9 predavanje

KVANTITATIVNA HEMIJSKA ANALIZA

Gravimetrijske metode analize

Šta je to kvantitativna analiza i čime se bavi?

Kvantitativna analiza - Koliko je analita - ispitivane supstance prisutno u uzorku

Gravimetrijske metode analize

Gravimetrijska analiza Najstarija grana kvantitativne analize koja se koristila još početkom prošlog veka (bile su poznate i neke volumetrijske metode, ali su korišćene samo gravimetrijske metode).

Gravimetrijske metode zasnivaju se na merenju mase supstance koja se u toku analize izdvaja iz uzorka,

bilo u elementarnom stanju bilo u u obliku jedinjenja poznatog hemijskog sastava.

Gravimetrijska analiza

Dodatkom taložnog reagensa u rastvor ispitivane supstance ona se taloži iz rastvora u obliku slabo rastvornih jedinjenja: soli, hidroksida ili kompleksnog jedinjenja

Nastali talog se filtrira, ispira, suši ili žari a zatim meri

Iz mase taloga i njegovog poznatog hemijskog sastava izračunava se količina supstance u uzorku

Prednosti i nedostatci gravimetrijskih metoda

Gravimetrijskom metodom se postiže visoka tačnost određivanja, tako da je u tom pogledu gotovo bez premca.

Nedostatak gravimetrijskih metoda je relativno velika dužina i težina analitičkih operacija i ograničena mogućnost određivanja malih količina supstanci, pa se umesto nje koriste brže volumetrijske ili instrumentalne metode

Prednost gravimetrijske metode se ogleda u slučajevima kada je potrebna veoma velika tačnost određivanja ili kada se radi o malom broju analiza

Ako je jedinjenje slabo rastvorno to ne znači da može da se određuje gravimetrijskom analizom

Da bi gravimetrijsko određivanje taloženjem bilo uspešno treba:

1. Da je reakcija taloženja KVANTITATIVNA, što praktično znači da je koncentracija nestaložene supstance < 1•10-6 mol/L. Mali višak taložnog reagensa (uticaj zajedničkog jona) smanjuje rastvorljivost dok veliki višak povećava rastvorljivost taloga. PROIZVOD RASTVORLJIVOSTI koji opisuje potpunost reakcije taloženja treba da bude što manji, a time i RASTVORLJIVOST taloga što manja

2. Da se talog lako filtrira

3. Izdvojeni talog mora biti dovoljni čist

4. Mereni oblik mora da bude jedinjenje poznatog hemijskog sastava

5. Poželjno je da talog koji se meri nije higroskopan (da ne vezuje vlagu iz atmosfere). Npr. Fe(OH)3 ili Al(OH)3 i posle sušenja zadržavaju izvesnu količinu vode zbog čega ih žarimo da se voda ukloni u potpunosti, a hidroksidi se prevode u odgovarajuće okside (merni oblik)

Da bi gravimetrijsko određivanje taloženjem bilo uspešno treba:

Gravimetrijskim postupkom gvožđe se taloži amonijakom jer bi se višak NaOH ili KOH adsorbovanih na talogu teže uklonio ispiranjem i stvara se taložni oblik

Fe3+ + 3NH3+ 3H2O↔ Fe(OH)3 + 3NH4+

Nakon toga vršimo žarenje ispranog taloga

2Fe(OH)3 →Fe2O3 + 3H2O

U ovom slučaju taložni i merni oblik nisu istinisu isti Ako se žarenjem gubi samo voda, bez promena u hemijskom sastavu

jedinjenja, onda su taložni i merni oblici isti Poželjno je da talog ne reaguje sa CO2 iz vazduha

6. Molekulska masa istaloženog jedinjenja treba da je što veća kako bi relativna greška merenja bila što manja

Koje su osnovne faze gravimetrijskog postupaka?

Radne faze gravimetrijske analize su:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

1. Taloženje

Dve važne osobine taloga zavise od veličine njegovih čestica:• mogućnost filtracije – talozi sa krupnim česticama lakše se filtriraju

• čistoća taloga – talozi sa krupnijim česticama po pravilu su čistiji

1. Taloženje

Izvođenje taloženja vrši se iz toplih razblaženih rastvora dodavanjem taložnog reagensa u kapima niz štapić uz stalno mešanje da bi se izbeglo lokalno prezasićenjeTalog koji se dobija po svojoj strukturi može biti koloidan ili kristalan

1. Taloženje

Da li će se dobiti koloidan ili kristalan talog zavisi od koncentracije, temperature i pH vrednosti rastvora iz kojih vršimo taloženje. Npr. BaSO4 se iz vrlo koncentrovanih rastvora taloži u koloidnom obliku, dok se iz vrlo razblaženih rastvora izdvaja kao kristalan talog

Koloidan talog predstavlja modifikaciju koja nije poželjna jer usled velike površine adsorbuje (vezuje na svojoj površini) druge druge jone i molekule koji se nalaze u rastvoru što dovodi do onečišćenja taloga. Koloidne čestice mogu da se spajaju u veće čestice gradeći amorfne taloge koji se lakše filtriraju – proces koagulacije

Kristalan talog nastaje kroz dva procesa:1. Stvaranje centra kristalizacije2. Rast kristala

1. Taloženje

Relativna brzina stvaranja centra kristalizacije i rasta kristala određuju veličinu čestica dobijenog taloga

Pri nižim prezasićenjima dobijaju se pločice ili štapići

Pri višim prezasićenjima dobijaju se nepravilni i razgranati kristali - dendriti

Kod taloga koji su jedinjenja izuzetno male rastvorljivosti nastaje amorfan (sitnokristalan) talog koji se teško cedi, zatvara pore filter hartije, a s druge strane zbog velike površine vezuje nečistoće

Nakon taloženja u procesu sazrevanja taloga rastvaraju se čestice nečistoća, a kristali taloga rastu

1. TaloženjeTaložni reagensi mogu biti:

1. Organska jedinjenja 2. Neorganska jedinjenja

Organski taložni reagensi- obično su selektivniji od neorganskih- imaju veću masu – omogućava određivane manjih masa

supstanci – povećani su osetljivost i tačnost metode- obično grade slabo rastvorne soli i slabo rastvorne

komplekse

Neorganski taložni reagensi - imaju malu selektivnost- obično grade slabo rastvorne soli ili hidratisane okside

1. Taloženje

Uslovi koje treba da ispuni taložni reagens su:

- Da gradi slabo rastvoran talog (da stvoreni talog ima voma nisku vrednost proizvoda rastvorljivosti)

- Da je specifičan (taloži samo ispitivane a ne i ostale prisutne jone)

Ukoliko je moguće uslovi taloženja se podešavaju tako da se dobije kristalan talog sa što krupnijim česticama (nastajanje amorfnih taloga je veoma nepovoljno)

2. Filtracija

Odvajanje taloga od rastvora vrši se pomoću :1. Filter papir (kvantitativan)2. Bihnerov levak3. Stakleni ili poculanski guč sa poroznim dnom

2. Filtracija

Izbor načina kojim vršimo filtriraciju taloga zavisi od:

• veličine čestica i • oblika taloga• od toga da li se talog žari ili suši Ako se talog ne žari onda koristimo stakleni

lončić sa poroznim dnom Količina taloga određuje prečnik filter hartije

tako da posle ceđenja bude do polovine puna

2. Filtracija

Filtriranje se izvodi dekantovanjem preko staklenog štapića koji ne sme da dodiruje filter hartiju

2. Filtriranje

U zavisnosti da li se talog suši ili žari možemo koristiti stakleni ili porcelanski lončić. Filter papir se ne koristi za filtraciju taloga koji se pre vaganja samo suše (zbog higroskopnosti papira)

Lončić se prvo ispere rastvorom kiseline a onda destilovanom vodom do pH 7, zatim se suši ili žari do konstantne mase - prazan lončić gde se dva uzastopna merenja ne razklikuju više od ± 0.0002 grama (± 0.2mg).

Da li će se talog filtrirati iz zagrejanih ili hladnih rastvora zavisi od njegove rastvorljivosti

Koloidne taloge filtriramo iz vrućih rastvora i prilikom ispiranja ne sme da se rastvori količina veća od 0.0001 g (granica tačnosti merenja)

3. Ispiranje i starenje taloga

Posle filtracije talog se ispira da bi se neželjene supstance u što većem stepenu uklonile

Ispiranje taloga je način za dobijanje čistog taloga. Ispiranje podrazumeva uklanjanje nečistoća i viška reagensa

Rastvorljivost taloga utiče na izbor rastvora za ispiranje Rastvorljiviji talozi peru se rastvorom koji sadrži malu količinu taložnog reagensa


Efikasnost ispiranja je bolja ako se ispiranje vrši više puta malim zapreminama rastvora za ispiranje

Pod starenjem taloga podrazumevaju se sve ireverzibilne (nepovratne) strukturne promene u talogu od trenutka njegovog nastajanja

Tokom starenja taloga:• nastaju veće čestice• poboljšava im se struktura - rekristalizacija• smanjuje se onečišćenje Ako se starenje vrši na povišenoj temperaturi (vodeno

kupatilo) - digestija


4. i 5. Sušenje, spaljivanje i žarenje taloga

Posle filtriranja talog se mora dovesti do konstantne mase pre merenja

Kada je talog potpuno ispran od viška taložnog reagensa i drugih jona koji se adsorbuju na talogu, prelazi se na:

• sušenje, • sagorevanje filter hartije i • žarenje taloga

4. i 5. Sušenje, spaljivanje i žarenje taloga

Zagrevanjem taloga iz njega se uklanja voda, a često se talog prevodi i u neki drugi oblik, pogodniji za merenje

Talog se: • suši na temperaturi do 250°C• žari se na temperaturi od 250 - 1200 °C. Hartija se sagoreva oksidacionim plamenom

pazeći da ne dolađe do gorenja, a zatim se zagreva dok ugljenik ne sagori, na kraju se lončić prebacuje u peć za žarenje

Eksikator

Talog se hladi 30 minuta u eksikatoru a onda meri Ako talog sušimo, stakleni lončić se suši na 120 °C 1h

a zatim hladi 30 minuta. Nakon toga ponavljamo potupak sušenja i hlađenja sve dok se ne dobije konstantna masa

Eksikator predstavlja posudu za čuvanje (od vlage i prašine) i hlađenje taloga koji merimo

Na dnu eksikatora nalazi se adsorbens vlage. Da bi se održala atmosfera brušeni obod poklopca i posude mažemo vazelinom

Sredstva za sušenje (adsorbensi vlage)

6. Merenje mase taloga

Lončić za sušenje (žarenje) dovodimo do konstantne mase uzastopnim ponavljanjem postupka sušenja (žarenja) i hlađenja i merenja

Merenje mase taloga vrši se na analitičkoj vagi

Konstantna masa taloga postignuta je kada se masa taloga prilikom dva uzastopna merenja ne razlikuje za više od ±0,0002 g

7. Izračunavanje rezultata u gravimetrijskoj analizi

Lončić sa talogom dovodimo do konstantne mase uzastopnim ponavljanjem postupka sušenja (žarenja) i hlađenja do konstantne mase


Gravimetrijska anliza zasniva se na eksperimentalnom merenju:• mase uzorka uzetog za analizu• mase taloga dobijenog analizom i poznatog sastavaNa osnovu ovih podataka računa se rezultat koji se

najčešće izražava kao maseni udeo određene komponente

100)( uzorka

A

mmAW ma - masa komponente A u uzorku

muzorka – masa uzorka uzetog za anlizu


100)( uzorka

A

mmAW

U obrascu

masa uzorka je poznata, potrebno je naći masu supstance koju određujemo mA.Talog ili sadrži A ili se može dovesti u stehiometrijsku vezu sa njim – gravimetrijskim faktorom.

Gravimetrijski faktor omogućava preračunavanje mase merenog taloga u masu tražene komponenteGravimetrijski faktor je broj koji pokazuje kolika masa tražene supstance odgovara jedinici mase merene supstance


Pr. 1. Gvožđe je u nekom uzorku taloženo amonijakom u obliku hidratisanog oksida, a dobijeni talog je žaren i vagan kao Fe2O3. Izračunati maseni udeo Fe u uzorku ako je analizom uzorka mase 1.5000 g dobivena masa Fe2O3 od 0.2483 g. Fe2O3 2Fe

ggFem 1737.069.159847.5522483.0)(

%58.11100)()( uzorkamFemFeW

%58.111005000.1

6994.02483.0100)()(2)(

)( 3232

g

mOFeMFeMOFem

FeWuzorka

jskifaktorgravimetri

OFeMFeM

OFemFem

)(1

)(2

3232

ili

)(1

)(2

3232 OFeMFeM

OFemFem

Documents

9 predavanje