что такое весовая форма
Что такое весовая форма
Каждый вопрос экзамена может иметь несколько ответов от разных авторов. Ответ может содержать текст, формулы, картинки. Удалить или редактировать вопрос может автор экзамена или автор ответа на экзамен.
Весовая (гравиметрическая) форма— это соединение, в виде которого взвешивается определяемый элемент. 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 элемента 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 формы осаждения 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 100-1150С 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 высушивают легко разлагающийся осадок цинкуранилацетата натрия NaZn(UO2)3(CH3COO)9 при гравиметрическом определении натрия. Высушиванию подвергают осадки, полученные фильтрованием через доведенные до постоянной массы стеклянные фильтры. При высушивании состав осадка не меняется, а удаляется только внешняя (гигроскопическая) влага и легко летучие примеси, например, остаток органического растворителя реагента-осадителя.
Осадок (форма осаждения), полученный при фильтровании через бумажный беззольный фильтр, предварительно высушивают вместе с фильтром в сушильном шкафу при температуре около 1000С, 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 700-9000С; при этом состав осадка не меняется, а удаляются только примеси. Температура прокаливания осадка не должна превышать 11000С, 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, а двойная соль MgNH4PO4, осаждаемая в ходе определения магния, в устойчивый пирофосфат магния – Mg2P2O7.
Техника доведения пустого стеклянного фильтра и тигля для прокаливания, а также фильтра и тигля с осадком до постоянной массы изложена в разделе II настоящих методических указаний при описании выполнения лабораторных работ. По разности измеренных масс тигля (фильтра) с осадком и пустого тигля (фильтра) рассчитывают массу весовой формы, которую используют для расчета результатов гравиметрического анализа.
Лекция 41. Получение весовой (гравиметрической) формы
Ключевые слова: весовая (гравиметрическая) форма, высушивание, прокаливание, озоление.
— 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:
Масса осадка при этом уменьшается. При дальнейшем прокаливании сульфид бария снова окисляется кислородом воздуха:
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:
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:
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
С.Б. Денисова, О.И. Михайленко
Дата добавления: 2016-09-20 ; просмотров: 2672 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Гравиметрия (химия)
Гравиметрия (весовой анализ) — метод количественного анализа в аналитической химии, который основан на изменении массы определяемого компонента, выделенном в виде веществ определённого состава.
Используется уравнение химической реакции типа: aX + bR = XaRb для получения осадка XaRb
При выполнении весовых определений определяемый компонент смеси, или составную часть (элемент, ион) вещества количественно связывают в такое химическое соединение, в виде которого она может быть выделена и взвешена (так называемая гравиметрическая форма, ранее она именовалась «весовая форма»). Состав этого соединения должен быть строго определённым, то есть точно выражаться химической формулой, и оно не должно содержать каких-либо посторонних примесей.
В гравиметрии используются различные неорганические и органические химические соединения. Так, например, 1,2,3-Бензотриазол применяется для гравиметрического определения металлов: меди, серебра, цинка и др.
Вершины своего развития весовой анализ достиг в 1950-е годы, когда ещё не было широкого применения спектральных и хроматографических методов.
В настоящее время он остаётся своеобразным эталоном, методической базой при разработке и аттестации других методов.
В гравиметрии есть три метода: отгонка, осаждение и выделение.
Гравиметрические методы применяют редко. Основное их достоинство — исключается построение калибровочных графиков (построение графика при анализе многокомпонентных смесей затруднительно, из-за невозможности приготовления стандартной смеси, точно моделирующей пробу, не зная заранее состава пробы). Гравиметрические методы применяют в качестве арбитражных при определении магния, натрия, кремнекислоты, сульфат-ионов, суммарного содержания нефтепродуктов, жиров. [1]
Содержание
Применение гравиметрического анализа
Методы гравиметрии
Метод осаждения
Поскольку осаждённое вещество может не соответствовать тому, что получается после прокаливания, различают осаждаемую и гравиметрическую форму осадка.
где CaC2O3 будет являться осаждаемой формой, так как при прокаливании он изменяет свой состав:
Метод выделения
Основан на выделении определяемого компонента из анализируемого вещества и его точном взвешивании. Например определение золы в твердом топливе.
Метод отгонки
В этом методе определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения действием кислоты или высокой температуры. Возможны различные варианты этого метода:
Отбор средней пробы и ее подготовка к анализу
Способы отбора средних проб
Виды средних проб
Дальнейшая подготовка пробы состоит: в измельчении, перемешивании и уменьшении массы. Для этого используют метод квартования, которое повторяют многократно.
Взятие навески
Выбор величины навески
При слишком малой навеске ошибки во взвешивании и других операциях значительно снижают точность определения. Таким образом, выбор величины навески анализируемого вещества определяется массой осадка, наиболее удобной в работе. На бумажном фильтре диаметром 7 см можно легко отфильтровать 0,5 г кристаллического осадка (BaSO4, CaCO3, CaC2O3 и т. д.), но с такой же массой аморфного осадка (H2SiO3*nH2O, Fe(OH)3, Al(OH)3) работать трудно. Аналитической практикой установлено, что наиболее удобны в работе кристаллические осадки массой 0,4-0,5 г и объемистые аморфные осадки массой 0,1-0,3 г.
Учитывая эти нормы осадков и зная относительное содержание определяемого элемента в веществе, выбирают необходимую величину навески.
Иногда, выбирая навеску, учитывают необходимую точность определения и возможные потери из-за растворимости осадка. Выбор величины навески зависит ещё от метода, с помощью которого будет выполнятся анализ (макро, полумикро или микроанализ). При определениях, не связанных с получением осадка (изучение влажности, зольности) допустимы навески в 1-2 г, а иногда и больше.
Так как взвешивание на аналитических весах более длительное, приблизительную навеску берут сначала на техно-химических весах, а затем точно взвешивают на аналитических весах. Навески порошкообразных веществ удобно взвешивать в пробирке с пробкой. На часовом стекле взвешивают только те вещества, которые не выделяют паров и не поглощают вещества из окружающей среды, в противном случае вещество взвешивают в бюксе.
Техника взятия навески
Техника взятия навески может быть различна:
Такой способ более удобен в тех случаях, когда необходимо взять несколько навесок анализируемого вещества.
Растворение
Пробы труднорастворимых органических веществ разлагают двумя способами:
Портал аналитической химии
Методики, рекомендации, справочники
Требования к весовой форме.
1. Важнейшим требованием, предъявляемым к весовой форме, является точное соответствие ее состава химической формуле. Ясно, что если бы такое соответствие не имело места, например если бы взвешиваемый осадок был химически не индивидуальным веществом строго определенного, соответствующего формуле состава, а какой-либо неопределенной смесью, то вычисление результатов анализа было бы невозможным.
Между тем многие из получаемых при анализе осадков не удовлетворяют этому требованию. Например, осадок гидроокиси железа не соответствует точно формуле Fe(OH)3, а содержит переменное, зависящее от условий осаждения и неизвестное количество воды.
Таким образом, формулу его следует писать в виде Fe2O3-ZtH2O. При прокаливании гидроокиси железа вся эта вода удаляется и образуется соединение вполне определенного состава, строго соответствующего формуле Fe2O3.
Именно вследствие того что первоначально выпадающие осадки часто не удовлетворяют требованию соответствия состава формуле, и приходится прибегать к их прокаливанию. Кроме того, при прокаливании полностью удаляется из осадка удерживаемая им вода и неотмытые летучие примеси, а также происходит озоление фильтра.
2. Вторым требованием является достаточная химическая устойчивость весовой формы. Очевидно, работа затруднится, если весовая форма будет легко изменять свой состав вследствие, например, поглощения водяных паров или CO2 из воздуха, окисления (или восстановления), разложения и тому подобных процессов.
Ведь при этом нарушается то соответствие состава осадка формуле, о котором говорилось выше. Наличие у осадка подобных свойств, хотя и не сделало бы определение невозможным, но потребовало бы соблюдения ряда предосторожностей, предупреждающих изменение состава осадка, и тем самым усложнило бы анализ.
Во избежание этого нередко предпочитают превращать обладающие подобными свойствами осадки в более удобную весовую форму, обрабатывая их соответствующими реагентами. Например, осадок CaO, легко поглощающий H2O и CO2 из воздуха (что за-. трудняет точное взвешивание его), иногда превращают в CaSO4 путем обработки его в тигле серной кислотой, избыток которой удаляют выпариванием.
К обработке осадка реагентами приходится прибегать и в тех случаях, когда осадок при прокаливании частично восстанавливается углем и продуктами неполного сгорания фильтра.
3. Наконец, желательно, чтобы содержание определяемого элемента в весовой форме было как можно меньшим, так как погрешности определения (например, ошибки взвешивания, потери от растворимости осадка или от недостаточно полного перенесения его на фильтр и т. д:) при этом меньше скажутся на окончательном результате анализа.
Опыт показывает, что при выделении осадка из раствора он всегда увлекает из раствора различные посторонние вещества или ионы. К ним принадлежат также и ионы осадителя, от которых осадки приходится отмывать. Поскольку это отмывание может оказаться недостаточно полным, выгодно, чтобы осадитель был веществом летучим, так как в этом случае не удаленная часть его при промывании улетучится при прокаливании. Именно поэтому Fe3+ осаждают действием NH4OH, а не KOH или NaOH; Ba2+ действием H2SO4, а не Na2SO4 или K2S04; Ag+ действием HCl, а не NaCl и т. д.
Конечно, не всегда это правило может быть соблюдено. Например, при осаждении Cu2+ в виде Cu(OH)2 приходится применять не NH4OH, в избытке которого осадок растворим, a NaOH или KOH и т. д.
Понятно, что в таких случаях промывать осадки следует особенно тщательно.
В большинстве анализов осаждать определяемый ион приходится в присутствии ряда других ионов. Поэтому необходимо считаться с возможностью осаждения применяемым реагентом наряду с нужными также и других малорастворимых веществ. Чтобы этого не произошло, весьма важно выбрать такой осадитель, который осаждал бы только данный ион, т. е. являлся бы достаточно специфическим.
Конечно, специфический осадитель удается найти не всегда, поэтому приходится применять маскировку мешающих определению ионов, т. е. связывать их в достаточно прочные комплексы, не осаждаемые данным реактивом; если же маскировка невозможна, тем или иным способом удаляют эти ионы из раствора. Применяемые при этом методы будут подробнее рассмотрены в дальнейшем.
Гравиметрия. Формы осадка, фактор пересчета, методика
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
ГРАВИМЕТРИЯ
Формы осадка в гравиметрическом анализе
Гравиметрия — химический метод анализа, в ходе которого определяемое вещество выделяют из раствора в виде малорастворимого осадка. Осадок подвергают необходимой обработке и взвешивают. Из полученного значения массы находят содержание определяемого компонента. Необходимо, чтобы осаждение было количественным (99,9 %). Следует избегать загрязнения осадка другими веществами, т. е. не должно быть соосаждения, адсорбции.
В практике химических лабораторий обычно пользуются методиками с уже готовыми формулами для расчета. Существуют две формы осадка в гравиметрическом анализе осаждаемая и весовая.
Осаждаемая форма — соединение, осаждаемое из раствора и содержащее анализируемый элемент.
Весовая (гравиметрическая) форма — соединение, массу которого непосредственно измеряют взвешиванием. Формы могут совпадать или не совпадать по составу (табл. 2.1).
Таблица 2.1 Примеры форм гравиметрического определения элементов
При прокаливании происходит удаление воды. Поэтому осаждаемая и весовая формы не совпадают.
Требования к осаждаемой форме:
Требования к гравиметрической форме:
Для получения осадка в гравиметрическом анализе раствор после действия осадителя фильтруют, осадок промывают, а затем высушивают или прокаливают. Если осадок прокаливают перед взвешиванием (например, Al(OH)3), то используют бумажные фильтры.
Если осадок кристаллический (например, BaSO4), то можно использовать фарфоровые фильтрующие тигли. Если осадок высушивают (например, сульфиды, хелатные комплексы), то используют стеклянный фильтрующий тигель.
Фактор пересчета
Фактор пересчета F — доля определяемого компонента в гравиметрической форме соединения, содержащего этот компонент:
После определения фактора пересчета и массы гравиметрической формы получаем результат анализа Х:
Гравиметрический анализ имеет высокую точность, но является длительным и трудоемким процессом. Он применим для определения почти любого элемента, часто используется для получения стандартов.
Гравиметрический анализ применяют для определения влажности пищевых продуктов (макаронные изделия, сахар, сухофрукты, колбасы, хлеб и т. д.).
Для этого анализа используют следующие методы:
Влажность различных продуктов определяется содержанием в них гигроскопической влаги. Эта вода удерживается веществом за счет физической адсорбции. Нет строгих соотношений содержания молекул воды. Удаление воды происходит при температуре 70−105С при выдерживании в сушильном шкафу.
При кристаллизации многих веществ в состав его может входить кристаллизационная вода. Молекулярная формула вещества включает определенное количество молекул воды:
Удаляется кристаллизационная вода при 105–120 С. Связанная вода входит в состав молекулы вещества (химическая связь). Связанная вода входит в состав гидроксидов металлов Ca(OH)2; Cu(OH)2; Al(OH)3. Удалить эту воду можно прокаливанием в муфельной печи при температуре более 200С.
Методика проведения гравиметрического анализа
Высушивание бюкса до постоянного веса. Чистый сухой бюкс помещают в сушильный шкаф (110–120С), выдерживают 30–40 мин, охлаждают в эксикаторе 20–30 мин (рис. 2.1) и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Операцию повторяют до тех пор, пока масса бюкса будет отличаться от предыдущего взвешивания не более чем на 2 единицы в четвертом знаке после запятой.
Рис. 2.1. Выдерживание бюкса в эксикаторе
Взвешивание пробы. Вещество должно быть измельчено, состав его должен соответствовать среднему составу всей партии. Взвешивают пробу на аналитических весах. В доведенный до постоянного значения массы бюкс переносят навеску пробы 1,5–2,0 г.
Высушивание навески до постоянного веса. Бюкс с навеской помещают в сушильный шкаф. Температура в нем зависит от вещества, которое мы анализируем:
● 110−120С — для неорганического вещества;
● 70–105С — для органического вещества.
Выдерживают при этой температуре вещество в бюксе в сушильном шкафу 1,5−2,0 ч, охлаждают 20−30 мин в эксикаторе, затем взвешивают. Последующие процедуры выдерживания проб в сушильном шкафу проводят уже по 40 мин. Крышку бюкса ставят в сушильном шкафу на ребро.
Прокаливание в муфельной печи проводят в тигле аналогично.
Косвенные методы определения влажности. В товароведении чаще всего пользуются косвенными методами определения влажности и обычно применяют методы, основанные на высушивании. Эти методы являются самыми распространенными при определении влажности в пищевых продуктах. При высокой температуре и нормальном атмосферном давлении из продукта в первую очередь удаляется свободная вода, а в дальнейшем — некоторое количество связанной воды с различной интенсивностью в зависимости от типа связи воды с другими составными веществами продукта. В высушенной навеске всегда остается небольшое количество связанной влаги. Поэтому величина влажности, полученная методом высушивания, точнее характеризует фактическую влажность продукта. Для получения сравнимых данных необходимо строгое соблюдение условий сушки, главным образом времени и температуры.
Определение содержания влаги высушиванием до постоянной массы (арбитражный метод). В стеклянный или металлический бюкс насыпают 12–15 г очищенного кварцевого песка и помещают в него стеклянную палочку. Бюкс высушивают в сушильном шкафу (рис. 2.2) до достижения постоянной массы (расхождение между двумя последовательными взвешиваниями допускается в пределах ±0,001 г). В высушенный и тарированный бюкс помещают от 3 до 10 г тщательно перемешанного измельченного анализируемого продукта, взвешивают на аналитических весах, тщательно перемешивают навеску с песком стеклянной палочкой. Открытый бюкс с навеской помещают в сушильный шкаф (крышку высушивают вместе с бюксом). Высушивание производят при температуре 95−105 °С (в зависимости от вида продукта) до постоянного значении массы (допустимые расхождения 0,005−0,001 г). Перед каждым взвешиванием бюкс с закрытой крышкой охлаждают в эксикаторе.
Рис. 2.2. Определение содержания влаги высушиванием в сушильном шкафу СЭШ-3М
Содержание влаги (X, %) вычисляют по формуле:
Расхождение между двумя измерениями содержания влаги не должно превышать 0,3 %. Анализ применяется в различных зерновых и зерноперерабатывающих лабораториях элеваторов, хлебоприемных, мукомольных, крупяных, комбикормовых, хлебопекарных предприятий и научноисследовательских учреждений агропромышленного комплекса.
Определение содержания влаги разовым высушиванием (ускоренный метод). В доведенный до постоянной массы бюкс (с песком или без песка в зависимости от вида высушиваемого продукта) помещают 3 или 5 г тщательно перемешанного измельченного образца. Взвешивание производят с точностью до 0,01 г.
У большинства продуктов влажность ускоренным методом определяют при температуре 130 °С. Бюкс с навеской выдерживают строго установленное время для каждого вида продукта. Затем бюксы вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышками, помещают в эксикатор, охлаждают и взвешивают. Содержание влаги в продукте рассчитывают по вышеуказанной формуле.
Высушивание на приборе ВЧ (влагомер Чижовой, рис. 2.3). Метод основан на обезвоживании навески исследуемого продукта с помощью тепловой энергии инфракрасного излучения.
Рис. 2.3. ВАРЦ-21М — прибор Чижовой для определения влажности теста, пищевого сырья и продуктов, хлебобулочных изделий
Прибор ВЧ состоит из двух шарнирно-соединенных между собой массивных металлических плит 1 и 2, нагреваемых плоскими электронагревателями. Быстрота высушивания обеспечивается прогревом исследуемого продукта, распределенного тонким слоем между плитами, обычно при температуре 160 °С. Высушивание навесок осуществляют в специальных пакетах.
Подготовленные пакеты вкладывают между пластинами нагретого прибора и высушивают в течение 3 мин, затем охлаждают в эксикаторе 5 мин и взвешивают на технохимических весах с точностью до 0,01 г. Во взвешенные пакеты помещают навески измельченного продукта по 4−5 г и распределяют их равномерно по толщине слоя и внутренней поверхности пакета. Пакеты с содержимым быстро взвешивают на технохимических весах, загибают края и помещают в прибор для высушивания.
Два взвешенных пакета с навесками (проводят два параллельных измерения) высушивают определенное время, затем пакеты охлаждают в эксикаторе в течение 5 мин и взвешивают с точностью до 0,01 г. Влажность рассчитывают по вышеуказанной формуле, только вместо массы бюкса указывают массу пакета.