Раздел 3. Количественный анализ

 

 

С помощью количественного анализа можно определить количественные соотношения составных частей, содержание определяемого вещества в образце или концентрацию раствора, содержание примеси.

 

Методы количественного анализа (химические)

 

1. Гравиметрический (весовой) анализ

2. Титриметрический (объемный) анализ

3. Газовый анализ – основан на измерении объемов газообразных веществ, вступающих в реакцию или полученных в результате реакций.

 

 

Тема 3.1. Гравиметрический анализ

 

Операции гравиметрического анализа. Расчеты в гравиметрическом анализе. Ошибки при оценке результатов определений (абсолютная и относительная). Лабораторное оборудование в гравиметрическом анализе.

 

Гравиметрический анализ основан на получении осадков и их взвешивании. По массе осадка и его формуле определяют количество анализируемого вещества.

Основной недостаток метода – большие затраты времени. Достоинство – большая точность.

 

 

Операции гравиметрического анализа

 

1. Отбор средней пробы и подготовка вещества к анализу

2. Взятие навески (это количество вещества, которое берется для анализа)

3. Растворение навески

4. Осаждение

5. Проба на полноту осаждения

6. Фильтрование и промывка осадка

7. Проба на полноту промывки

8. Высушивание осадка

9. Прокаливание осадка

10. Взвешивание осадка

 

Для проведения этих операций используется следующая посуда и оборудование:

 

I. Посуда общего назначения

 

1. Химический стакан

2. Плоскодонная колба

3. Коническая колба

4. Химическая воронка

5. Бюкс – для хранения твердых веществ, поглощающих влагу, взвешивания и высушивания твердых веществ

6. Тигель для прокаливания

7. Промывалка для хранения и использования небольшого количества воды (дистиллированной) и промывания осадка

8. Стеклянная палочка с резиновым наконечником

 

II. Специальная посуда

 

1. Эксикатор – для хранения и медленного охлаждения веществ, поглощающих влагу, а также для охлаждения бюкса и тиглей с веществом после высушивания или прокаливания. В нижней части эксикатора находится поглощающее влагу вещество.

 

III. Оборудование

 

1. Сушильный шкаф

2. Муфельная печь

3. Аналитические весы

 

Отбор средней пробы и подготовка вещества к анализу выполняется для того, чтобы состав анализируемой пробы соответствовал составу образца в целом.

 

Взятие навески. Массу навески обычно рассчитывают исходя из того, какую массу прокаленного осадка хотят получить: для аморфных осадков задают массу осадка 0,1-0,15 г; для кристаллических – 0,3-0,5 г. Максимальная навеска может быть 1-2 г.

 

Растворение. После взятия навески приступают к ее растворению (в воде или кислоте). Количество растворителя должно соответствовать концентрации раствора определяемого компонента: 0,5-1%.

Навеску растворяют при слабом нагревании, не доводя до кипения во избежание разбрызгивания. Хорошо растворимое вещество растворяют без нагревания, на холоду.

 

Осаждение. Цель этого этапа гравиметрического анализа – количественный перевод определяемого компонента в определенное химическое соединение.

По массе осадка можно рассчитать содержание определяемого компонента. Чем полнее выполнено осаждение, тем точнее результат анализа.

Одна из причин, которые могут вызвать неполный переход в осадок определяемого компонента, связана с растворимостью осадка.

Абсолютной полноты осаждения достичь нельзя, но можно уменьшить потери до нескольких сотых долей процента.

Различают осаждаемую и весовую формы вещества. Осаждаемая – это то соединение, которое получают при действии осадителя. Осаждаемая форма должна быть:

- менее растворимой, чтобы избежать потери при промывки;

- крупнокристаллической;

- легко переходить в весовую форму – это соединение, получаемое при прокаливании осаждаемой формы.

Весовая форма должна быть:

- устойчивой на воздухе;

- иметь определенную формулу.

Прежде выбирают осадитель. Осадитель выбирают исходя из следующих требований к нему:

- он должен образовывать с анализируемым ионом менее растворимое соединение;

- он должен быть летучим, чтобы полностью удалятся при прокаливании;

- он должен быть специфическим реактивом, чтобы не осаждать примеси.

 

Пример выбора осадителя

 

Выбрать осадитель, для осаждения бария из раствора хлорида бария.

1) Выбирается осаждаемая форма по таблице

 

Таблица 4 – Концентрация вещества в растворе

 

 

Осаждаемая форма	Концентрация вещества в растворе в моль/л
BaCO3
BaSO4
BaCrO4
BaC2O4

 

 

В качестве осаждаемой формы выбираем сульфат бария, как наименее растворимое соединение, т.е. осадитель должен содержать сульфат ион.

2) выбирается осадитель. В качестве осадителя выбирается серная кислота, т.к. она более летуча.

При осаждении берут избыток осадителя для уменьшения растворимости осадка в присутствии одноименного иона – обычно в 1,5-2 раза больше, чем необходимо.

Для осаждения кристаллических осадков необходимы следующие условия:

- осаждение проводят из горячих растворов (не кипятить);

- перед осадителем в анализируемый раствор можно добавить кислоту, невзаимодействующую с анализируемым раствором и осадителем;

- осаждение проводят, приливая осадитель к анализируемому раствору (не наоборот), тонкой струей, непрерывно помешивая стеклянной палочкой;

- после осаждения раствор с осадком медленно охлаждают и оставляют на 5-6 часов для созревания осадка.

После того, как раствор над осадком станет совершенно прозрачным, его проверяют на полноту осаждения: в раствор с отстоявшимся осадком осторожно, по стенке стакана приливают несколько капель осадителя. Если в месте попадания осадителя в раствор не образуется мути, значит, достигнуто полное осаждение.

 

Фильтрование и промывание. После полного осаждения необходимо тщательно отделить осадок от сопутствующих веществ.

Для ведения процесса фильтрования используется фильтровальная бумага. Бумажные фильтры бывают зольные и беззольные (масса золы менее 0,0002 г.).

По размеру фильтры бывают диаметром от 5 см до 18 см.

Размер фильтра выбирают по объему фильтруемого осадка. Осадок должен занимать не более 1/3 конуса фильтра. Воронка выбирается по размеру фильтра, так чтобы фильтр не доходил до края воронки на 0,5 см.

По плотности различают фильтры 3 сортов:

1. Черная или красная лента – наименьшей плотности для фильтрования аморфных осадков.

2. Белая лента – фильтры средней плотности для фильтрования крупнокристаллических осадков.

3. Синяя лента – наиболее плотные фильтры для фильтрования мелкокристаллических осадков.

Существует 2 метода фильтрования.

Первый метод заключается в перенесении осадка на фильтр, с последующей промывкой его на фильтре. Применяется в основном для крупнокристаллических осадков.

Второй метод – декантация.

Декантация - перенесение на фильтр только осветленной жидкости с последующей промывкой его в стакане. Применяется в основном для мелко кристаллических осадков.

 

Промывка осадка. Промывку осадка проводят небольшими порциями промывной жидкости 4-5 раз.

В качестве промывной жидкости обычно используют дистиллированную воду, а если мало растворим, то горячую дистиллированную воду. Если осадок довольно хорошо растворим в воде, для понижения растворимости в воду добавляют электролит с одноименным ионом.

 

Проба на полноту промывки. Несколько капель фильтрата после четвертой промывки собирают в пробирку, приливают реактив на открываемый ион. Если мути не образуется, осадок промыт полностью. Если образуется муть, то осадок промывают еще раз.

 

Высушивание осадка. Влажный осадок, перенесенный на фильтр и промытый, содержит значительное количество воды. Фильтр с осадком подсушивают. Для количественного снятия осадка с фильтра в большинстве случаев фильтр сжигают, а осадок прокаливают.

При сгорании беззольных фильтров образуется очень мало золы, а осадок или остается неизменным или количественно превращается в другое соединение. Существует несколько способов прокаливания, но во всех случаях его продолжают до тех пор, пока масса не станет различаться от предыдущей не более, чем на 0,0004 г. Тогда прокаливание считают законченным.

Весьма распространенным источником ошибок является высокая гигроскопичность осадков после прокаливания. В целях защиты прокаленного осадка от контакта с влажным воздухом тигли с осадком охлаждают в специальных закрывающихся сосудах – эксикаторах, в которых содержатся высушиваемые вещества.

Сразу после охлаждения до комнатной температуры осадок необходимо взвесить.

Весы и взвешивание.