Gravimetrie 21 7. VÁŽKOVÁ ANALÝZA (GRAVIMETRIE) Vážková analýza neboli gravimetrie (z latiny gravis = těžký, z řečtiny metrein = měřit) patří k nejstarším kvantitativním analytickým technikám. Vážková analýza zahrnuje všechny analytické techniky, při nichž se z měření hmotnosti nebo jejich změn stanovuje kvantitativní složení vzorku. Metoda je technicky velice jednoduchá a mnohdy slouží jako referenční (je správná a přesná). Nejdůležitějším krokem gravimetrické analýzy je převedení stanovovaného analytu na formu vhodnou pro vážení. Po takovém převodu pomocí chemické reakce následně vzniklý velmi málo rozpustný produkt (sraženinu) zvážíme. V řadě případů je však nezbytné vyloučenou sraženinu na stechiometricky přesně definovanou formu adjustovat; k tomu se nejčastěji využívá žíhání. Po převedení analytu do roztoku a úpravě reakčních podmínek (objem, teplota, pH...) je stanovovaná látka srážena pomocí nejrůznějších činidel, přičemž je třeba dbát na vhodné podmínky, aby nedošlo ke ztrátám nebo znečistění sraženiny (srážení musí být kvantitativní). Sraženinu je nutné promýt, vysušit, případně vyžíhat - převést na definovaný produkt. Je nutné dbát na optimální vlastnosti sraženiny, nesmí vznikat koloid. Vyloučenou sraženinu zbavíme nečistot a matečného louhu sérií operací, z nichž nejběžnější je zrání, dekantace, filtrace, promývání na filtru. K filtraci lze použít papírový filtr nebo filtrační kelímek (porcelánový, skleněný). Izolovanou sraženinu převedeme na sloučeninu přesně definovanou, jednotného složení, odolnou proti vlhkosti, pokud možno s vysokou molekulovou hmotností, a to sušením nebo žíháním. Pokud má gravimetrie přinášet přesné a správné výsledky, je důležitá velká pečlivost a správná technika provedení celého postupu stanovení. Gravimetricky lze v podstatě stanovit každý prvek nebo část sloučeniny (a to i sloučeniny organické), které lze převést na chemicky definovatelnou sraženinu. Stanovení může být buď přímé, při němž se sráží a váží stanovovaný analyt, nebo nepřímé, při němž se analyt z roztoku nevylučuje, ale oddělí se od něj všechny nečistoty a zůstane pouze stanovovaná látka – popel. Schematické znázornění jednotlivých kroků při gravimetrii • Správný postup srážení • Skládání filtračního papíru pro filtraci • Vymývání zbytků sraženiny • Skládání filtračního papíru do kelímku • Správná poloha kelímku při žíhání Gravimetrie 22 Obr. 7.1. Srážení (přidávání činidla do kádinky) Obr. 7.2. Filtrace Obr.7.3. Správný postup skládání filtračního papíru Obr. 7.4. Vymývání zbytků sraženiny Obr. 7.5. Skládání filtru se sraženinou a žíhání Gravimetrie 23 ÚLOHA 7.1. STANOVENÍ ŽELEZITÉ SOLI JAKO Fe2O3 Roztok železité soli se za horka a za přítomnosti NH4Cl sráží zředěným amoniakem. Vyloučený hydroxid železitý se odfiltruje a žíháním převede na Fe2O3, který se váží. Fe3+ + 3 NH3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3 NH4 + 2 Fe(OH)3 Fe2O3 + 3 H2O Železitá sůl se nesráží jako Fe(OH)3, ale jako nestechiometrická sloučenina, jejíž složení závisí na podmínkách srážení (zvláště pH, ale i na počáteční koncentraci Fe3+ atd.). Proto nestačí pouhé vysušení sraženiny, ale je nutné ji žíháním převést na Fe2O3. V průběhu spalování na filtru se Fe3+ částečně redukuje na Fe2+ , který je nutné převést zpátky na Fe3+ (jinak dochází k negativní chybě). Toho lze dosáhnout delším žíháním za přístupu vzduchu (kyslíku). Pomůcky: exsikátor, kleště, stojan, kruh, kelímek porcelánový, kahan kádinka 400 ml, filtrační papír nálevka; lžička Chemikálie: 5% NH4OH 1% NH4NO3 NH4Cl Pracovní postup: Vzorek Fe3+ soli kvantitativně přeneste do kádinky přiměřeného objemu (400 ml). Zřeďte čištěnou vodou na objem cca 150 ml. Přidejte 1 g pevného NH4Cl a zahřejte k varu. Za stálého míchání přidávejte po kapkách 5 % roztok amoniaku ve vodě tak dlouho, až ucítíte zřetelný zápach unikajícího amoniaku. Po vyloučení hydroxidu železitého roztok se sraženinou zahřívejte (téměř k varu nebo na vodní lázni) až dojde ke sbalení sraženiny. Poté opakovaně dekantujte (cca 3x) 1% roztokem NH4NO3 (vyšší teplota a přítomnost dusičnanu amonného zabraňují přechodu sraženiny na koloidní formu). Sraženinu začněte filtrovat přes filtrační papír. Sraženinu na filtru promývejte roztokem 1% NH4NO3. Sraženina je promyta tehdy, jestliže v kapce filtrátu slabě okyseleného kyselinou dusičnou po přídavku AgNO3 nevzniká bílá sraženina (tj. neobsahuje ionty Cl- ). Gravimetrie 24 Filtrační papír se sraženinou vyjměte z nálevky, sbalte a vložte do porcelánového kelímku (který byl předtím vyžíhán do konstantní hmotnosti a zvážen. Porcelánové kelímky nechte před vážením chladnout v exsikátoru). Stanovovaný analyt i s filtračním papírem v kelímku opatrně spalte a vyžíhejte do konstantní hmotnosti. Po ukončení žíhání dejte vždy kelímek vychladnout (asi půl hodiny) do exsikátoru (pozor, špičky kleští je třeba před manipulací s kelímkem nahřát, aby kelímek nepraskl). Po vychladnutí kelímek zvažte na stejných vahách, na kterých jste vážili kelímek prázdný a vypočtěte obsah železité soli v g. Pozn. Přepočítávací gravimetrický faktor • Udává poměrné zastoupení hledaného prvku (sloučeniny) ve vážené sloučenině • Používá se pro výpočet obsahu stanovovaného prvku • Malé hodnoty gravimetrického přepočítávacího faktoru jsou vhodné pro vzorky s malým obsahem stanovovaného iontu • Velké hodnoty gravimetrického faktoru jsou vhodné pro vzorky s velkým obsahem stanovovaného iontu Přepočítávací gravimetrický faktor pro Fe 2 Fe 1 Fe2O3 M (Fe) = 55,85 g. mol-1 M (Fe2O3) = 159,70 g. mol-1 2 M (Fe) 2 . 55,85 —————— = —————— = 0,6994 M (Fe2O3) 159,70