Гравиметриялық анализ


МОР ТҰЗЫНДАҒЫ ТЕМІРДІҢ  МАССАЛЫҚ ҮЛЕСІН АНЫҚТАУ

1 Тұнбаға түсетін және өлшенетін формалар.

 2 Аморфты және кристалды тұнбалар.

 1 Тұнбаға түсетін және өлшенетін формалар

         Гравиметриялық анализ анықталатын заттың массасын дәл анықтауға негізделген. Анықталатын зат бос күйінде болуы не құрамы тұрақты қосылыс

күйінде болуы мүмкін.

         Гравиметриялық әдіс анықталатын затты ұшатын қосылысқа айналдырып ұшыру әдісімен не анықталатын затты тұнбаға түсіріп, тұнбаға түсіру әдісімен анықтайды. Мысалы, SiO2  анықтау үшін оны жақсы ұшатын қосылыс SiF4  -ке айналдырады:

SiO2  + 4НF  Û SiF4 ­+2Н2О;            СаСО3 ® СО2­ +СаО

 m анықталатын зат  = m алынған зат – m қалған зат

          Гравиметриялық анализде көбінесе тұнбаға түсіру арқылы затты анықтайды.

         Гравиметриялық әдісте ерітіндідегі анықталатын заттың тұнбаға түсетін формасы және гравиметриялық (өлшенетін) формасы болады.

      Мысалы, барий және темірді анықтау үшін ВaSO4 және Fe(OH)3 тұнбаларын алу керек, бірақ бұл заттардың тұнбаларын қатты қыздырған кезде ВaSO4 құрамын өзгертпейді, ал

                                                  2Fe(OH)3 ® Fe2 O3 + 3 Н2О айналады.

               Сондықтан, тұнбаға түсетін формалары ВaSO4 және Fe(OH)3, ал гравиметриялық формалары  ВaSO4 және Fe2O3 .

         Анализ дұрыс болу үшін тұнбаға түсетін формасы мен гравиметриялық формаға белгілі талаптар қойылады.

      Тұнбаға түсетін форма:

1. Аз еритін зат болу керек, яғни ерітіндідегі анықталатын зат толық тұнбаға түсуі керек;

2. Алынған тұнба таза болуы керек және тез фильтрленуі керек;

3. Тұнбаға түскен формасы өлшенетін формаға тез айналуы керек.

      Өлшенетін форма:

1.                Алынған зат оның химиялық формуласына тура сәйкес келуі керек.

2.                Алынған зат тұрақты болуы керек. Мысалы, СаО ауада қалдырып қойса, ол бойына СО2 және Н2О тартады, сондықтан массасы өзгереді.

3.                Өлшенетін форманың құрамында анықталатын зат мөлшері аз болған жақсы. Мысалы, хромды анықтау үшін Сr2O3 не  BaCrO4 қосылыстарын алуға болады.

 

       152 мг Сr2O3 –де  104 мг Сr   бар.

        253,3 мг BaCrO4 –де 52 мг Сr бар. Егер осы қосылыстардың 1мг жоғалтып алсақ, онда

152 мг ----- 104 мг

1 мг  -----   х                   х=0,7мг Сr

253,3 мг  ----- 52 мг

1 мг ----- х                      х=0,2мг Сr жоғалады, сондықтан хромды  BaCrO4 түрінде тұнбаға түсірген дұрыс.

Тұнбаға қойылған бұл талаптардың орындалуы анықталатын затты тұнбаға түсіретін ерітіндіге байланысты. Бұл ерітіндіге мынадай талаптар қойылады:

1.                Тез ұшатын зат болғаны жақсы. Мысалы Fe3+ тұнбаға түсіруге NH4OH  қолданылады, себебі NH3 тез ұшып кетеді. NaOH  не  KOH арқылы тұнбаға түсіруге болмайды. Ag+ тұнбаға HCl-дың көмегімен түсіру керек,  NaCl не KCl ерітінділерін қолданбайды. Бірақ бұл талап әр уақытта орындала бермейді, себебі Cu2+-ионын  NH4OH ерітіндісі арқылы тұнбаға түсіруге болмайды. Cu2+ + NH4OH® Cu(ОН)2¯ + NH4OH®[Cu(NH3)4]2+ сондықтан Cu2+  KOH не NaOH ерітінділерімен тұнбаға түсіреді.

2.                Концентрациясына (мөлшеріне) байланысты  - ерітіндідегі анықталатын зат толық тұнбаға түсуі үшін тұнба аз еритін зат болу керек.

3.                Тұнбалардың ерігіштігін ерігіштік көбейтіндісімен (ЕК).

         Сонымен тұнбаға анықталатын зат толық түсу үшін, оның

1)                ЕК>10-8 болуы керек және [An+] a[Bn-]b> ЕКAaBb   

2)                Тұнбаға түсіретін ерітінді артық мөлшерде алынуы керек.

Суда мүлде ерімейтін зат болмайды. Егер ерітіндіде  анықталатын заттың 0,0002 г ғана қалса, практика жүзінде анықталған зат тұнбаға толық түсті деуге болады.

3)                ЕК мәні температураға байланысты. Кей тұнбалардың жоғарғы температурада ерігіштігі артады, бірақ көп нашар еритін заттар үшін ЕК  температураға байланысты емес.

4)                Тұнбаға түсіретін ерітіндінің мөлшері тым көп болса, тұнба комплекс қосылыс түзіп, ерігіштігін арттырады, сондықтан практикада тұнбаға түсіретін ерітіндінің мөлшері реакция теңдеуі бойынша есептелген көлемнен 1,5 есе көп болу керек.

Hg(NO3)2 + 2KJ ® HgJ2 ¯ + 2KNO3    KJ ерітіндісінің артық мөлшері тұнбаны K2[HgJ4] комплекс қосылысына айналдырады да, тұнба ериді. Сонымен гравиметриялық әдістің  кестесі былай болады: анализге түсетін заттың белгілі мөлшерін алу ®оны еріту®анықталатын затты тұнбаға түсіру ®тұнбаны фильтрлеу® тұнбаны жуу® тұнбаны кептіру®тұнбаны аналитикалық таразыда өлшеу®анықталатын заттың мөлшерін табу. Осы кестедегі операциялардың ең маңыздысы анықталатын затты дұрыс тұнбаға түсіру. Тұнбаның формасы, структурасы, оның тазалығы тұнбаға түсіретін ерітіндіні дұрыс таңдалғанына және тұнбаның тұнбаға түсу жағдайына байланысты.

Тұнба тез жуылуы және тез фильтрленуі, яғни ерітіндіден тұнба тез бөлініп алынуы керек.

         2 Аморфты және кристалды тұнбалар

         Тұнбаға түсіру жағдайына байланысты кристалды және аморфты тұнбалар болады.

Тұнба пайда болуының бірінші сатысында алғашқы кристалдар пайда

болады. Ерітінділерді араластырғанда алғашқы кристалдардың, яғни көзге көрінетін тұнбаның пайда болуы секундтың үлесінен, мысалы AgCl-дың пайда болуы, минуттарға созылуы мүмкін, мысалы ВаSO4 үшін.

Егер тұнбаға түсіретін ерітіндінің келесі порциясын құйғанда тағы да ұсақ кристалдар түзілсе, онда аморфты тұнба пайда болады, ал егер алғашқы кристалдар ерітіндіде иондармен кездесіп, өсіп, кесек кристалдар пайда болса, онда кристалды тұнбалар пайда болады.

      Тұнбалардың формасы, яғни аморфты не кристалды болуы заттардың қасиетіне және тұнбаның түсу жағдайына байланысты.

      Тұнба кесек кристалды болуы керек, мұндай тұнбалар ыдыстың түбіне тез шөгеді, ерітіндідегі басқа заттарды өзімен бірге ала кетпейді, фильтр қағаздың тесігін жауып қалмайды, яғни тез фильтрленеді.

Кесек кристалды тұнба алу үшін:

1.                Анықталатын зат бар ерітіндіні сұйылту керек.

2.                Тұнбаға түсіретін ерітіндіні тамшылатып құйып, ерітіндіні араластырып отыру керек (ол кезде ұсақ кристалдар түзіліп кетпейді).

3.                Тұнбаны ыстық ерітіндіде түсіру керек, себебі алғашқы кристалдар тез ериді.

4.                Ерітінді толық суыған соң ғана тұнбаны бөліп алу керек.

5.                Затты тұнбаға түсірген кезде, тұнбаның ерігіштігін арттыратын зат құю керек, мысалы, ВаSO4 –ді тұнбаға түсіргенде оның ерігіштігін арттыратын HCl құяды, бұл кезде НSO4 - -пайда болып, ВаSO4-тің ерігіштігі артады, яғни ұсақ алғашқы кристалдар көп түсіп кетпес үшін, бірақ тұнба түсіру операциясының аяғында ВаSO4-тің ерігіштігін қайта төмендету үшін, тұнбаға түсіретін ерітіндінің артық мөлшерін құяды.

6.                Бұл талаптарды орындаса да, ерітіндіде аздаған ұсақ кристалдар болуы мүмкін, олар фильтр қағазының тесігінен өтіп кетіп, анықталатын заттың мөлшерін азайтады, сондықтан тұнбаға түсіретін ерітіндіні толық құйып болған соң, тұнбаны бір-екі сағатқа қалдырады.

Тұнбаға түсірудің барлық жағдайы қадағаланса да, тұнба кейде таза болмауы мүмкін. Тұнбаның таза болмауы көбінесе адсорбция, окклюзия және изоморфизм деген процестерге байланысты болады.

Адсорбция – қатты заттардың сыртқы бетіменен газ, бу және еріген заттарды сіңіре алу қабілеті.

Адсорбция кезінде тұнбаны кірлететін зат қатты тұнбаның бетіне сіңіріледі. Мысалы, егер ерітіндіде BaCl2  және FeCl3 тұздары болса, ерітіндіге H2SO4 құйғанда BaSO4¯ тұзы тұнбаға түседі, ал Fe2(SO4)3  тұнбаға түспеу керек, себебі ол суда жақсы еритін тұз. Бірақ BаSO4 тұнбасының бетіне  Fe2(SO4)3  адсорбцияланады, яғни сіңіріледі. Сондықтан тұнба таза болмайды.

Окклюзия кезінде тұнбаны кірлететін зат тұнбаның бетінде емес, оның іш жағына кіреді, яғни тұнбаның кристалдары өскен кезде кристалл торының ішінде болады.

Изоморфизм – кристалдық формалардың бір типті болуы. Ерітіндідегі

элементтердің радиустары жақын болса, онда аралас кристалдар түзіледі, мысалы, егер ерітіндіде Ra2+ және Ba2+ иондары болса, олардың радиустары жақын болғандықтан Ra2+ иондары өте аз болса да, яғни  [Ra2+][ SO42-]<ЕК RaSO4 олар аралас кристалл түзіп, бірге тұнбаға түседі. Ra2+ иондары СаSO4 –пен бірге тұнбаға түспейді. Аr(Ba)=137, Аr(Ra)=226.

Тұнбаны мұндай кірлететін иондардан тазалау үшін, оны қайта ерітіп, қайта тұнбаға түсіреді, не жоғарыда айтылған талаптарды сақтайды.

 Өзін өзі тексеру сұрақтары:

1.                Тұнбаға түсетін форма деген не және өлшенетін форма деген не?  Оларға қойылатын талаптар.

2.                Тұнбаға түсіретін ерітінділерді қалай таңдайды?

3.                Адсорбция, окклюзия, изоморфизм процестері нені көрсетеді және анализге олардың әсері.

4.                Тұнбаны фильтрлеу қалай жүргізіледі? 

      Гравиметриялық анализ әдісінің орындалу техникасы

 1 Тұнбаға түсіру

2 Гравиметрия әдісіндегі есептеулер

 

Тұнбаға түсіру

         Тұнбаны жуатын ерітінді, фильтр қағаз, стақан, воронка, таяқшалар, тигель. Анализге түсетін заттың мөлшері өте көп болмауы керек, себебі тұнба мөлшері көп болады да, оны жөндеп жуу қиындап кетеді, ал егер анализге түсетін затты  аз алса, тұнба да өте аз болады, сондықтан өлшеген кезде қате кетсе, не тұнбаның аз мөлшерін жоғалтып алсақ, онда ақырғы нәтижеде өте көп қате болады. Сондықтан кристалды тұнба 0,5 г, ал аморфты тұнба 0,1-0,3г болатындай етіп анализге түсетін затты есептеп алу керек. Анализге түсетін заттың мөлшерін бірінші техникалық таразыда өлшеп, сосын аналитикалық таразыда өлшейді.

         Анализге түсетін затты не суда, не қышқылда, не сілтілерде ерітеді. Егер бұл еріткіштерде ерімесе, онда балқымаға айналдырып, ерітеді. Анализге түсетін заттың қайда еритіндігін алдын ала сапалық реакция көмегімен анықтап алады. Еріткішті таңдау анализденетін заттардың қасиеттеріне де байланысты. Мысалы, егер қорғасынды анықтау керек болса, анализге түсетін затты азот қышқылында ғана еріту керек, себебі PbCl2 және  PbSO4  суда ерімейтін заттар, сондықтан тұз қышқылында не күкірт қышқылында ерітуге болмайды.

Анализге түсетін затты еріткен кезде газдар бөлінуі мүмкін, ол газдар ұшқанда анықталатын заттар да бірге ұшуы мүмкін, сондықтан әр уақытта ыдыстың бетін жауып қою керек.

Анализге түсетін затты ерітіндіге айналдырған соң, оны сұйылтып, қайта қыздырып (»80-900С-қа дейін) тұнбаға түсіретін ерітіндіні ақырындап, стақанның қыры арқылы тамшылатып, пипеткамен құяды. Тамшы стақанның ортасына тамбауы керек, себебі стақанның ішіндегі ерітінді шашырап кетуі мүмкін. Тұнбаны түсірген кезде ерітіндіні әр уақытта араластырып отыру керек, бірақ таяқшаның ұшы стақанның түбіне не оның қабырғасына тиіп кетпеуі керек, онда стақанды сындырып алуы мүмкін. Тұнбаға түсіретін ерітіндінің есептелген көлемі құйылған соң, тағы да бір-екі тамшы құйып, анықталатын заттың тұнбаға толық түскендігін тексеру керек. Тұнба кристалды болса, оны бір-екі сағатқа қалдырады, сосын фильтрлейді, ал аморфты болса, бірден фильтрлеу керек.

Фильтрлеуге күлсіз фильтрлер қолданылады, олардың тығыздықтары әр түрлі болады. Олардың тығыздығын сыртындағы жолақ қағаз арқылы анықтайды. Орта тығыздықты – ақ лента, қатты тығыздықты – көк лента. Фильтр воронканың қырынан 5-15мм төмен тұруы керек. Фильтрлеген кезде, алғашында тұнбаның үстіндегі сұйығын өткізеді, сосын ғана тұнбаны фильтрлейді, себебі фильтр тесігі бірден бітеліп қалса, фильтрлеу ұзаққа созылып кетеді. Фильтрге құйылған сұйық оның шетінен 5мм – дей төмен болуы керек. Фильтрлеген кезде шыны таяқшаны пайдалану керек.

Тұнбаны жақсылап жуу керек, себебі тұнба басқа заттармен кірленуі мүмкін.

Жууға көбінесе суға тұнбаға түсірген ерітінді құйып жасаған ерітіндіні пайдаланады, себебі суда тұнбаның ерігіштігі артуы мүмкін.

Мысалы:1) 0,1г СаС2О4-тің тұнбасын жууға 200 мл су қолданса, қанша тұнба жоғалатынын есептейік.

[Са 2+][ С2О4 2-] = ЕК= 2,3×10-9 ;     [Са 2+] = [ С2О4 2-] = х

Х2 =2,3×10-9 ; Х =Ö2,3×10-9 =4,8×10-5 М, яғни біз ерігіштікті таптық, ал 200 мл =0,2л суда      4,8×10-5 ×128×0,2=0,0012 г ;  128г ол СаС2О4 молекулалық массасы

0,1 г ----- 100%

0,0012 г --- х ;   х=1,2%

2) ал егер тұнбаны 0,01М (NH4)2C2O4  ерітіндісімен жуса,

[Са 2+]=х; [ С2О4 2-] = х+0,01  х£0,01, олай болса,   0,01х =2,3×10-9;

 х =2,3×10-7 М, не граммға айналдырсақ,

2,3×10-7×0,2×128 =0,0000058 г=5,8×10-6 г

0,1 ---- 100%

5,8×10-6 ---- х     х = 5,8×10-3%

Тұнбаны фильтрлеу және жууды бірге жасау керек, себебі тұнбаны фильтрлеген соң қалдырып қойса, ол қатып қалады да, жууға келмейді.

         Тұнбаны фильтрлеп болған соң, воронканың бетіне қағаз жауып, тұнбаны кептіруге қалдыру керек, не кептіретін шкафқа 20-30 минутқа 90-1000 С–қа қою керек. Тұнба әбден кепкен соң оны платина не фарфор тигельге салып, муфель пешінде қақтайды. Тигельдің салмағы тұрақты болу керек. Яғни оны алдын ала муфель пешінде тұрақты салмаққа келтіріп алады. Тигельдегі тұнба салмағы тұрақты болған соң, оны эксикаторға қойып, суытады. Суыған тигельді аналитикалық таразыда өлшейді.

         Гравиметрия әдісіндегі есептеулер

         Гравиметриялық анализ кезінде аналитикалық таразыда анықталатын элементті не қосылысты өлшемейді, оған эквивалент-гравиметриялық форманы өлшейді. Мысалы, барийді не күкіртті табу үшін BaSO4-тің салмағын өлшейді. Барий мен күкіртті табу үшін пропорция құрады Mr BaSO4 –яғни М өлшенетін зат;     Аr S, не Аr Ba – яғни А анықталатын зат    

Mr BaSO4   ---- Аr S  не (Аr Ba)

а  ----------   х         

а – гравиметриялық форманың салмағы

х×Аr анықталатын затr өлшенетін зат  ;

 х×Мr анықталатын затr өлшенетін зат  ;

Мr анықталатын затr өлшенетін зат  = F-аналитикалық өлшегіш, аналитикалық фактор.

F – кестеден ( таблицалардан) алады не есептеуге болады.

 

Өзін өзі тексеру сұрақтары:

1.Аморфты тұнба және кристалды тұнбалардың өлшенетін массасы қанша болу керек? Неге?

2.Тұнбаға түсіретін ерітінділерді қалай таңдайды?

3.Күлсіз фильтрлер деген не?

4.Тұнбаны жуатын ерітінділер қалай дайындалады?

5.Тұнбаны фильтрлеу қалай жүргізіледі? 

 

       Гравиметриялық анализ сандық анализдің ең ескі әдістерінің бірі, ол массалар сақталу және құрам тұрақтылық заңдарына негізделген. Бұл әдіс қиын және ұзақ болғанымен ең дәл әдістерге жатады (салыстырмалы қатесі 0,1-0,2%), бірақ бірден көп сынаманың анализі жүрсе, бір анализге кететін уақыт аз болады. Өте дәл әдіс болғандықтан, нәтижелерді салыстыру үшін кеңінен пайдаланады. Бұл әдіс ұшқыш заттар, әртүрлі қосылыстар мен дәрі-дәрмектік шикізаттардың ылғалдылығын және күлдігін, тағам құрамын, кендер құрамын анықтау үшін кеңінен пайдаланылады.

         Жұмыстың мақсаты:  анализге қажет  аспаптармен, жұмыс ережелерімен                                                танысу. Анализге сынама алу, оны еріту, бос тигельдерді  тұрақты массаға келтіру.

Негізгі міндеттер:

- гравиметриялық анализге ыдыс дайындау;

-анализге қажетті заттың нақты мөлшерін есептеу,  аналитикалық таразыда өлшеу;

- түрлі аспаптармен жұмыс істеп үйрену (таразылар, электроплитка, муфель пеші, кептіргіш пеші, эксикатор).

 

ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ

1.   Зерттеуге қажет Мор тұзының нақты мөлшерін есептеу. Гравиметриялық формасының массасы 0,1-0,3г жуық болуы тиіс, себебі тұнба аморфты сынаманы алдын-ала техникалық таразыда өлшеп алу қажет. Содан соң бос бюксты өлшеп, оның массасын аналитикалық таразыда дәл өлшеп, сынаманы салып тағы өлшеу қажет.

2.   mб – бюкстің массасы, г

m – бюкс пен сынаманың жалпы массасы,г

сонда mА –сынаманың массасы:    mА= m - mб

3.   Жуғыш арқылы дистильденген сумен сынаманы стаканға аударады, стакандағы ерітіндінің көлемі 30-40 мл аспауы тиіс.

4.   Ерітіндідегі темірді(II) темірге(III) дейін азот қышқылымен жоғары температурада  тотықтыру қажет. Ерітіндіні суытып, көлемін дистильденген сумен 100-150 мл дейін келтіріп, стаканның бетін жауып, келесі сабаққа дейін қалдыру қажет.

5.   Бос тигельдің массасын тұрақты шамаға дейін келтіру керек (Неге?). Алдын ала бос тигельді техникалық таразыда өлшеп, 15-20 минут муфель пешінде (t=800-9000С) қақтап, кезекші эксикаторда суытып, содан соң топ эксикаторына қояды. Суығаннан соң аналитикалық таразыда өлшеу қажет. Бұл операцияны бірнеше рет қайталайды, соңғы екі өлшем айырымы ±0,0002г тең болғанша. Барлық өлшемдер зертханалық дәптерге жазылып отырады.

      Бұл әдіспен темірді темір(III) оксиді күйінде анықтайды: Fe2O3. Мор тұзында темір(II)күйінде болады, сондықтан оны пероксидпен немесе азот қышқылымен тотықтырады да, аммиак ерітіндісімен тұнбаға түсіреді.

 

6(NH4)2Fe(SO4)2×6H2O + 8HNO3 = 3Fe2(SO4)3 + 3(NH4)2SO4 + 2NO +6NH4NO3 + + 10H2O

 

Темір (II) толық тотықпаған болса, аммиак ерітіндісімен әсер еткенде қара түсті тұнба түзіледі, оның құрамы Fe(ОН)2 × Fe(ОН)3 болады, бұл өте тұрақты қосылыс, қыздырғанда толық ыдырамайды. Қара түсті тұнба түзілген жағдайда оны азот қышқылында жоғары температурада қайтадан ерітеді де, темір(III) қайта тұнбаға түсіріледі, ол үшін концентрлі NH4OH ерітіндісін тамшылатып қосады, ерітіндіні үнемі араластырып отырады. Бұл жағдайда мына  реакция жүреді:

 

Fe2(SO4)3 + 6NH4OH = 2Fe(ОН)3 + 3(NH4)2SO4

 

Түзілген тұнбаны қыздырып, оксидке айналдырады:

 

2Fe(ОН)3 = Fe2О3 + 3H2O

6. Мор тұзы сынамасын аналитикалық таразыда бюксте өлшейді. Дистильденген сумен сынаманы стаканға аударады да 30-40 мл суда ерітеді. 30-40 тамшы азот қышқылын (концентрлі) қосып,  ерітінді сарғайғанша қыздырады (темір(II) толық тотыққанша).  Содан соң ерітінді көлемін 150 мл дейін сұйылтады.

Ерітіндіні қайнағанша қыздырады (бірақ қайнатпайды), осы ерітіндіге тамшылатып, үнемі араластырып, ерітіндіден аммиак иісі шыққанша, концентрлі NH4OH ерітіндісін қосады. Түзілген қызыл-қоныр тұнбаны стаканда аз уақытқа қалдырады.

Алдын ала күлсіз фильтрді  воронкаға орналастырады (фильтр қызыл немесе қара жолақты болуы керек), (Неге?). Дистильденген сумен фильтрді сулау қажет. Тұнба бетіндегі ерітіндіні (тұнбасыз) ақырындап сүзгіш қағазға құйып, тұнбаны декантациялайды, бұл процесті бірнеше рет қайталайды,  бірнеше рет ыстық сумен жуады. Тұнбаны SO42- иондарынан жуады. Ерітіндідегі SO42- - иондарын BaCl2 ерітіндісімен тексереді. Ол үшін воронадан аққан ерітіндіден 2-3 тамшыны пробиркаға алып, барий хлоридін тамызады.  Сүзгіш қағаздағы тұнбаны кептіргіш пеште кептіріп, даярланған фарфор тигеліне салып қақтайды, содан соң муфель пешінде 800-9000С температурада  50-60 минут қыздырады. Эксикаторда суытқаннан соң аналитикалық таразыда өлшейді. Муфель пешінде тағы 10-15 минуттан  қыздырады, массасы тұрақты болғанша. Жалпы массадан тигельдің массасын алып тастап, гравиметриялық форманың массасын  анықтайды:

 

2(NH4)2Fe(SO4)2 × 6H2O ---------------------- Fe2О3

2∙392,1    ---------------------------------------- 160

  х         ------------------------------------------ 0,2

  х = 2×392,1×0,2/160 = 1,0000 г.

 

Тұнбаға түсіруші реагенттің мөлшерін есептеу:

NH4OH  -------25%,  0,908г/мл

Fe2(SO4)3 + 6NH4OH = 2Fe(ОН)3 + 3(NH4)2SO4

2(NH4)2Fe(SO4)2 × 6H2O ------------------- 6 NH4OH

2×392,1  ------------------------------------- 6×35

1 г ------------------------------------------- х

х = 1×6×35/2×392,1 = 0,26 г.

 

100 г   ---------25 г

х ------------- 0,26 г                           х = 100×0,26/25 = 1,04 г

 

V = m/ρ = 1,04/0,908=1,11мл

1,11×1,5 = 1,66 мл – тұнбаға түсіретін ерітінді есептелген мөлшерден 1,5 есе артық болуы қажет, 25% аммиак ерітіндісінің тығыздығы 0,908г/мл.

 


Анализ нәтижелерін есептеу:

 

1.Зерттеу нәтижесінде алынған өлшемдерді пайдаланып, Мор тұзының құрамындағы  темірдің  массалық үлесін анықтауға болады:

                     2Fe  ------------ Fe2О3

                     mА  -------------------- mТ

 

mА  - анықталатын компоненттің массасы;

mТ  - гравиметриялық форманың массасы ;

mА  = 2Fe/Fe2О3

mА   - гравиметриялық формадағы анықталатын темірдің массасы, г

Сынаманың құрамындағы темірдің массалық үлесі, %:

аг  ------------     mA(Fe)

100 % ------ х                   х= mA×100%

Немесе Fe,% = 2Fe× mТ /Fe2О3 × а ×100 %

2Fe/Fe2О3 = F  - гравиметриялық фактор немесе аналитикалық фактор.

2. Егер анализдеу үшін таза Мор тұзы алынса, онда оның құрамындағы теориялық темірдің үлесін анықтауға болады:

(NH4)2Fe(SO4)2 × 6H2O ------------------- Fe

100    -----------------------------------------  х

х = МFe × 100/М(NH4)2Fe(SO4)2 × 6H2O   = Fe,% теориялық шығымы.

3. Анализдеу нәтижесінде табылған шаманы теориялық шамамен салыстырып, абсолюттік және салыстырмалы қатені табуға болады:

Абс.қате = пр. – теор.       Салыстр.қате = Абс.қате/ теор. ×100 %

 

КАЛЬЦИЙ КАРБОНАТЫНДАҒЫ КАЛЬЦИЙ МӨЛШЕРІН АНЫҚТАУ

 

         ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ

 

1.      Кальций карбонатын (0,5г) алдымен техникалық сосын аналитикалық таразыда өлшеңдер – М2, көлемі 300-350мл болатын стаканға салып, 10-15 см3 су құйыңдар. Ақырындап 3-5см3 концентрлі тұз қышқылын құйыңдар.

2.      Кальций карбонатын толық ерігенге дейін стаканды ақырындап шайқап отырыңдар. Егер кальций карбонаты толық ерімей жатса, аздап қыздырыңдар.

3.      Осы ерітіндіге 100см3 дейін су құйып қайнағанға дейін қыздырып, оған тез 30-40см3 ыстық қымыздық қышқылы ерітіндісін не аммоний оксалатын құйыңдар (1г қышқыл не тұз 30-40см3 суда ерітіп, қымыздық қышқылын не аммоний оксалатын дайындап алу керек).

4.      Ерітіндіге 2-3 тамшы метилоранж құйыңдар. Ерітінді қызыл түске боялуы керек. Ерітіндіні шайқап отырып, ақырындап (тамшылатып) аммоний гидроксидін (1:5) ерітінді сары түске боялғанша құйыңдар. Сонда ерітінді ортасы рН 4-4,5 болады. Бұл тұнба түсіру процесі 10 минуттан аспауы керек.

5.      Ерітіндіні тұнбамен тыныштықта 1,5-2 сағаттай қалдыру керек.

6.      1,5-2 сағаттан соң (ерітінді суыған соң және мөлдір болғанда) тұнбаны бөліп алу керек, ол үшін тығыз фильтр қағазын қолдану керек. Тұнбаны ерітіндіден толық бөліп алу үшін фильтрлеу әдісін оқулықтардан жақсылап оқыңдар.

7.      Фильтрдегі тұнбаны 1% - аммоний оксалаты ерітіндісімен хлор-ионы толық біткенге дейін жуыңдар. Хлор-ионының бар-жоғын былай тексереді:

8.      Воронкадан аққан ерітіндіні пробиркаға жинап (~2см3) 0,5см3 азот қышқылын құйып, оған азот қышқыл күміс  ерітіндісін тамызыңдар. Егер тұнба (AgCl) түзілмесе, онда кальций оксалатының тұнбасы толық жуылды деген қорытынды жасалады.

9.      Фильтрдегі тұнбадан сұйық ерітінді толық ағып біткен соң оны воронкадан ақырындап алып, алдын ала тұрақты салмаққа келтіріліп өлшеп қойған фарфор тигельге салады. Фарфор тигельді бір - екі рет 9000С температурада қыздырып, тұрақты салмаққа келтіріп алу керек. Тигельді плиткаға қойып, тұнбаны ақырындап фильтр қағазымен бірге кептіреді. Егер тұнбаны бірден ыстық муфель пешіне қойса, аммоний оксалаты ыдырап, газ шығады. Бұл газбен бірге тұнбаны жоғалтып алу мүмкіндігі туады. Тигельді муфель пешінің алдыңғы жағына қойып, фильтрді жағады. Фильтр толық жанып біткен соң 9000С муфель пешінде тигельді 20-25 минутқа қалдырыңдар.

10. Кальций оксидін эксикаторға қойып, суытыңдар. Эксикаторға қоймаса, кальций оксиді ауадан су мен көмір қышқыл газын өзіне тартып алып, салмағын өзгертеді. Тигель толық суыған соң аналитикалық таразыда тез өлшеп, кальций оксидінің салмағын (М1) табыңдар.

11. Кальций мөлшерін былай анықтаңдар:

 

СаО ----- Са   40/56  = 0,7143;  %Са = 0,7143×М12 × 100

56-------- 40

12. Оқытушуға жұмыстың нәтижесін өткізіңдер.

 

Сульфат-иондарын (күкіртті) анықтау

 

Жұмыстың мақсаты: Кристалдық тұнба  тұндыру әдісі бойынша сапалық анализді үйрену

Әдістің барысы: Аз еритін кристаллды тұнба түзілуі

                              BaSO4 (ЕК = 1,1∙10-10) реакция бойынша:

                                       Ba+2 + SO4-2 = BaSO4

                              BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl

                          Ba(NO3)2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaNO3

Құрал-жабдықтар: муфель пеші, аналитикалық таразы, фарфор тигель, эксикатор, 150-250мл-лік стакан, воронка, бюретка, барий хлориді                                 BaCl2 0,2М ерітінді; хлорсутекті қышқыл HCl 2М ерітінді;                                 фильтр “көк лента”.

Анықтау тәсілі: Алдын-ала тигельді қыздырады және “тұрақты массаға” дейін жеткізеді. Ол үшін тигельді бірінші технохимиялық, сосын аналитикалық таразыда 0,0001г дәлдікпен өлшейді және оны 8000С температурада 30мин муфель пешіне салады. Сосын тигельді қысқышпен пештен алып, эксикаторға 20-30мин суытуға қояды (эксикатор қақпағын 10-15с кейін жабу керек), суығаннан кейін аналитикалық таразыда өлшейді. Қыздыруды, суытуды, өлшеуді, тигельдің “тұрақты массасы” шыққанға дейін қайталайды. Оқытушыдан бақылау жұмысын алады,150мл  стаканды сумен шаяды, студент тегімен этикетка жабыстырады. Стаканға 50-60мл су, 2мл 2М HCl ерітіндісін құяды және қайнағанға дейін плитаға қояды.

Тұндыру. Гравиметриялық форма тұндыру формасына ұқсайды. Барий сульфатының ірі кристалды және таза тұнбасын алу үшін тұндыруды асықпай жүргізу керек, қышқылды (pH<2), ыстық ерітіндіден.

Жуылған, таза бюретканы 0,2М BaCl2 ерітіндісімен толтырады. Бюреткадан стаканға, ыстық ерітіндіге BaCl2 ерітіндісінің бір тамшысын тамызады,  ерітіндіні шыны таяқшамен 5с араластырады. Сосын BaCl2 ерітіндісінің екінші тамшысын тамызады, ерітіндіні үздіксіз араластырады: 5с-тан кейін үшінші тамшыны тамызады және т.с.с.10 тамшыдан кейін (0,5мл шамасында) тамшылардың аралығын 3с-қа дейін қысқартады; 20 тамшыдан кейін - 2с-қа; 30 тамшыдан кейін - 1с - қа дейін қысқартады. Сосын тамшыны оларды санауға болатындай жылдамдықпен тамызады (0,5с кейін). Тұнбаның түзілуіне керекті 0,2М BaCl2 ерітіндісінің мөлшері 15-20мл, тұндыру уакыты:10-15мин.

Тұнба тұрған стаканды қайнаған су моншасына 10-15мин қояды. Тұндырғаннан кейін тұнбаның толық түскенін тексереді; түссіз ерітіндіге 2-3  тамшы BaCl2 ерітіндісін тамызады (бюреткадан). Егер лайлы тұнба пайда болса, онда тағы 2-5мл BaCl2 ерітіндісін тамызып, араластырады, 10-15мин су моншасына қояды. Егер ерітінді мөлдір болса, шыны таяқшаны алмай, стаканды таза қағазбен жауып, тұнбаны келесі сабаққа дейін қойып қояды. Осы сабақта тигельді тұрақты массаға дейін жеткізу керек. Тигельді муфель пешінде қалдыруға болмайды, оны эксикаторда ғана сақтайды.

Фильтрлеу: Фильтрлеу үшін диаметрі 7-11см тығыз фильтр (“көк лента”) алады, таза воронкаға қояды (воронканың шеті фильтрден 5мм жоғары болу керек), дистильденген сумен сулап, воронкаға жабыстырады (әсіресе фильтр қағаздың қатпары бар жерлерді жақсы сулайды). Фильтр қағазбен воронканы штатив сақинасына орналастырады және воронканың ұзын ұшын стаканның ішкі жағына тиіп тұратындай астына таза стакан қояды.

Тұнбаны лайландырмай таяқшаны алып, тұнба үстіндегі мөлдір ерітіндіні стаканнан фильтрге құяды (декантация). Воронкадағы сұйықтықтың мөлшері фильтр шетінен 0,5см төмен болу керек. Ерітінді қалдығымен стаканды вертикальды қалыпқа келтіріп, столға қояды. Сұйықтық фильтр арқылы өтіп болғанда, таяқшамен, ақырын фильтрге жаңа мөлдір сұйықтық құяды.

Тұнбаны жуу: Мөлдір  сұйықтық толығымен құйылып болғанда, стакандағы тұнбаға 5-7мл дистильденген су құяды. Тұнбаны шайқап, оны қайтадан біраз тұндырып, сұйықтықты таяқшамен фильтрге құяды. Бұндай жууды 3-4 рет қайталайды, соңғы стакандағы тұнбаны таяқшамен барлығын бірден фильтрге ауыстырады. Қалған тұнбаны толығымен 2-4 рет фильтрдегі сумен шаяды. Тұнбаны жуу кезінде воронка фильтр шетінен 0,5см-ге төмен тұрғанын бақылап отыру керек. Тұнбаны жууды фильтрде дистильденген сумен жүргізеді. Ол үшін суды тұнбаның бетіне құяды. Сұйықтық толығымен ағып біту керек. Жууды 4-6 рет жүргізеді (хлорид-ионы толық реакциядан  кетуі керек): хлорид-ионының толық жуылғанын тексеру үшін фильтратдан 0,5мл шамасында, пробиркаға жинап,1тамшы 2моль/л AgNO3 қосады.

Кептіру және қыздыру. Тұнбасы бар фильтрді воронкадан алады. Сосын шеттерін бүгіп, тигельге салады. Фильтрі бар тигельді 1200С температурадағы кептіргіш шкафта 5-10мин ұстайды. Әлі дымқылдау фильтрмен тигельді муфель пешіне ауыстырады және есігін ашып шетіне қояды. Фильтр жанып болғаннан соң, тигельді пештің ең ыстық жағына апарады. 20-30мин 8000С температурада қақтау жүргізіледі. Тигельді алып, оны эксикаторға қояды, қақпағын 5-10с кейін жабу керек. 20-30мин эксикаторда суығаннан кейін қайтадан аналитикалық таразыға өлшейді. «Тұрақты массаны» алу, масса 0,2-0,3мг айырмашылық болғанға дейін.

Берілгендердің жазу: берілгендерді 0,1мг дәлдікпен жазады:

Тигель массасы (бос):

1-нші өлшеу: т1=14.8674г

2-нші өлшеу: т2=14,8670г

3-нші өлшеу: т3=14,8672г және т.с.с.

Тигельдің барий сульфатымен массасы:

1-нші өлшеу: р1=15,3774г

 2-нші өлшеу: р2=15,3726г

3-нші өлшеу: р3=15,3724г және т.с.с.

m(BaSO4):M = (p33) = 15,3724-14,8672 = 0.5052г

Тұнбаны жуу кезіндегі шығындар:

Ш = V∙М(ЕК)1/2 = 0,2∙233,4(1,1∙10-10)1/2 = 0.0005г,  мұндағы V-жуылған судың мөлшері, М-BaSO4 мольдік массасы, (ЕК)1/2-Ba сульфатының ерігіштігі,моль/л. ЕК – ерігіштік көбейтіндісі.

SO4-2 құрамын есептеу, 4-5 қажетті цифрларды қолданумен.

Х = (М+П)∙(МSO4-/MBaSO4) = (М+П) ∙ ФSO4-/BaSO4 = (М+П)∙(36,06/233,4) = 0,5057∙0,04116 = 0,02081г сульфат-ионы: ФSO4-/BaSO4 SO42- пен BaSO4 есептеу факторы.

Соңғы нәтижені ондық мг - ға дейін дөңгелектейді, берілген мысалда – 0,0208г-дейін. Оқытушыдан SO42- берілген құрамын алып, статистикалық өңдеу анализінің нәтижелерін екі нәтижемен жүргізеді.

Есеп беру: 1. әдістің барысын қысқаша және анықтау әдісін қысқыша түсіндіреді; 2.өлшегендердің нәтижесін жазады, тіпті олар сәйкес келмесе де; 3.статистикалық өңдеудің нәтижелері мен есептеулерін жазады; 4.анализ нәтижесінің қорытындысын жасайды.

Техника қауіпсіздігі: Анализ жасау барысында келесі ережелерді сақтау керек:

1.Кептіргіш шкаф пен  муфель пешінің жерге қондырылып тұрғанын;

2.Тигельді шкафқа және пешке салғанда қысқышпен салу керек. Тигельді қолмен ұстап алуға болмайды, сонымен қатар ыстық тигельді ағашқа немесе

пластмассаға  орналастыруға болмайды.

3.Ерігіш барий тұздары улы, сондықтан тамақ ішер алдында және тәжірибені аяқтағаннан кейін қолды мұқият жуу керек.

 

Қатты заттарды тазарту әдістері: Тұздардың қайта кристалдануы: калий дихроматы, натрий тетрабораты, мыс сульфаты және т.б. 60-700С температурада тұз ерітінділерін дайындау және есептеулері, фильтрлеу, суыту, кристалдау. Кристалдарды бөліп алу және кептіру, өлшеу.

Қатты заттардың сынамаларын, гомогенді және гетерогенді сұйықтықтардың  сынамаларын іріктеу. Орташа сынамаларды әртүрлі әдістермен іріктеу: конус әдісімен, квартовалық әдіспен және т.б. 

Сынамаларды анализдеуге дайындау. Кептіру, ылғалдылықты анықтау. «Сулы минералдаумен» минералдау әдісіyн үйрену.

Қайта айдауға құрылғылар жинау. Өлшенген колбаға 30мл фильтрленген мұнай өнімін салады және оны мұнай өнімінің массасын білу үшін қайта өлшейді. Колбаға кипелка салады. Қарапайым айдау кезінде термометрді сынап шариктері тесіктің төменгі жағында орналасатындай етіп салу керек. Қайта айдауға құрылғы дайын болғаннан соң, қыздырғыш құрылғы қояды. Фракцияны іріктеу екі әдіспен жүргізіледі.

Бейорганикалық синтез: Бейорганикалық қосылыстардың тізбегі: күміс нитраты, қалайы   (ΙΙ) оксиді, мыс хлориді, т.б. Есеп беру, синтез, кристалдау, фильтрлеу, кептіру, өнімді өлшеу, өнімнің шығуын анықтау.

 

Калий дихроматын қайта кристалдау

 

Тұздардың ерігіштік кестесінен калий дихроматының  800С температурада  50мл суда қанық ерітіндісін алу үшін қанша тұз  алу керек екенін есептеу керек. Есептелген тұз массасын техникалық таразыда өлшеп алу керек. Осы саналған тұз массасын химиялық стаканға салып, цилиндрмен өлшенген 50мл суды тұздың үстіне құйып, ерітіндіні шыны таяқшаман араластыра отырып қайнағанға дейін плинкада қыздырыңдар. Неге ерітіндіні жоғары температураға дейін қыздырады және фильтрлейді?   Ерімеген  қоспаларды қабатталған фильтр (41-сурет) арқылы  ыстық ерітіндіден фильтрлеңдер. Тоқтаусыз араластыра отырып фильтратты комната температурасына дейін суытыңдар. Бөлінген кристалдарды Бюхнер воронкасында фильтрлеңдер (9-сурет). Фильтрлеу аяқталған соң, насосты өшіріп, колбадан воронканы алып, фильтр қағазға төгеді. Бихроматты фильтр қағаздары арасында кептіру керек. Алдын ала өлшенген фарфор чашкаға тұзды салып, 30-40 минут кептіргіш пеште кептіреді. Тұзды суыған соң техникалық таразыда өлшеп, тұздың шығымын есептеңдер. Алынған тұзды лаборантқа өткізіңдер. Тәжірибе нәтижелерін кестеге жазыңдар.

 Эксперимент нәтижесін математикалық статистика тәсілімен өңдеу

 Жұмысты орындағаннан соң, барлық қажетті есептеулерді жүргізгеннен кейін, алынған мәліметтерді математикалық статистика тәсілімен өңдеу қажет.    

Эксперимент нәтижесін өңдеген кезде:  а. есептеу кезіндегі қателерді бағалау және ескеру қажет; б. алынған мәліметтерді статистикалық өңдеу және оларды анализдеу керек.

Аналитикалық әдістер кезінде және есептеулер барысында мынандай қателер кетеді: тұрпайы, жүйелік және кездейсоқ. 

Тұрпайы қателер: Бір ыдыстан екінші ыдысқа сынаманы (үлгіні) аударғанда жоғалтып алуы мүмкін, бюреткадан, пипеткадан дұрыс мән алмауы мүмкін, экспериментатордың көзінің ақаулылығынан, есептеу кезінде арифметикалық қателер кетуі мүмкін. Бұл қатені жақын мәндер арасында бір не бірнеше мән ерекшеленіп тұрса, ол мәнді алып тастау арқылы есепке алуға болады.

Жүйелік қателер. Жүйелік қателерді көбінесе аспаптар қателігі береді, сонымен бірге  реактивтердің кірлігінен, калибрленбеген өлшегіш колбалар, пипеткалар, бюреткалармен жұмыс орындау нәтижесінде болады, әдістемелерде қате кетуі мүмкін.

Жүйелік қате кезінде эксперимент қоюшы адам нәтижелердің үлкен ауытқуларын байқалмайды.

Кездейсоқ қателер. Эксперимент нәтижесіне температура, атмосфералық өзгерістер не эксперимент қоюшы адамның жеке ерекшелігі әсер етуі мүмкін. Сонымен бірге кездейсоқ қателер жеткілікті дәрежеде титрленбеуі, тұнбаға түспеуі, фильтрленбеуі мүмкін. Кездейсоқ қатені байқау және жою мүмкін емес, сондықтан қателер теориясы деп кездейсоқ қателер теориясын айтады.

Кездейсоқ  қателердің статистикалық сипаттамалары.

Орта шама. Аналитикалық анықтаулардың мақсаты - анықталатын заттың шын мәніне жақын мәнді анықтау.

ИЮПАК кепілдемесі бойынша орта арифметика шама хорта деп белгіленеді, оны өлшенген мәндерді қосып, жалпы өлшенген мәндер санына бөліп, анықтайды:

хорта = (х1 + х2 + х3 + ... + хn) /n = ∑ х /n

Ауытқу. d  әріпімен белгілеп, әр өлшенген мәннен орта арифметикалық мәнді алып тастап, анықтайды:  d = (х-хорта), оң және теріс орта мәннен ауытқыған мәндер қосындысы өзара тең және қосындысы ∑ d=0 болады. d - орта шамадан ауытқу.

Стандартты ауытқу (S): S=√∑ d2 /(n-1), ол орташа мәнге қатысты ауытқуларды сипаттайды, яғни анықтаудың дәлдігін көрсетеді. Кейде практикада салыстырмалы стандартты ауытқуды Sг қолданады: Sг=S/хорта .Көбінесе орташа мәннің стандартты ауытқуын санайды: Sхорта  = S/√n.       

Дисперсия.  Стандартты ауытқудың квадратын дисперсия деп атайды –

V.  V = S2. V  мәні аз болған сайын анализ дәлірек болады.     

Орташа мәнінің сенімді интервалы (орташаның қатесі) – εα. Өлшенетін шаманың шын мәнін анықтау қиын, сондықтан оның шекараларын анықтайды.

     хорта -  εα. < a < хорта  + εα.                 

а – өлшенетін анықталатын шаманың шын мәні.                                                             α – сенімді ықтималдылық,  аналитикалық химияда 0, 95  деп алады.

Сенімді интервал деп анықталатын шаманың шын мәні берілген сенімді ықтималдықпен мәндер интервалы арасында орналасқан интервалды (α) айтады. Сенімді ықтималдылық орташаның қатесін (εα.) сипаттайды.     Орташаның қатесінің шамасы (εα.)  х есептелген n  қатарының вариант санына тәуелді. Вариант саны (х1, х2 ... , хn)  - бір затты бір әдіспен анықтағандағы қайталанатын анализдердің нәтижесі.

tα– Стьюдент коэффициенті;                                                                                               n- жүргізілген аналитикалық анықтаудың саны;                                                                δ- нәтиженің қатесі; |δ |- абсолютті қате, |δ |= х-а,

а- анықталатын шаманың шын мәні.

 |δ |%- салыстырмалы қате, |δ |% = |δ | ∙100/a;

Нәтижелердің кейбір өлшемдерін тұрпайы қате ретінде  алынған нәтижелерден шығарады: егер ауытқудың d= (х-хорта) абсолютті шамасы бойынша стандартты ауытқу мәнінен S екі есе жоғары болса, яғни d > 2S, α=0,95 болғанда (егер α=0,99 болса, онда d > 3S шамасын нәтижелерден алып тастайды). 

Математикалық статистика тәсілімен титриметриялық анализдің нәтижесін есептеу.  Метилоранж индикаторы қатысында фосфор қышқылын (10 мл) натрий гидроксиді стандартты ерітіндісімен титрлеу.

 

 

V (NaOH),  мл

d = х – хорта

d2

Санауға қажет формулалар

1

2

3

4

5

9,75

9,76

9,76

9,73

9,70

+0,01

+0,02

+0,02

-0,01

-0,04

0,0001

0,0004

0,0004

0,0001

0,0016

S = √ ∑d2 /n -1 = √ 0,0026/4 = 0,00255

 

Sхорта =   S/√ n = 2.55∙10-2/  √ 5=0,01114

 

n =5,   t0,95= 2,78

tSх = 0,0114 ∙2,78=0,0317

хорта  ± εα. = 9,74 ±0,03;

| δ |%=± 0,03. 100/9,74= +0,31%

n=5

х=9,74