Електрогравіметричний аналіз
Електрогравіметричні визначення катіонів засновані на електролітичному осадженні розчинів металів на зваженому електроді, головним чином на катоді, на аноді осаджується тільки свинець або марганець, окислюючись в процесі електролізу до PbO2 або MnO2. Про кількість виділеного металу судять щодо збільшення маси катода.
Матеріалом катода найчастіше є платина. Вона краще за інші метали і сплави задовольняє вимоги гравіметричного аналізу та умови проведення електролізу. Платина не розчиняється під впливом струму і під впливом речовин, що у розчині, зокрема і кислот. Осад, що утворюється в результаті електролізу, щільно осідає на електроді, а потім легко знімається з нього розчиненням. Електрод не змінюється під час зберігання на повітрі.
Установка для електрогравіметричного аналізу
Як джерела постійного струму для електрогравіметричних визначень використовують акумулятори або випрямлячі різних систем (селенові або купроксні). Застосовують амперметри для сили струму до 10 А та вольтметри для напруги до 5-10 В. Платиновий катод виготовляється у вигляді сітки, зігнутої у формі циліндра. Анодом служить спіраль із платинового дроту. Іноді як анод використовують платинову чашку або тигель, який наливають аналізований розчин. Застосовують також аноди з нержавіючої сталі, нікелю, алюмінію чи свинцю.
Судиною для електролізу (електролізера) служить звичайний хімічний стакан. Розмішують розчин скляною мішалкою, що обертається від невеликого моторчика, або магнітною мішалкою. Маленький постійний магніт, що перемішує розчин, запаюють у маленьку скляну ампулу.
З електродами необхідно обережно та дбайливо поводитися. У жодному разі не слід торкатися руками робочої частиниелектродів, так як при цьому електроди обов'язково забруднюються жиром, а на забруднених місцях метал не буде облягати. Брати електроди до рук слід за верхній кінець стрижня. Не можна при закріпленні стрижнів у клемах занадто сильно загвинчувати гвинти. Для очищення електроди занурюють на деякий час (5-10 хв) гарячу HNO3 (1:1). Вийнявши електроди з розчину, дають стекти краплям HNO3, промивають електрод водопровідною, потім дистильованою водою. Розчин HNO3 для промивання електродів можна користуватися багато разів.
Жирові забруднення можна легко зняти з електрода, нагріваючи його в полум'ї пальника до червоного жару. На електроді повинно бути залишків стороннього металу, оскільки при прожарюванні може утворитися сплав металу з платиною.
Після промивання анод вважатимуться підготовленим. Катод перед зважуванням необхідно висушити. Для цього катод занурюють в етанол (для видалення води), а потім (для видалення етанолу) - діетиловий ефір (подалі від вогню!). Для видалення ефіру (Ткіп = 35 ° С) достатньо потримати електрод високо над плиткою кілька хвилин. Через 3-5 хв електрод зважують. Електрод можна промивати і одним етанолом, але в цьому випадку висушування проводять у сушильній шафі при 110 ° С протягом 5 хв. Етанол та діетиловий ефір для промивання електродів можна використовувати багато разів.
Для електролізу збирають установку, як показано на рис. 85. До затискачів анода та катода підключають відповідні дроти від акумулятора («+» до анода, «-» до катода). У ланцюг послідовно включають реостат на 20-30 Ом і амперметр на 5 А, паралельно включають вольтметр на 5-10 В. Якщо джерелом струму використовують струм освітлювальної мережі, необхідно в ланцюг включити випрямляч струму і понижуючий трансформатор (ЛАТР).
Порядок роботи
Розчин для електролізу готують за аналітичною методикою. Склянку з розчином поміщають у штатив і занурюють у нього електроди. Сітчастий катод закріплюють так, щоб він не торкався ні дна, ні стінок склянки та знаходився на однаковій відстані від них. Анод закріплюють у центрі сітчастого катода.
Розчин у склянці розбавляють водою до такого обсягу, щоб рівень приблизно на 1 см не доходив до верхнього краю склянки. Після цього включають струм та мішалку. Потрібну напругу встановлюють за допомогою реостату. Іноді розчин попередньо нагрівають до 50-70 ° С, що прискорює електроліз.
Електроліз продовжують до повного виділення катіону, що визначають за знебарвленням розчину або крапельною якісною реакцією на катіон, що осаджується. При осадженні міді розчин додають воду, щоб рівень рідини піднявся на 2-3 мм. Якщо на знову зануреній частині сітківки не з'являється кольорового нальоту міді, це означає, що електроліз закінчено.
Не виключаючи струму, виймають електроди зі склянки, піднімають їх угору. Склянку з розчином прибирають, електроди промивають із промивання водою над іншою склянкою. Вимикають струм і виймають електроди з клем. Катод поміщають на листок фільтрувального паперу, дають стекти з катода воді, потім промивають етанолом і ефіром і після висушування зважують.
Після визначення катод очищають від шару металу, занурюючи його в гарячий розчин HNO3 (1:1) до повного розчинення осаду. Потім катод промивають водопровідною та дистильованою водою. Деякі елементи визначають на катоді, покритому іншим металом, наприклад, сріблом, міддю або ртуттю.
Для покриття платинового катода сріблом розчиняють 0,2 г AgNO3 200 мл води, додають 1 н. розчин NaOH до повного осадження срібла, потімосад розчиняють добавкою 10%-ного розчину KCN. Занурюють електроди розчин і включають струм 0,1 А на 10 хв для осадження срібла, потім промивають, сушать і перед вживанням зважують.
Для покриття катода міддю розчиняють 0,2 г CuSO4-5H2O в 200 мл води, додають 5 мл концентрованої H2SO4 і 3 мл свіжопрокип'яченої концентрованої HNO3. Занурюють електроди в розчин і включають струм 0,1 А на 10 хв для осадження міді, потім промивають електроди, сушать і зважують перед застосуванням.
Для покриття катода ртуттю розчиняють 0,8 г Hg2(NO3)2-2H2O 10 мл концентрованої HNO3 і розбавляють водою до 100 мл. Електроди занурюють у розчин і беруть в облогу ртуть при силі струму 0,1 А протягом 45 хв. Після електролізу електроди промивають, сушать та зважують перед застосуванням.
Поділ іонів на ртутному катоді
Для поділу елементів застосовують електроліз на ртутному катоді, в результаті якого Fe, Cr, Mn та інші елементи осідають на ртутному катоді, утворюючи амальгами, а Al, Ti і V залишаються в розчині.
Електроліз проводять у приладі, наведеному на рис. 86. На дно судини поміщають 200-300 г ртуті, наливають у посудину розчин, що підлягає електролізу, об'ємом близько 100 мл і опускають платиновий електрод в розчин. Ртуть з'єднують платиновим зволіканням з негативним полюсом, платиновий анод - з позитивним полюсом джерела струму силою 3-6 А і напругою 6-8 В. Електроліз ведуть 20-25 хв.
Закінчення електролізу визначають відповідною якісною крапельною реакцією на іон, що видаляється. Переконавшись у повноті виділення, не виключаючи струму, зливають через кран майже всю ртуть у призначену для цього посудину. Розчин переливають сифоном або через другий кран у велику склянку. Не перериваючи струму, промивають посудину для електролізу2-3 рази водою та промивні води також додають до аналізованого розчину, потім відключають струм. Загальний об'єм розчину доводять до 250-300 мл, і в ньому визначають Al, Ti або V.