Лекция 41. Получение весовой (гравиметрической) формы

Ключевые слова: весовая (гравиметрическая) форма, высушивание, прокаливание, озоление.

Весовая (гравиметрическая) форма - это соединение, в виде которого взвешивается определяемый компонент. К весовой форме предъявляются следующие требования:

- состав весовой формы должен точно соответствовать её химической формуле;

- весовая форма должна обладать химической устойчивостью к компонентам воздуха (пары воды, кислород, СО₂ и т.д.) и продуктам сгорания фильтра;

- весовая форма должна быть термически устойчивой в широком интервале температур;

- желательно малое содержание определяемого компонента в весовой форме (по возможности минимальное значение гравиметрического фактора пересчета), чтобы погрешности в определении её массы в меньшей мере сказывались на результатах анализа.

Весовую форму получают из осаждаемой формы либо высушиванием, либо прокаливанием осадка до постоянной массы. Условия перевода в гравиметрическую форму зависят от свойств осадка и его стабильности.

Высушивание в сушильном шкафу при 100-115°С используют для осадков, разлагающихся нестехиометрично при более высоких температурах. Обычно таким способом получают весовую форму при определении металлов с помощью органических реагентов-осадителей, например при определении никеля с диметилглиоксимом (реактив Чугаева) или кобальта с α-нитрозо-β-нафтолом. Иногда применяют высушивание без нагревания путем последовательной промывки осадка водой, спиртом и эфиром и удаления следов эфира продувкой сухим воздухом. Таким способом, например, высушивают легко разлагающийся осадок цинкуранилацетата натрия NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉ при гравиметрическом определении натрия. При высушивании состав осадка не меняется, а удаляется только внешняя (гигроскопическая) влага и легколетучие примеси, например остаток органического растворителя реагента-осадителя.

Если осаждаемую форму переводят в весовую прокаливанием, то осадок, полученный при фильтровании через бумажный обеззоленный фильтр, предварительно высушивают вместе с фильтром в сушильном шкафу при температуре 70-100°С, а затем прокаливают. Для этого сухой фильтр с осадком помещают в предварительно прокаленный до постоянной массы и взвешенный тигель (фарфоровый, кварцевый, платиновый) и осторожно озоляют(обугливают) в пламени газовой горелки или на электрической плитке, следя за тем, чтобы фильтр не воспламенялся (во избежание потерь при сгорании фильтра). По окончании озоления тигель с осадком прокаливают в муфельной печи до постоянной массы при температуре, зависящей от природы осадка. Например, сульфат бария прокаливают при 700-900°С; при этом состав осадка не меняется, а удаляются только примеси. Во время прокаливания сульфата бария сначала может частично произойти реакция восстановления его углеродом, образовавшимся во время обугливания фильтра:

BaSO₄ + 2C → BaS + 2CO₂.

Масса осадка при этом уменьшается. При дальнейшем прокаливании сульфид бария снова окисляется кислородом воздуха:

BaS + 2О₂ → BaSO₄.

В результате весовая форма окажется такой же, как осаждаемая.

Температура прокаливания осадка сульфата бария не должна превышать 1100°С, так как дальнейшее увеличение температуры может привести к разложению гравиметрической формы, например:

BaSO₄ → BaO+ SO₃↑(> 1300⁰C).

При прокаливании с осадком могут происходить химические превращения, приводящие к получению стабильной гравиметрической формы. Так, при определении железа гидратированная осаждаемая форма Fe(OH)₃∙xН₂О при прокаливании переходит в весовую форму Fe₂O₃, при этом наряду с Fe₂O₃ частично может образоваться Fe₃O₄ (FeO∙Fe₂O₃), в этом случае по охлаждении образца необходимо добавить несколько капель концентрированной HNО₃ и снова прокалить. Двойная соль MgNH₄PO₄, осаждаемая в ходе определения магния, переходит в устойчивый пирофосфат магния – Mg₂P₂O₇. Еще более сложные превращения могут происходить с оксалатом кальция:

CaC₂О₄·Н₂О → CaC₂O₄ + H₂O (200°С);

CaC₂O₄ → СО₂ + СаСО₃ (475-525°С);

CaCO₃ → CaO + CO₂ (900-1000°С).

По разности измеренных масс тигля с осадком и пустого тигля рассчитывают массу весовой формы, которую используют для расчета результатов гравиметрического анализа.

Контрольные вопросы

1. Что такое весовая (гравиметрическая) форма? Каким требованиям она должна отвечать?

2. В каких случаях для получения весовой формы используют высушивание осаждаемой формы? Приведите примеры.

3. Как проводят прокаливание осаждаемой формы?

4. Какие изменения осаждаемой формы возможны при прокаливании осадка? Приведите примеры.

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. 58 - 59.

С.Б. Денисова, О.И. Михайленко