Il gravimetria è uno dei rami principali della chimica analitica costituito da una serie di tecniche la cui pietra angolare comune è la misurazione della massa. Le masse possono essere misurate in innumerevoli modi: direttamente o indirettamente. Per ottenere tali misurazioni essenziali le scale; la gravimetria è sinonimo di massa e scale.
Indipendentemente dalla via o dalla procedura scelta per ottenere le masse, i segnali oi risultati devono sempre far luce sulla concentrazione dell'analita o della specie di interesse; altrimenti, la gravimetria mancherebbe di valore analitico. Ciò equivarrebbe ad affermare che una squadra ha lavorato senza un rilevatore ed era ancora affidabile..
L'immagine sopra mostra una vecchia scala con alcune mele sul suo piatto concavo.
Se la massa delle mele fosse determinata con questa scala, avremmo un valore totale proporzionale al numero di mele. Ora, se fossero pesati individualmente, ogni valore di massa corrisponderebbe al totale delle particelle di ciascuna mela; le sue proteine, lipidi, zucchero, acqua, cenere, ecc..
Al momento non ci sono accenni ad un approccio gravimetrico. Ma supponiamo che la bilancia possa essere estremamente specifica e selettiva, trascurando gli altri costituenti della mela e soppesando solo quello di interesse..
Regolando questa scala idealizzata, pesando la mela si potrebbe determinare direttamente quanta parte della sua massa corrisponde a un tipo specifico di proteina o grasso; quanta acqua immagazzina, quanto pesano tutti i suoi atomi di carbonio, ecc. In questo modo sarebbe determinante gravimetricamente la composizione nutritiva della mela.
Purtroppo non esiste una bilancia (almeno oggi) che possa farlo. Tuttavia, esistono tecniche specifiche che consentono di separare fisicamente o chimicamente i componenti della mela; e poi, e infine, pesali separatamente e costruisci la composizione.
Indice articolo
Descritto l'esempio delle mele, quando la concentrazione di un analita è determinata misurando una massa si parla di analisi gravimetrica. Questa analisi è quantitativa, poiché risponde alla domanda "quanto c'è?" riguardante l'analita; ma non risponde misurando volumi o radiazioni o calore, ma masse.
Nella vita reale i campioni non sono solo mele ma praticamente qualsiasi tipo di materia: gassosa, liquida o solida. Tuttavia, qualunque sia lo stato fisico di questi campioni, deve essere possibile estrarne una massa o una differenza misurabile; che sarà direttamente proporzionale alla concentrazione dell'analita.
Quando si dice che "estrae una massa" da un campione, significa che si ottiene un precipitato, che consiste in un composto che contiene l'analita, cioè se stesso.
Tornando alle mele, per misurare gravimetricamente i loro componenti e molecole, è necessario ottenere un precipitato per ciascuna di esse; uno precipita per l'acqua, un altro per le proteine, ecc..
Una volta pesate tutte (dopo una serie di tecniche analitiche e sperimentali) si raggiungerà lo stesso risultato della bilancia idealizzata..
Nell'analisi gravimetrica ci sono due modi principali per determinare la concentrazione dell'analita: direttamente o indirettamente. Questa classificazione è globale e da esse derivano metodi e infinite tecniche specifiche per ogni analita in determinati campioni..
L'analisi gravimetrica diretta è quella in cui l'analita viene quantificato mediante semplice misurazione di una massa. Ad esempio, se pesate un precipitato di un composto AB e conoscendo le masse atomiche di A e B e la massa molecolare di AB, potete calcolare la massa di A o B separatamente..
Tutte le analisi che producono precipitati dalle cui masse viene calcolata la massa dell'analita sono gravimetriche dirette. La separazione dei componenti della mela in diversi precipitati è un altro esempio di questo tipo di analisi..
Nelle analisi gravimetriche indirette vengono determinate le differenze di massa. Qui viene eseguita una sottrazione, che quantifica l'analita.
Ad esempio, se la mela sulla bilancia viene prima pesata e poi riscaldata a secchezza (ma non bruciata), tutta l'acqua vaporizzerà; cioè, la mela perderà tutto il suo contenuto di umidità. La mela essiccata viene nuovamente pesata e la differenza di masse sarà uguale alla massa dell'acqua; quindi l'acqua è stata quantificata gravimetricamente.
Se l'analisi fosse semplice, bisognerebbe escogitare un metodo ipotetico in base al quale tutta l'acqua potrebbe essere sottratta dalla mela e cristallizzata su una bilancia separata per la pesatura. Ovviamente, il metodo indiretto è il più semplice e pratico.
All'inizio può sembrare semplice ottenere un precipitato, ma in realtà implica determinate condizioni, processi, uso di agenti mascheranti e precipitanti, ecc., Per poterlo separare dal campione e che è in perfette condizioni per essere pesato ..
Il precipitato deve soddisfare una serie di caratteristiche. Alcuni di questi sono:
Se non fosse abbastanza puro, le masse delle impurità verrebbero assunte come parte delle masse dell'analita. Pertanto, i precipitati devono essere purificati mediante lavaggio, ricristallizzazione o qualsiasi altra tecnica..
Supponiamo che il precipitato possa subire la seguente decomposizione:
MCO3(s) => MO (s) + CODue(g)
Succede che non si sa fino a quanto di MCO3 (carbonati metallici) si è decomposto nel suo rispettivo ossido. Pertanto, la composizione del precipitato non è nota, poiché potrebbe essere una miscela OLS.3MO o MCO33MO, ecc. Per risolvere questo problema, è necessario garantire la completa decomposizione dell'OLS3 a MO, pesando solo MO.
Se il precipitato viene decomposto dalla luce ultravioletta, dal calore o dal contatto con l'aria, la sua composizione non è più nota; e stai di nuovo affrontando la situazione precedente.
Maggiore è la massa molecolare del precipitato, più facile sarà pesarlo, poiché saranno necessarie quantità minori per registrare una lettura della bilancia..
Il precipitato deve essere abbastanza insolubile da essere filtrato senza complicazioni importanti..
Sebbene non strettamente necessario, il precipitato dovrebbe essere il più cristallino possibile; cioè, la dimensione delle sue particelle deve essere la più grande possibile. Più piccole sono le sue particelle, più diventa gelatinoso e colloidale, e quindi richiede più trattamenti: essiccazione (rimozione del solvente) e calcinazione (rendendo costante la sua massa).
All'interno della gravimetria ci sono quattro metodi generali, che sono menzionati di seguito.
Già menzionati in tutte le sottosezioni, consistono nel precipitare quantitativamente l'analita per determinarlo. Il campione viene trattato fisicamente e chimicamente in modo che il precipitato sia il più puro e adatto possibile..
In questo metodo, il precipitato viene depositato sulla superficie di un elettrodo attraverso il quale viene fatta passare una corrente elettrica all'interno di una cella elettrochimica..
Questo metodo è ampiamente utilizzato nella determinazione dei metalli, poiché vengono depositati, vengono calcolati i loro sali o ossidi e, indirettamente, le loro masse. Gli elettrodi vengono prima pesati prima di entrare in contatto con la soluzione in cui si è sciolto il campione; quindi, viene ripesato una volta che il metallo si è depositato sulla sua superficie.
Nei metodi di volatilizzazione gravimetrica vengono determinate le masse dei gas. Questi gas provengono da una decomposizione o reazione chimica a cui è sottoposto il campione, che è direttamente correlata all'analita..
Poiché si tratta di gas, è necessario utilizzare una trappola per raccoglierlo. La trappola, come gli elettrodi, viene pesata prima e dopo, calcolando così indirettamente la massa dei gas raccolti..
Questo metodo gravimetrico è essenzialmente fisico: si basa su tecniche di separazione delle miscele.
Tramite l'utilizzo di filtri, setacci o setacci si raccolgono i solidi di una fase liquida, che vengono pesati direttamente per determinarne la composizione solida; ad esempio, la percentuale di argilla, rifiuti fecali, plastica, sabbia, insetti, ecc. in un flusso d'acqua.
Questo metodo consiste, a differenza degli altri, nel caratterizzare la stabilità termica di un solido o materiale attraverso le sue variazioni di massa in funzione della temperatura. Un campione caldo può essere praticamente pesato con una bilancia termica e la sua perdita di massa viene registrata all'aumentare della temperatura..
In termini generali, vengono presentati alcuni usi della gravimetria, indipendentemente dal metodo e dall'analisi:
-Separa diversi componenti, solubili e insolubili, da un campione.
-Eseguire un'analisi quantitativa in un tempo più breve quando non è necessario costruire una curva di calibrazione; si determina la massa e si sa subito quanta parte dell'analita si trova nel campione.
-Non solo separa l'analita, ma lo purifica.
-Determina la percentuale di cenere e umidità dei solidi. Allo stesso modo, con un'analisi gravimetrica è possibile quantificarne il grado di purezza (purché la massa delle sostanze inquinanti non sia inferiore a 1 mg).
-Permette di caratterizzare un solido mediante un termogramma.
-La manipolazione di solidi e precipitati è solitamente più semplice di quella dei volumi, facilitando così alcune analisi quantitative.
-Nei laboratori didattici viene utilizzato per valutare le prestazioni degli studenti nelle tecniche di calcinazione, pesatura e utilizzo di crogioli..
Un campione sciolto in mezzo acquoso può essere determinato per i suoi fosfiti, PO33-, dalla seguente reazione:
2HgClDue(ac) + PO33-(aq) + 3HDueO (l) ⇌ HgDueClDue(s) + 2H3O+(aq) + 2Cl-(ac) + 2PO43-(AC)
Nota che l'HgDueClDue precipita. Se viene pesato HgDueClDue e se ne calcolano le moli, si può calcolare seguendo la stechiometria della reazione quanto PO33- originariamente. Un eccesso di HgCl viene aggiunto alla soluzione acquosa del campione.Due per garantire che tutti i PO33- reagire per formare il precipitato.
Se un minerale contenente piombo viene digerito in un mezzo acido, ad esempio, gli ioni PbDue+ può depositare come PbODue su un elettrodo di platino utilizzando una tecnica elettrogravimetrica. La reazione è:
PbDue+(aq) + 4HDueO (l) ⇌ PbODue(s) + H.Due(g) + 2H3O+(AC)
L'elettrodo di platino viene pesato prima e dopo e quindi viene determinata la massa di PbO.Due, di cui con a fattore gravimetrico, si calcola la massa di piombo.
Il calcio in un campione può essere precipitato aggiungendo acido ossalico e ammoniaca alla sua soluzione acquosa. In questo modo l'anione ossalato viene generato lentamente e produce un precipitato migliore. Le reazioni sono:
2NH3(ac) + HDueCDueO4(ac) → 2NH4+(ac) + CDueO4Due-(AC)
ACDue+(ac) + CDueO4Due-(ac) → CaCDueO4(S)
Ma l'ossalato di calcio viene calcinato per produrre ossido di calcio, un precipitato con una composizione più definita:
CaCDueO4(s) → CaO (s) + CO (g) + CODue(g)
Infine, la concentrazione di nichel di un campione può essere determinata gravimetricamente utilizzando dimetilgliossima (DMG): un agente precipitante organico, con il quale forma un chelato che precipita e ha un caratteristico colore rossastro. Il DMG viene generato in loco:
CH3COCOCH3(aq) + 2NHDueOH (aq) → DMG (aq) + 2HDueO (l)
2DMG (ac) + NiDue+(ac) → Ni (DMG)Due(s) + 2H+
El Ni (DMG)Due Si pesa e con un calcolo stechiometrico si determina la quantità di nichel contenuta nel campione.
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.