1 Literatura 1. Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T.2. Chemiczne metody analizy ilościowej. Wyd. 10. PWN, Warszawa 2011. 2. Szmal Z.S., Lipiec T., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Wyd. VII poprawione i unowocześnione, PZWL, Warszawa 1996. 3. Persona A.(red.) Chemia analityczna. Wyd. Medyk, Warszawa, 2007. 4. Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, pod redakcją E. Skrzydlewskiej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Białystok 2010. 5. Galus Z., Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. Wyd. 9. WNT, Warszawa 2007. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi czynnościami w analizie wagowej; poznanie warunków strącania osadów, w tym koloidalnych na przykładzie ilościowego oznaczania tlenku żelaza (III), jak również porównanie różnych sposobów uzyskiwania stabilnego osadu. Zakres materiału: podstawy teoretyczne i praktyczne dotyczące analizy wagowej, osad w analizie ilościowej, wagi, zasady strącania i przemywania osadów krystalicznych i koloidalnych, prażenie, suszenie osadów; znajomość obliczeń chemicznych – iloczyn rozpuszczalności i analiza wagowa. Zagadnienia z wykładu poprzedzającego ćwiczenie. ANALIZA ILOŚCIOWA Zadaniem analizy ilościowej jest oznaczanie zawartości składników badanego związku lub mieszaniny. W analizie ilościowej pod względem stosowanych metod pomiarowych wyróżnić można trzy zasadnicze działy: analizę klasyczną analizę instrumentalną analizę śladów Analiza klasyczna (chemiczna analiza ilościowa) obejmuje metody, w których stosuje się: pomiar masy lub pomiar objętości. Są to metody bezwzględne (bezpośrednie), a więc nie wymagające stosowania wzorców i z reguły oparte na reakcjach chemicznych przebiegających całkowicie i zgodnie z ich stechiometrią 1. Metody, w których wykorzystuje się pomiar masy to: analiza wagowa, polegająca na dokładnym pomiarze masy osadu trudno rozpuszczalnego związku, który otrzymuje się w wyniku wytrącenia oznaczonego składnika i obliczenia jego zawartości na podstawie masy osadu i znajomości jego składu chemicznego, analiza elektrograwimetryczna, polegająca na dokładnym pomiarze przyrostu masy wydzielonego elektrolitycznie metalu na elektrodzie i obliczenie na tej podstawie zawartości tego metalu w próbce, Ćwiczenie 1 A. Wstępne zagadnienia z analizy wagowej. B. Porównanie sposobów uzyskania stabilnego koloidalnego osadu w wyniku prażenia w płomieniu palnika oraz w piecu muflowym, na przykładzie oznaczania żelaza w postaci tlenku żelaza (III).
14
Embed
Ćwiczenie 1 A. Wstępne zagadnienia z analizy wagowej
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Literatura
1. Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T.2. Chemiczne metody analizy
ilościowej. Wyd. 10. PWN, Warszawa 2011.
2. Szmal Z.S., Lipiec T., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Wyd. VII
poprawione i unowocześnione, PZWL, Warszawa 1996.
3. Persona A.(red.) Chemia analityczna. Wyd. Medyk, Warszawa, 2007.
4. Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, pod redakcją E.
Skrzydlewskiej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Białystok 2010.
5. Galus Z., Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. Wyd. 9. WNT, Warszawa 2007.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi czynnościami w analizie wagowej; poznanie
warunków strącania osadów, w tym koloidalnych na przykładzie ilościowego oznaczania tlenku żelaza
(III), jak również porównanie różnych sposobów uzyskiwania stabilnego osadu.
Zakres materiału: podstawy teoretyczne i praktyczne dotyczące analizy wagowej, osad w analizie
ilościowej, wagi, zasady strącania i przemywania osadów krystalicznych i koloidalnych, prażenie,
W przygotowanym tyglu umieszcza się odpowiednio złożony sączek z osadem (rysunek 1) i
ostrożnie suszy się go przez krótki czas w suszarce lub na trójkącie porcelanowym umieszczonym nad
palnikiem (rysunek 2)
.
Rysunek 1. Składanie sączka z osadem
Rysunek 2. a) suszenie, b) spalanie i c) prażenie osadu
7
Suszenie przeprowadza się w ukośnym ustawieniu tygla (zapobiega to gwałtownemu
unoszeniu się oparów), starając się nie dopuścić do zapalenia sączka (może to bowiem doprowadzić do
strat osadu porywanego przez strumień gwałtownie wydobywającego się dymu). Gdy jednak do
zapalenia sączka dojdzie, odstawia się palnik i pozwala na spokojne jego spopielenie (palących się
sączków nie należy gasić przez np. dmuchanie). Po wysuszeniu osadu zwiększa się ostrożnie płomień
palnika i spala sączek. Po spaleniu sączka przystępuje się do prażenia osadu, które przeprowadza się w
pionowym ustawieniu tygla. Prażenie osadu jest często konieczne w celu przeprowadzenia go w postać
o ściśle określonym składzie chemicznym. Prażenie osadów przeprowadza się na palnikach gazowych
lub w piecach. Osad musi być wyprażony do stałej masy. W celu sprawdzenia całkowitości
wyprażenia – podobnie jak w przypadku tygla pustego – odsuwa się palnik, czeka chwilę, aby tygiel
nieci ostygł, po czym wstawia tygiel do eksykatora i po pewnym czasie waży. Osad uważa się za
całkowicie wyprażony, jeśli różnica wyników dwóch kolejnych ważeń nie przekracza 2 · 10–4
g. Przy
większej różnicy należy osad wyprażyć jeszcze raz.
Ważenie osadów
Po wytrąceniu, przesączeniu, przemyciu oraz wysuszeniu/wyprażeniu osadu, aby dokonać jego
oceny ilościowej, należy go zważyć. Dokładność oznaczeń ilościowych w dużym stopniu zależy od
właściwego i dokładnego ważenia, a znajomość zasad prawidłowego ważenia ma zasadnicze
znaczenie.
Wielkości charakteryzujące wagę
Najważniejszymi wielkościami charakteryzującymi każdą wagę są czułość, dokładność i
nośność.
Czułość - jest to reakcja wskazań wagi na zmianę pod wpływem minimalnej masy położonej na szalkę.
Czułość wagi zależy od obciążenia, przy czym wraz ze zwiększeniem obciążenia maleje czułość
bezwzględna, a zwiększa się czułość względna, czyli maleje stosunek przeciążenia wywołującego
odchylenie o jedną działkę skali do obciążenia szalki.
Nośność wagi jest to największe, dopuszczalne obciążenie szalki.
Dokładność wagi jest to zgodność otrzymanego wyniku z wynikiem rzeczywistym – im mniejszy błąd
tym większa dokładność pomiaru.
W celu zważenia badanej substancji, zależnie od wymaganej czułości i dokładności, na
pracowni chemicznej stosuje się różne rodzaje wag, które można w różny sposób sklasyfikować.
Pomiaru masy dokonuje się przy użyciu elektronicznej wagi analitycznej.
Wagi elektroniczne
Wagi obecnie najczęściej stosowane i najbardziej popularne, ze względu na łatwość dokonania
pomiaru masy, jak i ich czułość. Zaliczane są do wag aperiodycznych, a odczyt masy ważonej
substancji obserwuje się na wyświetlaczu. Wśród wag elektronicznych, w zależności od czułości i
dokładności, wyróżnia się wagi:
wagi techniczne,
wagi mikroanalityczne,
wagi ultramikroanalityczne,
termowagi (wago-suszarka, analizator wilgoci) – urządzenie, w którym próbka podlega działaniu
wzrastającej temperatury. Pozwala ona na kontrolowanie zmiany masy ważonej substancji
podczas ogrzewania. Może służyć do określenia temperatury rozkładu badanej substancji oraz
wyznaczenia optymalnej temperatury suszenia.
Zasada działania wagi elektronicznej
Ruchoma szalka wagi umiejscowiona jest na metalowym cylindrze, który znajduje się wewnątrz
uzwojenia otaczającego stały cylindryczny magnes.
8
Prąd elektryczny przepływający w uzwojeniu wytwarza pole magnetyczne, które unosi cylinder i
szalki łącznie z obciążeniem oraz ramieniem wskaźnika.
Płynący przez uzwojenie prąd jest tak dobrany, aby przy braku obciążenia wskaźnik wskazywał 0.
Umieszczenie ważonego przedmiotu powoduje obniżenie ramienia szalki i zwiększenie ilości
światła docierającego do fotokomórki detektora pozycji 0.
Prąd fotokomórki ulega wzmocnieniu, powoduje zwiększenie natężenia pola
elektromagnetycznego i powrót szalki do pozycji 0.
Natężenie prądu, niezbędne do utrzymania szalki w pozycji 0, jest wprost proporcjonalne do masy
ważonego przedmiotu.
Zasady prawidłowego postępowania podczas przygotowywania naważki analitycznej
Masa naważki analitycznej powinna być wyznaczona z dokładnością do 0,1mg (0,0001g).
Wszystkie ważenia dotyczące jednej analizy powinny być wykonane na tej samej wadze
analitycznej.
Przed przystąpieniem do ważenia należy:
o sprawdzić czy waga jest wypoziomowana,
o sprawdzić czy waga jest czysta,
o wagę wyzerować /wytarować/.
Wyzerowywanie wagi
o na środku szalki wagi ustawić naczynko do odważania substancji i po ustabilizowaniu się
wskazania nacisnąć przycisk TARE (wskazanie masy wróci do zera),
o stan stabilizacji wagi jest sygnalizowany poprzez zaświecenie się diody lub pojawienie się
określonego symbolu na wyświetlaczu wagi].
Ważenie
o naczynko wagowe zdjąć z szalki i umieścić w nim ważoną substancję za pomocą łyżki lub
łopatki, a następnie naczynko umieścić ponownie na szalce,
o w czasie przenoszenia próbki, należy uważać, aby próbka nie uległa rozpyleniu,
o ważąc substancje, które łatwo ulegają rozpyleniu, sublimacji, czy też parowaniu, należy
stosować naczynka z przykrywką, zwracając uwagę na właściwy dobór przykrywki,
o odważanie cieczy oraz stałych substancji higroskopijnych można przeprowadzać tylko w
zamkniętych naczynkach,
o przedmioty ustawiane na szalce wagi powinny być suche i mieć temperaturę otoczenia,
o po upływie czasu stabilizacji wskazania wagi (około 2 s), odczytać wynik ważenia,
o nie wolno obciążać wagi powyżej jej nośności,
o podczas odczytywania wyników szafka wagi powinna być zamknięta,
o wynik ważenia powinien być odczytany z dokładnością co najmniej 0,1 mg,
o po zakończeniu ważenia wagę pozostawia się czystą, nieobciążoną i z zamkniętą szafką wagi,
Naważkę przesypać ilościowo do erlenmajerki/kolby używając lejka.
Po przesypaniu naważki, naczynko wagowe, a następnie lejek należy kilkakrotnie przepłukać wodą
destylowaną, w celu ilościowego przeniesienia zawartości.
Naczynia do odważania
W zależności od tego, jaką substancję odważa się, można korzystać z różnego typu naczynek
wagowych:
do odważania substancji sypkich, które nie ulegają sublimacji, nie absorbują wilgoci z powietrza
bądź nie pylą, używa się tzw. łódeczek wagowych, szkiełek zegarkowych lub papierków
wagowych. Naczyńka te mogą być wykonane ze szkła, porcelany lub tworzyw sztucznych.
do odważania substancji zmieniających swoją masę na powietrzu stosuje się, szczelnie zamykane,
naczyńka wagowe.
do odważania cieczy stosuje się pipetki wagowe z kranem.
do odważania substancji żrących stosuje się ampułki wagowe, których końcówka zostaje zatopione
9
przed przystąpieniem do ważenia.
Rysunek 3. Łódeczki wagowe szklane (a) i jednorazowe naczynka (b) do odważania substancji
sypkich oraz naczyńka wagowe do odważania substancji pylących i higroskopijnych (c, d)
B. Porównanie sposobów uzyskania stabilnego koloidalnego osadu
w wyniku prażenia w płomieniu palnika oraz w piecu muflowym,
na przykładzie oznaczania żelaza w postaci tlenku żelaza (III).
I. Część teoretyczna
Osad koloidalny - złożony jest z cząstek o nie uporządkowanej budowie sieciowej, tworzący podczas
rozpuszczania na ogół roztwory koloidalne (galaretowate) o rozmiarach cząstek pomiędzy 1 a 200 nm. W
roztworze koloidalnym substancja rozpuszczona znajduje się w stanie rozproszenia koloidalnego.
Podstawowymi procesami związanymi z osadami koloidowymi, mającymi praktyczne znaczenie w chemii
analitycznej, są: koagulacja i peptyzacja. Zależność między tymi procesami można przedstawić
schematycznie:
Osady koloidalne wykazują zdolność do peptyzacji, czyli tworzenia roztworów koloidalnych (zoli). Zole ze względu na wielkość cząstek składników przechodzą przez pory filtrów, co jest ich ujemną cechą z
punktu widzenia analizy chemicznej. Z roztworów koloidalnych można wydzielić większe agregaty
(skupiska) cząstek zwane żelami. Żele stanowią wówczas zawiesinę o cząsteczkach większych, które
łatwiej pod wpływem sił grawitacyjnych osadzają się (sedymentują) na dnie naczynia. Proces powstawania
żelu nosi nazwę koagulacji.
Strącanie osadów koloidalnych należy prowadzić:
• ze stężonych roztworów, co zapobiega peptyzacji osadu, a następnie rozcieńczać zawiesinę, aby
zmniejszyć adsorpcję zanieczyszczeń;
• w podwyższonej temperaturze, co ułatwia koagulację;
• w obecności elektrolitów;
• sączyć zaraz po opadnięciu osadu, zawsze z gorących roztworów.
W celu usunięcia powierzchniowych zanieczyszczeń przeprowadza się przemywanie osadów