Лекция 40. Загрязнение осадков. Фильтрование и промывание осадков

Ключевые слова: соосаждение, поверхностная адсорбция, окклюзия, изоморфизм, последующее осаждение, фильтрование, обеззоленный фильтр, промывная жидкость, декантация.

Осадки, получаемые в гравиметрическом анализе, могут быть загрязнены осадителем и примесями посторонних веществ из анализируемого раствора, которые они увлекают с собой главным образом в процессе осаждения. Это явление захватывания осадком посторонних примесей называют соосаждением. Процесс соосаждения может быть связан с явлениями поверхностной адсорбции, окклюзии или последующим осаждением.

Поверхностная адсорбция – увеличение поверхностной концентрации растворенных веществ на границе раздела фаз. На поверхности осадка в первую очередь адсорбируются ионы, входящие в состав кристаллической решетки осадка и находящиеся в избытке. Адсорбируемость ионов на поверхности осадка зависит от концентрации ионов в растворе, заряда ионов и их размера. Адсорбция тем больше, чем больше поверхность осадка, поэтому она максимальна для аморфных осадков, меньше для мелкокристаллических и минимальна для крупнокристаллических осадков. Поэтому необходимо создавать условия для получения кристаллических осадков с наименьшей поверхностью. Количество адсорбированных примесей можно уменьшить при промывании осадков на фильтре горячей водой или промывной жидкостью, а также в случае кристаллических осадков в процессе их старения.

Окклюзия – процесс включения посторонних веществ внутрь осадков в ходе осаждения. Окклюзия характерна для кристаллических осадков и наблюдается при быстром росте кристаллов. Окклюдированные примеси занимают преимущественно те места, где в кристаллической решетке осадка имеются дефекты; их нельзя удалить промыванием. Окклюзию можно уменьшить в процессе осаждения медленным добавлением осадителя при перемешивании, путем переосаждения осадка, а также в процессе его старения. Кроме того, причиной окклюзии может быть образование смешанных кристаллов – изоморфизм – замещение определенных ионов в кристаллической решетке другими, обладающими близкими размерами, структурой, зарядом и электронной конфигурацией. Образование изоморфных включений можно предотвратить, лишь удалив мешающий ион до осаждения.

Причиной загрязнения осадков может служить также последующее осаждение, в ходе которого на поверхности ранее выделенного осадка осаждается химически отличающаяся от него форма соединения, содержащего ион, одноименный с осадком. Уменьшить соосаждение можно прежде всего путем рационального выбора хода анализа.

Фильтрование и промывание осадка. Полученный осадок отделяют от раствора, содержащего посторонние примеси, фильтрованием. В гравиметрии применяют не обычную фильтровальную бумагу, а так называемые обеззоленные фильтры, из которых большая часть минеральных веществ удалена. Обычно массу золы от такого фильтра указывают на упаковке, и ее необходимо вычесть из массы прокаленного осадка. Промышленность выпускает беззольные фильтры нескольких сортов, различающихся по плотности бумаги – пачка фильтров каждого сорта снабжена лентой определенного цвета. Красная лента – наименее плотные, крупнопористые и быстрофильтрующие фильтры, которые используют для отделения аморфных осадков. Белая лента – фильтры средней плотности, применяемые для отделения большинства кристаллических осадков. Синяя лента – мелкопористые, плотные фильтры, применяемые для отделения мелкокристаллических осадков. Кроме того, выпускаются фильтры с зеленой, желтой, черной лентами, имеющие специальное назначение. Все сорта фильтров выпускаются различного диаметра.

Во всех случаях фильтрованию осадка сопутствует его промывание. Промывание осадка необходимо для удаления адсорбированных им примесей и остатков маточного раствора, которые не улетучиваются при переводе осадка в гравиметрическую форму. При этом необходимо исключить потери осажденного вещества. Промывание чистой водой часто приводит к нежелательному увеличению растворимости осадка за счёт образования коллоидных растворов (пептизация) или увеличения гидролиза. Поэтому выбор промывной жидкости определяется свойствами промываемого осадка. Промывная жидкость для кристаллических осадков обычно содержит летучие электролиты; осадки веществ с растворимостью 10^–5–10^–6 моль/л промывают раствором осадителя. Промывная жидкость для аморфных осадков должна содержать электролиты-коагуляторы, препятствующие пептизации (разбавленные растворы летучих кислот, растворы солей аммония).

При фильтровании вначале пропускают через фильтр прозрачную надосадочную жидкость (маточный раствор). Затем несколько раз промывают оставшийся осадок непосредственно в стакане, в котором проводили осаждение, методом декантации,с помощью которого удается более полно отмыть осадок от маточного раствора. Для этого к осадку добавляют промывную жидкость, взмучивают его, дают отстояться и сливают промывные воды через фильтр. Промытый таким образом осадок количественно переносят на фильтр. Для этого к осадку добавляют еще некоторое количество воды (или промывной жидкости), взбалтывают его и, не давая отстояться, по палочке переводят на фильтр, через который сливали промывную жидкость. Эту операцию повторяют до тех пор, пока на фильтр не будет переведен весь осадок. В стакане или колбе не должны оставаться частицы осадка. Для полного перенесения осадка на фильтр внутреннюю поверхность сосуда, в котором промывали осадок с применением декантации, обтирают небольшим кусочком фильтровальной бумаги. Фильтровальную бумагу придерживают стеклянной палочкой, на один конец которой надет кусочек резиновой трубки. Прижимая бумагу этим концом, тщательно обтирают всю внутреннюю поверхность сосуда. Фильтровальную бумагу полезно смочить несколькими каплями дистиллированной воды. Затем палочку также тщательно обтирают этим же кусочком фильтровальной бумаги и промывают над воронкой из промывалки дистиллированной водой. Кусочек фильтра, использованный для обтирания сосуда и палочки, присоединяют к осадку.

Осадок более полно освобождается от загрязняющих веществ, если его промывать многократно небольшими порциями промывной жидкости, что можно видеть из следующего расчета:

где C_n – концентрация примесей после n-го промывания; C₀ – начальная концентрация примесей; V₀ – объем промывной жидкости, остающейся на осадке после фильтрования; V – объем каждой порции промывной жидкости.

Промывание нужно стремиться провести возможно малым количеством жидкости. Это необходимо потому, что абсолютно нерастворимых веществ нет, и каждый раз при промывании свежей порцией жидкости часть осадка переходит в раствор. При необходимости учитывают потери осадка за счет его растворения в промывной жидкости (m_потерь, г), для чего требуется знать объём промывной жидкости (V_пж, мл), растворимость осадка (S, моль/л) и его молярную массу (М):

Относительная погрешность (Δ_отн, %), связанная с потерей осадка при промывании, рассчитывается по формуле

где m_ос – масса осадка, г.

Обычно принимают допустимую потерю массы осадка не более 0,0001 г, чтобы она не сказывалась на результате взвешивания.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте явление соосаждения, каковы его причины?

2. Что такое поверхностная адсорбция и как ее можно минимизировать?

3. Дайте определение окклюзии и изоморфизма. Можно ли их избежать?

4. Какие фильтры называют обеззоленными? Перечислите их сорта.

5. Для чего проводят промывание осадка? Как правильно выбрать

промывную жидкость?

6. В чем суть метода декантации?

7. Как рассчитать потери осадка при промывании?

Список рекомендуемой литературы

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - С. 284 - 290.

2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов. В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. – С. 57 – 64.

С.Б. Денисова, О.И. Михайленко, Л.Е. Салова