Гравиметрический анализ

Определение железа и алюминия. При анализе силикатов, известняков, некоторых руд и других горных пород эти элементы часто определяют гравиметрическим методом

Гравиметрический анализ

Информация

Педагогика

Другие материалы по предмету

Педагогика

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

Реферат по аналитической химии

на тему: гравиметрический анализ.

Сущность гравиметрического анализа

 

Гравиметрический анализ основан на определении массы вещества.

В ходе гравиметрического анализа определяемое вещество или отгоняется в виде какого-либо летучего соединения (метод отгонки), или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения (метод осаждения). Методом отгонки определяют, например, содержание кристаллизационной воды в кристаллогидратах, если вещество при нагревании не претерпевает других химических изменений, кроме выделения воды:

ВаС12 2Н2О (к) = ВаС12 (к) + 2Н2О (г)

Убыль массы исходной навески равна содержанию воды.

Для определения содержания SiO2 часто используют реакцию с фтороводородной (плавиковой) кислотой, в результате которой образуется летучий SiF4:

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2Н2О

Метод отгонки применяют также при анализе карбонатов, некоторых нитратов и других соединений, образующих летучие продукты реакции. Содержание анализируемого компонента определяют по уменьшению массы вещества в результате термической обработки или по увеличению массы поглотителя газообразных продуктов реакции.

Методы осаждения применяются более широко, и их практическое значение намного больше, чем методов отгонки.

Рассмотрим методы осаждения более подробно. Вслед за растворением пробы или получением анализируемого раствора выполняются следующие операции (имеется в виду, что осаждается лишь один определяемый компонент):

1) осаждение;

2) фильтрование и промывание осадка;

3) высушивание или прокаливание осадка;

4) взвешивание;

5) расчет результата анализа.

Практическое проведение каждой из этих операций основано на достаточно разработанных теоретических представлениях и многолетнем опыте химиков-аналитиков.

 

Расчеты в гравиметрическом анализе

 

Если т масса гравиметрической формы, например BaSO4, а в результате анализа требуется определить массу серы S, то результат можно рассчитать по простой пропорции. Обозначим молярную массу BaSO4 как М (BaSO4), молярную массу S как М (S). Составим пропорцию:

Отношение молярной массы определяемого компонента к молярной массе гравиметрической формы называют фактором пересчета, или гравиметрическим фактором (множителем), или просто фактором и обозначают буквой F.

z = mF.

Гравиметрический фактор показывает массу определяемого вещества, которое соответствует 1 г гравиметрической формы.

Дифференцирование уравнения и переход к конечным приращениям дает:

dX = dmF + mdF;

АХ = AmF + mAF.

Последнее соотношение показывает, что чем меньше фактор пересчета F, тем меньше погрешность определяемой величины АХ при одной и той же погрешности взвешивания Am. (Погрешность фактора AF пренебрежимо мала, и с ней можно не считаться.) Это, в сущности, вторая формулировка требования большой молярной массы гравиметрической формы.

При вычислении гравиметрического фактора необходимо учитывать стехиометрические коэффициенты в химических формулах определяемого вещества и гравиметрической формы, с тем, чтобы число атомов определяемого компонента в числителе и знаменателе дроби было одинаковым:

Несколько более сложные соотношения получаются при расчете, например, содержания Fe3O4, если гравиметрической формой является Fe2O3. В этом случае пропорция имеет вид

гМ (Fe2O3) - 1М (Fe3O4)

Определяемое вещество может и не входить в состав гравиметрической формы. Например, содержание железа (Ш) в растворе сульфата железа Fe2(SO4)3 можно определить по массе осадка BaSO4, полученного из этого раствора. Один моль Fe2(SO4)3 содержит 2 моль Fe3+ и 3 моль SOf , поэтому фактор пересчета рассчитывается по следующей пропорции:

2М (Fe) - ЗМ (BaSO4)= 2M(Fe)

F - 13M(BaSO4)'

Числовое значение факторов пересчета для большинства практически важных определений рассчитаны с высокой точностью и приведены в справочниках.

Гравиметрический анализ в области содержаний определяемого компонента нескольких десятых процента и больше характеризуется очень высокой точностью. Ориентировочную погрешность гравиметрического метода можно оценить с помощью формулы (2.19). В лабораторных работах по гравиметрическому методу обычно требуется определить массу вещества в пересчете на заданное соединение. Например, при анализе сульфата результат определения часто пересчитывают на содержание SO3 по формуле

ffi(SO3) = m(BaSO4)F,

где m(SO3) масса SO3; m(BaSO4) масса прокаленного осадка BaSO4, остающаяся постоянной при повторном прокаливании, F фактор пересчета.

Относительная погрешность определения массы SO3 равна относительной погрешности определения массы BaSO4. Масса гравиметрической формы m(BaSO4) получается как разность двух взвешиваний на аналитических весах:

m(BaSO4) = т1 - т2,

где т1 суммарная масса тигля и BaSO4; m2 масса пустого тигля.

Погрешность взвешивания примерно одинакова в обоих случаях:

SX=S2.

В заводских и научно-исследовательских лабораториях нередко требуется определить серу в какой-либо пробе в пересчете на массовую долю (%) SO3. В ходе анализа серосодержащие соединения окисляют до SO3 ~ и осаждают в виде BaSO4, который затем взвешивают. Если осаждение BaSO4 производится в аликвоте, результаты такого анализа могут быть рассчитаны по формуле Прокаливание осадка до постоянной массы прекращают, когда два последовательных взвешивания различаются не более чем на 2 10~4 г, что характеризует обычную погрешность взвешивания на аналитических весах.

Погрешность рассматриваемого анализа зависит главным образом от относительной погрешности взвешивания прокаленного осадка и от относительной погрешности определения объема пипетки. Следовательно, реального увеличения точности анализа можно добиться уменьшением именно этих погрешностей. В то же время следует отметить, что уменьшение погрешности в массе навески для анализа или объеме мерной колбы не приведет к сколько-либо заметному уменьшению погрешности анализа.

 

Практическое применение

 

Гравиметрический анализ один из наиболее универсальных методов. Он применяется для определения почти любого элемента. В большей части гравиметрических методик используется прямое определение, когда из анализируемой смеси выделяется интересующий компонент, который взвешивается в виде индивидуального соединения. Часть элементов периодической системы (например, соединения щелочных металлов и некоторые другие) нередко анализируется по косвенным методикам. В этом случае сначала выделяют два определенных компонента, переводят их в гравиметрическую форму и взвешивают. Затем одно из соединений или оба переводят в другую гравиметрическую форму и снова взвешивают. Содержание каждого компонента определяют путем несложных расчетов.

Определение воды. Знание влажности пробы необходимо для точного расчета результатов анализа и содержания других компонентов. Помимо этого, вода входит в состав многих соединений в определенных стехиометрических отношениях (в кристаллогидратах). Для определения воды разработаны прямые и косвенные методы.

В косвенных методах воду определяют по уменьшению массы пробы при обезвоживании нагреванием или путем выдерживания в эксикаторе с энергичным водоотнимающим веществом (Р2О5, концентрированная H2SO4 и др.). Метод дает правильные результаты, если при этом в пробе не происходит никаких других процессов, кроме удаления воды, т. е. проба не содержит других летучих веществ.

Для определения влажности пробу обычно выдерживают при температуре 105 или 110°С до постоянной массы. Стехиометрическая или кристаллизационная вода при этом удаляется не всегда, а обезвоживание некоторых веществ, например гидроксидов железа, алюминия и др., требует уже значительно более высокой температуры (700800°С и выше). При определении влажности органических веществ часто используется нагревание в вакууме при температуре ниже 100 °С.

В прямых методах определения воды водяные пары поглощаются осушителем специальным веществом, энергично поглощающим влагу (СаС12, Mg(C104)2 и др.). Содержание воды определяется по увеличению массы осушителя, конечно, если он не поглощает других веществ, кроме воды.

Определение кремниевой кислоты. Кремниевая кислота или ее соли входят в состав многих горных пород, руд и других объектов. При обработке горных пород или минералов кислотой в осадке остается кремниевая кислота с переменным содержанием воды. Если анализ начинается со сплавления пробы, гидратированная кремниевая кислота образуется при кислотном выщелачивании плава. Большинство элементов при такой обработке образуют растворимые соединения и легко отделяются от осадка фильтрованием. Однако разделение может быть неполным, так как гидратированная кремниевая кислота может частично проходить через фильтр в виде коллоидного раствора. Поэтому перед фильтрованием осадок кремниевой кислоты стремятся полностью дегидратировать выпариванием с хлороводородной кислотой. При прокаливании кремниевая кислота переходит в безводный SiO2, который является гравиметрической формой. По его массе часто рассчитывают результат анализа. Гидратированный диоксид кремния SiO2 пН2О является отличным адсорбентом, поэтому осадок SiO2 оказывается загрязненным адсорбированными примесями. Истинное содержание диоксида кремния определяют путем обработки прокаленного осадка фтороводород-ной кислотой при нагревании, в результате чего образуется летучий SiF4:

SiO2 +4HF = SiF4 + 2Н2О

Убыль в массе после обработки осадка фтороводородной кислотой равна содержанию SiO2 в пробе.

Определение железа и алюминия. При анализе силикатов, известняков, некоторых руд и др

Похожие работы

1 2 >