Метод осаждения: требования к осадкам, техника выполнения

Среди всех методов анализа наибольшее значение имеет метод осаждения. Он известный с того времени, как возникла аналитическая химия. Метод не утратил своего значения до этого времени, что обусловлено хорошим теоретическим обоснованием и его широкой экспериментальной проверкой.

Схема анализа и главные операции метода осаждение такие:

– расчет и взятие навески;

– растворение навески;

– выбор осадителя и осаждение;

– фильтрование;

– промывание осадка;

– прожаривание или высушивание осадка.

По массе осадка и его формуле вычисляют содержание определяемых ионов и их процентное соотношение к навеске.

Расчет навески анализируемого вещества.

Для расчета навески (а) анализируемого вещества составляют пропорцию, исходя из уравнения реакции. Следует также учитывать, что если анализируемое вещество содержит большое количество посторонних примесей, то навеска должна отвечать содержанию определяемого вещества в исследуемом образце.

а) Для кристаллических осадков.

Например, для определения в CaCO₃ кальция осаждением в виде Ca₂C₂O₄ навеску анализируемого вещества рассчитывают, исходя из следующих уравнений реакций:

CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑;

Ca²⁺ + C₂O₄^2– → CaC₂O₄↓;

CaC₂O₄ CaO + CO↑ + CO₂↑.

То есть:

x – 0,5

101,1 – 56,1,

откуда х = 0,5 ∙ 101,1/56,1 = 0,9 г.

0,5 г – это рекомендуемая масса весовой формы определяемого вещества (в граммах) для кристаллических осадков.

б) Для аморфных осадков. Например, если анализируют Fe(NO₃)₃∙9H₂O, то навеску рассчитывают, исходя из следующих уравнений реакций:

Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓;

2Fe(OH)_3→ Fe₂O₃ + 3H₂O;

то есть

х – 0,1 г

808,01 – 159,7,

откуда х = 808,01´0,1/159,7 = 0,5 г.

Где 0,1 г – рекомендованная масса весовой формы (в граммах) определяемого вещества для аморфных осадков.

Исследовательским путем установлено, что оптимальное количество осадка (весовой формы) в случае кристаллических осадков составляет около 0,5 г, а в случае объемных аморфных осадков – около 0,1-0,3 г.

В общем виде при расчетах навесок анализируемых веществ пользуются формулами:

а) при осаждении кристаллических осадков

а=mM_a∙0,5/nM_a1

б) при осаждении аморфных осадков:

а=mM_a∙0,1/nM_a1,

где а – масса навески анализируемого вещества, г;

М_А - молярная масса определяемого вещества;

М_А1 – молярная масса весовой формы;

0,5 – практически удобная масса весовой формы определяемого вещества для кристаллических осадков, г;

0,1 – практически удобная масса весовой формы определяемого вещества для аморфных осадков, г;

m, n – коэффициенты (m относится к определяемому веществу, а n – к весовой форме определяемого вещества).

Величина навески анализируемого вещества, вообще говоря, зависит от процентного содержания определяемого компонента, массы осаждаемой и гравиметрической формы, чувствительности весов и содержания определяемого компонента в гравиметрической форме.

Расчет величины навески для выполнения одного определения можно провести, воспользовавшись формулой:

,

где g – масса навески, г;

m – масса гравиметрической (весовой) формы, г;

р – процентное содержание определяемого компонента;

F – гравиметрический фактор.

При выражении гравиметрического фактора в числителе указывают формулу определяемого вещества, а в знаменателе – его весовой формы. Например, для определения Fe через Fe₂О₃:

,

то есть, связывая с нашими предыдущими обозначениями

где М_А - молярная масса определяемого вещества;

М_А1 – молярная масса весовой формы;

m, n – коэффициенты (m относится к определяемому веществу, а n – к весовой форме определяемого вещества).

Значение гравиметрического фактора находят по таблицам или рассчитывают по значениям молярных масс.

Масса гравиметрической формы определяется:

– погрешностью весов;

– оптимальной массой осаждаемой формы.

Погрешность обычных аналитических весов 0,0001 г=10^-4 г. Поскольку относительная погрешность гравиметрического определения не должна превышать 0,1 %, погрешность весов должна составлять не большее 0,1% от минимальной массы гравиметрической формы. Отсюда: e=0,1%, Dm=0,0001= 10^-4;

Оптимальная масса осаждаемой формы зависит от размеров воронки для фильтрования и тигля для высушивания и прожаривания осадка. В зависимости от структуры осадка она может колебаться в следующих границах (в г):

Таблица 1. Масса осаждаемой формы для разных типов осадков.

Эти приблизительные критерии служат основой для оценки массы гравиметрической формы.

Следует запомнить: чем больше навеска определяемого вещества, тем выше относительная точность результатов анализа. Кристаллические осадки характеризуются небольшим объемом, аморфные – большим. Соответственно, и навески веществ должны быть разными. Полученный осадок не должен быть большой, так как увеличивается экспериментальная трудность, связанная с работой с большими навесками, и необходимо много времени для анализа. В то же время, величина осадка должна быть достаточной для того, чтобы удобно с ним работать. Кроме того, применение весьма маленьких навесок может быть причиной значительных относительных погрешностей при взвешивании. Чем меньше массовая доля определяемого вещества в пробе, тем больше должна быть навеска. Минимальная навеска, которую можно взвешивать на обычных аналитических весах, не должна быть меньше 0,2 г.

Взятие навески. Точное взятие навески играет решающую роль в количественном анализе.

1. Для взятия навесок твердых веществ пользуются часовым стеклом, бюксами, пробирками.

2. Для жидких веществ – капельницы, маленькие колбы вместительностью 1-2 мл, желатиновые капсулы, подвесные пипетки с пришлифованными кранами.

3. Для взятия навесок легко летучих веществ применяют тонкостенные ампулы, из которых перед заполнением удаляют воздуха.

Перенесение навески:

1. Твердого вещества:

– Взвешенный с веществом бюкс (часовое стекло или пробирку) с навеской осторожно снимают из шальки весов. Содержимое бюкса осторожно высыпают в стакан. После перенесения навески в стакан бюкс с остатком навески снова взвешивают на аналитических весах. Масса навески определяется по разности масс бюкса с навеской и бюкса после высыпания навески.

– Взвешенный бюкс с навеской осторожно снимают с шальки весов и переносят содержимое бюкса в стакан. Потом остатки навески смачивают и смывают дистиллированной водой из промывалки в стакан. В этом случае массу навески определяют по разности масс бюкса с навеской и чистого. При перенесении навески в стакан следует не утратить даже незначительного количества вещества.

2. Жидкого вещества.

Для навески чаще всего применяют специальные пипетки с краном. При перенесении навески жидких веществ открывают кран пипетки и осторожно выливают его содержимое в стакан, после чего пипетку с остатком пробы снова взвешивают. Масса навески определяется разностью масс пипетки с навеской и с остатком вещества. При взятии навески легко летучих веществ используют следующий способ: взвешивают колбу с пробкой с раствором, в котором будет растворяться проба; прибавляют небольшую часть пробы пипеткой, закрывают колбу пробкой и снова взвешивают. Масса навески определяется разностью массы колбы с пробой и без нее.

Растворение навески. Вещества, растворимые в холодной воде, растворяют при слабом нагревании на водной или воздушной бане в химических стаканах или колбах. Стакан накрывают часовым стеклом, которое кладут выпуклой стороной вниз, в колбу вставляют стеклянную воронку для конденсации паров.

Иногда растворение ведут в фарфоровых чашках, чашки накрывают часовым стеклом, которое кладут выпуклой стороной вниз, стекло помещают не непосредственно на чашку, а на стеклянный треугольник.