WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Практическое пособие по специальностям 011000 – Химия, 011600 - Биология Воронеж 2005 2 Утверждено научно - методическим советом химического факультета от 10.11.2004 г., протокол № 2.

Составители: Золотарева Л.В.

Селеменев В.Ф.

Крысанова Т.А.

Елисеева Т.В.

Практическое пособие подготовлено на кафедре аналитической химии химического факультета Воронежского государственного университета Данное пособие рекомендуется для студентов 3 курса химического факультета и 1 курса биолого-почвенного факультета.

3 Содержание Стр.

1. Сущностьи характеристика гравиметрического 4 метода 2. Операции гравиметрического анализа 4 2.1. Отбор средней пробы вещества и подготовка ее к 5 анализу.

2.2. Расчет навески вещества для анализа и взвешивание. 6 2.3 Вскрытие навески 6 2.4. Устранение влияния мешающих компонентов. 7 2.5. Осаждение определяемой составной части вещества в 7 виде малорастворимого соединения.

2.5.1. Механизм образования осадков 8 2.5.2. Влияние условий осаждения на структуру осадка 10 2.5.3. Причины загрязнения осадков 11 2.5.4. Старение осадков 14 2.6. Фильтрование и промывание осадка. 14 2.6.1. Правила фильтрования 14 2.6.2. Промывные жидкости 16 2.7. Высушивание и прокаливание осадка или только 16 высушивание.

2.8. Взвешивание гравиметрической формы. 17 2.9. Расчет количества определяемого вещества 18 2.10. Метрологическая оценка результата анализа. 19 3. Практические работы 20 3.1. Анализ силиката 20 3.1.1. Определение гигроскопической воды 20 3.1.2 Определение SiO2 в силикате 21 3.2. Определение бария в хлориде бария (BaCl2·2H2O) 25 3.3. Определение содержания кристаллизационной воды 28 в кристаллогидрате ВаС2·2Н2О l 3.4. Определение содержания сухого вещества в 30 растительном материале 4. Вопросы 5. Литература Цель написания данного методического указания: показать тесную взаимосвязь теоретических и практических вопросов, ознакомить начинающего аналитика с условиями и техникой гравиметрического анализа.

1. СУЩНОСТЬ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА Сущность гравиметрического метода анализа заключается в измерении массы вещества известного качественного состава, содержащего определяемый компонент. Известны два варианта метода: осаждение и отгонка.

В методе отгонки определяемый компонент выделяют из пробы в виде летучего соединения и взвешивают массу отогнанного вещества или остатка. В методе осаждения определяемый компонент переводят в малорастворимое соединение, осадок обрабатывают и взвешивают.

Гравиметрический метод является классическим химическим абсолютным методом анализа. В отличие от большинства инструментальных методов он не требует наличия стандартных образцов для градуировки. Это одно из основных достоинств метода, поэтому его используют для приготовления самих стандартных растворов. Наличие высокочувствительных аналитических весов и хорошо разработанная техника эксперимента позволяют осуществлять анализ макро-, микро-, и ультрамикроспособом. Его относят к особо точным методам анализа. При анализе простых объектов с содержанием определяемого компонента 1 % и более точность обычного гравиметрического анализа редко удается превзойти, используя другие методы: ошибка составляет 0,1 %, а в отдельных случаях – 0,01 %. При увеличении сложности образца ошибка возрастает. Потери на различных стадиях анализа обусловливают чувствительность метода. При макротехнике анализа не рекомендуется определять компоненты с содержанием их менее 0,1 % в пробе.

Для осаждения широко применяют (наряду с неорганическими) органические реактивы, что увеличивает возможность метода. Им можно определять почти все элементы, и такие вещества, как SO2, CO2, H2O, йод, а также целый ряд органических соединений.

Метод характеризуется простотой выполнения, доступностью для любой лаборатории, дешевой аппаратурой. Основным недостатком является длительность выполнения определения.

2. ОПЕРАЦИИ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Перечисленные ниже операции гравиметрического анализа являются общими для данного метода.

1. Отбор средней пробы вещества и подготовка ее к анализу.

2. Расчет навески вещества для анализа и взвешивание.

3. Вскрытие навески.

4. Устранение влияния мешающих компонентов.

5. Осаждение определяемой составной части вещества в виде малорастворимого соединения.

6. Фильтрование и промывание осадка.

7. Высушивание и прокаливание осадка или только высушивание.

8. Взвешивание гравиметрической формы.

9. Расчет количества определяемого вещества. Метрологическая оценка результата анализа.

Ошибки, допущенные на каждой стадии, влияют на результат определения.

Для успешного решения задачи необходимы знание теории аналитической химии, соблюдение правил и техники выполнения всех операций, хорошая организация рабочего места в лаборатории, своевременная и четкая запись экспериментальных данных в рабочий журнал.

2.1. Отбор средней пробы и подготовка ее к анализу Под средней пробой понимается небольшое количество образца материала, химический состав которого полностью соответствует среднему химическому составу всей массы или объема вещества, находящегося в любом агрегатном состоянии. Неправильный выбор пробы делает бесполезными результаты анализа.

Трудность взятия небольшой пробы, отображающей средний состав анализируемого материала, вытекает из его неоднородности. Применительно к твердому веществусуществует 4 основных правила:



1) пробы отбирают равномерно из всех частей партии;

2) число взятых проб – функция неоднородности вещества;

3) масса всех проб должна быть тем больше, чем больше размеры кусков и выше требуемая точность анализа;

4) нельзя делать анализ образца, содержащего куски разных размеров.

Подготовка вещества к анализу заключается в том, что пробу измельчают и постепенно уменьшают ее массу от нескольких килограмм до нескольких десятков грамм методом квартования и квадратования. Хранят пробу в склянке с притертой крышкой. Перед анализом проводят тонкое измельчение пробы в агатовой ступке.

Степень измельчения зависит от химической устойчивости пробы. Если проба химически не изменяется при растирании, то ее измельчают до степени дисперсности пудры. В этом случае вещество считают однородным.

Процентный состав его меняется при изменении влажности. Поэтому анализируют либо абсолютно-сухое вещество, либо воздушно-сухое, тогда параллельно определяют содержание в нем адсорбированной воды и рассчитывают массовую долю в процентах определяемого компонента с учетом влажности.

2.2. Расчет навески для анализа и взвешивание Для представления результатов в относительных единицах (процентах) необходимо знать массу анализируемого вещества. Величина навески анализируемого вещества лимитируется содержанием определяемого компонента в анализируемой пробе, состоянием получаемого осадка (кристаллического или аморфного), допустимой массой прокаленного осадка (гравиметрической формы). Если осадок кристаллический (типа BaSO4), то масса навески должна соответствовать 0,25 – 0,50 г. прокаленного осадка. При получении кристаллических осадков более легких, чем BaSO4 (например, MgNH4PO4), достаточно взять такую навеску анализируемого объекта, чтобы масса гравиметрической формы (Mg2P2O7) составила 0,10 – 0,15 г. В случае получения кристаллических трудно прокаливаемых осадков масса исходной навески должна быть такой, чтобы в конечном итоге получилось не более 0,070,10 г прокаленного вещества. При осаждении аморфных осадков, например, Al(OH)3, Fe(OH)3, масса навески образца должна соответствовать 0,07 – 0,15 г гравиметрической формы, получаемой после прокаливания. Эти ограничения связаны с обработкой осадков, приводящей к недопустимым потерям при не соблюдении указанных рекомендаций.

Зная состав и ориентировочную массу гравиметрической формы, по уравнению реакции находят массу прореагировавшего определяемого компонента. По массе последнего с учетом его примерного содержания рассчитывают величину навески вещества для анализа. Расчеты проводят ориентировочно, определяя лишь порядок величины. Затем на аналитических весах берут навеску, соответствующую порядку величины, но с точностью, лимитируемой точностью весов.

В зависимости от свойств и агрегатного состояния анализируемого вещества точную навеску берут в небольших стаканчиках, бюксах, запаянных ампулах, часовых стеклах, но не на бумаге.

Величину навески рассчитывают по разности между предметом с веществом и пустым предметом, если навеску количественно (без остатка) переносят в емкость для растворения. В случае, если вещество переносят не количественно, то необходимо после его пересыпания взвесить предмет с остатком вещества и по разности рассчитать величину навески для анализа.

2.3. Вскрытие навески Растворитель для переведения вещества в раствор подбирают соответственно составу и свойству этого вещества. В идеальном случае он должен растворять всю исходную пробу быстро и в достаточно мягких условиях. Универсальных вскрывающих агентов нет. Чем сложнее объект, тем труднее подобрать условия растворения. Большинство металлов, сплавов оксидов растворяется в разбавленных или концентрированных индивидуальных кислотах или их смесях. Вещества, не растворимые ни в каких растворителях, переводят в раствор после предварительного сплавления их с веществами – плавнями. В качестве последних используют гидроксиды, перекиси, карбонаты щелочных металлов (щелочные плавни) и др. Назначение плавней: снижать температуру плавления вследствие деформации кристаллической решетки анализируемого вещества, реагирующего с плавнем с образованием растворимых в воде и кислоте соединений. Тот или иной плавень выбирают в зависимости от состава объекта. О плавнях и посуде для сплавления даны сведения в работе [3].

2.4.Устранение влияния мешающих компонентов Соединения или ионы, влияющие на прямое измерение определяемого вещества, называются мешающими. Отсутствие специфических свойств и реакций определяемого компонента, содержащегося в сложном объекте, ставит задачу разработки схемы анализа, предусматривающей либо отделение самого компонента или мешающих ионов, либо маскировку последних. Это усложняет анализ, увеличивает время его выполнения. В случае разделения используют специальные методы: экстракцию, хроматографию, отгонку и др. Эта задача предполагает знание свойств всех элементов и их соединений, входящих в объект, теорию и практику методов разделения. Наиболее удобен способ маскировки. Он заключается в устранении влияния посторонних ионов путем их связывания подходящими реагентами в устойчивые комплексные соединения. Для этой цели наиболее широко применяют органические реагенты.

2.5.Осаждение определяемой составной части вещества в виде малорастворимого соединения Осаждение – основная операция анализа, которая требует строгого выполнения следующих условий: определенной кислотности, концентрации, температуры растворов, порядка и скорости их сливания, перемешивания. От природы осадителя, его количества и всех перечисленных условий зависят конечные результаты анализа.





Согласно цели количественного анализа определяемое вещество должно быть полностью выделено из раствора. Полнота осаждения при создании необходимых условий зависит от равновесной растворимости (S) осадка. Она должна быть достаточно низкой, чтобы потерей от растворимости можно было пренебречь. Это одно из основных требований, предъявляемых к осаждаемой форме. Верхний предел растворимости ограничен чувствительностью обычных аналитических весов – 0,1 мг. Следовательно, при контакте осадка с раствором объемом 250-500 мл (включая промывную жидкость) потеря не должна превышать 0,1 мг. При этом растворимость осадка со средней молярной массой – 100 г/моль составит (4-2)·10-6 моль/л. В обычном гравиметрическом анализе используются осадки с растворимостью менее 1·10-5 моль/л.

Не менее важны в процессе анализа фильтруемость и легкость очистки осадков. Эти свойства связаны с размером частиц твердой фазы.

Крупнозернистые осадки легко задерживаются фильтром, мало загрязняются примесями, быстро фильтруются и промываются. У мелкозернистых и аморфных осадков сильно развита поверхность, они легко загрязняются, трудно отмываются и фильтруются.

Размеры частиц зависят от индивидуальных свойств осадка, определяемых растворимостью, и от условий, в которых проводят осаждение, а также от обработки осадка перед фильтрованием.

Чтобы оценить влияние перечисленных факторов на размеры частиц, необходимо рассмотреть механизм возникновения осадков.

2.5.1. Механизм образования осадков При смешении двух гомогенных растворов и образовании твердой фазы протекают два процесса: возникновение центров кристаллизации – зародышей;

рост частиц.

Мельчайшая частица, способная к самопроизвольному росту, называется критическим зародышем. Есть два разных подхода коценке его размеров: один из них допускает, что зародыш может включать до 100 ионов; согласно другому – он содержит от 2 до 9 ионов осаждаемого вещества.

Скорость роста частиц определяется либо диффузией, либо кристаллизацией, которые могут влиять на вид и форму получающихся частиц.

От соотношения скоростей двух процессов возникновения зародышей и их роста зависят размеры частиц свежеосажденного вещества (тип осадка). Для каждого растворенного вещества и растворителя при данной температуре существует предельная концентрация – сверхрастворимость. Состояние растворов при определенных концентрациях и температурах иллюстрируется рисунком 1.

Линия аbcd характеризует процесс осаждения при добавлении реагента;

линия АВС – процесс охлаждения горячего ненасыщенного раствора и возможность выпадения осадка. В любой точке, расположенной ниже кривой а, растворы при соответствующих концентрациях и температуре не насыщены.

Растворы с концентрациями, соответствующими точкам на кривой а – насыщены. Оба эти состояния устойчивы. Растворы с концентрациями, соответствующими точкам, расположенным между кривыми растворимости и сверхрастворимости – пересыщенные, метастабильные (не изменяющиеся, но и не находящиеся в состоянии равновесия). Растворы с концентрациями, превышающими сверхрастворимость, не устойчивы.

При добавлении осадителя к раствору, содержащему определенный ион, твердая фаза не появится, пока не будет достигнута критическая концентрация (точка с на прямой аbcd) на кривой сверхрастворимости. После достижения критического пересыщения начинается процесс осаждения, который заканчивается при соответствии концентрации малорастворимого вещества состоянию насыщения (точка b на кривой растворимости). Если растворимость превышается, а сверхрастворимость не достигается (точка х), новых зародышей не образуется. Осаждение продолжается за счет роста уже имеющихся частиц. Если порция осадителя большая и превышается сверхрастворимость (точка y), число зародышей увеличивается. Они могут расти (до добавления новой порции раствора) наряду с зародышами, образованными ранее. Рост и образование частиц протекает параллельно. Если каждый раз при приливании раствора резко повышается некоторое критическое пересыщение, то образуется множество частиц с малыми размерами. Размер частиц определяется разностью между сверхрастворимостью и равновесной растворимостью, наблюдаемой при равновесии.

Рис.1 Кривые зависимости растворимости (а) и сверхрастворимости (б) от температуры б a 4 С d A y B c x b a Температура, 0 С Образование более или менее крупных кристаллов отмечено у веществ с большой равновесной растворимостью и достаточной разностью между нею и сверхрастворимостью. Влияние этой разности на дисперсность осадка можно показать на примере:

Равновесные растворимости BaSO4 и AgCl составляют 1,14·10-5 и 1,34·10 моль/л соответственно (высокие и близкие по величине), но при одинаковых условиях осаждения получают кристаллический осадок BaSO4 и аморфный – AgCl, что объясняется большей разностью между сверхрастворимостью и равновесной растворимостью у сульфата бария, чем у хлорида серебра.

У сульфидов металлов, гидроксидов железа, алюминия, кремниевой кислоты эта разность мала и равновесная растворимость низкая. При их осаждении критическое пересыщение раствора наступает быстро и достигается Конц ентрац ия равновесная растворимость. Поэтому осадки состоят из очень мелких частиц, связанных в агрегаты. Их называют аморфными осадками.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.