Analiza ilościowa. Analiza wagowa (grawimetria)

Ćwiczenie A7
Chemia Analityczna
Katedra i Zakład Chemii Fizycznej
Analiza ilościowa. Analiza wagowa (grawimetria)
Opracowanie: mgr inż. Przemysław Krawczyk
Oznaczenia w analizie wagowej polegają na dokładnym określeniu masy oznaczanego pierwiastka,
poprzez przeprowadzenie go za pomocą odpowiedniego odczynnika strącającego w trudno rozpuszczalny
związek, wysuszenie lub wyprażenie i zważenie. Wytrącony z roztworu osad powinien być praktycznie
nierozpuszczalny w danym środowisku. Z masy osadu i jego wzoru chemicznego oblicza się zawartość
procentową pierwiastka lub związku w odważonej do analizy próbie. Oprócz reakcji strącania, w analizie
wagowej stosuje się również metody wykorzystujące lotność składnika wyłącznie pod wpływem
temperatury lub z jednoczesnym przeprowadzeniem reakcji chemicznej, np. oznaczanie wody
krystalicznej w solach lub CO2 w węglanach.
Metody wagowe odznaczają się dużą dokładnością (< 0,1 % błędu), niestety ich wadą jest długi czas
wykonywania poszczególnych operacji. Metody te mają charakter powszechny, można nimi oznaczyć
praktycznie wszystkie kationy i aniony (metale i niemetale).
Strącanie osadów jest podstawową czynnością w analizie wagowej. Osad zaczyna się wytrącać, gdy
wartość iloczynu ze stężeń jonów wchodzących w skład osadu przekroczy wartość iloczynu
rozpuszczalności tego związku. Iloczyn rozpuszczalności w danej temperaturze jest wielkością stałą i nie
zależy od stężeń poszczególnych jonów. Podczas analizy otrzymuje się osady krystaliczne lub
bezpostaciowe. Należy dążyć do otrzymania osadu odpowiadającego następującym warunkom:
• powinien być trudno rozpuszczalny;
• powinien być czysty i mieć ściśle określony skład chemiczny;
• powinien posiadać postać ułatwiającą sączenie i przemywanie.
Okluzja jest to mechaniczne zatrzymywanie obcych jonów wewnątrz kryształów podczas szybkiego
ich wzrostu. Jeżeli kryształ rośnie w roztworze zawierającym inne jony, to w przypadku szybkiego
strącania adsorbują się one na jego powierzchni. Na tak zbudowanym zarodku wzrasta warstwami
kryształ, zamykając (obudowując) w swojej sieci przestrzennej pewne ilości obcych jonów. Okludowane
mogą być zarówno aniony, jak i kationy. Znaczne zmniejszenie okluzji uzyskuje się podczas bardzo
wolnego strącania.
Adsorpcja polega na zatrzymywaniu obcych jonów na powierzchni osadu. Zanieczyszczenia na skutek
adsorpcji są tym mniejsze, im bardziej grubokrystaliczny jest osad. Szczególnie duża zdolność do adsorpcji
posiadają osady koloidowe, ponieważ posiadają one bardzo dobrze rozwiniętą powierzchnię.
Część zanieczyszczeń z wytrąconego osadu krystalicznego można usunąć przez:
• starzenie osadu (polega na pozostawieniu osadu przez pewien czas w roztworze macierzystym,
przez co rozpuszczają się małe kryształy, a ich kosztem narastają duże),
• staranne przemycie,
• podwójne strącanie (strącony i przemyty osad rozpuszcza się i ponownie strąca tym samym
odczynnikiem strącającym).
Strącony osad odsącza się i przemywa w celu oddzielenia go od roztworu macierzystego. Osady, które
przed ważeniem wystarczy tylko wysuszyć, odsącza się w tyglach szklanych z dnem porowatym. Osady,
które należy prażyć przed ważeniem, odsącza się na sączkach z bibuły. Czasem, w przypadku trudno
sączących się osadów bezpostaciowych, zamiast sączenia stosuje się odwirowywanie. Na szybkość
-1-
Ćwiczenie A7
Chemia Analityczna
Katedra i Zakład Chemii Fizycznej
sączenia i dokładność przemycia wpływa między innymi właściwie dobrany sposób sączenia oraz
odpowiedni czynnik przemywający. Jeżeli rozpuszczalność osadu nie zwiększa się wyraźnie ze wzrostem
temperatury, sączenie można przeprowadzić na gorąco, co znacznie skraca czas jego trwania.
Suszenie lub prażenie osadu ma na celu doprowadzenie go do postaci o ustalonym składzie
stechiometrycznym. Suszenie pozbawia osadu wilgoci (wody nie związanej), natomiast podczas prażenia
usuwana jest woda krystalizacyjna lub konstytucyjna. Rozkładowi mogą ulegać także uwodnione tlenki
lub zachodzić mogą procesy chemiczne. Osad suszy się w suszarkach elektrycznych, natomiast praży na
palnikach gazowych lub w piecach elektrycznych.
Obowiązujący zakres materiału:
1) Technika analizy wagowej. Przykłady oznaczeń grawimetrycznych.
2) Rodzaje i zasady korzystania z wag analitycznych.
3) Strącanie osadów. Sączenie i przemywanie osadu – tworzenie zestawów. Rodzaje sączków i zestawów
do sączenia.
4) Suszenie i prażenie.
5) Obliczenia rachunkowe w analizie wagowej.
Literatura:
Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna, T. 1-2, PWN W-wa, 2001.
Lipiec T., Szmal Z.S., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, PZWL, W-wa 1988.
Pytania kontrolne:
1. Wyjaśnij pojęcia: grawimetria, osad trudno rozpuszczalny, eksykator, tygiel, starzenie osadu.
2. Podaj zakres zastosowań grawimetrii.
3. Wymień rodzaje wag i podaj ich dokładność ważenia.
4. Cechy osadu w analizie wagowej.
5. Czynniki wpływające na rozpuszczalność osadu.
6. Rodzaje sączków, sposób ich wykonania, zestawy i sposoby sączenia.
7. Palnik Bunsena.
8. Podaj zasadę oznaczania jonów żelaza obok siebie.
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi prawami i zjawiskami zachodzącym w grawimetrii,
a także właściwym doborze i wykorzystaniem sprzętu laboratoryjnego służącemu tym czynnościom;
zapoznanie się z typami oznaczeń grawimetrycznych i obliczeniami w analizie wagowej
Sprzęt laboratoryjny: sączki, zlewki, waga analityczna, pipety, szkiełka zegarkowe, bagietki, lejki, palnik
spirytusowy, tygle porcelanowe.
Odczynniki: roztwór Fe3+, stężony kwas solny, nadtlenek wodoru, amoniak, siarczan(VI) amonu, azotan
srebra.
-2-
Ćwiczenie A7
Chemia Analityczna
Katedra i Zakład Chemii Fizycznej
Wykonanie doświadczenia:
Oznaczanie żelaza w postaci Fe2O3:
PAMIĘTAJ, ABY PRZED ROZPOCZĘCIEM PROCESU SĄCZENIA ZWAŻYĆ SĄCZEK NA WADZE
ANALITYCZNEJ
Roztwór zawierający Fe3+ (poproś prowadzącego o próbę w ilości ok. 1 cm3) rozcieńcz do około 100 cm3
gorącą wodą destylowaną. Następnie zakwaś 5 cm3 stężonego HCl i dodaj 1 cm3 H2O2, powstałą
mieszaninę dokładnie zamieszaj bagietką. Po 3 – 5 minutach roztwór rozcieńcz gorącą wodą destylowaną
do ok. 200 cm3. Następnie, ciągle mieszając, dodaj kroplami stężonego amoniaku (ok. 10 – 15 cm3), aż do
wyczuwalnego zapachu NH3 (strącenie jonów Fe3+) – podczas wkraplania roztwór mieszaj bagietką.
Zlewkę przykryj szkiełkiem zegarkowym i odstaw na około 10 min. Po tym czasie, zdekantuj delikatnie
roztwór znad osadu, a osad przemyj 1% (NH4)2SO4 z niewielką ilością amoniaku (wlej ok. 30 cm3 siarczanu
amonu i dokładnie zamieszaj). Przemyty osad przenieś na sączek (PAMIĘTAJ, ABY PRZED
ROZPOCZĘCIEM PROCESU SĄCZENIA ZWAŻYĆ SĄCZEK NA WADZE ANALITYCZNEJ) i dalej
przemywaj, aż do usunięcia jonów Cl-. Przesącz sprawdź na obecność jonów Cl- (o braku jonów
chlorkowych świadczy brak zmętnienia) poprzez dodawanie zakwaszonego roztworu kwasem azotowym
AgNO3. Po skończonym sączeniu, sączek pozostaw celem całkowitego wysuszenia na powietrzu,
a następnie zważ.
Opracowanie wyników:
1. Odpowiedz na pytania kontrolne.
2. Narysuj schematycznie zestaw do sączenia osadu pod ciśnieniem atmosferycznym.
3. Zapisz równania zachodzących reakcji chemicznych, opisz dany etap i co w wyniku powstaje.
4. Oblicz masę Fe2O3.
5. Zaproponuj inną metodę oznaczania żelaza Fe3+.
-3-