Переваги і недоліки гравіметричного аналізу.

Гравіметричні методи аналізу дозволяють з відносно високою точністю визначати в даному зразкові аналізованої речовини кількісний вміст окремих компонентів або (якщо дано розчин) концентрацію їх в розчині. Гравіметричний аналіз придатний для визначення багатьох металів (катіонів) і неметалів (аніонів), складових частин сплавів, руд, силікатів, органічних сполук і т.д.

Істотним недоліком є довга тривалість визначення, яке набагато перевищує тривалість визначень, виконуваних за посередництвом титриметричних методів. Через цю причину гравіметричний аналіз дещо втратив своє попереднє значення; в практиці їх заміняють сучасними експресними хімічними і фізико-хімічними методами.

Однак гравіметричні методи, які характеризуються високою точністю, повністю зберегли своє значення при арбітражних аналізах і широко використовуються у науково-дослідних роботах для порівняння аналітичних даних, отриманих різними методами. За допомогою гравіметричного аналізу визначення проводять з точністю до 0,01-0,005%, що перевищує точність титриметричних методів.

Серед усіх методів аналізу найбільше значення має метод осадження. Він відомий з того часу, як виникла аналітична хімія. Метод не втратив свого значення до цього часу, що зумовлено добрим теоретичним обгрунтуванням і широкою експериментальною перевіркою його.

Схема аналізу і головні операції методу осадження такі:

– розрахунок і взяття наважки;

– розчинення наважки;

– вибір осаджувача і осадження;

– фільтрування;

– промивання осаду;

– прожарювання або висушування осаду.

За масою осаду і його формулою обчислюють вміст визначуваних іонів і їх процентне співвідношення до наважки.

Розрахунок наважки аналізованої речовини.

Для розрахунку наважки (а) аналізованої речовини складають пропорцію, виходячи з рівняння реакції. Слід також враховувати, що якщо аналізована речовина містить значну кількість стороннії домішок, то наважка повинна відповідати вмісту визначуваної речовини в досліджуваному зразкові.

а) Для кристалічних осадів.

Наприклад, для визначення в CaCO₃ кальцію осадженням у вигляді Ca₂C₂O₄ наважку аналізованої речовини розраховують, виходячи з наступних рівнянь реакцій:

CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑;

Ca²⁺ + C₂O₄^2– → CaC₂O₄↓;

CaC₂O₄ → CaO + CO↑ + CO₂↑.

Тобто:

x – 0,5

100,1 – 56,1,

звідки х = 0,5 ∙ 100,1/56,1 = 0,9 г.

0,5 г – це рекомендована маса вагової форми визначуваної речовини (в грамах) для кристалічних осадів.

б) Для аморфних осадів. Наприклад, якщо аналізують Fe(NO₃)₃∙9H₂O, то наважку розраховують, виходячи з наступних рівнянь реакцій:

Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓;

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O↑;

тобто

х – 0,1 г

808,01 – 159,7,

звідки х = 808,01 ∙ 0,1/159,7 = 0,5 г.

Де 0,1 г – рекомендована маса вагової форми (в грамах) визначуваної речовини для аморфних осадів.

Дослідним шляхом встановлено, що оптимальна кількість осаду (вагової форми) у випадку кристалічних осадів складає близько 0,5 г, а у випадку об’ємних аморфних осадів – близько 0,1 – 0,3 г.

В загальному вигляді при розрахунках наважок аналізованих речовин користуються формулами:

а) при осадженні кристалічних осадів

б) при осадженні аморфних осадів:

,

де а – маса наважки аналізованої речовини, г;

М_А - молярна маса визначуваної речовини;

М_А1 – молярна маса вагової форми;

0,5 – практично зручна маса вагової форми визначуваної речовини для кристалічних осадів, г;

0,1 – практично зручна маса вагової форми визначуваної речовини для аморфних осадів, г;

m, n – коефіцієнти (m відноситься до визначуваної речовини, а n – до вагової форми визначуваної речовини).

Величина наважки аналізованої речовини, взагалі кажучи, залежить від процентного вмісту визначуваного компонента, маси осаджуваної і гравіметричної форми, чутливості ваг і вмісту визначуваного компоненту в гравіметричній формі.

Розрахунок величини наважки для виконання одного визначення можна провести, скориставшись формулою:

,

де g – маса наважки, г;

m – маса гравіметричної (вагової) форми, г;

р – процентний вміст визначуваного компонента;

F – гравіметричний фактор.

При вираженні гравіметричного фактора в чисельнику вказують формулу визначуваної речовини, а в знаменнику – його вагової форми. Наприклад, для визначення Fe через Fe₂О₃:

,

тобто зв’язуючи з нашими попередніми позначеннями

де М_А - молярна маса визначуваної речовини;

М_А1 – молярна маса вагової форми;

m, n – коефіцієнти (m відноситься до визначуваної речовини, а n – до вагової форми визначуваної речовини).

Значення гравіметричного фактору знаходять за таблицями або розраховують за значеннями молярних мас.

Маса гравіметричної форми визначається:

– похибкою ваги;

– оптимальною масою осаджуваної форми.

Похибка звичайної аналітичної ваги є 0,0001 г = 10^-4 г. оскільки відносна похибка гравіметричного визначення не повинна перевищувати 0,1 %, похибка ваги повинна складати не більше 0,1% від мінімальної маси гравіметричної форми. Звідси: Е = 0,1%, Dm = 0,0001 = 10^-4;

Оптимальна маса осаджуваної форми залежить від розмірів лійки для фільтрування і тигля для висушування і прожарювання осаду. В залежності від структури осаду вона може коливатися в наступних межах (в г):

Таблиця 1. Маса осаджуваної форми для різних типів осадів.

Тип осаду	Молярна маса, г/моль	Маса осаду, г
Аморфний (Fe2O3 × n H2O)	до»100	0,07 – 0,10
Легкий кристалічний(CaCO3)	до» 100	0,10 – 0,15
Важкий кристалічний(BaCO3)	» 200	0,2 – 0,4
Дуже важкий кристалічний (PbSO4)	» 300	0,5

Ці приблизні критерії служать основою для оцінки маси гравіметричної форми.

Слід запам’ятати: чим більша наважка визначуваної речовини, тим вища відносна точність результатів аналізу. Кристалічні осади характеризуються малим об’ємом, аморфні – великим, відповідно, і наважки речовин повинні бути різними. Отриманий осад не повинен бути великим, так як зростають експериментальні труднощі, зв’язані з роботою з великими наважками, і необхідно багато часу для аналізу. В той самий час, величина осаду повинна бути достатньою для того, щоб зручно з ним оперувати. Крім того, застосування надто малих наважок може бути причиною значних відносних похибок при зважуванні. Чим менша масова частка визначуваної речовини в пробі, тим більшою мусить бути наважка. Мінімальна наважка, які можна зважувати на звичайній аналітичній вазі, не повинна бути меншою0,2 г.

Взяття наважки

Наважкою називається певна кількість речовини, зважена на аналітичних терезах. Речовину зважують у бюксі або на годинни­ковому скельці на аналітичних терезах з точністю до 0,0002 г.

1. Перевіряють, щоб бюкс або годинникове скельце були чис­тими і абсолютно сухими.

2. Дотримуючись усіх правил зважування, зважують бюкс або годинникове скельце.

3. Додають масу бюкса або скельця з масою необхідної наваж­ки, визначаючи їх загальну масу.

4. Знімають з терезів навантаження, відповідне масі бюкса і кладуть нове, рівне загальній масі бюкса і наважки.

5. Знімають бюкс із терезів, насипають у нього трохи речовини і знову кладуть на терези. Обережно відкриваючи аретир, спосте­рігають за відхиленням стрілки і встановлюють, мало чи багато речовини в бюксі. Досипають або відсипають речовину, знімаючи бюкс із шальки терезів, доки не набереться потрібна маса.

Точне взяття наважки відіграє вирішальну роль в кількісному аналізі.

1. Для взяття наважок твердих речовин користуються годинниковим склом, бюксами, пробірками.

2. Для рідких речовин – крапельниці, маленькі колби місткістю 1 –2 мл, желатинові капсули, підвісні піпетки з пришліфованими кранами.

3. Для взяття наважок легко летких речовин застосовують тонкостінні ампули, з яких перед заповненням видаляють повітря.

Перенесення наважки:

1. Твердої речовини:

– Зважений з речовиною бюкс (годинникове скло або пробірки) з наважкою обережно знімають з шальки ваги. Вміст бюкса обережно висипають в стакан. Після перенесення наважки в стакан бюкс з залишком наважки знову зважують на аналітичній вазі. Маса наважки визначається по різниці мас бюкса з наважкою і бюкса після висипання наважки.

– Зважений бюкс з наважкою обережно знімають з шальки ваги і переносять вміст бюкса в стакан. Потім залишки наважки змочують і змивають дистильованою водою з промивалки в стакан. В цьому випадку масу наважки визначають за різницею мас бюкса з наважкою і чистого. При перенесенні наважки в стакан слід не втратити і навіть незначної кількості речовини.

2. Рідкої речовини.

Для наважки частіше всього застосовують спеціальні піпетки з краном. При перенесенні наважки рідких речовин відкривають кран піпетки і обережно виливають його вміст в стакан, після чого піпетку із залишком проби знову зважують. Маса наважки визначається різницею мас піпетки з наважкою і із залишком речовини. При взятті наважки легко летких речовин використовують наступний спосіб: зважують колбу з корком із розчином, в якому буде розчинятися проба; додають деяку частину проби піпеткою, закривають колбу корком і знову зважують. Маса наважки визначається різницею маси колби з пробою і без неї.

Розчинення наважки.

Речовини, розчинні у холодній воді, розчиняють при слабкому нагріванні на водяній або повітряній бані в хімічних стаканах або колбах. Стакан накривають годинниковим склом, яке кладуть випуклою стороною вниз, в колбу вставляють скляну лійку для конденсації парів.

Іноді розчинення ведуть у фарфорових чашках, чашки накривають годинниковим склом, яке кладуть випуклою стороною вниз, скло поміщають не безпосередньо на чашку, а на скляний трикутник.

Розчинення в кислотах (розведених або концентрованих) виконують під витяжкою!