МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

К классическим методам химического количественного анализа относят гравиметрический, титриметрический и газоволю- мометрический методы. В качестве фактора интенсивности аналитического сигнала в гравиметрии выступает масса продукта реакции, в титриметрии — объем раствора реагента известной концентрации (титранта), в газоволюмометрии — объем выделившегося при химической реакции газа. Поэтому достаточно часто гравиметрию называют весовым анализом, а титриметрию и газо- волюмометрию — объемным и газовым методами анализа соответственно.

Гравиметрический метод

Гравиметрический метод количественного химического анализа основан на измерении массы определяемого вещества, выделяемого в виде малорастворимых соединений известного постоянного состава.

Гравиметрические методы подразделяют на методы осаждения, отгонки и выделения. Методы осаждения основаны на осаждении определяемого компонента в виде малорастворимого осадка и точном измерении его массы. Методы отгонки основаны на отгонке определяемого компонента в виде летучего соединения с последующим определением его массы. Методы выделения основаны на выделении определяемого компонента в виде чистого вещества, например, в результате электролиза и определении его массы.

Алгоритм проведения гравиметрического анализа приведен в виде поэтапной схемы на рис. 4.1.

Следует отметить, что состав осаждаемой и гравиметрической форм осадка может различаться. Например, ионы кальция из раствора можно осадить в виде карбоната кальция (СаС0₃ — осаждаемая форма), но при прокаливании этот осадок разлагается на оксид кальция и углекислый газ, в результате гравиметрической формой осадка будет являться СаО. При определении солей алюминия с помощью едкого натра осаждаемой формой будет А1(ОН)₃, а гравиметрической — А1₂0₃. В случае же гравиметрического определения соединений бария при осаждении его в виде сульфата осаждаемая и гравиметрическая формы представляют одно вещество — BaS0₄. Примеры показывают необходимость учета этого явления при проведении соответствующих расчетов.

Рис. 4.1. Схема проведения гравиметрического анализа

Схематично химические реакции, протекающие при проведении гравиметрического анализа, можно представить в следующем виде:

где X — определяемый компонент (вещество); R — реагент-осади- тель; Р_ос и Р — продукты химической реакции в виде осаждаемой и гравиметрической (весовой) форм соответственно; г — стехиометрические коэффициенты в уравнении химической реакции: г_опр — для определяемого компонента (вещества), z_R — для реагента-осади- теля, г_ос — для осаждаемой и г_гр — для гравиметрической форм осадка.

Расчет массы определяемого компонента основан на достаточно простых соотношениях.

По приведенной схеме химической реакции (4.19) из [^_опр • М(Х)] граммов компонента X образуется [z_rp ? М(Р_] )] граммов осадка, а из объекта, где содержится определяемый компонент массой т_опр, которую следует найти, экспериментально получен осадок массой т , т.е. получили соотношения:

решая которые относительно неизвестного получим

где М(Х) и М(Р ) — молярные массы определяемого компонента и гравиметрической формы осадка соответственно.

Отношение молярных масс, умноженных на соответствующие стехиометрические коэффициенты, называют фактором пересчета F:

Численные значения данной величины приведены в справочниках. Используя ее, массу определяемого компонента можно вычислить по формуле

Достоинства гравиметрии:

• • высокая точность определений (относительная погрешность анализа составляет 0,1% и менее), благодаря чему метод используется в качестве арбитражного;
• • широкий диапазон определяемых концентраций;
• • отсутствие необходимости градуировки по стандартным образцам. Недостатками гравиметрии являются трудоемкость аналитических операций и длительность анализа.

Вопросы для самоконтроля к подразделу 4.2.1

• 1. Приведите классификацию и раскройте сущность классических методов количественного химического анализа.
• 2. Сформулируйте основы гравиметрического метода количественного химического анализа. Раскройте понятия осаждаемые и гравиметрические формы осадка.

• 3. Приведите алгоритм проведения гравиметрического анализа в виде поэтапной схемы. Приведите формулу для расчета массы (массовой доли) определяемого компонента в образце.
• 4. Охарактеризуйте достоинства и недостатки гравиметрии.