Характеристика гравиметрического анализа
Гравиметрическим анализом называют метод количественного химического анализа, при котором о содержании вещества в исследуемой пробе судят по его массе, полученной в результате анализа.
В большинстве случаев применяют методы осаждения. В этих случаях определяемый компонент выделяют в осадок в виде трудно растворимого соединения и определяют его массу. Перед тем как определить массу этого соединения, его высушивают и прокаливают. При этом осажденное соединение превращается в соединение другого состава. Кроме методов осаждения, значительно реже применяют методы отгонки. Этими методами можно определять только летучие соединения или такие, которые превращаются в летучие в процессе анализа.
Гравиметрический анализ находит широкое применение при санитарно-гигиенических исследованиях.
Гравиметрический анализ применяется также при анализе фармацевтических препаратов: хинина сульфата, натрия сульфата.
Для метода осаждения используются различные реакции: реакции обмена, комплексообразования, разложения. При прибавлении реактива к раствору в результате реакции определяемый компонент выделяется в осадок, например:
FeCl3 + 3NH4OH = Fe(OH)3↓ +3NH4C
Вещество, в виде которого выделяется в осадок определяемый компонент, называется осаждаемой формой. К осаждаемой форме предъявляется ряд требований.
1.Осаждаемое вещество должно быть очень мало растворимым, без чего невозможно практически полностью выделить определяемое вещество в осадок. Произведение растворимости осаждаемого вещества не должно быть выше 1.10-8.
2.Осадок должен иметь структуру, которая позволяла бы легко его отфильтровать промыть Кроме того осадок не должен легко загрязняться посторонними веществами из раствора. Наиболее удобными являются крупнокристаллические осадки, так как они быстро фильтруются и легко промываются. Очень мелкокристаллические осадки менее удобны, они могут проходить через поры фильтра, если фильтр недостаточно плотный или осаждение проведено неправильно. Аморфные осадки, особенно студенистые, типа гидроксида алюминия Al(OH)3, фильтруются медленно, кроме того, они легко адсорбируют посторонние примеси из раствора и трудно отмываются от них.
Отфильтрованный и промытый осадок подвергают температурной обработке: высушивают или прокаливают. При этом из осадка полностью удаляется вода, не отмытые летучие примеси и, кроме того, часто меняется состав осадка. Например: при прокаливании осадка Fe(OH)3 он превращается в Fe2O3:
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2О
В конце анализа определяют массу Fe2O3.
Соединение, по массе которого судят о количестве определяемого компонента, называют весовой (гравиметрической) формой. Иногда весовая форма совпадает с осаждаемой формой, например ВаSO4. Если весовая и осаждаемая формы не совпадают, необходимо, чтобы осаждаемая форма достаточно легко и полностью превращалась в весовую. К весовой форме предъявляется ряд требований.
1. Весовая форма должна иметь вполне определенный состав, точно соответствующий химической формуле .Осаждаемая форма часто имеет не вполне определенный состав, вследствие этого приходится прибегать к прокаливанию.
2. Полученная весовая форма должна быть химически устойчива, не разлагаться и не улетучиваться при более высоких температурах. Прокаленный осадок не должен быть заметно гигроскопичным.
3. При соблюдении всех этих требований лучшей является весовая форма, в которой отношение ее массы к массе определяемого компонента будет наибольшим. В этом случае погрешности определения меньше скажутся на результате анализа.
Условия осаждения
Осадитель выбирается такой, чтобы при реакции с определяемым компонентом получалась нужная нам осаждаемая форма.
Желательно, чтобы осадитель был специфическим, т.е.осаждал бы только данный ион; если не удается найти такой осадитель, мешающие ионы связывают в прочные комплексы или удаляют тем или иным способом из раствора.
Удобно, если осадитель является летучим веществом. Если какая-то часть осадителя остается неотмытой из осадка, она удаляется при прокаливании. Поэтому железо осаждают действием раствора аммиака, а не щелочи. Для осаждения бария лучше применять серную кислоту, а не сульфаты.
Количество осадителя. Практически полным считается осаждение, когда остающееся в растворе количество осаждаемого соединения не превышает 0,0002г. Для более полного осаждения какого-либо иона требуется избыток осадителя. Обычно осадитель берут в количестве, в 1,5 раза большем, чем вычислено по уравнению реакции. Слишком большой избыток осадителя вреден, так как он вызывает повышение растворимости осадка. Причинами повышения растворимости могут быть образование кислых солей, амфотерность осаждаемого соединения, солевой эффект и т.д.
Так, например, если осаждать алюминий в виде гидроксида, избыток ионов ОН- может привести к растворению осадка.
Al(OH)3 + OH- ← [Al(OH)4]-
→
При осаждении свинца (П) в виде сульфата с помощью серной кислоты прибавление большого избытка осадителя вызывает повышение растворимости осадка вследствие образования кислой соли Pb(HSO4)2.
Влияние температуры. Большая или меньшая полнота осаждения определяется величиной произведения растворимости осадка, которая повышается с увеличением температуры. С другой стороны, осаждение из горячего раствора способствует росту кристаллов осадка или коагуляции коллоидных частиц, если получаемое соединение склонно к образованию коллоидных растворов. Поэтому, как правило, осаждение из горячего раствора проводить предпочтительнее.
Выгоднее фильтровать раствор горячим, так как фильтрование в этом случае проходит быстрее. Однако, если растворимость осадка возрастает с повышением температуры, фильтрование производят только после охлаждения раствора.