- Гравиметрия (химия)
-
Гравиметрия (весовой анализ) — метод количественного анализа в аналитической химии, который основан на изменении массы определяемого компонента, выделенном в виде веществ определённого состава.
Используется уравнение химической реакции типа: aX + bR = XaRb для получения осадка XaRb
При выполнении весовых определений определяемый компонент смеси, или составную часть (элемент, ион) вещества количественно связывают в такое химическое соединение, в виде которого она может быть выделена и взвешена (так называемая гравиметрическая форма, ранее она именовалась «весовая форма»). Состав этого соединения должен быть строго определённым, то есть точно выражаться химической формулой, и оно не должно содержать каких-либо посторонних примесей.
В гравиметрии используются различные неорганические и органические химические соединения. Так, например, 1,2,3-Бензотриазол применяется для гравиметрического определения металлов: меди, серебра, цинка и др.
Вершины своего развития весовой анализ достиг в 1950-е годы, когда ещё не было широкого применения спектральных и хроматографических методов.
В настоящее время он остаётся своеобразным эталоном, методической базой при разработке и аттестации других методов.
В гравиметрии есть три метода: отгонка, осаждение и выделение.
Гравиметрические методы применяют редко. Основное их достоинство — исключается построение калибровочных графиков (построение графика при анализе многокомпонентных смесей затруднительно, из-за невозможности приготовления стандартной смеси, точно моделирующей пробу, не зная заранее состава пробы). Гравиметрические методы применяют в качестве арбитражных при определении магния, натрия, кремнекислоты, сульфат-ионов, суммарного содержания нефтепродуктов, жиров.[1]
Содержание
Применение гравиметрического анализа
- определение гигроскопической влаги в почве
- содержание сухого вещества в плодах и овощах
- кристаллизационную воду в солях
- зольность топлива
- содержание элементов в веществах
- установление формулы вещества
- и т. д.
Методы гравиметрии
Метод осаждения
- Навеску анализируемого вещества растворя в воде или другом растворителе и осаждают определяемый элемент реактивом в виде малорастворимого соединения. Полученный осадок отфильтровывают, промывают, высушивают, прокаливают и взвешивают. Зная массу осадка, вычисляют содержание определяемого элемента в массовых долях или процентах от взятой навески.
Поскольку осаждённое вещество может не соответствовать тому, что получается после прокаливания, различают осаждаемую и гравиметрическую форму осадка.
- Например: CaCl2 + (NH4)2C2O3 = CaC2O3 + 2(NH4)Cl
где CaC2O3 будет являться осаждаемой формой, так как при прокаливании он изменяет свой состав:
- CaC2O3 = CaO + CO2↑ + CO↑
Метод выделения
Основан на выделении определяемого компонента из анализируемого вещества и его точном взвешивании. Например определение золы в твердом топливе.
Метод отгонки
В этом методе определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения действием кислоты или высокой температуры. Возможны различные варианты этого метода:
- определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения и поглощают поглотителем. Расчёт ведут по изменению массы поглотителя
- отгоняемое вещество отгоняют и отгон (дистиллят) взвешивают
- вещество взвешивают, совершают отгон и вновь взвешивают. Расчёт производят по уменьшению массы навески.
Отбор средней пробы и ее подготовка к анализу
Способы отбора средних проб
- Способы отбора средних проб зависят от особенностей анализируемого материала, цели определения. Например, в производстве бывает необходимо определить средний химический состав большой партии неоднородного материала. При этом подготовка вещества к анализу сводится к отбору средней пробы. Она должна быть составлена из большого числа мелких порций, взятых в разных местах исследуемого материала. Если же исследуемый материал однородный, то не нужно брать многочисленные порции из разных мест материала.
Виды средних проб
- Первичная или генеральная
- Отбирается на первом этапе от большой массы материала, непригодна для анализа, так как она слишком велика и неоднородна. Генеральная проба должна быть представительной: соответствие состава пробы среднему составу анализируемого вещества.
Дальнейшая подготовка пробы состоит: в измельчении, перемешивании и уменьшении массы. Для этого используют метод квартования, которое повторяют многократно.
- Лабораторная (паспортная) проба
- Эта проба получается после уменьшения генеральной пробы до массы необходимой для проведения полностью всего анализа.
- Аналитическая проба
- Проба для проведения единичного определения.
Взятие навески
- Навеска — масса вещества, необходимая для выполнения анализа.
Выбор величины навески
- Как правило, чем больше навеска, тем выше точность определения. Однако, работа с большой навеской имеет свои отрицательные стороны:
- получающийся большой осадок трудно профильтровать, промыть и прокалить
- проведение анализа занимает много времени
При слишком малой навеске ошибки во взвешивании и других операциях значительно снижают точность определения. Таким образом, выбор величины навески анализируемого вещества определяется массой осадка, наиболее удобной в работе. На бумажном фильтре диаметром 7 см можно легко отфильтровать 0,5 г кристаллического осадка (BaSO4, CaCO3, CaC2O3 и т. д.), но с такой же массой аморфного осадка (H2SiO3*nH2O, Fe(OH)3, Al(OH)3) работать трудно. Аналитической практикой установлено, что наиболее удобны в работе кристаллические осадки массой 0,4-0,5 г и объемистые аморфные осадки массой 0,1-0,3 г.
Учитывая эти нормы осадков и зная относительное содержание определяемого элемента в веществе, выбирают необходимую величину навески.
Иногда, выбирая навеску, учитывают необходимую точность определения и возможные потери из-за растворимости осадка. Выбор величины навески зависит ещё от метода, с помощью которого будет выполнятся анализ (макро, полумикро или микроанализ). При определениях, не связанных с получением осадка (изучение влажности, зольности) допустимы навески в 1-2 г, а иногда и больше.
Так как взвешивание на аналитических весах более длительное, приблизительную навеску берут сначала на техно-химических весах, а затем точно взвешивают на аналитических весах. Навески порошкообразных веществ удобно взвешивать в пробирке с пробкой. На часовом стекле взвешивают только те вещества, которые не выделяют паров и не поглощают вещества из окружающей среды, в противном случае вещество взвешивают в бюксе.
Техника взятия навески
Техника взятия навески может быть различна:
- часовое стекло или бюкс точно взвешивают, помещают туда приблизительно необходимое количество вещества и снова взвешивают. Массу вещества рассчитывают по разнице масс часового стекла или бюкса с навеской и без.
- на часовое стекло или в бюкс помещают количество вещества достаточное для взятия нескольких навесок и взвешивают. Затем отсыпают порцию вещества в стакан и снова взвешивают часовое стекло или бюкс с остатками вещества. по разнице двух взвешиваний, находят массу навески.
Такой способ более удобен в тех случаях, когда необходимо взять несколько навесок анализируемого вещества.
Растворение
- Для приготовления навески ее пересыпают в чистый химический стакан нужного объема. Заранее подбирают растворитель, делая пробы с отдельными порциями вещества. При необходимости можно подогреть содержимое стакана на водяной бане или асбестовой сетке, накрыв при этом стакан воронкой или часовым стеклом и не доводя до кипения.
- Если вещество нерастворимо в воде, то в качестве растворителя используют кислоты, учитывая при этом что полученный раствор будет необходимо дополнительно готовить к анализу (упаривать, нейтрализовать избыток кислоты, связать или удалить ионы, мешающие определению и т. д.)
Пробы труднорастворимых органических веществ разлагают двумя способами:
- «мокрый» (действием кислот в различных условиях и с катализаторами)
- «сухой» (сплавлением с Na2CO3, щелочами и другими плавнями)
- Например пробы горных пород и силикатов разлагают мокрым способом с помощью плавиковой кислоты.
- Обработка труднорастворимых веществ кислотами связана с ОВР
- Среди «сухих» способов более распространено прокаливание в муфельной печи при температуре 500—550 градусов Цельсия; сжигание в токе кислорода, окисление в закрытом сосуде с Na2O2; сплавление с окисляющими щелочными плавнями (NaOH + KNO3)
Литературные источники
- Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. — М.:"Химия", 1984
См. также
- Объёмный анализ
- Фотометрический анализ
- Хроматография
Примечания
- ↑ Лурье Ю.Ю, 1984
Категория:- Аналитическая химия
Wikimedia Foundation. 2010.