Сущность метода. Гравиметрический метод основан на измерении массы вещества, называемого гравиметрической формой.

I. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Сущность метода

Гравиметрический метод основан на измерении массы вещества, называемого гравиметрической формой.

Гравиметрической формой называется соединение определяемого ком­понента, масса которого непосредственно измеряет­ся.

Эту форму чаще всего получают осаждением определя­емого компонента из раствора в виде малорастворимого соединения. Осадок отделяют фильтрованием или цен­трифугированием, высушивают или прокаливают и взве­шивают. По массе полученного осадка вычисляют массу или процентное содержание определяемого компонента в анализируемом объекте. Реже определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения (метод отгонки).

Однако гравиметрическую форму можно получить так­же другими способами. Так например, при определении зольности твердого топлива его навеску сжигают и взве­шиванием измеряют массу оставшейся золы. Для опре­деления адсорбированной или кристаллизационной воды анализируемое вещество нагревают до температуры, при которой эта вода улетучивается. Гравиметрической фор­мой служит здесь нелетучий остаток; массу воды находят по уменьшению массы вещества при нагревании. Можно также поглощать пары воды подходящим абсорбентом, например безводным перхлоратом магния. Гравиметри­ческой формой служит тогда абсорбент с поглощенной водой, а о массе воды судят по увеличению массы абсор­бента.

Гравиметрический анализ применяют для определения основных компонентов исследуемого объекта, содержа­щихся в нем в больших и средних количествах. Основное достоинство этого метода − высокая точность результа­тов определений. Погрешность, с которой измеряют мас­су на обычных аналитических весах, составляет ± 0, 0001 г (0, 1 мг), а масса осадков, с которыми чаще всего рабо­тают, − порядка 0, 1 г. Следовательно, относительная по­грешность гравиметрического определения, возникаю­щая только от самого взвешивания, составляет (0, 0001/0, 1) х100% = 0, 1%.

Однако при выполнении операций анализа, кроме пог­решностей взешивания, возникают и другие погрешности. Они могут быть вызваны потерями вещества в ходе анализа, загрязнениями гравиметрической формы посторонними веществами вследствие соосаждения и дру­гими причинами. Все это увеличивает общую погреш­ность гравиметрического метода, которая в большинстве случаев составляет 0, 2− 0, 4 %.

При использовании полу- и микровесов, позволяющих взвешивать с погрешностью соответственно ± 5^.10^{− 5} и ±1^.10^{− 6} г и специальных мерах для уменьшения и устра­нения других видов погрешностей точность некоторых гравиметрических определений (электрогравиметриче­ского например) может достигать 0, 01%. Подобная точ­ность требуется, однако, только в особых случаях, напри­мер при изучении стехиометрического состава веществ и материалов (в частности полупроводников), при опреде­лении атомных масс элементов, средних и высоких соде­ржаний благородных металлов.

Наиболее существенный недостаток гравиметрического метода анализа − продолжительное время определе­ния, которое делает его неподходящим для тех случаев, когда экспрессность является одним из глав­ных требований. Этого, в час­тности, требует химико-аналитический контроль произ­водства на многих предприятиях. Поэтому гравиметри­ческие методы постепенно уступают место физико-хими­ческим и физическим методам анализа, которые позволя­ют одновременно определять и второстепенные компо­ненты, а также микропримеси.

Однако в тех случаях, когда основным требованием к анализу является высокая точность, предпочтение отдают гравиметричес­кому методу. Такая необходимость часто возникает в на­учных исследованиях, при проверке правильности других методов химического анализа, а также при выпол­нении единичных определений.

Осаждаемой формой называется соединение, в форме которого осаждается определяе­мый компонент.

В таких случаях при помощи соответ­ствующей химической и термической обработки оно до­лжно быть превращено в другое вещество со строго оп­ределенным составом, которое можно взвешивать и ис­пользовать для вычисления массы определяемого ком­понента.

Так, в слабокислой среде (рН 4) ион Fе³⁺ можно осадить в виде основного ферриацетата Fе(ОН)_х(СН₃СОО)у, в котором содержание гидроксил- и ацетат-ионов колеблется в зависимости от количества реагентов, рН, температуры осаждения и других факто­ров. При прокаливании это соединение полностью прев­ращается в оксид железа Fе₂Oз и в этой форме взвеши­вается.

Следовательно, основной ферриацетат представляет осаждаемую форму для определения железа (III), которой соответствует гравиметрическая форма Fе₂Oз. В некото­рых случаях осаждаемая и гравиметрическая формы мо­гут совпадать (например, при определении Ва²⁺ в виде ВаSО₄).

Соединение, используемое в качестве осаждаемой фо­рмы, должно отвечать следующим требованиям:

а) обладать достаточно малой растворимостью;

б) получаться в возможно более чистом виде;

в) не содержать примесей, которые только частично улетучиваются при высушивании и прокаливании;

г) образовываться в форме, удобной для последующей обработки (фильтрования, прокаливания). Особенно под­ходящими в последних двух отношениях являются осад­ки, состоящие из хорошо сформированных достаточно крупных кристаллов (крупнокристаллические осадки).

Пример I. Сколько граммов С1 содержится в 0, 204 г осадка АgС1?

Решение. Из формулы АgСl видно, что n (АgС1) = п (Сl).

Поскольку

а то

Число 0, 2474 =

Осаждаемая форма - это соединение, в форме которого осаждается определяе­мый компонент.

Гравиметрическая форма - это соединение определяемого ком­понента, масса которого непосредственно измеряет­ся.

Гравиметрический фактор (F) - это отношение молярных масс определяемого ком­понента и гравиметрической формы с учетом коэффици­ентов реакции превращения определяемого компонента в гравиметрическую форму.