Понятие о растворах. Процесс растворения. Растворимость веществ

После окончания обработки хромовой смесью сосуд следует тщательно вымыть обессоленной водой (вода должна быть нейтрализована) и, наконец, ополоснуть изнутри несколько раз небольшим количеством обескремненной воды. Вытирать изнутри сосуд не следует, т.к. при этом он неизбежно снова загрязнится. Если она должна быть сухой также и внутри, ее помещают в сушильный шкаф.

Фарфоровые тигли, в которых прокаливают осадки, очищают горячей разбавленной 1:1 соляной кислотой, затем хромовой смесью и водой. нередко при этом осадки, окрашивающие тигель, удалить не удается, т.к. они сплавляются с глазурью фарфора. Однако такие тигли можно употреблять для дальнейшей работы.

Согласно закону эквивалентов, вещества реагируют в эквивалентных количествах:

nэкв (Х) = nэкв(Y), а nэкв(Х) = Сэкв (Х)·Vx и nэкв(Y) = Сэкв (Y)·Vy

следовательно, можно записать

Сэкв (Х)·Vx = Сэкв (Y)·Vy

где nэкв(Х) и nэкв(Y) -- количества вещества эквивалентов, моль; Сэкв(Х) и Сэкв(Y) -- нормальные концентрации, г-экв/дм3 (молярные концентрации эквивалентов вещества, моль/дм3); VX и VY -- объемы реагирующих растворов, дм3.

Допустим, что необходимо определить концентрацию раствора титруемого вещества X-- Сэкв(Х). Для этого точно отмеряют аликвоту этого раствора VX. Затем проводят реакцию титрования раствором вещества Y концентрации Сэкв(Y) и отмечают, какой объем раствора израсходован на титрование VY -- титранта. Далее по закону эквивалентов можно рассчитать неизвестную концентрацию раствора вещества X:

Сэкв (Х)·= Сэкв (Y)·Vy / Vx

Определение точной молярной концентрации вещества в растворе

Точную молярную концентрацию вещества с коэффициентом поправки

С= с1*К

с1-заданная молярная концентрация в-ва в растворе, моль/дм3

К- коэффициент поправки

Точную молярную концентрацию вещества

С=m1*1000//М1 V

Где m1- масса навески установочного вещества

М1 - молярная масса эквивалента установочного вещества, г/моль

V - объем анализируемого раствора, израсходованный на титрование, см3

Коэффициент поправки определяют по установочным веществам или их растворам

При применении установочного вещества Коэффициент поправки. вычисляют по формуле

К= m1*1000//М1 с1 V

m1- масса навески установочного вещества, г

М1 - молярная масса эквивалента установочного вещества, г/моль

V - объем анализируемого раствора, израсходованный на титрование, см3

с1-заданная молярная концентрация в-ва в растворе, моль/дм3

При применении раствора установочного вещества (заданная молярная концентрация обоих растворов одинакова) Коэффициент поправки вычисляют по формул

К= V1*К1/ V

V - объем анализируемого раствора, взятый или израсходованный на титрование, см3

V1 - объем раствора установочного вещества, взятый или, израсходованный на титрование, см3

К- коэффициент поправки раствора установочного вещества

Гравиметрический (весовой) анализ, сущность и характеристика. Техника выполнения и расчета анализа. Практические примеры

Гравиметрией называют метод количественного анализа, заключающийся в точном измерении массы определяемого компонента пробы, выделенного в виде соединения известного состава или в форме элемента. Классическое название -- весовой метод. Гравиметрический анализ основан на законе сохранения массы веществ или химических превращениях. Аналитическим сигналом в гравиметрии является масса. Массу находят при помощи аналитических весов

Недостатком гравиметрического метода является длительность определения, особенно при серийных анализах большого числа проб, а также неселективность (селективность-избирательность), поскольку реагенты-осадители за небольшим исключением редко бывают специфичными, т.е. часто необходимы предварительные разделения.

В гравиметрии используют реакции обмена, замещения, разложения и комплексообразования, а также электрохимические процессы.

Гравиметрические методы подразделяют на две группы:

- методы отгонки,

- методы осаждения.

Методы отгонки не являются универсальными и могут применяться тогда, когда проба содержит летучий компонент или когда определяемый компонент при той или иной реакции может превращаться в летучее вещество. Поэтому большое значение имеют методы осаждения.

В гравиметрии наиболее распространено осаждение, основные операции этого метода представлены на рис. 1.1.

В методах осаждения навеску анализируемого вещества тем или иным способом переводят в раствор, после чего определяемый элемент осаждают в виде какого-либо малорастворимого соединения (или выделяют в элементарном виде). Выпавший осадок отделяют фильтрованием, тщательно промывают, прокаливают (или высушивают) и точно взвешивают. По массе осадка и его формуле рассчитывают содержание в нем определяемого элемента и выражают содержание этого элемента в процентах.

Из всех перечисленных операций наиболее важной является осаждение. От того, насколько удачно выбран осадитель, какое количество его прибавлено, в каких условиях проведено осаждение, в значительной степени зависит точность результатов анализа. Осаждение иногда сопровождается осложнениями (например, образованием коллоидного раствора, соосаждением посторонних веществ и т.д.), которые могут сделать результаты анализа совершенно неправильными, если аналитик не примет надлежащих мер.

Навеску анализируемого вещества растворяют и прибавляют 1,5-кратный избыток реагента-осадителя, соблюдая необходимые условия осаждения. Полученный осадок называют осаждаемой формой. Осадок отделяют от раствора (чаще путем фильтрования), промывают, высушивают или прокаливают, получая гравиметрическую (весовую) форму.

Гравиметрическое определение состоит из нескольких этапов:

1) осаждение соединения, содержащего определяемое вещество (осаждаемая форма);

2) фильтрование полученной смеси для отделения осадка от надосадочной жидкости;

3) промывание осадка для удаления надосадочной жидкости и адсорбированных примесей с его поверхности;

4) высушивание при низкой температуре для удаления воды или при высокой температуре для превращения осадка в более подходящую для взвешивания форму (гравиметрическую форму);

5) взвешивание полученного осадка.

Массу определяемого компонента тА рассчитывают по формуле тв

тА = тв/ F·100%,

где тв -- масса высушенного или прокаленного осадка, г; а -- навеска анализируемого вещества, г; F - гравиметрический фактор, определяемый по химической формуле гравиметрической формы.

В общем виде

F= Мо/Мг.ф

где Мо - молярная масса определяемого вещества, г/моль; мгф - моляоная масса гравиметрической формы, г/моль.

Осадок образуется, когда возникнет местное пересыщение раствора. В этом месте появляется зародыш будущего кристалла (процесс зародышеобразования). С момента смешения растворов до появления зародышей проходит определенное время, называемое индукционным периодом (от долей секунды до нескольких минут). При дальнейшем прибавлении осадителя более вероятным становится процесс роста кристаллов, а не дальнейшее образование зародышей. Зародыши соединяются в более крупные агрегаты, состоящие из десятков и сотен молекул (процесс агрегации). Эта стадия соответствует коллоидным системам. Размер частиц затем увеличивается, и крупные агрегаты под действием сил тяжести выпадают в осадок. На этой стадии отдельные частицы, будучи диполями, ориентируются относительно друг друга так, что их противоположно заряженные стороны сближаются (процесс ориентации). Если скорость ориентации больше агрегации, то образуется правильная кристаллическая решетка, в противном случае выпадает аморфный осадок. Чем менее растворимо вещество, тем быстрее образуется осадок и мельче кристаллы. Одни и те же малорастворимые вещества в зависимости от условий осаждения могут быть выделены как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии, что определяется условиями осаждения (табл. 1.4).

После образования осадка происходит ряд необратимых физико-химических процессов, приводящих к уменьшению энергии и структурным изменениям и называемых старением осадка. Старение осадка -- увеличение размеров кристаллов и совершенствование кристаллической формы. При растворении осадков происходит растворение мелких кристаллогидратов, диффузия растворенного вещества к крупным кристаллам и осаждение на их поверхности.

При этом происходит также самоочищение кристаллов - переход в раствор захваченных примесей. Время созревания осадка - от 1 до 24 и более. Процесс м.б. ускорен путем нагревания.

Таблица 1.4 Условия осаждения кристаллических и аморфных осадков

Получить абсолютно чистый осадок невозможно. Посторонние вещества попадают в осадок в результате совместного осаждения, соосаждения и последующего осаждения.

Техника общих операций в химическом гравиметрическом анализе

раствор равновесие титрование количественный анализ

Весы. Измерения массы при выполнении анализов весовым методом должны быть очень точными и поэтому они выполняются при помощи точнейшего измерительного прибора - аналитических весов. Весы крайне чувствительны к изменениям внешних условий. Поэтому аналитические весы необходимо тщательно оберегать от тех внешних воздействий, которые отрицательно влияют на их состояние. Особенно неблагоприятное влияние на аналитические весы оказывают: механические колебания; резкие изменения температуры; загрязненность воздуха парами веществ, вызывающих коррозию металла.

аналитические весы устанавливают в отдельном помещении - весовой комнате.

аналитические весы размещают в весовой комнате на столиках, укрепленных при помощи металлических кронштейнов на капитальных стенах. Только в этом случае аналитическим весам не будут в заметной мере передаваться механические колебания.

доску стола для аналитических весов изготавливают из дерева твердой породы или мрамора.

нельзя размещать аналитические весы около отопительных приборов и на наружных стенах весовой комнаты.

ни в коем случае нельзя вносить в весовую комнату вещества выделяющие пары.

Уход за весами.

Ежедневно по окончании работы снимают чашки весов при их блокировки и протирают их кусочком мягкой ткани (замши). После чего навешивают чашки на свои места.

Не реже одного раза в неделю чашки протирают спиртом.

Не реже 1 раза в год аналитические весы должен осматривать весовой мастер и проводить профилактический ремонт.

Не реже 1 раза в неделю все гири разновеса вынимают из футляра и протирают мягкой тканью, смоченной спиртом.

Все весы и разновесы ежегодно проходят Государственную поверку в Институте метрологии.

Взятие точной навески. Навеской называют небольшое, точно взвешенное количество анализируемого вещества, взятое от средней пробы, которое в процессе анализа количественно подвергается всем необходимым операциям.

Для того, чтобы правильно рассчитать размер навески, необходимо знать химическую формулу анализируемого вещества или приблизительное содержание определяемой составной части в образце

Рассчитав величину навески, необходимо отвесить это количество образца.

Навеску только в очень редких случаях взвешивают непосредственно на чашке весов. В большинстве случаев навеску взвешивают на часовом стекле или в бюксе.

Часовое стекло применяется только для образцов, не выделяющих газообразных продуктов и быстро не поглощающих составных частей воздуха. Для взвешивания малоустойчивых веществ (летучих, гигроскопичных и т.п.) применяют бюксы - небольшие стаканчики с пришлифованными крышками.

Навески можно брать двумя способами. По первому способу предварительно точно взвешивают чистый и высушенный сосуд, а затем взвешивают сосуд с навеской. Массу взятой навески узнают, вычитая из массы сосуда с навеской массу пустого сосуда.

По второму способу точную массу пустого сосуда для взвешивания не определяют - сначала взвешивают сосуд с навеской, затем пересыпают навеску в стакан, где ее будут обрабатывать, и взвешивают сосуд с остатками навески. По разности узнают массу взятого для анализа вещества.

Таким образом, массу навески почти всегда определяют по разности результатов двух взвешиваний.

Перенесение навески. В случае, когда навеску переносят после взвешивания в какой-либо сосуд для дальнейшей обработки. Необходимо следить за тем, чтобы не потерять даже незначительных количеств вещества.

Для этого стакан, в который переносят навеску, ставят на глянцевую бумагу, отличающуюся по цвету от взвешиваемого вещества. Для белых веществ лучше брать черную бумагу и наоборот. Стакан должен быть сухим снаружи, а внутренние его стенки лучше смочить дистиллированной водой. Это особенно полезно при ссыпании навесок легко распыляющихся веществ.

Взвешенное стекло с навеской берут с чашки весов за края большим и указательным пальцами левой руки и наклоняют его вертикально так, чтобы нижняя часть стекла была введена внутрь стакана. Если при этом часть навески останется на стекле, то, не изменяя его положения, слегка ударяют стеклянной палочкой по верхнему краю стекла, не касаясь самой навески. Когда при выполнении этой операции касаются навески стеклянной палочкой, ее споласкивают над стаканом струей дистиллированной воды из промывалки. Затем тщательно осматривают бумагу вокруг стакана и, убедившись, что на нее не попали частицы навески, закрывают стакан другим часовым стеклом и тотчас же взвешивают стекло с остатками навески. Второе взвешивание ни в коем случае нельзя откладывать до следующего дня, т.к. масса стекла с остатками навески может измениться под действием воздушной среды.

При перенесении навески в колбу обязательно пользуются воронкой, которую после ссыпания навески обмывают водой (или соответствующим растворителем), собирая промывную жидкость в ту же колбу.

Растворение навески. Навеску растворяют обычно (если не сказано особо по методике) при слабом нагревании. До кипения раствор доводить нельзя во избежание потерь вследствие разбрызгивания. Навески хорошо растворимых веществ растворяют при комнатной температуре.

Растворение проводят в высоком химическом стакане емкостью 200-300 мл, покрытом часовым стеклом, диаметр которого должен быть несколько больше диаметра стакана. Часовое стекло кладут на стакан выпукло стороной вниз, чтобы капли, образующиеся на стекле, падали обратно в стакан.

При растворении навески стакан нагревают на воздушной или водяной бане.

По окончании растворения стекло тщательно споласкивают из промывалки, собирая стекающую воду в стакан

Во всех случаях, когда в качестве растворителя применяют разбавленные или концентрированные кислоты, растворение необходимо проводить в вытяжном шкафу.

Если по ходу анализа для растворения требуется длительное кипячение, то, чтобы избежать сильного уменьшения объема раствора, навеску помещают в коническую колбу, в горло которой вставляют стеклянную воронку, накрытую часовым стеклом.

Осаждение. Главная цель операции осаждения - наиболее полно перевести в осадок определяемую составную часть анализируемого вещества, и чем полнее это будет сделано, тем точнее получится результат анализа.

Но абсолютно нерастворимых веществ нет и любая реакция осаждения до некоторой степени обратима.

При осаждении осадитель берется всегда в некотором избытке; летучих осадителей берут больше на 200-300%, а нелетучих - на 30-50%.

После того как осадок осядет и раствор над ним станет совершенно прозрачным, проверяют полноту осаждения. Для этого из пипетки по стенке стакана осторожно вводят в раствор 2-3 капли осаждающего раствора реактива и внимательно следят за тем, как эти капли смешиваются с раствором. Если в месте слияния капель с раствором образуется муть, приливают еще несколько миллилитров осадителя, перемешивают стеклянной палочкой, нагревают и, для созревания осадка, оставляют стакан на некоторое время на водяной бане.

Для получения наилучших результатов созревание осадка следует вести только до тех пор, пока взмученный осадок не будет быстро оседать на дно. Слишком длительное отстаивание осадка (в течение нескольких суток) может повести к загрязнению осадка вследствие адсорбции или соосаждения сопутствующих ионов.

Отделение осадка от раствора. Находящийся над осадком раствор содержит избыток осаждающего реактива, вещества. Если эти вещества нелетучи и не удаляются при прокаливании осадка, то они увеличат его массу. В таком случае будут получены завышенные результаты анализа. Поэтому осадок должен быть тщательно отделен от сопутствующих веществ.

Для отделения осадка от раствора в количественном анализе применяют беззольные фильтры, при изготовлении которых фильтровальную бумагу последовательно промывают фтористоводородной и соляной кислотами и водой. при сжигании таких фильтров масса оставшейся золы настолько мала, что при работах обычной точности ею пренебрегают.

Беззольные фильтры изготовляются различной пористости, что необходимо учитывать при их выборе. Плотность фильтра обозначают цветом ленты, которой упакована пачка. Фильтры бывают: синяя лента - мелкопористые, для мелких осадков; белая лента - средней пористости; красная лента - крупнопористые, быстро фильтрующие, для крупнозернистых и аморфных осадков.

Для количественного отделения осадков, которые в дальнейшем подвергаются высушиванию, а не прокаливанию, употребляют стеклянные воронки или фильтровальные тигли (нутчи) с впаянными в них пористыми стеклянными пластинками.

Декантация. Сначала отделение осадка от раствора ведут путем декантации, т.е. сливают на приготовленный фильтр по стеклянной палочке раствор, стараясь не взмучивать осадок.

Фильтр вкладывают в воронку обычным способом (сложив кружок вчетверо) и, смочив дистиллированной водой, чистыми пальцами прижимают его к стенкам воронки, особенно у верха воронки.

Когда установка для фильтрования собрана, приступают к декантации и фильтрованию. Для этого, сидя за лабораторным столом, помещают перед собой собранную установку для фильтрования. Левой рукой удерживают в вертикальном положении стеклянную палочку, а правой берут стакан носиком влево. Чтобы руки при сливании раствора не дрожали, локтями опираются на стол. Конец стеклянной палочки вводят в воронку ниже края фильтра, но не касаясь его, и осторожно, немного наклонив стакан в сторону палочки, при касаются к ней его носиком. Только после этого следует наклонить стакан так, чтобы жидкость из него полилась по палочке и стала заполнять фильтр. При этом жидкость ни в коем случае не следует наливать до самых краев фильтра; она не должна доходить до краев, по крайней мере, на 5-10 мм.

Когда фильтр «заполнен», сначала, не отрывая носика стакана от палочки, приводят стакан в вертикальное положение и только после этого отнимают стакан от стеклянной палочки.

Для количественного анализа нужно иметь удобную промывалку. Струя жидкости, вытекающая из промывалки, должна быть очень тонкой, чтобы при промывании не расходовалось слишком много промывной жидкости.

Увеличение объема промывной жидкости ведет к затрате излишнего времени, а также к потере части осадка (чем больше объем жидкости, тем больше осадка теряется вследствие его растворимости).

С отстоявшегося осадка снова декантируют раствор через тот же фильтр. Так как теперь декантируется несколько мутный раствор, поры фильтра забиваются и фильтрование замедляется. Поэтому, чтобы рука не уставала, стакан между двумя сливаниями можно ставить на стол, опустив в него стеклянную палочку. Под стакан подкладывают брусочек из резины или дерева. При таком положении осадок собирается под носиком стакана и не взмучивается

Когда при дальнейшем сливании осадок начнет взмучиваться, его снова заливают 40-50 мл промывной жидкости и снова дают отстояться, после чего декантируют в последний раз. В конце третьей декантации осадок взмучивают и осторожно переводят на фильтр.

Наибольшие потери осадка бывают при неправильном пользовании стеклянной палочкой, которую нельзя класть на стол и другие предметы. Палочку нужно или держать в руке, или опускать в стакан с фильтруемым раствором. Вынимая палочку, необходимо “снять”с нее каплю или о стенку стакана, или о верхнюю часть фильтра.

При декантации, как показывает опыт, осадок лучше всего заливать приблизительно десятикратным объемом промывной жидкости.

Промывание осадка. Промывание начинают после того, как вся жидкость до последней капли пройдет через фильтр. Тогда, направляя струю из промывалки на стенки стакана, смывают осадок на фильтр. При этом расходуют столько промывной жидкости, сколько необходимо для заполнения фильтра. Операцию повторяют до тех пор, пока весь осадок не будет переведен на фильтр.

Чтобы убедиться в том, что весь осадок полностью переведен на фильтр, нужно очень тщательно рассмотреть стакан на свет. Если будут обнаружены частицы осадка, то в стакан наливают немного промывной жидкости и, держа его вертикально, оттирают осадок палочкой, каждый раз касаясь жидкости ее кончиком.

Проба на чистоту промывания. Проба выполняется согласно методик выполнения анализа.

Отделение осадка от фильтра и прокаливание. После промывания на фильтре находится практически чистый осадок и остается только узнать его массу. Так как количественно снять осадок с фильтра невозможно, в большинстве случаев вместо этого фильтр сжигают, а осадок прокаливают. При сгорании беззольного фильтра образуется очень небольшое количество золы, а осадок или остается неизменным, или количественно превращается в другое соединение.

После фильтрования фильтр с осадком необходимо подсушить. Для этого воронку с фильтром закрывают проколотым в нескольких местах листком бумаги, края которого загибают вниз, и в таком виде помещают в сушильный шкаф. Температуру при сушки нельзя поднимать выше 105-110С.

Если после промывания осадка работу приходится прерывать до следующего дня, то лучше сушильным шкафом не пользоваться, а воронку с фильтром поставить в свой шкафчик с посудой. До следующего дня осадок хорошо просохнет, но не пересохнет.

Для прокаливания осадка служат тигли: фарфоровые, кварцевые или платиновые. Фарфоровые тигли бывают двух типов - низкие и высокие; такие тигли выпускаются нескольких размеров, различаемых по номерам. Чаще всего употребляют тигли № 3.

Фарфоровые тигли перед употреблением обязательно прокаливают в электрической муфельной печи при той же температуре, при которой предполагают проводить последующее прокаливание осадка.

Прокаливание осадка. Прокаливание осадка сводится к сжиганию фильтра при определенной температуре, тогда как сам осадок остается неизменным.

После прокаливания осадка в течение 2 часов тигель вынимают из печи тигельными щипцами и помещают в эксикатор - герметически закрывающийся сосуд, в нижней части которого находится водоотнимающее вещество - обычно прокаленный хлорид кальция или просушенный силикагель, который предварительно подносят к печи.

Эксикатор защищает прокаленный осадок от влаги воздуха лаборатории.

Охлажденный в эксикаторе тигель взвешивают на аналитических весах, массу записывают в лабораторный журнал, а тигель прокаливают еще 20 мин., охлаждают в эксикаторе и снова взвешивают. Если масса изменяется по сравнению с предыдущей не более чем на 0.0002 г., то прокаливание считают законченным и приступают к расчету. Этот прием называют прокаливанием до постоянной массы.

Размещено на Allbest.ru