Гравиметрический весовой анализ

Теоретические основы метода. 
 
В основе гравиметрического метода лежит точное измерение массы продуктов реакции. Основная операция – взвешивание на аналитических весах. Отсюда происходит одно из названий метода – весовой.  
При решении аналитических задач весовым методом возможны несколько 
вариантов выполнения анализа. Наиболее распространен в весовом анализе 
вариант, при котором определяемую составную часть вещества переводят в 
весовую форму с помощью специально подобранной химической реакции. Это наиболее сложный вариант, при котором нельзя простым способом выделить определяемую составную часть вещества, напимер определить содержание бария в хлориде бария. Для этого нужно провести аналитическую реакцию, в результате которой барий полностью перейдет в форму, пригодную для весового определения, т.е. в весовую форму. Такой реакцией является осаждение бария серной кислотой в форме сульфата бария: 
 
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4? + 2HCl 
 
Анализ проводят, растворяя точно взвешанное количество хлорида бария в 
воде и осаждая ионы Ва2+ серной кислотой в форме сульфата бария. Осадок 
отфильтровывают, промывают, высушивают, прокаливают до постоянной массы и взвешивают. По количеству образовавшегося сульфата бария вычисляют  содержание бария в анализируемом хлориде бария. 
 
Основные операции при выполнении весового анализа по этому варианту: 
взвешивание анализируемого вещества; растворение анализируемого 
вещества; осаждение; промывка осадка; высушивание осадка; прокаливание 
осадка; взвешивание; расчет результатов анализа. 
 
В количественном анализе правильный результат во многом зависит от того 
как отобрана проба. Средней пробой называют небольшое количество 
анализируемого вещества, состав которого отражает состав всей партии , 
из которой взята проба. Основной принцип отбора средней пробы 
заключается в том, что она должна быть составлена из возможно большего 
числа порций вещества, взятых произвольно из разных точек исследуемой 
пробы. Это связано с тем, что технические продукты могут быть не вполне 
однородными даже в пределах одной партии. 
 
Ошибки в количественном анализе. 
 
Все ошибки делятся на три вида: грубые, систематические и случайные. 
Грубые являются результатом небрежной работы, ошибочных подсчетов. 
Систематические – связаны с недостаточной точностью весов, неточным 
разновесом, неправильно откалиброванным сосудом, загрязненными 
реактивами. Случайные возникают при любом измерении, как бы тщательно 
его не проводили. Они зависят от помех, несовершенства прибора, часто 
связаны с внешними факторами (вибрации здания, загрязнение воздуха). 
Случайные ошибки нельзя устранить, их можно уменьшить путем параллельных анализов. 
 
Весы и взвешивание. 
Важнейшей операцией в количественном анализе, и особенно в 
гравиметрическом анализе, является взвешивание.  В зависимости от задачи, стоящей перед аналитиком, используют весы различных типов. Для приближенного взвешивания масс до 1 кг с точностью  0,1 -0,01 г применяют технохимические весы. Для аналитических работ используют аналитические весы с предельной нагрузкой 100 или 200 г и точностью 0,2 мг. Аналитические весы представляют собой прибор высокой точности, требующий осторожного обращения. В лаборатории цеха водоподготовки ОАО “Светогорск” используют весы аналитические модели ВЛР-200г. 
Чтобы избежать влияния механических колебаний, весы ставят на кронштейнах, укрепленных в капитальной стене. Не допускается установка 
весов вблизи отопительных приборов, так как изменение температуры 
снижает их точность. 
Для анализа взвешивают определенную массу вещества, называемую навеской . В химическом анализе принято выражение “взять навеску”, т.е. отвесить на аналитических весах определенное количество вещества. Величина навески зависит от свойств вещества и методики анализа. 
Химическое вещество нельзя взвешивать на чашке весов непосредственно. 
Для взвешивания его помещают в бюкс – стаканчик с притертой крышкой или на часовое стекло. 
Существуют различные правила взвешивания на аналитических весах, ниже 
приведены некоторые из них: К каждым весам дается свой аналитический равновес. Все взвешивания необходимо проводить на одних и тех же весах и одним и тем же равновесом. Установленные весы нельзя сдвигать с места. После престановки вновь установить весы по уровню. 
 
Нагрузка на весах изменяется только после арретирования (выключения). 
Взвешиваемый предмет должен находится в температурном равновесии с 
весами. Взвешиваемый предмет должен быть сухим и не иметь загрязнений на поверхности. 
Во время взвешивания открывают только боковые дверцы весов. 
Нельзя нагружать весы выше их предельной нагрузки. 
Равновес берут только пинцетом. 
Равновес помещают в центре чашки. 
Твердые вещества взвешивают только на часовом стекле, в пробирке или в 
стаканчике. Жидкости, летучие и гидростатические вещества в бюксе с 
закрытой крышкой. 
Пред взвешиванием на аналитических весах предварительно определяют вес 
на технических внсах с большей нагрузкой. 
Взвешивают на аналитических весах только сидя. 
Перед взвешиванием устанавливают нулевую точку весов и уровень. 
Взвешиваемый предмет помещают на левую чашку весов, а гирьки на правую. 
Гирьки подбирают равномерно, последовательно. 
Кольцевой равновес подбирают последовательно (сначала десятые, затем 
сотые). 
Записывают в журнал массу взвешиваемого вещества, весы выключают. 
Убирают равновес. 
Лимфы ставят на нулевое положение. 
Проверяют нулевую точку весов. 

Основные  операции гравиметрического анализа. 
Растворение. Взятую навеску переносят в химический стакан и растворяют, 
используя в качестве растворителя воду кислоту или щелочь. Количество 
растворителя и условия растворения указаны в методиках анализа. 
Чтобы ускорить растворение, содержимое стакана подогревают и 
перемешивают стеклянной палочкой. При этом нужно следить, чтобы ни одна капля раствора не была потеряна, - это приведет к ошибке в анализе. 
Осаждение. Осаждение – это одна из основных операций гравиметрического 
анализа. Цель ее – перевести определяемую часть анализируемого вещества 
в химическое соединение, удобное для определения весовым способом. 
Например, барий в хлориде бария определяют в форме сульфата бария, 
который осаждают из водного раствора хлорида бария добавлением серной 
кислоты.       BaCl2 + H2SO4 = BaSO4? + 2HCl 
Также необходимо чтобы осаждение происходило количественно, т.е. 
определяемый ион полностью переходил в осадок. Для этого выбранная 
осаждаемая форма, т.е. соединение, осаждаемое из раствора, должна 
обладать очень малой растворимостью. Для количественного анализа 
выбирают соединения, произведение растворимости которых не превышает 
1·10-8 . Исходя из этого подбирают и реактивы для осаждения. 
 
Осаждение ведут, приливая раствор осадителя в стакан с раствором 
анализируемого вещества при непрерывном перемешивании стеклянной 
палочкой. Полноту осаждения определяют после отстаивания осадка и 
образования над ним прозрачного раствора. К нему осторожно добавляют 
несколько капель раствора осадителя – отсутствие помутнения указывает на 
полноту осаждения. 
Фильтрование. Цель операции – отделение осадка от раствора, из которого 
он выпал (маточного раствора). Для фильтрования используют беззольные 
фильтры бумажные фильтры. Эти фильтры при сгорании образуют так мало 
золы, что ее массой можно пренебречь. В зависимости от характера осадка 
используют беззольные фильтры различных марок. Их различают по цвету 
ленты на упаковке фильтра. Самые плотные ( т.е. с наименьшим размером 
пор) – с синей лентой, фильтры средней плотности – с белой лентой, 
наименее плотные, быстро фильтрующие – с красной лентой. 
Бумажный фильтр помещают в стеклянную воронку. Для этого круглый фильтр складывают пополам по диаметру, затем снова пополам и вкладывают в сухую воронку. Затем наполняют фильтр дистиллированной водой и плотно прижимают к воронке. Воронку помещают в кольцо, укрепленное на штативе. Под воронку помещают стакан.  
Фильтрацию ведут, декантируя жидкость: сливают на фильтр по стеклянной 
палочке отстоявшеюся жидкость, не взмучивая осадок. Когда почти весь 
раствор слит, добавляют 50-70 мл промывной жидкости, перемешивают 
осадок, дают ему отстоятся и вновь декантируют. Декантацию повторяют 2-3 
раза и, наконец, сливают на фильтр жидкость вместе с осадком. Стакан 
споласкивают 2-3 раза маленькими порциями промывной жидкости и сливают на фильтр. Промывную жидкость удобно подавать из промывалки. Затем ополаскивают стеклянную палочку, по которой сливали осадок. При этом недопустима потеря частиц осадка – он должен быть перенесен на фильтр количественно. 
Фильтрацию продолжают до тех пор, пока с носика воронки не перестанут 
стекать капли жидкости. После этого струей жидкости из промывалки 
ополаскивают верхний край фильтра, смывая осадок в нижнюю часть фильтра. Основное правило фильтрации и промывки: наливать на фильтр новую порцию только после того, как полностью отфильтровалась предыдущая.  
По окончании делают пробу на полноту протекания промывки, т.е. на 
отсутствие в жидкости, стекающей с воронки, отмываемого вещества. 
Например, для проверки на полноту отмывания сульфат-ионов к нескольким 
каплям жидкости, стекающей с воронки, добавляют каплю раствора хлорида 
бария. Отсутствие помутнения указывает на окончание промывки. 
Далее воронку с осадком накрывают листом фильтрованной бумаги, смоченной дистиллированной водой, плотно прижимают бумагу к краям воронки и помещают в сушильный шкаф. После подсушивания фильтр с осадком количественно переносят в прокаленный и взвешенный фарфоровый тигель. 
Прокаливание осадка. После фильтрации и промывки на фильтре находится 
чистый осадок. Чтобы узнать его массу, в большинстве случаев фильтр 
сжигают, а осадок подсушивают и прокаливают.  
Прокаливание ведут в фарфоровых тиглях. Тигель предварительно 
прокаливают до постоянной массы в тех же условиях, в которых будет 
прокаливаться осадок.  
Фильтр с подсушенным осадком осторожно отделяют от воронки, стеклянным шпателем осторожно загибают края фильтра, так чтобы осадок оказался внутри фильтра, и переносят в тигель. 
Тигель с осадком помещают в специальный фарфоровый треугольник, 
положенный на кольцо штатива, и газовой горелкой нагревают тигель таким 
образом, чтобы фильтр постепенно обуглился. Тигель с обугленным фильтром и осадком помещают в муфельную печь, отрегулированную на заданную температуру, и прокаливают в течение 2 ч. затем тигельными щипцами вынимают тигель и ставят его в эксикатор, который защищает содержимое тигля от влаги воздуха. В эксикаторе гель постепенно охлаждается до комнатной температуры. Его взвешивают, затем снова ставят в муфель, прокаливают еще 20-30 мин, охлаждают и взвешивают если масса при двух последовательных взвешиваниях различается не более чем на 0,0002 г, прокаливание закончено. Осадок прокален до постоянной массы. 
Расчеты в гравиметрическом анализе. 
Расчет – важнейшая операция в количественном анализе. Гравиметрический 
анализ начинается с расчета навески. Величина навески играет 
существенную роль в выполнении анализа. Если навеска очень мала, 
увеличивается ошибка анализа, если очень велика – фильтрование, сушка и 
прокаливание займут много времени. Поскольку в количественном анализе 
обычно заранее известен приблизительный состав вещества и примерное 
содержание в нем определяемой составной части, легко рассчитать 
необходимую величину навески. 
Для гравиметрических анализов, выполняемых методом осаждения, далее 
рассчитывают объем растворителя. Навеску растворяют в таком объеме 
растворителя, чтобы в результате получить раствор концентрации 0,5-1%. 
Расчет количества осадителя ведут, исходя из стехиометрического 
соотношения реагентов. 
Расчеты результатов анализа требуют высокой степени точности, которая 
определяется точностью взвешивания на аналитических весах. 
 
Данные варианты расчетов сводятся к определению, какую долю (%) от массы взятой навески составляет масса выделенной составной части. Когда 
определяемую составную часть анализируемого вещества переводят в весовую форму путем осаждения и прокаливания, расчет более сложен. Здесь 
сначала вычисляют, сколько граммов определяемой составной части 
содержится в полученном количестве весовой формы, а затем какой это 
составляет процент от массы взятой навески. 
Взвешенные вещества природных вод весьма разнообразны по своему составу. Их обычно подразделяют на органические и минеральные. К первым относятся частички гумуса, остатки растений и животных, различные хозяйственные и технологические отбросы. Минеральные взвешенные вещества обычно представлены песком, тонкой глинистой взвесью, частичками различных минералов и горных пород. Главную составляющую часть минеральной взвеси составляет SiO2, Fe2O3, Al2O3. 

Выполнение определения. Высушивают в сушильном шкафу  при 105-110 0С бюкс с двумя беззольными фильтрами, свернутыми конусом по форме воронки. Бюкс с фильтрами охлаждают в эксикаторе над прокаленным хлористым кальцием. Взвешивают закрытый бюкс. Высушив фильтры до постоянного веса, фильтры увлажняют несколькими каплями дистиллированной воды, осторожно помещают в воронку и фильтруют через получившийся двойной фильтрат анализируемое вещество (воду, белый щелок). Первые порции фильтрата могут содержать мелкие волокна бумаги, смытые с поверхности фильтров; эти порции возвращают на фильтр. Анализируемую воду целесообразно предварительно отмерить в стакан, а фильтрование вести, по возможности позже перенося осадок взвешенных веществ на фильтр. Порцию анализируемой воды для определения в ней взвешенных веществ отмеривают после сильного и энергичного взбалтывания всего количества воды, доставленной на анализ. 
Если фильтрат получается не вполне прозрачным, то нужно пропустить его 
еще раз через тот же двойной фильтр. После окончания фильтрования осадок 
должен быть весь перенесен на фильтр. Это выполняют смыванием его из 
стакана фильтратом или дистиллированной водой.  
После окончания этих операций влажные фильтры с осадком помещают в тот 
же бюкс и вновь высушивают при температуре 105-110 0С до постоянного 
веса. После окончательного взвешивания фильтры с осадком осторожно 
переносят во взвешенный прокаленный фарфоровый тигель, фильтры озоляют, а остаток прокаливают при 800-850 0С до полного сгорания углистых частиц. Тигель с осадком взвешивают и вычисляют содержание прокаленных (или минеральных) взвешенных веществ. Анализ минеральной части  взвешенных веществ обычно не проводят. Если это требуется, то поступают как при анализе накипей и отложений.