Общая характеристика1. Отбор проб: Лабораторная проба состоит 10–50 г. материала, который отбирается так, чтобы его средний состав соответствовал среднему составу всей партии анализируемого вещества. 2. Разложение пробы и переведение ее в раствор; 3. Проведение химической реакции: X + R → P X – определяемый компонент; P – продукт реакции; R – реагент. 4. Измерение какого-либо физического параметра продукта реакции, реагента или определяемого вещества. Классификация химических методов анализа I По компонентам реакции 1. Измеряют количество, образовавшегося продукта реакции Р (гравиметрический способ). Создают условия при которых определяемое вещество полностью превращается в продукт реакции; далее нужно чтобы реагент R не давал второстепенных продуктов реакции с посторонними веществами, физические свойства которых были бы сходны с физическими свойствами продукта. 2. Основан на измерении количества реагента, израсходованного на реакцию с определяемым веществом Х: – воздействие между X и R должно проходить стехиометрически; – реакция должна протекать быстро; – реагент не должен вступать в реакцию с посторонним веществами; – необходим способ установления точки эквивалентности, т.е. момент титрования когда реагент прибавлен в эквивалентном количестве (индикатор, изменение окраски, о-в потенциала, электропроводности). 3. Фиксирует изменения, происходящие с самим определяемым веществом Х, в процессе взаимодействия с реагентом R (газовый анализ). II Типы химических реакций Кислотно-основные. Образование комплексных соединений. ОВР. Кислотно-основные реакции: используют в основном для прямого количественного определения сильных и слабых кислот и оснований, и их солей. Реакции образования комплексных соединений: определяемые вещества действием реагентов переводят в комплексные ионы и соединения. На реакциях комплексообразования основаны следующие методы разделения и определения: Разделение по средствам осаждения; Метод экстракции (нерастворимые в воде комплексные соединения не редко хорошо растворяются в органических растворителях – бензол, хлороформ – процесс перевода комплексных соединений из водных фаз в дисперсную называется экстракцией); Фотометрический (Со с нитрозной солью) – измеряют оптимальную плотность растворов комплексных соединений; Титриметрический метод анализа Гравиметрический метод анализа. ОВР: метод цементации – восстановление Ме ионов металлов в растворе; электролиз с ртутным катодом – при электролизе раствора с ртутным катодом ионы многих элементов восстанавливаются электрическим током до Ме, которые растворяются в ртути, образуя амальгаму. Ионы других Ме остаются при этом в растворе; метод идентификации; титриметрические методы; электрогравиметрический – через исследуемый раствор пропускают эл. ток определенного напряжения, при этом ионы Ме восстанавливаются до Ме состояния, выделившийся взвешивают; кулонометрический метод – количество вещества определяют по количеству электричества, которое необходимо затратить для электрохимического превращения анализируемого вещества. Реагенты анализа находят по закону Фарадея:
М – количество определяемого элемента; F – число Фарадея (98500 Кл); А – атомная масса элемента; n – количество электронов, принимающих участие в электрохимическом превращении данного элемента; Q – количество электричества (Q = I ∙ τ). 7) каталитический метод анализа; 8) полярографический; III Классификация методов разделения, основанных на использовании различных типов фазовых превращений: Известны такие типы равновесий между фазами: – Ж-Г: – Т-Г – Ж1 - Ж2 – Ж-Т Равновесие Ж-Г или Т-Г используется в анализе при выделении веществ в газовую фазу (СО2, Н2О и т.д.). Равновесие Ж1 – Ж2 наблюдается в методе экстракции и при электролизе с ртутным катодом. Ж-Т характерно для процессов осаждения и процессов выделения на поверхности твердой фазы. К методам анализа относят: 1. гравиметрический; 2. титриметрический; 3 оптический; 4. электрохимический; 5. каталитический. К методам разделения относят: 1. осаждение; 2. экстракция; 3. хроматография; 4. ионный обмен. К методам концентрирования относят: 1. осаждение; 2. экстракция; 3. цементация; 4. отгонка.
4.1.2. Гравиметрический (весовой) метод анализа.
Гравиметрическим анализом называют метод количественного химического анализа, который базируется на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделенных в химически чистом состоянии или в виде соответствующих соединений (точно известного постоянного состава). Гравиметрический анализ (весовой) один из важнейших методов количественного анализа. Он сыграл большую роль при установлении законов постоянности состава, кратных отношений, периодического закона. Его применяют при определении химического состава разнообразных естественных и технических объектов, горных пород и руды, минералов, металлов, сплавов, силикатов и других неорганических и органических веществ. Все многочисленные гравиметрические определения можно разделить на три большие группы: 1. Методы выделения; 2. Методы осаждения; 3. Методы отгонки. Метод выделения. В методе выделения определяемый компонент количественно выделяют в свободном состоянии из анализируемой смеси и взвешивают на аналитических весах. Так, например, количественно определяют золото и медь в сплаве. При растворении определенной навески сплава в царской водке получают раствор, который содержит ионы Au3+ и Cu2+. Добавлением к полученному раствору пероксида водорода, который восстанавливает ионы золота до элементного золотая и не влияет на ионы Cu2+, все золото выделяют в элементном состоянии. Золото, которое выделилось, отфильтровывают, промывают разбавленным раствором хлоридной кислоты от посторонних примесей, помещают вместе с фильтром в предварительно взвешенный фарфоровый тигель, высушивают, прожаривают для удаления летучих примесей и после охлаждения взвешивают. По массе золота, которое выделилось, рассчитывают его содержание в анализируемом сплаве. Если через промывные воды и фильтр, который остался после отделения золота, пропустить при определенных условиях постоянный электрический ток, то на предварительно взвешенном инертном по отношению к раствору платиновом катоде количественно выделится металлическая медь. По увеличению массы катода рассчитывают массу меди и ее содержание в сплаве. Описанный метод определения золота в сплаве называют гравиметрическим, а меди – электрогравиметрическим. Другим примером подобного определения есть определение массовой доли золы в твердом топливе, которое базируется на сжигании и прожаривании до постоянной массы навески топлива в предварительно взвешенном тигле. Золу, которая остается в тигле, взвешивают. По массе золы рассчитывают ее массовую долю в данном образце твердого топлива. Методы осаждения. В методах осаждения определяемый компонент количественно осаждают химическими способами в виде малорастворимого химического соединения строго определенного состава. Осадок, который выделяется, промывают, высушивают или прожаривают. При этом осадок в большинстве случаев превращается в новое вещество точно известного состава, которое и взвешивают на аналитических весах. В анализе различают: осаждаемую форму, то есть форму, в виде которой осаждают определяемое вещество, и весовую форму, то есть форму, в виде которой определяемое вещество взвешивают. Весовая форма (гравиметрическая) может иметь ту же формулу, что и осаждаемая форма. Например, при определении сульфат – ионов гравиметрическим методом, путем осаждения их ионами бария, формула осаждаемой формы (осадка) и формула весовой формы при соблюдении всех необходимых условий анализа одна и та же. Схема такого определения представляется следующим чином: Ba2+ t° SO42- BaSO4¯ BaSO4 Определяемое осаждаемая весовая (гравиметрическая) вещество форма форма В некоторых гравиметрических методах определения путем осаждения формула весовой формы отличается от формулы осадка. Например, при определении ионов ферума (ІІІ), которые осаждаются в виде гидроксида, схема определения: 6ОН- t° 2Fe3+ 2Fe(OH)3¯ Fe2O3 Определяемое осаждаемая весовая (гравиметрическая) вещество форма форма
Если осадок диметилглиоксимата никеля (ІІ) профильтровать через стеклянный фильтр (№3,4), высушить при 110-120 °С и взвесить, то можно рассчитать содержание Никеля в исследуемом образце. Но возможно получение и гравиметрической формы NiО. При этом осадок фильтруют через бумажный фильтр. После его озоления диметилглиоксимат никеля прожаривают при хорошем доступе воздуха и высокой температуре. Недостатком является частичная возгонка никеля диметилглиоксимата при 250°С. Методы отгонки. В методах отгонки определяемый компонент количественно отгоняют в виде летучего соединения. Определяемую часть отгоняют путем нагревания анализируемого вещества или действием соответствующих реагентов, которое сопровождается выделением летучих продуктов. Методы отгонки бывают прямые и косвенные. Прямые методы отгонки. Определяемый летучий компонент поглощают специфическим поглотителем и по увеличению массы последнего рассчитывают массу определяемого компонента. Примером прямого гравиметрического определения летучего вещества является определение СО2 в карбонатных породах, которое базируется на разложении карбонатов кислотами: CaCO3 + 2H+ CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O. Образец карбоната раскладывают в специальных приборах, которые разрешают уловить CO2, который выделяется. Содержание CO2 рассчитывают по увеличению массы трубки, которая применяется для поглощения CO2 (она содержит натронную известь CaО+NaOH). Косвенные методы отгонки. В косвенных методах определяют массу остатка вещества после полного удаление определяемого вещества. Разность массы до и после отгонки определяемого вещества дает возможность рассчитать количество определяемого компонента. Схема этого определения: BaCl2∙ 2H2O Косвенные способы гравиметрических определений применяют при определении влажности материалов, кристаллизационной воды в кристаллогидратах, потери массы при прожаривании и т.п. Преимущества и недостатки гравиметрического анализа. Гравиметрические методы анализа разрешают с относительно высокой точностью определять в данном образце анализируемого вещества количественное содержание отдельных компонентов или (если дан раствор) концентрацию их в растворе. Гравиметрический анализ пригоден для определения многих металлов (катионов) и неметаллов (анионов), составных частей сплавов, руд, силикатов, органических соединений и т.д. Важным недостатком является продолжительность во времени определения, которое намного превышает продолжительность определений, выполняемых с помощью титриметрических методов. По этой причине гравиметрический анализ нечто утратил свое предшествующее значение; в практике их заменяют современными экспрессными химическими и физико-химическими методами. Однако гравиметрические методы, которые характеризуются высокой точностью, полностью сохранили свое значение при арбитражных анализах и широко используются в научно-исследовательских роботах для сравнения аналитическими данными, полученными разными методами. С помощью гравиметрического анализа определения проводят с точностью до 0,01-0,005%, что превышает точность титриметрических методов.
|
CO2 + Ca2+ + H2O;
