gravimetric analysis

การวเิ คราะหโ์ ดยนา้ หนัก Gravimetric method 1

“Gravimetric methods are quantitative methods that arebased upon determining the mass (weight) of a purecompound to which the analyte is related.”การวเิ คราะห์เชงิ ปรมิ าณทอี่ าศยั การช่ังน้าหนักของตะกอนสารบรสิ ทุ ธท์ิ ่ีสัมพนั ธ์เชิงปรมิ าณกบั สารที่สนใจ 2

สมบัตขิ องตะกอนตอ้ งมีการละลายต้่า (low solubility) เพ่ือใหก้ ารตกตะกอนสามารถเกดิ ขนึ ได้อย่างสมบูรณ์ และไมส่ ูญเสยี ตะกอนขณะล้างตอ้ งมคี วามบรสิ ุทธส์ิ งู (high purity)มขี นาดใหญ่พอทจี่ ะกรองได้ (filterability)ตอ้ งไมเ่ กดิ ปฏกิ ิรยิ าและไมเ่ ปล่ยี นแปลงสมบัติทางเคมขี ณะเผา(ignition) หรือท้าให้แหง้ (volatilization)ตอ้ งมีส่วนประกอบทางเคมีท่แี น่นอนไมเ่ ปลีย่ นแปลงรีเอเจนตท์ ี่ทา้ ให้ตกตะกอนควรมีสมบัตกิ ารเกดิ ตะกอนกับสารที่สนใจเท่านนั 3

ประเภทของการวเิ คราะหโ์ ดยน้าหนัก1) การตกตะกอนดว้ ยแรงโนม้ ถ่วง (precipitation gravimetry) เปน็ การทา้ ใหเ้ กดิ ตะกอนของสารท่ีสนใจท่ีอยใู่ นสารตวั อย่าง ตะกอน จะตกลงด้วยแรงโน้มถ้วงของโลก2) การระเหย (volatilization) เป็นการแยกสารที่สนใจออกจากสว่ นผสมของตัวอย่างโดยการ เปลย่ี นให้อยใู่ นรูปของแก๊สที่มอี งค์ประกอบทางเคมีที่แนน่ อน3) การตกตะกอนด้วยไฟฟา้ (electrogravimetry) เปน็ การใชก้ ระแสไฟฟา้ เพอ่ี ท้าให้สารท่ีสนใจไปยดึ ตดิ กบั ขัว อิเลก็ โทรด 4

การตกตะกอนด้วยแรงโนม้ ถว่ ง (precipitation gravimetry)• เตมิ ตวั กอ่ ตะกอนท่ีทา้ ให้เกดิ ตะกอนที่ไม่ละลายลงไปในสารละลายตวั อย่าง ทีม่ ี analyte ที่สามารถเกิดตะกอนท่ีจา้ เพาะกบั สารกอ่ ตะกอนได้• ทา้ การแยกตะกอนออกจากสารละลายโดยการกรอง Ba2+(aq) + SO42-(aq)  BaSO4(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)  AgCl(s) 5

วธิ ีการทา้ ให้ระเหย (Volatilization)•• เป็นวธิ ที ีใ่ ชก้ ับสารที่สามารถระเหยกลายเปน็ ไอได้ นิยมหาปรมิ าณไอน้า (H2O) และ CO2 การหาปรมิ าณของ NaHSO4 ในเม็ดกรดมด (antacid tablet) NaHCO3 + H2SO4  CO2 + H2O + NaHSO4 2NaOH + CO2  Na2CO3+ H2O Skoog et al. (2014), p298 6

กระบวนการตกตะกอน Pb2+ + CrO42- Ni2+ + DMG Anion Cation PbCrO4 NiDMG Nucleation or Growth Precipitate Filtration Ignition or Calcination 7

กระบวนการตกตะกอน เตรียมตัวอยา่ ง ชงั่ ตัวอย่าง การละลายตวั อย่าง การตกตะกอน การยอ่ ยตะกอน การกรอง การลา้ งตะกอน การท้าตะกอนให้แหง้ การชัง่ น้าหนกั ตะกอน การค้านวณ 8

กระบวนการเกดิ ตะกอน ก้ารเกดิ นวิ คลิเอชนั สารละลาย ( nnucleation) นวิ คลเิ อชันการก่อตวั ของอนภุ าค(particle growth) นวิ คลิไอ อนภุ าคคอลลอยด์ (colloid particle) เกดิ การขยายตวั ของนิวคลิไอ ตะกอน เน่ืองจากไอออนบวกหรือไอออนลบ ของตะกอนที่อยใู่ นสารละลาย เขา้ รวมตวั กบั นิวคลิไอที่ผิวดว้ ย พนั ธะเคมี 9

10

ตะกอน สารละลายหมดความเป็นสารละลายอิม่ ตวั ยวดยง่ิ อนภุ าคคอลลอยด์จะคงตัวอยใู่ น กลุ่มกอ้ นของคอลลอยด์ สาระลายเป็นคอลลอยดท์ ีเ่ สถยี ร (colloidal aggregate) สารละลายคงเปน็ สารละลายอม่ิ ตวั ยวดย่ิง อยอู่ กี อนภุ าคคอลลอยดจ์ ะโตขึนเป็นผลึก กลุ่มผลกึ เลก็ ขนาดเล็ก (crystalline aggregate) สารละลายคงเป็นสารละลายอิ่มตัวยวดยิง่ อยอู่ กี ผลึกเล็กเหล่านีจะโตขนึ เป็นผลึก ผลกึ ใหญ่ ขนาดใหญ่ (coarse aggregate) 11

ขนาดอนภุ าคของตะกอนcolloidal suspension : อนุภาคตะกอนที่เลก็ ทีส่ ดุ ไม่สามารถ มองเหน็ ได้ดว้ ยตาเปล่า (id = 1-100 nm) ไมม่ ีแนวโน้มรวมตวั เป็น ตะกอนcrystalline suspension : อนภุ าคมขี นาดใหญร่ ะดับมิลลเิ มตรหรอื ใหญก่ วา่ และมีแนวโนม้ ทจี ะรวมตัวกันเป็นตะกอนแยกออกจาก สารละลาย ซึ่งท้าใหส้ ามารถแยกโดยการกรองได้งา่ ยขนาดอนภุ าคของตะกอน จะแปรผนั ไปตามกระบวนการตกตะกอน • การละลายของตะกอน • อณหภมู ิ • ความเขม้ ข้นของสารรีเอเจนต์และสารทีส่ นใจ • อตั ราเรว็ ของการผสมกันของรีเอเจนต์ 12

วอน ไวมารน์

เงื่อนไขหรอื สภาวะการตกตะกอนควรตกตะกอนในสภาวะทส่ี ารละลายเจอื จาง เพือ่ ให้ Q มคี า่ ต้า่ซง่ึ ถ้า Q มีค่ามาก จะท้าใหต้ ะกอนเกดิ เป็นคอลลอยด์ มีพนื ที่ผวิมากในการดดู ซับสง่ิ เจือปนตา่ งๆค่อยๆเตมิ สารทเ่ี ป็นตวั ทา้ ใหต้ กตะกอนลงไปอยา่ งชา้ ๆ เพื่อไมใ่ ห้บรเิ วณใดบรเิ วณหนงึ่ มคี วามเขม้ ขน้ ของตะกอนมากเกนิ ไป

เงอื่ นไขหรอื สภาวะการตกตะกอนควรตกตะกอนในสารละลายที่รอ้ น เพ่อื เพม่ิ คา่ การละลายของตะกอนแล้วคอ่ ยใหส้ ารละลายค่อยๆเยน็ ลงใหต้ กตะกอนอยา่ งชา้ ๆ จะได้ตะกอนขนาดใหญ่สภาวะการตกตะกอนเหมาะสม สารบางตวั เชน่ calcium oxalateตกตะกอนไดต้ ะกอนขนาดใหญ่ในสารละลายท่ีเปน็ กรด

สารท่ใี ชเ้ ป็นตวั ก่อตะกอนสารอนนิ ทรยี ์จะท้าให้เกดิ ตะกอนทล่ี ะลายไดย้ าก ซง่ึ จะอยใู่ นรปู ของเกลอื หรือพวกออกไซด์สารอินทรยี ์สว่ นใหญใ่ ช้เปน็ สารตกตะกอนโลหะ ซึ่งมคี วามจา้ เพาะเจาะจงดี ทา้ ใหไ้ ด้ตะกอนทม่ี คี า่ การละลายนอ้ ย โดยสารเหลา่ นีจะเกิดเปน็ สารเชงิ ซ้อนแบบคีเลต

สารอนินทรียท์ ีเ่ ป็นตวั กอ่ ตะกอนสารกอ่ ตะกอน ธาตุทตี่ ้องการ ตะกอนทไ่ี ด้ วิเคราะห์ NH3 Fe(OH)3 (NH4)HPO4 Fe MgNH4PO4 H2SO4 Mg BaSO4 HCl AgCl Ba Ag

สารอนิ ทรยี ท์ ี่เปน็ ตัวกอ่ ตะกอน

การคา้ นวณการวเิ คราะหโ์ ดยนา้ หนกัการคา้ นวณอาศัยหลักปรมิ าณสารสัมพันธ์Analyte ในสารตวั อยา่ งอย่ใู น กระบวนการรปู ทไี่ มร่ อู้ งคป์ ระกอบทแ่ี นน่ อน ตกตะกอน นา้ หนักสารตัวอยา่ งนา้ หนักตะกอน Calcination ตะกอนAnalyte ในตะกอนไดถ้ กูเปลีย่ นรปู ใหอ้ ยใู่ นรปู ทรี่ ู้ องคป์ ระกอบทแี่ น่นอน 19

สารตัวอยา่ ง + BC  ABCตวั ก่อตะกอน ตะกอนค้านวณหา %A ในสารตวั อย่างแตส่ ปีชีส์ A เกิดเปน็ ตะกอนในรูปของ ABC โดยสปีชีส์ A เปน็องคป์ ระกอบของตะกอน ABC ดงั นนั อตั ราสว่ นโดยนา้ หนกั ระหวา่ งสปชี ีส์ A และ ABC เรียกว่า gravimetric factor 20

gravimetric factorสารตัวอยา่ ง + BC  ABC ตวั กอ่ ตะกอน ตะกอน 21

22

ตวั อย่างตวั อยา่ ง 23

ตวั อย่าง 24

ตวั อย่าง 25

การบา้ น1. จงหาน้าหนกั ของ S ใน BaSO4 หนัก 5.672 กรัม2. จงคา้ นวณหากราวเิ มตรกิ แฟคเตอรส์ า้ หรบั ใช้เปลีย่ นสารต่อไปนี ก. BaSO4 เปน็ Ba ข. KClO4 เป็น K2O3. ตวั อยา่ งแร่เหลก็ หนกั 1.1324 g นา้ มาละลายด้วย HCl เมอื่ เจือจางด้วยนา้ ตกตะกอนเป็นไฮดรสั ออกไซด์ของ Fe2O3xH2O โดยการเติม NH3 เม่ือทา้ การกรองและลา้ งตะกอนถูกน้าไปเผาทอี่ ณุ หภูมสิ งู พบวา่ ได้ตะกอนท่แี น่นอนในรูป Fe2O3 หนักเท่ากบั 0.5394 gจงค้านวณ ตัวอย่างแรเ่ หล็ก 1.1324 g ก. % Fe ข. % Fe2O3 NH3 ตะกอน Fe2O3xH2O เผาอุณหภูมิสงู ตะกอน Fe2O3 0.5394 g 26