Гравиметрический анализ (стр. 2 из 5)

Перечисленные требования к осадкам в свою очередь определяют требования к осадителям:

1. Осадитель должен образовывать с исследуемым компонентом осадок, обладающий наименьшей растворимостью.

2. Осадитель должен быть летуч, чтобы примеси его можно было удалить при прокаливании.

3. Осадитель должен быть специфичным, т. е. осаждать избирательно.

1.4 Растворимость осадков

Влияние ионной силы раствора. В аналитической практике образование и растворение осадка всегда происходит в присутствии посторонних электролитов. Так, при взаимодействии, например, растворов, содержащих стехиометрические количества BaCl₂ и Na₂SO₄, в системе наряду с образовавшимся BaSO₄ и одноименными с осадком ионами Ba²⁺ и SO₄^2– будут находиться разноименные с осадком ионы Na⁺ и Cl^–. Нахождение в растворе электролита, содержащего разноименные с осадком ионы, увеличивает ионную силу раствора I. При этом существенное влияние оказывают как концентрация ионов, находящихся в растворе, так и их заряд:

где C_i– молярная концентрация i-го иона; Z– заряд i-го иона.

Таким образом, введение в насыщенный раствор малорастворимого вещества раствора электролита, не содержащего одноименных с малорастворимым веществом ионов, вызывает увеличение растворимости малорастворимого вещества.

Влияние одноименных ионов. Введение в раствор одноименных с осадком ионов приводит к сдвигу равновесия и, соответственно, к уменьшению растворимости осадка.

Следует отметить, что в некоторых случаях при введении в раствор избыточного количества ионов, одноименных с осадком, растворимость осадка может увеличиваться вследствие образования растворимых комплексов.

Влияние pH среды. Если осадок представляет собой соль слабой кислоты, то при добавлении более сильной кислоты анионы осадка, находящиеся в растворе, будут взаимодействовать с ионами водорода с образованием слабой кислоты. При этом равновесие сдвигается вправо за счет протекания реакций и растворимость осадка увеличивается.

Влияние комплексообразующих реагентов. При введении в систему раствор – осадок соединений, образующих устойчивые комплексы с катионами малорастворимого электролита, растворимость осадка увеличивается.

Следует отметить, что на растворимость осадков помимо перечисленных выше факторов также оказывают влияние: 1) температура; 2) применяемый растворитель; 3) конкурирующие окислительно-восстановительные реакции.

Таким образом, для удовлетворения основного требования, предъявляемого к осадку в гравиметрическом анализе, – его малой растворимости – необходимо вести осаждение в присутствии одноименных ионов, при строго определенном pH среды, в отсутствие мешающих комплексообразующих реагентов, окислителей или восстановителей, необходимо контролировать температуру, при которой проводится осаждение.

1.5 Загрязнение осадков

Основной причиной загрязнения осадка является соосаждение. Соосаждением называют одновременное осаждение растворимого компонента с макрокомпонентом из одного и того же раствора путем адсорбции, окклюзии, образования смешанных кристаллов или механического захвата частиц других фаз. Осадки при этом загрязнены веществами, произведение растворимости для которых не достигается.

Адсорбция – увеличение поверхностной концентрации растворенных веществ на границе раздела фаз. В соответствии с правилом адсорбции на поверхности осадка в первую очередь адсорбируются ионы, входящие в состав кристаллической решетки осадка и находящиеся в избытке. Под действием заряда к поверхности осадка притягиваются противоионы, которые удерживаются слабее первично адсорбированных ионов.

Адсорбируемость ионов на поверхности осадка зависит также от концентрации ионов, находящихся в растворе, от заряда ионов и от их размера. Количество адсорбированных на поверхности осадка ионов тем больше, чем больше его поверхность, поэтому к адсорбции более склонны осадки с развитой поверхностью, т. е. аморфные. Для предотвращения явления адсорбции осаждение как аморфных, так и кристаллических осадков проводят в условиях, позволяющих получить осадки с наименьшей поверхностью; повышение температуры также способствует уменьшению адсорбции, так как адсорбция – экзотермический процесс. Количество адсорбированных примесей можно уменьшить при промывании осадков на фильтре водой или промывной жидкостью, а также в случае кристаллических осадков в процессе их старения.

Окклюзия – процесс включения посторонних веществ внутрь осадков в ходе их образования. Окклюзия характерна для кристаллических осадков и наблюдается при быстром росте кристаллов, когда часть противоионов, адсорбированных на поверхности растущего кристалла, остается внутри его. Окклюдированные примеси не удаляются промыванием, но окклюзию можно уменьшить путем переосаждения осадка, а также в процессе его старения. Степень окклюзии в процессе осаждения можно уменьшить медленным добавлением осадителя по каплям, при перемешивании.

Смешанные кристаллы – кристаллы, содержащие второй компонент, внедряющийся в решетку основного кристалла и распределенный в этой решетке. Механический захват – процесс случайного включения относительно малых количеств других фаз внутрь осадка в ходе его образования. Механический захват обусловлен несовершенством кристаллической решетки осадка, наличием в ней пустот и трещин при быстром росте кристаллов. Для уменьшения механического захвата необходимо осаждать кристаллические осадки из разбавленных растворов, добавляя осадитель медленно по каплям, при перемешивании. Переосаждение, а также старение кристаллических осадков тоже способствует устранению механического захвата примесей.

Причиной загрязнения осадков может служить также последующее осаждение, в ходе которого на поверхности ранее выделенного осадка осаждается химически отличающаяся от него форма соединения, содержащего ион, одноименный с осадком.

1.6 Получение осаждаемой формы

Условия образования кристаллических осадков

Условия осаждения	Достигаемый эффект
1. Осаждение ведут из достаточно разбавленного исследуемого раствора разбавленным раствором осадителя.	1. Выпадение осадка замедляется, что способствует образованию крупных кристаллов, уменьшается осаждение.
2. Раствор осадителя прибавляют медленно, по каплям, при постоянном помешивании стеклянной палочкой.	2. Капли раствора осадителя разбавляются большим объемом анализируемого раствора, вследствие чего предотвращаются местные пересыщения, осадок увлекает меньше примесей осадителя.
3. Осаждение ведут из подогретого исследуемого раствора горячим раствором осадителя.	3. Повышение температуры в процессе осаждения ускоряет формирование кристаллической решетки и тормозит образование зародышевых центров кристаллизации.
4. Прибавлять при осаждении вещества, которые повышают растворимость осадка.	4. Повышается растворимость образующегося соединения, меньше образуется первичных кристаллов и тем крупнее они будут.
5. Отфильтровать осадок после охлаждения раствора.	5. Снижается растворимость; имеет место более полное осаждение.
6. После прибавления осадителя оставить осадок на несколько часов.	6. Происходит созревание осадка – растворение мелких кристаллов и рост крупных. При этом удаляются первоначально включенные в осадок примеси. Устраняются дефекты кристаллической решетки.

В таблицах приведены условия осаждения кристаллических и аморфных осадков, применяемых в гравиметрическом анализе. Осадки, получаемые в этих условиях, удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к ним.

Условия образования аморфных осадков

Условия осаждения	Достигаемый эффект
1. Осаждение ведут в присутствии электролита – коагулятора.	1. Добавление в раствор электролита приводит к коагуляции осаждаемого вещества вследствие адсорбции ионов электролита на поверхности частиц.
2. Осаждение ведут из нагретого анализируемого раствора нагретым раствором осадителя.	2. Повышение температуры способствует разрушению гидратных оболочек коллоидных частиц и десорбции ионов, придающих одноименный заряд коллоидным частицам.
3. Осаждение ведут из достаточно концентрированного исследуемого раствора концентрированным раствором осадителя.	3. Из-за небольшого объема раствора получается не слишком объемистый осадой; уменьшается адсорбция осадком примесей из раствора; разрушаются гидратные оболочки коллоидных частиц.

1.7 Фильтрование и промывание осадка

Выбор приспособлений для фильтрования зависит от природы осадка и от температуры, при которой осадок переводят в гравиметрическую форму. Во всех случаях фильтрования осадка сопутствует его промывание. Промывание необходимо для удаления ионов, которые не улетучиваются при переводе осадка в гравиметрическую форму.

При промывании аморфных осадков дистиллированной водой происходит их пептизация, т. е. переход в коллоидное состояние, коллоидные частицы проходят через поры фильтра в промывные воды, отфильтровать осадок не удается. Поэтому промывная жидкость для аморфных осадков должна содержать электролиты-коагуляторы, препятствующие пептизации, такие как разбавленные растворы летучих кислот (HNO₃), растворы солей аммония (NH₄Cl, NH₄NO₃ и др.). Кроме того, адсорбированные на поверхности осадка и загрязняющие его ионы при промывании осадка указанными промывными жидкостями замещаются ионами, способными улетучиваться при прокаливании.