Количественный анализ; гравиметрия

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ. ГРАВИМЕТРИЯ Лекция 2 ЛИТЕРАТУРА 1. Вершинин, В.И. Аналитическая химия [Электронный ресурс] : учебник / В.И. Вершинин, И.В. Власова, И.А. Никифорова. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : Лань, 2017. — 428 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/97670 2. Аналитическая химия. Химические методы анализа: Учеб. пос. [Электронный ресурс] / А.И. Жебентяев, А.К. Жерносек и др. - 2-e изд., стер. - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014. - 542 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Высш. обр.: Бакалавр.). (п) ISBN 978-5-16004685-3 Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/419626 3. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа [Электронный ресурс] / Валова (Копылова) В.Д., Паршина Е.И. М.:Дашков и К, 2018. - 200 с.: ISBN 978-5-394-01301-0 http://znanium.com/bookread2.php?book=430507 4. Аналитическая химия. Методы идентификации и определения веществ [Электронный ресурс] : учебник / М.И. Булатов [и др.] ; Под ред. Л.Н. Москвина. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : Лань, 2019. — 584 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/112067 НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ Попова Л.Ф. Аналитическая химия с основами физико-химических методов анализа: лабораторный практикум. [Электронный ресурс] - Архангельск: б.и., 2014. 112 с. https://narfu.ru/university/library/books/1081.pdf Предмет, задачи и значение количественного анализа Количественный анализ – это экспериментальное определение (измерение) концентрации (количества) химических компонентов в анализируемом объекте (веществе), выраженное в виде границ доверительного интервала или числа с указанием стандартного отклонения (ЖАХ, 1975). Основоположник современного количественного анализа М.В. Ломоносов: ⚫ Систематическое применение весов в анализе; ⚫ Экспериментально (1756 г.) доказал, сформулированный им ранее ЗСМВ – основу количественного анализа. Задачи количественного анализа ⚫ Получение количественной информации о содержании ионов, радикалов, молекул, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. ⚫ Разработка новых более совершенных, точных и быстрых методов получения количественной информации. ⚫ Разработка новых методик и усовершенствование уже имеющихся. Что такое: метод анализа; вид анализа; методика; стадии анализа? Применение количественного анализа Методы количественного анализа Методы Физические Физико-химические Химические Химические методы количественного анализа Химические методы Гравиметрические Титриметрические Газоволюметрические Лабораторное оборудование Лабораторное оборудование в количественном анализе ТЕХНИЧЕСКИЕ ВЕСЫ ВЕСЫ АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ Лабораторное оборудование в количественном анализе Сушильный шкаф Муфельная печь Лабораторное оборудование в количественном анализе Эксикатор: 1 – кран; 2 – пришлифованная крышка; 3 – керамический вкладыш; 4 – тигли; 5 – водоотнимающее вещество. Ступка ХИМИЧЕСКАЯ ПОСУДА Мерная колба Бюретки Мерный цилиндр Воронки Пипетки Точность аналитических определений Классификация погрешностей ⚫ По способу вычисления: ✓ Абсолютные; ✓ Относительные. ⚫ По источнику происхождения (по характеру причин, их вызывающих): ✓ Случайные; ✓ Систематические; ✓ Промахи. Погрешности по способу вычисления ⚫ Абсолютная погрешность: Dабс. = Хпракт. – Хист. ⚫ Относительная погрешность: Dотн. = Dабс. • 100% Х ист. Погрешности по источникам происхождения ⚫ Случайные погрешности – причины появления их неизвестны; ⚫ Систематические погрешности – вызваны постоянно действующими причинами; ⚫ Промахи – погрешности резко искажающие результаты анализа, вызваны небрежностью аналитика. Случайные погрешности ❖Они обусловлены различного рода случайными причинами. ❖ Их нельзя заранее предвидеть, невозможно учесть. ❖ Для исключения их влияния делают несколько параллельных определений. Случайные погрешности характеризуют воспроизводимость анализа (Воспроизводимость показывает степень близости друг к другу единичных результатов относительно среднего значения) Промахи ❖Это погрешности, резко искажающие результаты анализа. ❖Промахи вызваны небрежностью и некомпетентностью химикааналитика. ❖Они легко обнаруживаются как при повторном анализе, так и расчетными методами математической статистики. Систематические погрешности Они обусловлены постоянно действующими причинами известной природы. Их можно предвидеть, поэтому избежать или учесть в виде поправки. Классификация систематических погрешностей: инструментальные; методические; реактивные; индивидуальные. Постоянные; пропорциональные. Систематические погрешности характеризуют правильность анализа (Правильность показывает отклонение полученного результата от истинного значения) ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Сущность гравиметрического анализа ⚫ Гравиметрия – методы количественного анализа, основанные на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделенных в виде соединений точно известного постоянного состава. ⚫ Гравиметрический анализ основан на законах сохранения массы и постоянства состава вещества. + Это абсолютные безэталонные методы анализа. – Длительные. – Неселективные. Классификация методов Гравиметрия Методы отгонки Методы выделения Методы осаждения Методы отгонки ⚫ Основаны на отгонке определяемого компонента в виде летучего соединения с последующим определением массы отогнанного вещества (прямой способ) или массы остатка (косвенный способ). Методы выделения ⚫ Основаны на количественном выделении определяемого компонента из анализируемого раствора в чистом виде путем химической реакции с последующим определением массы выделенного вещества. Методы осаждения ⚫ Основаны на осаждении определяемого компонента из анализируемого раствора в виде малорастворимого соединения. С последующим отделением осадка от раствора, просушиванием и прокаливанием его до постоянной массы. Применяются для определения: ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ Фосфора в почвах и кормах; Кальция и магния в растениях и горных породах; Кремния в минералах и золе растений; Влажности почвы растительного материала; Золы в природном топливе; Сухого вещества в плодах и овощах и др. Основные операции гравиметрического анализа ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ Метод отгонки (косвенные): Расчет навески; Взятие навески; Высушивание навески до постоянной массы; Взвешивание и расчеты. Метод осаждения: Расчет навески; Взятие навески; Растворение навески; Осаждение определяемого компонента; Фильтрование осадка; промывание осадка; Высушивание осадка; Прокаливание осадка (не всегда); Взвешивание и расчеты. Осаждаемая форма (ОФ) Это малорастворимое соединение в виде которого из раствора осаждается определяемый компонент. Бывает кристаллической и аморфной. ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ Требования к ОФ : Определяемый компонент должен переходить в ОФ количественно; Должна иметь малую растворимость; Не должна растворяться в избытке реагента-осадителя с образованием комплексных соединений; Должна иметь такую структуру, которая позволит ее отфильтровать, промыть; Должна быть устойчива к внешним воздействиям; Не должна быть загрязнена посторонними веществами; При высушивании и прокаливании должна полностью переходить в ГФ. Условия образования осадков Кристаллический: ⚫ Осаждение вести из разбавленных растворов; ⚫ осадитель добавлять медленно при перемешивании; ⚫ Осаждать из горячих растворов; ⚫ Оставить осадок на созревание (24 час.); ⚫ Фильтровать холодным через 24 час. Аморфный: ⚫ Осаждение вести из концентрированных растворов; ⚫ Осадитель добавлять быстро при перемешивании; ⚫ Осаждать из горячих растворов; ⚫ Созревание осадка не требуется, для уплотнения осадка достаточно 1-2 час.; ⚫ Фильтровать сразу или через 1 час. Гравиметрическая форма (ГФ) Это химическое соединение в виде которого определяемый компонент взвешивается для дальнейших расчетов. ГФ получают из ОФ высушиванием и прокаливанием. ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ Требования к ГФ: Должна иметь точную химическую формулу; Не должна при нагревании разлагаться и улетучиваться; Должна быть химически устойчивой и негигроскопичной; Гравиметрический фактор ее должен быть минимальным. ГФ и ОФ могут быть как одинаковыми, так и разными по химическому составу. Аналитический множитель или гравиметрический фактор (Fоп/гф) Fоп/гф – численно равен массе определяемого вещества (компонента) в граммах, соответствующей одному грамму гравиметрической формы. Fоп/гф = p • M оп n • M гф где p, n – стехиометрические коэффициенты; М оп – молярная масса определяемого вещества (иона); М гф – молярная масса гравиметрической формы. Расчет навески ⚫ В методе осаждения при определении размера навески исходят из количества ГФ: g = Fоп/гф • a где Fоп/гф – аналитический множитель; а – масса ГФ, для аморфного осадка а = 0,1; для кристаллического осадка а = 0,5. ⚫ В методе отгонки: g(крист.) = M1 • 0,1 n •М 2 где М1 – молярная масса кристаллогидрата; М2 – молярная масса Н2О; n – число молекул Н2О в кристаллогидрате. Взятие навески ⚫ На технических весах (ТВ) взвешивают приблизительную навеску (0,01 г). Перед взвешиванием масса тары обнуляется. Если затем будет взвешивание на АВ, то вещество взвешивают в таре и ее масса учитывается. ⚫ На аналитических весах (АВ) взвешивают точную навеску (0,0001г; 0,00005 г). Вещество всегда взвешивается в таре. Перед взвешиванием на АВ всегда делается прикидка веса на ТВ. gпр = gн+т – gт; gпр = gн+т – gт с ост. Техника взятия приблизительной навески Используются только технические весы – ТВ (0,01 г) Техника взятия точной навески Используются сначала технические весы – ТВ (0,01 г), а затем аналитические весы – АВ (0,0001 г) Выбор осадителя, расчет его количества Реагент-осадитель – это такое химическое соединение, которое используется для осаждения определяемого компонента в виде ОФ. Расчет его количества проводится по уравнению реакции. Требования к осадителю: ⚫ Должен быть специфическим или селективным по отношению к осаждаемому компоненту; ⚫ Должен образовывать с осаждаемым компонентом наименее растворимую ОФ; ⚫ Должен быть летучим, чтобы избыток его легко удалялся при прокаливании ОФ. Для более полного осаждения определяемого компонента осадитель берут в избытке (в среднем в 1,5 раз; если очень летучий – в 2,0 раза; если мало летуч – на 30%). Фильтрование ⚫ Используется для отделения полученного осадка от раствора, содержащего примеси. ⚫ В гравиметрическом анализе для фильтрования используют беззольные фильтры (зольность их, т.е. масса золы после сжигания 0,00005 г). Классификация беззольных фильтров: ➢ Черная (красная) лента- наименее плотные (для аморфных осадков); ➢ Белая лента – средней плотности (для крупнокристаллических осадков); ➢ Синяя лента – наиболее плотные (для мелкокристаллических осадков). Техника фильтрования Фильтрование способом «декантации» Промывание осадка Необходимо для удаления с осадка соосажденных примесей. Осадок промывают способом «декантации» используя в качестве промывных жидкостей: ✓ Разбавленный раствор реагента-осадителя; ✓ Раствор электролита-коагулятора; ✓ Редко воду. ❖Аморфные осадки промывают на фильтре. ❖Кристаллические осадки промывают декантацией до переноса на фильтр. Техника промывания осадка Высушивание и прокаливание осадка ⚫ Высушивание проводится для удаления воды, летучих примесей, перевода ОФ в ГФ (для органических соединений). Выполняется в сушильном шкафу (в бюксах и тиглях) при температуре 80-2800 С. ⚫ Прокаливание проводится для перевода ОФ в ГФ (для неорганических соединений). Выполняется в муфельной печи (в тиглях) при температуре 450-11000 С. Техника выполнения просушивания и прокаливания Тигельные щипцы Муфельная печь Сушильный шкаф Бюксы Эксикатор Тигли