьевна доцент, кандидат химических наук, кафедра «Физико-химические методы анализа».

Научный редактор Лисиенко Дмитрий Георгиевич, доцент, кандидат химических наук, кафедра «Физико-химические методы анализа»;

Гравиметрический метод анализа: Курс лекций

Содержание

1. Общая характеристика гравиметрического метода анализа. 4

1.1. Условия гравиметрического определения. 8

1.2. Механизм образования осадков. 9

1.3. Коллоидное состояние. 20

1.4. Загрязнение осадков. 22

1.5. Полнота осаждения. 26

1.5.1. Расчет растворимости осадка по ПР. 26

1.5.2.Факторы, влияющие на растворимость осадка. 28

1.5.2.1. Влияние одноименного (общего с осадком) иона. 28

1.5.2.2. Влияние ионной силы раствора («солевой эффект») 29

1.5.2.3. Влияние кислотности (рН) на растворимость осадка. 32

1.5.2.4. Протолиз ионов малорастворимого электролита. 34

(гидролиз, сольватация) 34

1.5.2.5. Влияние комплексообразования на растворимость осадка. 37

2. Практика гравиметрического анализа. 39

2.1. Реагенты-осадители. 39

2.2. Фильтрование и промывание осадков. 45

2.3. Получение гравиметрической формы.. 49

2.4. Разделение элементов методом осаждения. 54

2.4.1. Осаждение гидроксидов. 54

2.4.2. Осаждение сульфидов. 61

2.4.3. Осаждение фосфатов. 63

2.4.4. Осаждение органическими реагентами. 65

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 67

Общая характеристика гравиметрического метода анализа

Гравиметрический (весовой) анализ – это классический метод количественного химического анализа, основанный на измерении массы продукта превращения определяемого компонента в ходе аналитической химической реакции.

В зависимости от типа аналитической химической реакции многочисленные гравиметрические методы определения можно разделить на три группы: методы выделения, отгонки и осаждения.

Методы выделения. Определяемый компонент в ходе химической реакции количественно выделяют в свободном состоянии и взвешивают на аналитических весах.

Так, например, количественно определяют золото и медь в сплаве. При растворении определенной навески сплава в царской водке получают раствор, содержащий ионы золота и меди. Ионы золота восстанавливают до элементного состояния добавлением пероксида водорода (не оказывающего влияния на ионы меди). Выделившееся золото отфильтровывают, промывают, высушивают, прокаливают и после охлаждения взвешивают. Из фильтрата, полученного после отделения золота, электрохимическим методом осаждают медь на катоде, и по увеличению массы катода рассчитывают содержание меди в сплаве (электрогравиметрический метод).

Другим примером гравиметрического метода выделения является определение содержания золы в твердом топливе, основанное на сжигании и прокаливании до постоянной массы навески топлива в тигле известной массы. Полученную в тигле золу взвешивают и рассчитывают содержание золы в данном образце твердого топлива.

Методы отгонки. В методах отгонки определяемый компонент количественно отгоняют в виде летучего соединения.

В прямых методах отгонки определяемый летучий компонент поглощают специфическим поглотителем и по увеличению массы последнего рассчитывают массу определяемого компонента. Например, определение CO₂ в карбонатных породах основано на разложении карбонатов кислотами и поглощении выделяющегося CO₂ натронной известью (CaO + NaOH) или пропитанным NaOH аскарит-асбестом, помещенных в специальную поглотительную трубку.

В косвенных методах отгонки фиксируют разность масс до и после полной отгонки определяемого компонента в виде летучего соединения. Например, определение SiO₂ в чугуне, сталях, сплавах основано на обработке прокаленного и взвешенного осадка, содержащего диоксид кремния, кислотами HF и H₂SO₄ для удаления кремния в виде SiF₄. Смесь осторожно выпаривают до полного прекращения выделения белых паров SO₃ и остаток прокаливают при 1000-1100⁰С до постоянной массы. Потеря массы соответствует содержанию диоксида кремния.

Косвенные методы отгонки применяют при гравиметрическом определении влажности материалов, кристаллизационной воды в кристаллогидратах, потерь при прокаливании и т.п.

Методы осаждения. Имеют более широкое применение. В ходе гравиметрического анализа определяемый компонент количественно осаждают из раствора химическими способами в виде малорастворимого соединения (осаждаемая форма). В некоторых случаях проводят количественное осаждение компонента, который не является определяемым, но связан с ним в определяемом веществе стехиометрически. После фильтрования и промывания осадок высушивают и (или) прокаливают до постоянной массы и взвешивают. Соединение, в виде которого производят взвешивание, называют гравиметрической формой.

Примеры:

	Определяемое вещество (элемент)		Осаждаемая форма		Гравиметрическая форма
1.	BaCl2 (Ba)	→	BaSO4×xH2O	tº →	BaSO4
2.	TiOSO4 (Ti)	→	TiO(OH)2×xH2O	tº →	TiO2
3.	As2S3 (As)	→	BaSO4×xH2O	tº →	BaSO4
4.	UO2Cl2 (U)	→	(NH4)2U2O7	tº →	U3O8
5.	ThO2 (Th)	→	Th(C2O4)2	tº →	ThO2

По массе гравиметрической формы с учетом химической формулы полученного соединения и на основании законов стехиометрии рассчитывают массу определяемого компонента в анализируемом объекте:

,

где - масса определяемого компонента;

- масса гравиметрической формы;

- фактор пересчета, гравиметрический фактор (множитель).

Гравиметрический фактор представляет собой отношение молярных масс определяемого компонента и гравиметрической формы с учетом стехиометрических коэффициентов, уравнивающих число атомов определяемого компонента в числителе и знаменателе.

При расчете массы Th по массе ThO₂ (пример 5) гравиметрический фактор будет равен

.

При расчете массы U по массе U₃O₈ (пример 4) гравиметрический фактор равен

.

Определяемый компонент может не входить в состав гравиметрической формы (пример 3). В этом случае гравиметрический множитель рассчитывают по следующей пропорции: 2 моль As – 3 моль S (3 моль SO₄^-2, 3 моль BaSO₄)

.

Чем больше молекулярная масса гравиметрической формы и меньше массовая доля определяемого компонента в ней (т.е. чем меньше гравиметрический фактор), тем меньше будут сказываться погрешности взвешивания на результатах анализа.

Численные значения факторов пересчета для большинства практически важных определений рассчитаны с высокой точностью и приведены в справочниках [6].

Общая схема гравиметрического анализа:

1.	Осаждение	– навеску пробы растворяют и добавляют небольшой избыток реагента-осадителя.
2.	Фильтрование	– осадок фильтруют (центрифугируют), т.е. отделяют от «маточного» раствора в котором содержатся все остальные компоненты.
3.	Промывка	– обязательная операция для удаления остатков маточного раствора, содержащегося в осадке, и замещения примесей ионами промывного раствора, легко удаляемыми при прокаливании.
4.	Высушивание, прокаливание	– обязательная операция для получения стехиометрической гравиметрической формы.
5.	Взвешивание	– на аналитических весах определяют массу гравиметрической формы.
6.	Расчет результатов анализа	- рассчитывают массу определяемого компонента в анализируемой пробе.

Гравиметрический метод анализа (ГМА) широко используют в аналитической практике, особенно при определении достаточно больших концентраций элементов (больше 0,1 %). ГМА применяют для определения очень многих металлов (катионов) и неметаллов (анионов), для установления состава минералов, сплавов, различных композиций и т.д. Гравиметрия имеет ограниченное применение в аналитической химии органических веществ.

Метод характеризуется высокой точностью (относительная погрешность определения не превышает 0,1-0,2%), отличается простотой выполнения и не требует специальных дорогостоящих приборов и оборудования. Метод не требует каких-либо стандартизаций или градуировок по стандартным образцам. Фактически, это абсолютный (безэталонный) метод анализа.

Недостатком метода гравиметрического анализа является его неселективность – реагенты-осадители за небольшим исключением редко бывают специфичными. Поэтому необходимо предварительное химическое разделение с целью выделения анализируемого компонента. Особенно трудно определять малые концентрации компонентов в пробах сложного химического состава.

Существенным недостатком гравиметрического метода является длительность анализа. Низкие производительность и экспрессность практически исключают применение гравиметрического анализа, например, для текущего технологического контроля производства и там, где быстрота выполнения анализа имеет решающее значение. Однако, увеличение времени и труда на выполнение гравиметрического анализа вполне оправдывается точностью и надежностью полученных результатов. В настоящее время актуально применение гравиметрии при определении, например, таких элементов, как уран в урансодержащих материалах, драгметаллы и др. Гравиметрические методы анализа полностью сохраняют свое значение при арбитражных анализах, при анализе эталонов, используемых в других методах, при выполнении научно-исследовательских работ для сравнения аналитических данных, полученных разными методами.

Дата добавления: 2015-10-02