GRAVIMETRIE: GRAVIMETRICKÁ ANALÝZA, METODY, POUŽITÍ A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Gravimetrie je hlavní větev analytické chemie složené z množství technik, jejichž základem je společné měření hmotnosti. Hmotnosti lze měřit nespočetnými způsoby: přímo nebo nepřímo. K dosažení těchto nezbytných měření jsou váhy; Gravimetrie je synonymem pro hmotu a měřítko.

Bez ohledu na cestu nebo postup zvolený pro získání hmotností musí signály nebo výsledky vždy osvětlovat koncentraci sledovaného analytu nebo druhu; jinak by gravimetrie neměla žádnou analytickou hodnotu. To by bylo ekvivalentní potvrzením, že tým pracoval bez detektoru a byl stále spolehlivý.

Staré měřítko vážení některých jablek. Zdroj: Pxhere.

Obrázek nahoře ukazuje staré měřítko s některými jablky na konkávní desce.

Pokud by byla hmotnost jablek stanovena pomocí této stupnice, měli bychom celkovou hodnotu úměrnou počtu jablek. Nyní, pokud by byly váženy jednotlivě, by každá hodnota hmotnosti odpovídala celkovým částicím každého jablka; jeho bílkoviny, lipidy, cukr, voda, obsah popela atd.

Momentálně neexistují náznaky gravimetrického přístupu. Předpokládejme však, že rovnováha by mohla být extrémně specifická a selektivní, zanedbávat ostatní složky jablka a vážit pouze jednu z nich.

Po úpravě tohoto idealizovaného měřítka by vážení jablka mohlo přímo určit, jak velká část jeho hmotnosti odpovídá specifickému typu proteinu nebo tuku; kolik vody ukládá, kolik váží všechny atomy uhlíku atd. Tímto způsobem by bylo určeno nutriční složení jablka gravimetricky.

Bohužel neexistuje měřítko (alespoň dnes), které by to dokázalo. Existují však specifické techniky, které umožňují fyzickou nebo chemickou separaci složek jablek; a nakonec je nakonec zvážit samostatně a sestavit kompozici.

Co je gravimetrická analýza?

Popsán příklad jablek, kdy je koncentrace analytu stanovena měřením hmotnosti, mluvíme o gravimetrické analýze. Tato analýza je kvantitativní, protože odpovídá na otázku „kolik je?“ týkající se analytu; ale neodpovídá měřením objemů nebo záření nebo tepla, ale mas.

Ve skutečnosti nejsou vzorky pouze jablka, ale prakticky jakýkoli druh hmoty: plyn, kapalina nebo pevná látka. Bez ohledu na fyzický stav těchto vzorků však musí být možné z nich extrahovat hmotu nebo její rozdíl, který lze měřit; což bude přímo úměrné koncentraci analytu.

Když se říká, že "extrahuje hmotu" ze vzorku, znamená to získat sraženinu, která se skládá ze sloučeniny, která obsahuje analyt, tj. Sama o sobě.

Když se vracíme k jablkům, gravimetricky změříme jejich složky a molekuly, je nutné získat sraženinu pro každou z nich; sraženina na vodu, další na proteiny atd.

Jakmile jsou všechny zváženy (po sérii analytických a experimentálních technik), bude dosaženo stejného výsledku jako u idealizované váhy.

- Typy gravimetrie

V gravimetrické analýze existují dva hlavní způsoby, jak určit koncentraci analytu: přímo nebo nepřímo. Tato klasifikace je globální a z nich odvozují metody a nekonečné specifické techniky pro každý analyt v určitých vzorcích.

Přímo

Přímá gravimetrická analýza je taková, ve které je kvantifikován analyt jednoduchým měřením hmotnosti. Pokud například vážíte sraženinu sloučeniny AB a znáte atomové hmotnosti A a B a molekulovou hmotnost AB, můžete vypočítat hmotnost A nebo B samostatně.

Všechny analýzy, které produkují sraženiny, z jejichž hmotností se vypočítává hmotnost analytu, jsou přímé gravimetrie. Dalším příkladem tohoto typu analýzy je separace složek jablek na různé sraženiny.

Nepřímý

V nepřímých gravimetrických analýzách se stanoví hmotnostní rozdíly. Zde se provádí odčítání, které kvantifikuje analyt.

Například, je-li jablko na stupnici nejprve zváženo a poté zahřáté do sucha (ale bez spálení), veškerá voda se vypařuje; to znamená, že jablko ztratí veškerý obsah vlhkosti. Sušené jablko se znovu zváží a rozdíl v hmotnosti bude stejný jako hmotnost vody; proto byla voda kvantifikována gravimetricky.

Pokud by byla analýza přímá, bylo by nutné vymyslet hypotetickou metodu, pomocí které by mohla být veškerá voda odečtena od jablka a krystalizována v odděleném měřítku pro vážení. Nepřímá metoda je samozřejmě nejjednodušší a nejpraktičtější.

-Sraženina

Nejprve se může zdát jednoduché získat sraženinu, ale ve skutečnosti to zahrnuje určité podmínky, procesy, použití maskovacích činidel a srážedel atd., Aby bylo možné oddělit je od vzorku a aby bylo zváženo, že je v perfektním stavu.

Základní funkce

Sraženina musí splňovat řadu charakteristik. Některé z nich jsou:

Vysoká čistota

Pokud by to nebylo dost čisté, hmotnost nečistot by se považovala za součást hmotností analytu. Sraženiny proto musí být čištěny, buď promytím, rekrystalizací nebo jakoukoli jinou technikou.

Známé složení

Předpokládejme, že sraženina může podléhat následujícímu rozkladu:

OLS ₃ (S) => MO (y) + CO ₂ (g)

Stává se tak, že není známo, kolik MCO ₃ (uhličitany kovů) se rozložilo na příslušný oxid. Proto je složení sraženiny není znám, protože to může být směs MCO ₃ · MO, nebo MCO ₃ · 3Mo, atd. K vyřešení tohoto problému je nutné zaručit kompletní rozklad MCO ₃ na MO, vážení pouze MO.

Stabilita

Pokud se sraženina rozkládá ultrafialovým světlem, teplem nebo stykem se vzduchem, její složení již není známo; a je to znovu před předchozí situací.

Vysoká molekulová hmotnost

Čím vyšší je molekulová hmotnost sraženiny, tím snazší bude vážení, protože pro zaznamenávání rovnovážného stavu bude potřeba menší množství.

Nízká rozpustnost

Sraženina musí být dostatečně nerozpustná, aby mohla být filtrována bez větších komplikací.

Velké částice

I když to není nezbytně nutné, sraženina by měla být co možná krystalická; to znamená, že velikost jeho částic musí být co největší. Čím menší jsou jeho částice, tím více želatinové a koloidní se stanou, a proto vyžadují více zpracování: sušení (odstranění rozpouštědla) a kalcinace (udržení konstantní hmotnosti).

Gravimetrické metody

V gravimetrii existují čtyři obecné metody, které jsou uvedeny níže.

Srážky

Již byly zmíněny v pododdílech, spočívají v kvantitativním vysrážení analytu za účelem jeho stanovení. Vzorek je fyzikálně a chemicky zpracován tak, aby byla sraženina co nejčistší a nejvhodnější.

Elektrogravimetrie

Při tomto způsobu se sraženina nanáší na povrch elektrody, skrz kterou prochází elektrický proud uvnitř elektrochemického článku.

Tato metoda je široce používána při určování kovů, protože se ukládají, jejich soli nebo oxidy a nepřímo se vypočítávají jejich hmotnosti. Elektrody se nejprve zváží před tím, než přijdou do styku s roztokem, ve kterém se vzorek rozpustil; poté se kov znovu zváží, jakmile se kov uloží na jeho povrch.

Volatilizace

V gravimetrických metodách těkavosti se stanoví hmotnost plynů. Tyto plyny pocházejí z rozkladu nebo chemické reakce, kterou vzorek prochází, které přímo souvisejí s analytem.

Protože se jedná o plyny, je nutné k jejich zachycení použít past. Lapač, stejně jako elektrody, se zváží před a po, čímž se nepřímo vypočítává množství sebraných plynů.

Mechanické nebo jednoduché

Tato gravimetrická metoda je v podstatě fyzická: je založena na technikách separace směsí.

Použitím filtrů, sít nebo sít se pevné látky shromažďují z kapalné fáze a přímo se zváží, aby se stanovilo jejich pevné složení; například procento jílu, fekálního odpadu, plastů, písku, hmyzu atd. v proudu.

Termogravimetrie

Tato metoda spočívá, na rozdíl od ostatních, v charakterizaci tepelné stability pevné látky nebo materiálu prostřednictvím jeho hmotnostních variací jako funkce teploty. Horký vzorek může být prakticky zvážen termobilancí a jeho hmotnostní ztráta se zaznamenává se zvyšující se teplotou.

Aplikace

Obecně jsou uvedena některá použití gravimetrie, bez ohledu na metodu a analýzu:

- Rozděluje různé složky vzorku, rozpustné a nerozpustné.

- Proveďte kvantitativní analýzu v kratším čase, pokud není nutné sestavovat kalibrační křivku; je stanovena hmotnost a je okamžitě známo, kolik vzorku je ve vzorku.

- Neodděluje pouze analyt, ale také jej čistí.

- Určete procento popela a vlhkosti pevných látek. Podobně lze pomocí gravimetrické analýzy kvantifikovat její stupeň čistoty (pokud hmotnost znečišťujících látek není menší než 1 mg).

- Umožňuje charakterizovat těleso pomocí termogramu.

- Manipulace s pevnými látkami a sraženinami je obvykle jednodušší než s objemy, takže usnadňuje určité kvantitativní analýzy.

- Ve výukových laboratořích se používá k hodnocení výkonu studentů v kalcinačních technikách, vážení a používání kelímků.

Příklad analýzy

Fosfity

Vzorek rozpuštěný ve vodném médiu může být určen pro jeho fosfity, PO ₃ ³, podle následující reakce:

2HgCl ₂ (aq) + PO ₃ ³ (aq) + 3H ₂ O (l) ⇌ Hg ₂ Cl ₂ (s) + 2 H ₃ O ⁺ (aq) + 2Cl ^- (aq) + 2PO ₄ ^3- (vodný)

Všimněte si, že Hg ₂ Cl ₂ sraženiny. V případě, že Hg ₂ Cl ₂ se zváží a její mol jsou vypočteny, je možné vypočítat podle stechiometrie reakce kolik PO ₃ ³ byl původně. Přebytek HgCI _{2, se přidá} k vodnému roztoku vzorku, aby zajistily, že všechny PO ₃ ³ reaguje za vzniku sraženiny.

Vést

Pokud, například, minerální obsahující olovo se rozštěpí v kyselém prostředí, Pb ²⁺ ionty se mohou ukládat jako PbO ₂ na platinové elektrodě pomocí electrogravimetric techniky. Reakce je:

Pb ²⁺ (aq) + 4H ₂ O (l) ⇌ PbO ₂ (s) + H ₂ (g) + 2 H ₃ O ⁺ (aq)

Platinové elektrody se zváží před a po, a tím i množství PbO ₂ se určí, z které se gravimetrické faktorem, množství olova se vypočítá.

Vápník

Vápník ve vzorku může být vysrážen přidáním kyseliny šťavelové a amoniaku do jeho vodného roztoku. Tímto způsobem se oxalátový anion generuje pomalu a vytváří lepší sraženinu. Reakce jsou:

2NH ₃ (aq) + H ₂ C ₂ O ₄ (aq) → 2NH ₄ ⁺ (aq) + C ₂ O ₄ ^-2- (aq)

Ca ²⁺ (aq) + C ₂ O ₄ ^-2- (aq) → CaC ₂ O ₄ (s)

Oxalát vápenatý se však kalcinuje za vzniku oxidu vápenatého, sraženiny s definovanějším složením:

CaC ₂ O ₄ (S) → CaO (y) + CO (g) + CO ₂ (g)

Nikl

Konečně může být koncentrace niklu ve vzorku stanovena gravimetricky pomocí dimethylglyoximu (DMG): organické srážedlo, s nímž tvoří chelát, který se vysráží a má charakteristickou načervenalou barvu. DMG je generován na místě:

CH ₃ COCOCH ₃ (aq) + 2NH ₂ OH (vodný) → DMG (aq) + 2H ₂ O (l)

2DMG (aq) + Ni ²⁺ (aq) → Ni (DMG) ₂ (s) + 2H ⁺

Ni (DMG) ₂ se zváží a stechiometrický výpočet určuje, kolik niklu obsahoval vzorek.

Reference

1. Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitativní analytická chemie (páté vydání). PEARSON Prentice Hall.
2. Harvey D. (23. dubna 2019). Přehled gravimetrických metod. Chemistry LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
3. Kapitola 12: Gravimetrické metody analýzy.. Obnoveno z: web.iyte.edu.tr
4. Claude Yoder. (2019). Gravimetrická analýza. Obnoveno z: wiredchemist.com
5. Gravimetrická analýza. Obnoveno z: chem.tamu.edu
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19. února 2019). Definice gravimetrické analýzy. Obnoveno z: thinkco.com
7. Siti Maznah Kabeb. (sf). Analytická chemie: Gravimetrická analýza. [PDF. Obnoveno z: ocw.ump.edu.my
8. Singh N. (2012). Robustní, přesná a přesná nová gravimetrická metoda pro stanovení zlata: alternativa ke zkoušce ohněm. SpringerPlus, 1, 14. doi: 10,1186 / 2193-1801-1-14.