Гравиметриялық анализ

Гравиметриялық анализдің мә ні

Гравиметриялық анализдің негізінде қ ұ рам тұ рақ тылығ ының заң ы жатады.Бұ л заң бойынша заттың қ ұ рамындағ ы элементтердің массаларының қ атынасы ә рқ ашанда тұ рақ ты болады.
Гравиметриялық анализдің барысында зерттелетін пробадағ ы қ андай да болмасын элементтің, ионның немесе химиялық қ осылысының массасы анық талады.Анық талатын қ ұ рам бө лігін таза кү йінде немесе белгілі бір қ осылыс тү рінде алып, мө лшерін процентпен ө лшейді.Анализ анық талатын заттың нақ ты мө лшерін ө лшеп алғ аннан басталады.Одан кейін оны ерітіп, ерітіндіден аз еритін зат тү рінде тұ ндырады (тұ ндырылғ ыш форма).Ерітіндіні пайда болғ ан тұ нбадан бө ліп тастап, тұ нбаны кептіреді де қ ыздырады.Сонын нә тижесінде тұ нба қ ұ рамы белгілі тұ рақ ты қ осылысқ а айналады (ө лшегіш форма).Сол қ осылыстың массасын анық тап, зерттелетін компоненттің массасы мен ө лшенген нақ ты мө лшердегі процентті қ ұ рамын есептеуге болады.Мысалы, кү міс нитраттағ ы кү містің мө лшерін анық тау керек.Ол ү шін тұ здың аналитикалық ө лшенген нақ ты мө лшерін алу керек, мысалғ а 0, 2549 г тұ зды суда ерітеді де кү міс ионын тұ з қ ышқ ылдың кө мегімен тұ ндырады: AgNO₃+HCE AgCE + HNO₃
Пайда болғ ан тұ нбаны кептіреді, қ ыздырады, одан соң аналитикалық таразыда ө лшейді.Мысалғ а, ө лшегіш форманың массасы 0, 2148 г тең.Осыдан тұ нбадағ ы кү містің массасын есептейді:

143, 45 г AgCE - 107, 90 г Ag
0.2148 г AgCE - x г Ag

Сонымен 0, 2549 г ө лшенген нақ ты мө лшерде 0, 1617 г кү міс бар.Содан оң кү містің проценті мө лшерін анық тай аламыз

0, 2549 г AgNO₃ - 0, 1617 г Ag
100 г AgNO₃ - x г Ag

немесе 63, 44 %

2) Тұ ндыру
Тұ ндыру барысында белгілі бір шарттарды сақ тамаса, тұ нбалардың формалары ә ртү рлі болуы мү мкін.Қ ате тұ ндырудың нә тижесінде фильтрленген қ ағ аз арқ ылы ө тіп кететін ұ сақ кристалды тұ нбалар пайда болуы мү мкін.
Пайда болғ ан тұ нбаларды анализ барысында қ ыздыру қ ажет.Қ ыздыру нә тижесінде тұ нбалар қ ұ рамдарының химиялық ө згерістері жү реді.Сондық тан гравиметриялық анализде тұ ндырылғ ыш жә не ө лшегіш формаларды пайдаланады.Кейбір кезде тұ ндырылғ ыш жә не ө лшегіш формалардың қ ұ рамы бірдей болып келеді:

BaSO₄

BaSO₄
тұ н-ғ ыш ө лшегіш
форма форма

Басқ а жағ дайларда екі форманың қ ұ рамы ә ртү рлі болады:

CaCO₃ CaO + CO₂
т-ш ө л-ш
форма ф-ма

Тұ ндырылғ ыш жә не ө лшегіш формалар келесі талаптарды қ анағ аттандыру қ ажет;
Тұ ндырылғ ыш формағ а қ ойылатын талаптар:
1) Ерігіштігі тө мен -1х10^-7 – 10^-2 моль/л жоғ ары болмау керек
2) Тұ нба ірі кристалды болу керек
3) Тұ ндырылғ ыш форма ө лшегіш формағ а оң аф айналу қ ажет

Ө лшегіш формағ а қ ойылатын талаптар:
1) Қ ұ рамы химиялық формулағ а сә йкес болуы қ ажет
2) Химиялық тұ рақ тылығ ы жоғ ары болу керек, яғ ни ауадағ ы кө мір қ ышқ ыл газы, сулы булар сің ірілмеу керек, ауадағ ы оттегінің ә серінен тотық тырылмау керек жә не жоғ ары температурада ыдырамау керек
3)Ө лшегіш формадағ ы анық талатын элементтің мө лшері аз болу керек, себебі ө лшеудің қ ателері анализ нә тижелерге ә сер етуі аздау болады

Тұ нбағ а қ ойылатын талаптар: зерттелетін компонентпен пен тұ ндырғ ыш заттың арасындағ ы тү зілген тұ нбаның ерігіштігі тө мен болу керек.Мысалы, кальцийді кальций оксалатытү рінде CaC₂O₄ тұ ндыру керек, себебі кальций оксалаттың ерігіштігі кальцийдің басқ а тұ здарына қ арағ анда тө мен болады.Тұ ндырғ ыш зат ұ шқ ыш болу керек, себебі тұ нбаның қ ұ рамына тұ ндырғ ыш заттың иондары да кіру мү мкін, ал олардан қ ұ тылу керек.Тұ ндырғ ыш зат арнайы болу керек, яғ ни тек қ ана бір ионды ғ ана тұ ндыру керек.Мысалы, Al³⁺ ионын анық тау ү шін, оны гидроксид Al(OH)₃ тү рінде аммиактың ә серінен тұ ндырады.Одан кейін гидроксидті қ ыздырып Al₂O₃-ке айналдырады. Бірақ Fe³⁺ ионы бірге болса, ол кедергі жасайды, себебі Fe³⁺ ионы да аммиакпен тұ ндырылады.Егер е арнайы ө зіне тә н реактив жоқ болса, кедергі жасайтын иондардан қ ұ тылу қ ажет.

3)Тұ ндырғ ыш заттың мө лшері. Тұ ндырғ ыш заттың керекті мө лшері зерттелетін қ осылыстағ ы анық талатын элементтің мө лшеріне сә йкес келу керек, ал элементтің мө лшері анализденетін заттың ө лшенген нақ ты мө лшеріне байланысты болады.Ө лшенген ақ ты мө лшер неғ ұ рлым жоғ ары болса, соғ ұ рлым анализдің нақ тылығ ы да жоғ ары болады.Бірақ тұ нбаның мө лшері жоғ ары болса, оны қ оспалардан жуу қ иыншылық қ а тү седі.Сонымен қ атар, ө лшенген нақ ты мө лшер аз болса, салыстырмалы қ ателіктердің шамалары жоғ арылайды.Мысалы, тұ нбаның массасы 0, 5 г, ал шығ ынның массасы 0, 0005 г болса, онда қ атенің шамасы 0, 1 % болады.Тұ нбаның массасы 0, 05 г болса, шығ ынның мө лшері ө згермесе, қ ателіктің шамасы 10 есе артып, 1%-ке тең болады.
Іс жү зінде дә лелденді: кристалдық тұ нбалардың мө лшері 0, 5 г, ал аморфты тұ нбалардың мө лшері – 0, 2-0, 3 г болу керек.Осыдан октемалды ө лшенген нақ ты мө лшерін есептеп шығ аруғ а болады.Мысалы, барий хлоридтегі барийдің мө лшерін анық тағ анда, барийді сульфат тү рінде тұ ндырамыз.Бұ л жағ дайда ө лшенген нақ ты мө лшерді мына пропорциядан есептеп алуғ а болады:

233, 43 г BaSO₄ - 244, 31 г = BaCl_{2 x} * 2H₂O
0.5 г BaSO₄ - x(г) = BaCl₂ * 2H₂O

Яғ ни ө лшенген нақ ты мө лшері 0, 5-0, 6 г аралығ ында болу керек.Мысалы, BaCl₂ 2H₂O ө лшенген нақ ыт мө лшері 0, 5234 г – ғ а тең.Осыдан тұ ндырғ ыш заттың мө лшерін есептеуге болады.

BaCl₂ x 2H₂O + H₂SO₄ BaSO₄ + 2HCl + 2H₂O

44.31 г BaCl₂ x H₂O - 38.06 г H₂SO₄
0, 5234 г BaCl₂ x 2H₂O - x H₂SO₄

H₂SO₄

Осыдан кү кірт қ ышқ ылдың массасынан кө лемге ауысуғ а болады. Мысалғ а лабораторияда 2н кү кірт қ ышқ ылы бар, сол ерітіндінің қ андай кө лемінде 0, 2101 г бар екендігін есептейміз:

98, 06 г H₂SO₄ - 1000 мл еріт-де
0, 2101 г H₂SO₄ - x мл

Сонымен 0, 5234 г BaCl₂ * 2H₂O – ден барийді тұ ндыру ү шін 2 мл 2н кү кірт қ ышқ ылы керек.Тұ нбаның ерігіштігі қ анша аз болса да, толық тұ нбағ а тү спеген себебінен заттың шығ ыны ә рқ ашанда орын табады.Сондық тан анализ барысында тұ ндырудың практикалық толық тығ ына мә н беру қ ажет.Егер ертіндідеқ алып қ ойғ ан заттың массасы 0, 0001 г тең болса, онда тұ ндыру толық деп айтуғ а болады.Тұ ндырудың толық тығ ы тұ ндырғ ыш заттың мө лшеріне тә уелді.
Ba²⁺ иондарының тұ ндыру реакциядан кейін ерітіндіде қ алып қ ойғ ан концентрациясын азайту ү шін H₂SO₄ –тың артық мө лшерін қ осу керек.Егер 2 мл алмай 3 мл алсақ, Ba²⁺ иондарының тұ ндыруды 2н 3мл H₂SO₄ ерітіндімен ө ткізсек толық болады ма?

Тұ ндыруды 2н 2мл H₂SO₄ ерітіндімен ө ткізсек

Ерігіштік: BaSO₄ = [Ba²⁺] = [SO₄^2-] = 1x10^-5 моль/л немесе BaSO₄ = 1x10^-5x 233.43 = 0.002334 г/л.
Бірақ анализ барысындағ ы ерітіндінің кқ лемі 100 мл, сондық тан 0, 002334х0, 1=0.0002334 тұ ндыруды толық деп есептеуге болмайды, себебі 0, 0002334> 0.0001

2) Тұ ндыруды 2н 3мл H₂SO₄ ерітіндімен ө ткізетін болсақ, BaSO₄ – ң ерігіштігі азаяды да х-ке тең болады деп есептеуге болады.Кү кірт қ ышқ ылдың 1 мл 2н ерітіндігінің артық мө лшерін қ осқ анда ерітіндіге 0, 001 моль H₂SO₄ немесе 0, 001 г/л SO₄^2- енгізіледі:

болғ андық тан х*0, 001=1, 08* , осыдан х= г-моль/л

Ерігіштік: *233, 43=0, 0000 2334г/л немесе 0, 00000 2334 г/100мл

Сонымен, тұ ндырғ ыш заттың артық мө лшері ерігіштікті 100 есе азайтады.
Кейбір жағ дайларда тұ ндырғ ыш заттың артық мө лшері кедергі жасау мү мкін, мысалы тұ нбаның ө зі тұ ндырғ ыш заттың артық мө лшерімен ә рекеттеседі:

немесе

4) Кристалдану
Кристалдану процесі екі сатымен сипатталады – кристалданудың ұ рық тық орталығ ының тү зілуі мен олардың ө суі.
Ірі кристалдық тұ нбаны алу ү шін екінші сатыны арттырып, бірінші сатысын бә сендету керек.Ұ сақ кристалды тұ нбалармен жұ ымс істеуге ың ғ айсыз, себебі олар филтрленген қ ағ аз арқ ылы ө тіп кетеді.Аморфты тұ нбалар, мысалы Al(OH)₃ қ иын жуылады.Ірі кристалды тұ нбалар ң ай филтрленеді де жуылады.

5) Тұ нбаның қ ұ рылысы мен формасына ә сер ететін факторлар
Ірі кристалды тұ нбаларды алу ү шін:
1) тұ ндыруды сұ йытылғ ан ерітінділерден ө ткізу керек;
2) тұ ндыруды ыстық ерітінділерден ө ткізу керек;
3) тұ ндырғ ыш затты ептеп аз-аздан қ осу керек;
4) тұ нбаның ерігіштігін жоғ арлататын заттарды қ осу керек, себебі бұ л кезде кристалданудың бірінші сатысы бә сендейді

6) Тұ нбаның ластануы. Тү сіп бара жатқ ан тұ нбамен қ оса ә ртү рлі қ оспалар тү суі мү мкін. Мұ ндай процесті қ оса тұ ну деп атайды. Қ оса тұ нудың себептері ә ртү рлі.Ең негізгісі – адеорбция, яғ ни тұ нбаның беткейінде қ оспалар адеорбцияланады.

Қ оса тұ ндыруды екі топқ а бө леді:
1) қ оса тұ нғ ан қ оспалар тұ нбаның беткейінде боладын;
2) қ оса тұ нғ ан қ оспалар тұ нба бө лшектерінің арасында болады (окклюзия)

Бірінші жағ дайда қ оспалардан қ ұ тылу ү шін тұ нбаны жуу керек, ал екінші жағ дайда тұ нбаны ерітіп, қ айта кристалдану процесті ө ткізу керек.