Гравиметрический анализ

Гравиметрический анализ
	Аналитический баланс
Классификация	Гравиметрический
Аналиты	Твердые тела ; Жидкости
Другие методы
Связанный	Осадки ; Титрование

Гравиметрический анализ описывает набор методов, используемых в аналитической химии для количественного определения аналита ( анализируемый ион) на основе его массы. Принцип этого типа анализа заключается в том, что после того, как масса иона была определена как уникальное соединение, то известное измерение может быть затем использовано для определения массы одного и того же аналита в смеси, если относительные величины других составляющих известны Полем ^{[ 1 ]}

Четыре основных типа этого метода анализа являются осадки , улетучение , электроаналитический и разные физические методы . ^{[ 2 ]} Методы включают изменение фазы аналита, чтобы отделить его в чистой форме от исходной смеси и являются количественными измерениями.

Метод осадков

Метод осадков - это тот, который используется для определения количества кальция в воде. избыток щавелевой кислоты, H ₂ C ₂ O ₄ Используя этот метод, измеренный измеренный объем воды добавляется . Добавляя реагент , здесь аммония оксалат, кальций будет осаждать как оксалат кальция. Правильный реагент, если добавить в водный раствор, будет производить очень нерастворимые осадки от положительных и отрицательных ионов, которые в противном случае были бы растворимыми с их аналогами (уравнение 1). ^{[ 3 ]}

Реакция:

Образование оксалата кальция:

Что ²⁺(aq) + c ₂ O ₄^2- → CAC ₂ O ₄

Осадок собирается, сушат и воспламеняется в высокую (красную) тепло, которая полностью преобразует его в оксид кальция.

Реакция - это чистый оксид кальция.

CAC ₂ O ₄ → CAO (S) + CO (G) + CO ₂ (G)

Чистый осадок охлаждается, затем измеряется взвешиванием, а разница в весах до и после выявляет массу потерянного аналита, в данном случае оксид кальция. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Это число может затем использоваться для расчета количества или процентной концентрации, его в исходной миксе. ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Методы улетучивания

Методы улетучивания могут быть прямыми или косвенными . Вода, удаленная количественным образом из многих неорганических веществ с помощью зажигания, является примером прямого определения. Он собирается на твердом высыхании, и его масса определяется усилением массы высыхания.

Другой метод прямой улеталистики включает карбонаты, которые обычно разлагаются для высвобождения углекислого газа при использовании кислот. Поскольку углекислый газ легко развивается при нанесении тепла, его масса непосредственно устанавливается путем измеренного увеличения массы используемого абсорбирующего твердого вещества. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

Определение количества воды путем измерения потери массы образца во время нагрева является примером косвенного метода. Хорошо известно, что изменения в массе происходят из -за разложения многих веществ, когда применяется тепло, независимо от присутствия или отсутствия воды. Поскольку нужно предположить, что вода была единственным потерянным компонентом, этот метод менее удовлетворительна, чем прямые методы.

Это часто неисправное и вводящее в заблуждение предположение оказалось неверным более чем несколько раз. Существует много веществ, кроме потери воды, которые могут привести к потере массы с добавлением тепла, а также ряд других факторов, которые могут способствовать этому. Расширение погрешности, создаваемое этим достаточным количеством ложного предположения, не является тем, кто слегка игнорируется, поскольку последствия могут быть далеко идущими.

Тем не менее, косвенный метод, хотя и менее надежный, чем прямой, все еще широко используется в торговле. Например, он используется для измерения содержания влаги в зерновых, где для этой цели доступен ряд неточных и неточных инструментов.

Типы методов улетучивания

В методах летучих элементов удаление аналита включает в себя разделение путем нагрева или химического разложения летучего образца при подходящей температуре. ^{[ 2 ]}^{[ 8 ]} Другими словами, тепловая или химическая энергия используется для осаждения летучих видов. ^{[ 9 ]} Например, содержание воды в соединении может быть определено путем испарения воды с использованием тепловой энергии (тепла). Тепло также можно использовать, если присутствует кислород, для сжигания для изоляции подозрительных видов и получения желаемых результатов.

Двумя наиболее распространенными гравиметрическими методами с использованием летучих действий являются методы для воды и углекислого газа. ^{[ 2 ]} Примером этого метода является выделение бикарбоната водорода натрия (основной ингредиент в большинстве антацидных таблеток) из смеси карбоната и бикарбоната. ^{[ 2 ]} Общее количество этого аналита в любой форме получается путем добавления избытка разбавленной серной кислоты в аналит в растворе.

В этой реакции газ азота вводится через трубку в колбу, которая содержит раствор. Когда он проходит, он мягко пузырится. Затем газ выходит, сначала проходя сухой агент (здесь Caso ₄ , общий вытяжка -дририт ). Затем он проходит смесь сушильного агента и гидроксида натрия, который лежит на асбесте или аскарите II , неволокообразном силикате, содержащем гидроксид натрия. ^{[ 10 ]} Масса углекислого газа получается путем измерения увеличения массы этого абсорбента. ^{[ 2 ]} Это выполняется путем измерения разницы в весе трубки, в которой аскарит содержался до и после процедуры.

Сульфат кальция (CASO ₄ ) в трубе сохраняет углекислый газ избирательно при нагревании и тем самым, удаляется из раствора. Сушильный агент поглощает любую аэрозольную воду и/или водяной пары (реакция 3.). Смесь сушильного агента и NaOH поглощает CO ₂ и любую воду, которая может быть получена в результате поглощения NaOH (реакция 4.). ^{[ 11 ]}

Реакции:

Реакция 3 - поглощение воды

Nahco ₃ (aq) + h ₂ so ₄ (aq) → co ₂ (g ) + h ₂ o (l) + nahso ₄ (aq). ^{[ 11 ]}

Реакция 4. Поглощение CO ₂ и остаточной воды

CO ₂ (G) + 2 NaOH (S) → Na ₂ CO ₃ (S) + H ₂ O (L) . ^{[ 11 ]}

Процедура

Образец растворяется, если он еще не в растворе.
Раствор может быть обработан для регулировки рН (так что образуется правильный осадок или подавлять образование других осадков). Если известно, что присутствуют виды, которые мешают (также образуя осадки в тех же условиях, что и аналит), образец может потребовать обработки с помощью другого реагента для удаления этих нарушений.
Осаждающий реагент добавляется в концентрации, которая способствует образованию «хорошего» осадка (см. Ниже). Это может потребовать низкой концентрации, обширного нагрева (часто называемого «пищеварением») или тщательного контроля над рН. Пищеварение может помочь уменьшить количество копретификации .
После того, как осадок сформировался и позволил «переваривать», решение тщательно отфильтровано. Фильтр ; используется для сбора осадка Меньшие частицы труднее отфильтровать.
- В зависимости от последующей процедуры, фильтр может быть кусочком фильтрованной бумаги без пепла в рифленной воронке или тигром фильтра . Фильтрующая бумага удобна, потому что она обычно не требует очистки перед использованием; Тем не менее, фильтровая бумага может химически атаковаться некоторыми растворами (такими как концентрированная кислота или основание) и может разрываться во время фильтрации больших объемов раствора.
- Альтернативой является тигб, дно которого состоит из какого -то пористого материала, такого как спеченное стекло, фарфоровое или иногда металл. Это химически инертные и механически стабильные, даже при повышенных температурах. Тем не менее, они должны быть тщательно очищены, чтобы минимизировать загрязнение или перенос (перекрестное загрязнение). Походки часто используются с ковриком стекла или асбестовых волокон, чтобы улавливать мелкие частицы.
- После того, как решение было отфильтровано, его следует протестировать, чтобы убедиться, что аналит был полностью осажден. Это легко сделать, добавив несколько капель осадкого реагента; Если наблюдается осадок, осаждение является неполным.
После фильтрации осадок, включая фильтрованную бумагу или тигель, нагревается или обуглен. Это выполняет следующее:
- Оставшаяся влага удаляется (сушка).
- Во -вторых, осадок преобразуется в более химически стабильную форму. Например, ион кальция может быть осажден с использованием оксалатного иона для получения оксалата кальция (CAC ₂ O ₄ ); Затем его можно нагреть, чтобы преобразовать его в оксид (CAO). Жизненно важно, чтобы эмпирическая формула взвешенного осадка была известна и чтобы осадок был чистым; Если присутствуют две формы, результаты будут неточными.
- Осадок не может быть взвешен с необходимой точностью на фильттной бумаге; Также не может быть полностью удален осадок из фильтрованной бумаги, чтобы взвесить ее. Осадок можно осторожно нагревать в тигле, пока фильтровая бумага не сожжет; Это оставляет только осадок. (Как следует из названия, «без пепла» используется бумага, чтобы осадок не был загрязнен пепелом.)
После того, как осадок разрешается остыть (предпочтительно в вышивании , чтобы не допустить его поглощения влаги), он взвешивается (в тигеле). Чтобы вычислить окончательную массу аналита, начальная масса пустого тигала вычитается из окончательной массы тигеля, содержащего образец. Поскольку состав осадки известен, легко вычислить массу аналита в исходной выборке.

Пример

Кусок руды должен быть проанализирован на содержание серы. Он обрабатывается концентрированной азотной кислотой и хлоратом калия, чтобы преобразовать всю серу в сульфат (поэтому ²⁻
₄ ). Нитрат и хлорат удаляются путем обработки раствора концентрированным HCl. Сульфат осаждается барием (BA ²⁺) и взвешен как базо ₄ .

Преимущества

Гравиметрический анализ, если методы тщательно следуют, обеспечивает чрезвычайно точный анализ. Фактически, гравиметрический анализ использовался для определения атомных масс многих элементов в периодической таблице до шести рисунков. Гравиметрия обеспечивает очень мало места для инструментальной ошибки и не требует ряда стандартов для расчета неизвестного. Кроме того, методы часто не требуют дорогого оборудования. Гравиметрический анализ из -за его высокой степени точности при правильном выполнении также может использоваться для калибровки других инструментов вместо эталонных стандартов. Гравиметрический анализ в настоящее время используется для того, чтобы студенты бакалавриата по химии/биохимии испытали лабораторию выпускного уровня, и это очень эффективный учебный инструмент для тех, кто хочет посещать медицинскую школу или любую аспирантуру.

Недостатки

Гравиметрический анализ обычно предусматривает только анализ одного элемента или ограниченной группы элементов одновременно. Сравнение современного динамического сжигания вспышки в сочетании с газовой хроматографией с традиционным анализом сжигания, будет показано, что первое и быстрее и позволяет одновременно определять множественные элементы, в то время как традиционное определение разрешено только для определения углерода и водорода. Методы часто запутаны, и небольшой неправильный шаг в процедуре часто может означать катастрофу для анализа (например, образование коллоидов в гравиметрии осадков). Сравните это с выносливыми методами, такими как спектрофотометрия, и кто -то обнаружит, что анализ этими методами гораздо более эффективен.

Шаги в гравиметрическом анализе

После соответствующего растворения образца следует выполнять следующие шаги для успешной гравиметрической процедуры:

1. Приготовление раствора: это может включать несколько этапов, включая корректировку рН раствора, чтобы осаждать количественно, и получить осадок из желаемых свойств, удаляя помехи, регулируя объем образца в соответствии с количеством количества Ускоряющий агент должен быть добавлен.

2. Осадки: это требует добавления раствора осаждающего агента в раствор образца. После добавления первых капель осаждающего агента происходит перенасыщение, затем нуклеация начинает происходить, когда каждые несколько молекул агрегата осадка вместе образуя ядро. На этом этапе добавление дополнительного осаждающего агента будет сформировать новые ядра, либо будет накапливаться на существующих ядрах, чтобы привести к осаждению. Это может быть предсказано по отношению к фон Веймарну, где, согласно этому отношению, размер частиц обратно пропорционален количеству, называемой относительной перенасыщением, где

Относительная перенасыщение = (q - s)/s

Q - это концентрация реагентов перед осаждением, S - растворимость осадка в среде, из которой он осаждается. Следовательно, чтобы получить рост частиц вместо дальнейшего зарождения, мы должны сделать относительный коэффициент перенасыщения максимально небольшим. Оптимальные условия для осадков, которые делают сверхпрочное место:

а Осадки с использованием разбавленных решений для уменьшения Q беременный Медленное добавление осаждающего агента, чтобы сохранить Q как можно меньше в Перемешивая раствор во время добавления осаждающего агента, чтобы избежать сайтов концентрации и сохранить Q дюймовый Увеличьте растворимость за счет осадков из горячего раствора эн. Отрегулируйте pH, чтобы увеличить S, но не слишком значительно увеличить NP, так как мы не хотим терять осадок путем растворения фон Обычно добавьте немного избытка осаждающего агента для количественного осаждения и проверьте полноту осадков

3. Переваривание осадка: осадок остается горячим (ниже кипения) в течение 30 минут до одного часа для переваривания частиц. Расщепление включает в себя растворение мелких частиц и репрезентацию на более крупные, что приводит к росту частиц и лучшим характеристикам осаждения. Этот процесс называется созреванием Остевальда . Важное преимущество пищеварения наблюдается для коллоидных осадков, где большое количество адсорбированных ионов покрывает огромную область осадков. Пищеварение заставляет небольшие коллоидные частицы к агломерату, что уменьшает их площадь поверхности и, следовательно, адсорбцию. Вы должны знать, что адсорбция является основной проблемой в гравиметрии в случае коллоидного осадка, поскольку осадок имеет тенденцию адсорбировать свои собственные ионы, присутствующие в избытке, поэтому образует то, что называется первичным ионным слоем, который привлекает ионы, образуя вторичный или противоположный ион слой. Отдельные частицы отталкивают друг друга, сохраняя коллоидные свойства осаждения. Коагуляция частиц может быть вызвана либо путем расщепления, либо добавления высокой концентрации разнообразных ионов сильного электролитического раствора, чтобы защитить заряды на коллоидных частицах и силовую агломерацию. Обычно коагулированные частицы возвращаются в коллоидное состояние, если промывают водой, процесс называется пептизация .

4. Промывание и фильтрация осадка: крайне важно тщательно промыть осадок, чтобы удалить все адсорбированные виды, которые добавляют к весу осадка. Следует быть осторожным или использовать слишком много воды, так как часть осадка может быть потеряна. Кроме того, в случае коллоидных осадков мы не должны использовать воду в качестве раствора для промывки, поскольку будет происходить пептизация. В таких ситуациях можно использовать разбавленную азотную кислоту, нитрат аммония или разбавленная уксусная кислота. Обычно это хорошая практика, чтобы проверить наличие осаждающего агента в фильтрате окончательного стирного раствора. Наличие осаждающего агента означает, что требуется дополнительная промывка. Фильтрация должна быть выполнена в подходящем размере Gooch или фильтровальной бумаге зажигания.

5. Сушка и зажигание: цель сушки (нагревание примерно при 120-150 oC в духовке) или зажигание в муфельной печи при температурах в диапазоне от 600 до 1200 oC-это получить материал с точно известной химической структурой, чтобы количество аналита может быть точно определено.

6. Осадки от однородного решения: чтобы сделать Q минимум, мы можем в некоторых ситуациях генерировать осаждающий агент в среде осадков, а не добавлять его. Например, чтобы осадить железо в качестве гидроксида, мы растворяем мочевину в образце. Нагрев раствора генерирует гидроксидные ионы из гидролиза мочевины. Гидроксидные ионы генерируются во всех точках раствора, и поэтому нет мест концентрации. Мы также можем скорректировать скорость гидролиза мочевины и, таким образом, контролировать скорость генерации гидроксида. Этот тип процедуры может быть очень выгодным в случае коллоидных осадков.

Растворимость в присутствии разнообразных ионов

Как и ожидалось из предыдущей информации, разнообразные ионы оказывают эффект скрининга на диссоциированные ионы, что приводит к дополнительной диссоциации. Растворимость будет показывать явное увеличение присутствия разнообразных ионов, поскольку продукт растворимости увеличится. Посмотрите на следующий пример:

Найдите растворимость AGCL (K _SP = 1,0 x 10 ⁻¹⁰) в 0,1 М нано ₃ . Коэффициенты активности для серебра и хлорида составляют 0,75 и 0,76 соответственно.

Agcl (s) = ag ⁺ + Cl ⁻

Мы больше не можем использовать термодинамическую константу равновесия (т.е. при отсутствии различных ионов), и мы должны рассмотреть константу равновесия концентрации или использовать активность вместо концентрации, если мы используем KTH:

K _sp = aag ⁺ acl ⁻

K _sp = [ag ⁺] Субъекты ⁺ [Кл ⁻] fcl ⁻

1,0 х 10 ⁻¹⁰ = SX 0,75 XSX 0,76

S = 1,3 x 10 ⁻⁵ М

Мы рассчитали растворимость AgCl в чистой воде, которая будет 1,0 x 10 ⁻⁵ M, если мы сравним это значение с тем, что было получено в присутствии разнообразных ионов, мы видим % увеличения растворимости = {(1,3 x 10 ⁻⁵ - 1,0 x 10 ⁻⁵) / 1,0 x 10 ⁻⁵} x 100 = 30% Поэтому мы снова имеем доказательства увеличения диссоциации или сдвига равновесия к праву в присутствии разнообразных ионов.

Ссылки

^ Йодер, Клод (8 января 2017 г.). «Гравиметрический анализ» . wiredchemist.com . Архивировано с оригинала 7 января 2017 года . Получено 8 января 2017 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Скуг, Дуглас; Запад, Дуглас М; Холлер, Ф. Джеймс (1996). «5: гравиметрический анализ». Основы аналитической химии (7 -е изд.). Форт -Уэрт: Saunders College Publishing Harcourt Brace. С. 71–96. LCCN 95-067683 .
^ «Глава 3, гравиметрия» . www.csudh.edu/ . 8 января 2017 года. Архивировано с оригинала 25 ноября 2016 года . Получено 8 января 2017 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Холлер, Ф. Джеймс; Skoog, Douglas A.; Уэст, Дональд М. (1996). Основы аналитической химии . Филадельфия: Saunders College Pub. ISBN 978-0-03-005938-4 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Хуланицки А. (1987). Реакции кислот и оснований в аналитической химии . Хорвуд. ISBN 978-0-85312-330-9 .
^ Skoog, Douglas A (1996). Основы аналитической химии . Saunders и Harcourt Brace. п. 97
^ Петруччи, Ральф Х; Харвуд, Уильям С. (1993). Кори, Пол Ф. (ред.). Общая химия: принципы и современные применения . Нью -Йорк: Macmillan Publishing Company. С. 265–268. ISBN 978-0-02-394931-9 .
^ «Введение в гравиметрический анализ» . 8 января 2017 года. Архивировано с оригинала 1 августа 2019 года . Получено 8 января 2017 года .
^ «Гравиметрические методы анализа» (PDF) . 8 января 2017 года. Архивировано из оригинала (PDF) 18 ноября 2017 года . Получено 8 января 2017 года .
^ Скуг, Дуглас А; Запад, Дональд М; Холлер, Ф. Джеймс (1995). "5.6". Основы аналитической химии (седьмое изд.). Форт -Уэрт: Saunders College Publishing и Harcourt Brace. С. 96–97. LCCN 95-067683 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в «Раздел 3-2: Методы улетучивания» . 8 января 2017 года. Архивировано с оригинала 25 ноября 2016 года . Получено 8 января 2017 года .

Внешние ссылки

Гравиметрическая техника Quimociac

[1] Йодер, Клод (8 января 2017 г.). «Гравиметрический анализ» . wiredchemist.com . Архивировано с оригинала 7 января 2017 года . Получено 8 января 2017 года .

[:0-2] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Скуг, Дуглас; Запад, Дуглас М; Холлер, Ф. Джеймс (1996). «5: гравиметрический анализ». Основы аналитической химии (7 -е изд.). Форт -Уэрт: Saunders College Publishing Harcourt Brace. С. 71–96. LCCN 95-067683 .

[3] «Глава 3, гравиметрия» . www.csudh.edu/ . 8 января 2017 года. Архивировано с оригинала 25 ноября 2016 года . Получено 8 января 2017 года .

[isbn0-03-005938-0-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Холлер, Ф. Джеймс; Skoog, Douglas A.; Уэст, Дональд М. (1996). Основы аналитической химии . Филадельфия: Saunders College Pub. ISBN 978-0-03-005938-4 .

[:1-5] Jump up to: ^а ^{беременный} Хуланицки А. (1987). Реакции кислот и оснований в аналитической химии . Хорвуд. ISBN 978-0-85312-330-9 .

[6] Skoog, Douglas A (1996). Основы аналитической химии . Saunders и Harcourt Brace. п. 97

[7] Петруччи, Ральф Х; Харвуд, Уильям С. (1993). Кори, Пол Ф. (ред.). Общая химия: принципы и современные применения . Нью -Йорк: Macmillan Publishing Company. С. 265–268. ISBN 978-0-02-394931-9 .

[8] «Введение в гравиметрический анализ» . 8 января 2017 года. Архивировано с оригинала 1 августа 2019 года . Получено 8 января 2017 года .

[9] «Гравиметрические методы анализа» (PDF) . 8 января 2017 года. Архивировано из оригинала (PDF) 18 ноября 2017 года . Получено 8 января 2017 года .

[10] Скуг, Дуглас А; Запад, Дональд М; Холлер, Ф. Джеймс (1995). "5.6". Основы аналитической химии (седьмое изд.). Форт -Уэрт: Saunders College Publishing и Harcourt Brace. С. 96–97. LCCN 95-067683 .

[:2-11] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в «Раздел 3-2: Методы улетучивания» . 8 января 2017 года. Архивировано с оригинала 25 ноября 2016 года . Получено 8 января 2017 года .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

v Т и Аналитическая химия
Приборы	Атомный спектрометр абсорбции Спектрометр эмиссии пламени Газовый хроматограф Высокопроизводительный жидкий хроматограф Инфракрасный спектрометр Масс -спектрометр Аппарат плавления точки Микроскоп Оптический спектрометр Спектрофотометр
Методы	Калориметрия Хроматография Электроаналитические методы Гравиметрический анализ Ионная спектрометрия Масс -спектрометрия Спектроскопия Титрование
Выборка	Конунг и расквартирование Разбавление Растворение Фильтрация Маскировка Пульверизация Приготовление образца Процесс разделения Подпрограмма
Калибровка	Хемометрика Калибровочная кривая Матричный эффект Внутренний стандарт Стандартное дополнение Изотопное разбавление
Выдающиеся публикации	Аналитик Аналитическая чимика Acta Аналитическая и биоаналитическая химия Аналитическая химия Аналитическая биохимия
Категория Общеизвестное Портал Википроект