Методические указания по теме 2.1. Гравиметрический (весовой) метод анализа
При изучении данной темы необходимо обратить внимание на:
· вычисление результатов по данным анализа;
· вычисление погрешности анализа.
Гравиметрические (весовые) определения разнообразны, но их можно разделить на три типа.
Первый тип – когда определяемая составная часть количественно выделяется из анализируемого вещества в свободном виде и взвешивается.
По этому типу делают анализы на определение зольности, CaO в кальците, МgО в магнезите, нерастворимых веществ, сухого остатка.
Формула расчета по этому типу имеет вид:
w (%)=m(остатка) · 100%/m(навески),
где m(остатка) – масса остатка после прокаливания до постоянной массы;
m(н) – масса навески, взятая для анализа.
Второй тип – когда определяемая составная часть полностью удаляется из анализируемого вещества, а остаток взвешивается.
Расчет массовой доли ведут по формуле:
w (%)=m(остатка) · 100 %/ m(навески),
где m(остатка) – разность между массой навески до и после высушивания;
m(н) – масса навески вещества, взятая для анализа.
По этому типу анализируют сырье на содержание гигроскопической воды (влажность), также определяют кристаллизационную воду в кристаллогидратах (типа BaCI2·2H2O), СО2 в кальците и магнезите.
Во влажном или воздушно-сухом состоянии в веществе присутствует внешняя или гигроскопическая вода. Сухое или (абсолютно сухое) вещество получают высушиванием при 105-110°С. При этом удаляется гигроскопическая и внешняя влага. Для вычисления содержания компонента в сухом веществе массу определяемого компонента относят к массе сухой пробы. Для расчета используют формулу:
w (в-ва) × 100 %
w (абсолютно сухого вещества) = ¾¾¾¾¾¾¾
100 % – w (H2O)
где: ω (в-ва) массовая доля вещества;
ω (Н2О) – массовая доля воды в определяемом веществе.
Третий тип – когда определяемую составную часть связывают в химическое соединение, в виде которого она будет выделена и взвешена. Образовавшийся при этом осадок в большинстве случаев прокаливают. При этом аморфные осадки изменяют свой химический состав, теряя воду, а кристаллические – нет. Вследствие этого различают две формы анализируемого вещества: осаждаемую и весовую. Например, при анализе сплава на содержание AI его осаждают в виде AI(OH)3.
AI3+ + 3OH- = ¯ AI(OH)3
при прокаливании AI(OH)3 разлагается
2AI(OH)3 ¾¾¾® AI2O3 + 3H2O
AI(OH)3 – осаждаемая форма;
AI2O3 – весовая форма.
Иногда химический состав осаждаемой и весовой форм одинаков. Например, при определении бария осаждаемая и весовая форма – BaSO4.
Расчет массовой доли ведут по формуле:
mосадка × 100 % × F
w (о.в.) = ¾¾¾¾¾¾¾¾
m (н)
где: m(O) - масса осадка, получаемого в результате прокаливания до
постоянной массы;
m(н) - масса навески анализируемого вещества, взятая для анализа;
F - фактор пересчета, равный отношению молярной массы экви-
валента определяемого вещества к молярной массе эквива-
лента весовой формы.
По этому типу, в основном, делают все анализы. Когда нужно определить составную часть смеси (сплава).
Кроме расчета массовой доли компонента часто приходится рассчитывать массу навески анализируемого вещества. Масса навески пробы для анализа должна быть такой, чтобы массу взвешиваемой (весовой, гравиметрической) формы осадка можно было бы определить на аналитических весах с погрешностью не превышающей допустимого значения.
Обычно по техническим условиям допустимая погрешность анализа составляет десятые доли процента. Для соблюдения такого требования масса весовой формы осадка должна быть не менее 100 мг. При очень большой массе осадка возрастает количество реактивов и объем растворов, что затрудняет работу. Поэтому массу весовой формы осадка ограничивают в пределах нескольких десятых долей грамма путем выбора соответствующей исходной навески анализируемого вещества.
При этом нужно учесть, что если не известна масса остатка для первого и второго типа весовых определений, то ее принимаем равной от 0,01– 0,1 г.
Для третьего типа весовых определений массу осадка принимаем (если она не известна) в зависимости от формы осадка:
для кристаллических 0,3 – 0,5 г.;
для аморфных 0,1 – 0,3 г.
Часто для анализа веществ по третьему типу весовых определений необходимо рассчитать объем растворителя (осадителя), необходимый для проведения анализа. Теоретической основой этих расчетов является закон эквивалентов: все вещества реагируют друг с другом нацело в количествах, пропорциональных их эквивалентам.
Причем, если растворитель (осадитель) вещество летучее, его берут в два-три раза больше рассчитанного, если нелетучее – в полтора раза больше рассчитанного.
Расчет начальной навески или объема осадителя (растворителя) носит приближенный характер и рассчитывается до второго знака.
Например: Навеска каменного угля массой 1,9982г. после удаления влаги стала весить 1,8612г. Определить массовую долю гигроскопической влаги в угле.
Дано: Решение:
Это определение относится ко второму типу, поэтому применяем формулу:
m(нав.) = 1,9982г 1.1 ω (Н2О) = 
m (ост.) = 1,8612г ω (Н2О) = 
ω (Н2О) - ?
Ответ: ω (Н2О) = 6,88%
Вопросы для самоконтроля
1. Какие количественные определения можно проводить при помощи гравиметрии-ческого метода анализа?
2. Как рассчитывается навеска вещества, необходимая для анализа, например, золы?
3. Какой объём растворителя (осадителя) эквивалентный или избыточный используют при осаждении и почему?
4. Что такое весовая, осаждаемая форма вещества?
5. Каковы условия осаждения кристаллических осадков?
Литература [3], с.11-35