Fő tartalom

Kémia

Tantárgy/kurzus: Kémia > 2. témakör

3. lecke: A meghatározó reagens mennyisége

Gravimetriás analízis és kicsapásos gravimetria

A kicsapásos gravimetria definíciója, kidolgozott feladat, ahol két sóból álló keverék tisztaságát kicsapásos gravimetriával határozzuk meg.

Mit jelent a kicsapásos gravimetria?

A kicsapásos gravimetria olyan analitikai módszer, amely kicsapási reakció segítségével választja el a vizsgálandó ionokat az oldattól. Azt a vegyületet, amelyet azért adunk az oldathoz, hogy leváljon a csapadék, kicsapó reagensnek vagy lecsapószernek nevezzük. A szilárd csapadékot szűréssel választhatjuk el a megmaradt folyadéktól, és az így kapott csapadék tömegét felhasználva a rendezett egyenlet segítségével ki tudjuk számolni az oldatban lévő ionvegyületek mennyiségét vagy koncentrációját. A kicsapásos gravimetriát néha egyszerűen csak gravimetriás elemzésként emlegetik, bár ez az analitikai módszerek egy tágabb csoportjára utal, melybe a kicsapásos és az elpárologtatásos gravimetria is tartozik. Ha szeretnél többet olvasni a gravimetriás elemzésről, nézd meg ezt a leckét a gravimetriás elemzésről és elpárologtatásos gravimetriáról.

[Mik azok a csapadékképződési reakciók?]

Ebben a tananyagban megoldunk egy olyan feladatot, melyben egy vízben oldott ionvegyület mennyiségét határozzuk meg a kicsapásos gravimetria segítségével. Szó lesz az esetlegesen előforduló gyakori hibaforrásokról is, mert a laborban néha nem úgy mennek a dolgok, ahogy terveztük, és egy kis felkészülés jól jöhet!

Oldott ezüstsók, mint például az ezüst(I)-nitrát, használhatók lecsapószerként ahhoz, hogy meghatározzuk egy mintában előforduló halogenidionok mennyiségét. A csapadék tömege a halogenidionok oldatbeli koncentrációját adja meg, míg a csapadék színe a különböző ezüstsók megkülönböztetését is lehetővé teszi. Ezen a képen különböző ezüstsókat tartalmazó kémcsövek láthatóak: sárgás színű $AgI$ ‍ (a bal oldalon), halványsárga színű $AgBr$ ‍ (középen) és fehér színű $AgCl$ ‍ (a jobb oldalon). Ezüst-halogenid csapadékokról készített kép, Cychr; Wikipedia, CC BY 3,0

Mintafeladat: ${MgCl}_{2}$ ‍- ${NaNO}_{3}$ ‍ porkeverék összetételének meghatározása

Jaj, ne! Az a haszontalan laboráns, Igor, megint összekeverte a vegyszeresüvegeket. (Védelmében szólva, a fehér, kristályos porok ránézésre könnyen összetéveszthetők, éppen ezért fontos elolvasni a címkéket!)

Balszerencsénknek köszönhetően

0,720 9 g

ismeretlen összetételű porkeverékünk van, amely

{MgCl}_{2}

-ot és

{NaNO}_{3}

-ot tartalmaz. Azt szeretnénk megállapítani, hogy mennyi a két vegyület egymáshoz viszonyított aránya a porkeverékben, amelyet teljesen feloldottunk vízben. Feleslegben adtunk hozzá ezüst(I)-nitrát lecsapószert,

{AgNO}_{3} (a q)

-ot, és

AgCl (s z)

csapadék képződését tapasztaltuk. Miután a csapadékot leszűrtük és megszárítottuk, a szilárd anyag tömegét

1,032 g

-nak mértük.

Az eredeti keverék hány tömegszázalék ${MgCl}_{2}$ ‍-ot tartalmaz?

Bármely gravimetriás elemzési számítás igazából csak sztöchiometriai feladat néhány plusz lépéssel. Mivel ez sztöchiometriai feladat, a reakcióegyenlet rendezésével kell majd kezdenünk. Ebben az esetben a

{MgCl}_{2} (a q)

és az

{AgNO}_{3} (a q)

közötti kicsapási reakció érdekel minket, amely során

AgCl (s z)

keletkezik, ha az

{AgNO}_{3} (a q)

-ot feleslegben feleslegben alkalmazzuk.

[Mi is az a sztöchiometria? ]

Ahogy már említettük, a csapadékképződési reakciók tulajdonképpen kicserélődési reakciók, így a termékeket megkaphatjuk a kiindulási anyagok anionjainak (vagy kationjainak) felcserélésével. Amennyiben szükséges, ellenőrizzük az oldhatósági szabályokat, majd rendezzük az egyenletet. Ebben a feladatban a csapadék, az

AgCl (s z)

már adott volt. Ez azt jelenti, hogy nekünk már csak a másik terméket, a

{Mg(NO}_{3})_{2} (a q)

-ot kell felírnunk, és ellenőriznünk kell, hogy az egyenlet jól van-e rendezve. A rendezett reakcióegyenlet a következő:

${MgCl}_{2} (a q) + 2 {AgNO}_{3} (a q) \to 2 AgCl (s z) + {Mg(NO}_{3})_{2} (a q)$ ‍

[Várjunk csak, hogyan is jutottunk ehhez az egyenlethez?]

A rendezett egyenlet megadja, hogy

1 {mól MgCl}_{2} (a q)

-ból, amelynek a mennyiségét szeretnénk meghatározni,

2 mól AgCl (s z)

képződését várhatjuk, ez a képződő csapadék. Ezt a mólarányt felhasználva az

AgCl (s z)

anyagmennyiségéből kiszámíthatjuk a

{MgCl}_{2} (a q)

anyagmennyiségét. Eközben a következőket feltételezzük:

A csapadék teljes mennyisége $AgCl (s z)$ ‍. Nem kell aggódnunk amiatt, hogy a ${NaNO}_{3}$ ‍ csapadékot képezne.
Az összes ${Cl}^{-} (a q)$ ‍ elreagált, hogy $AgCl (s z)$ ‍-t képezzen. A sztöchiometria felől közelítve: biztosnak kell lennünk abban, hogy feleslegben adagoljuk az ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍ lecsapószert, hogy a ${MgCl}_{2} (a q)$ ‍ összes ${Cl}^{-} (a q)$ ‍-ja elreagáljon.

Most nézzük végig a számítást lépésről lépésre.

Első lépés: az $AgCl (s z)$ ‍ csapadék tömegéből kiszámoljuk annak anyagmennyiségét

Mivel feltételezzük, hogy a csapadék teljes tömegét az

AgCl (s z)

adja, az

AgCl

moláris tömegének segítségével átszámolhatjuk a csapadék tömegét anyagmennyiséggé.

$AgCl (s z) anyagmennyisége = 1,032 g AgCl \cdot \frac{1 mol AgCl}{143, 32 g AgCl} = 0,007 201 mol AgCl = 7,201 \cdot 10^{- 3} mol AgCl$ ‍

Második lépés: a csapadék anyagmennyisége alapján meghatározzuk a ${MgCl}_{2}$ ‍ anyagmennyiségét

Ismerve az

AgCl (s z)

csapadék anyagmennyiségét, meghatározhatjuk a

{MgCl}_{2} (a q)

anyagmennyiségét a rendezett egyenlet mólarányának segítségével.

${MgCl}_{2} (a q) anyagmennyisége = 7,201 \cdot 10^{- 3} mol AgCl \cdot \frac{1 {mol MgCl}_{2}}{2 mol AgCl} = 3,600 \cdot 10^{- 3} {mol MgCl}_{2}$ ‍

Harmadik lépés: a ${MgCl}_{2}$ ‍ anyagmennyiségéből kiszámoljuk annak tömegét

Mivel az eredeti minta

{MgCl}_{2}

tömegszázalékos összetételét szeretnénk meghatározni, az

{MgCl}_{2}

anyagmennyiségéből a molekulatömeg felhasználásával ki kell számolnunk annak tömegét.

${MgCl}_{2} tömege = 3,600 \cdot 10^{- 3} {mol MgCl}_{2} \cdot \frac{95, 20 {g MgCl}_{2}}{1 {mol MgCl}_{2}} = 0,342 7 {g MgCl}_{2}$ ‍

Negyedik lépés: meghatározzuk a ${MgCl}_{2}$ ‍ tömegszázalékos mennyiségét a kiindulási porkeverékben

A kiindulási keverékben a

{MgCl}_{2}

tömegszázalékos mennyisége meghatározható a harmadik lépésben meghatározott

{MgCl}_{2}

tömegének és a minta tömegének arányából.

${MgCl}_{2} tömegszázaléka = \frac{0,342 7 {g MgCl}_{2}}{0,720 9 g minta} \cdot 100 % = 47, 54 % {MgCl}_{2} a mintában (Köszi Igor!)$ ‍

Gyorsabb megoldás: az első, második és harmadik lépést egyetlen lépésben is felírhatjuk, amennyiben ügyelünk a mértékegységekre; ha minden kiesik, ami nem kell, akkor valószínűleg jól írtuk fel.

${MgCl}_{2} tömege = \underset{⏟}{1,032 g AgCl \cdot \frac{1 mol AgCl}{143, 32 g AgCl}} \cdot \underset{⏟}{\frac{1 {mol MgCl}_{2}}{2 mol AgCl}} \cdot \underset{⏟}{\frac{95, 20 {g MgCl}_{2}}{1 {mol MgCl}_{2}}} = 0,342 7 {g MgCl}_{2}$ ‍

$Első lépés: Második lépés: Harmadik lépés:$ ‍
$AgCl anyagmennyiségének meghatározása mólarány felírása {MgCl}_{2} tömegének meghatározása$ ‍

Lehetséges hibaforrások

Most már tudjuk, hogy hogyan használjuk a sztöchiometriai ismereteinket a kicsapásos gravimetriás kísérletek eredményeinek értelmezéséhez. Azonban amikor laborban végzel gravimetriás kísérleteket, azt tapasztalhatod, hogy különböző tényezők befolyásolhatják a kísérleted eredményeit (és így a számításaidat is). Néhány nehézség, amivel találkozhatsz:

Kísérleti hibák, például amikor nem várjuk meg, hogy a csapadék teljesen megszáradjon.
Sztöchiometriai hibák, mint amikor például a csapadékképződési reakció egyenletét rendezetlenül hagyjuk, vagy az ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍-ot nem feleslegben adagoljuk.

Mi történne az előző kérdésre adott válaszunkkal a fenti esetekben?

Első lehetőség: a csapadék nem teljesen száraz

Lehet, hogy a laborgyakorlat során kifutottál az időből, vagy a vákuum-szűrőrendszer összeszerelése nem volt tökéletes, és így nem keletkezett kellően erős vákuum. Valószínűleg az sem segít, hogy a vizet a szerves oldószerekkel ellentétben közismerten nehéz teljes egészében eltávolítani a mintából, mivel a víz forráspontja viszonylag magas, és amikor csak lehet, hidrogénkötést alakít ki. Nézzük végig, hogy a visszamaradt víz hogyan befolyásolhatja a számításainkat.

Amennyiben a csapadék nem teljesen száraz, amikor megmérjük a tömegét, azt hisszük majd, hogy az

AgCl (s z)

tömege nagyobb, mint amennyi valójában (mivel az

AgCl (s z)

és a visszamaradt víz együttes tömegét mérjük). Az

AgCl (s z)

nagyobb tömege azt eredményezi, hogy az első lépésben több mól

AgCl (s z)

-ot számolunk, aminek segítségével több mól

{MgCl}_{2} (s z)

-t kapunk a keverékre. Így az utolsó lépésben azt kapjuk, hogy a

{MgCl}_{2} (s z)

tömegszázalékos aránya nagyobb, mint amennyi valójában.

Gyakorlati tanács: ha van időd, a szárítási folyamat végén többszöri méréssel megbizonyosodhatsz arról, hogy a minta tömege már nem változik tovább. Ezt állandó tömegig történő szárításnak nevezzük, és ugyan ez nem biztosítja, hogy a mintád teljes egészében száraz legyen, de biztosan segít! A szárítási folyamat alatt akár meg is keverheted a mintádat, hogy összetörd a nagyobb darabokat, és ezzel is növeld a minta felületét. Ugyanakkor vigyázz arra, hogy nehogy kilyukaszd a szűrőpapírt!

Második lehetőség: elfelejtettük rendezni az egyenletet!

Emlékszel arra, amit korábban mondtunk, hogy a gravimetriás elemzés tulajdonképpen csak egy sztöchiometriai feladat? Ez azt jelenti, hogy egy helytelenül rendezett egyenlet igencsak elronthatja a számolásainkat. Megnézzük, mi lesz, ha az alábbi rendezetlen egyenlet sztöchiometriai együtthatóit használjuk:

${MgCl}_{2} (a q) + {AgNO}_{3} (a q) \to AgCl (s z) + {Mg(NO}_{3})_{2} (a q) (Vigyázat : Rendezetlen!)$ ‍

Ez az egyenlet (helytelenül!) azt adja meg, hogy 1 mol

AgCl (s z)

az eredeti porkeverék

1

mol

{MgCl}_{2}

-jából keletkezett. Ha ezt az arányt használjuk a

{MgCl}_{2}

tömegének meghatározásához, a következőt kapjuk:

{MgCl}_{2} tömege = 1,032 g AgCl \cdot \frac{1 mol AgCl}{143, 32 g AgCl} \cdot \underset{⏟}{\frac{1 {mol MgCl}_{2}}{1 mol AgCl}} \cdot \frac{95, 20 {g MgCl}_{2}}{1 {mol MgCl}_{2}} = 0,685 4 {g MgCl}_{2}

helytelen mólarány!

Ezzel tehát az számoltuk ki, hogy a

{MgCl}_{2}

tömege a mintánkban kétszerese a helyes mennyiségnek! Így a

{MgCl}_{2}

tömegszázalékát túl fogjuk becsülni, méghozzá kétszeres szorzóval:

${MgCl}_{2} tömegszázaléka = \frac{0,685 4 {g MgCl}_{2}}{0,720 9 g minta} \cdot 100 % = 95, 08 % {MgCl}_{2} a mintában (a 47,54%-hoz képest!!)$ ‍

Harmadik lehetőség: nem adagoltuk feleslegben az ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍-ot

Az utolsó esetben feltehetjük azt a kérdést, hogy mi történne, ha az

{AgNO}_{3} (a q)

-ot nem adagolnánk feleslegben. Azt tudjuk, hogy ez nem vezetne helyes megoldáshoz, mivel az

{AgNO}_{3} (a q)

feleslege nélkül elreagálatlan

{Cl}^{-}

maradna az oldatban. Ez azt jelenti, hogy az

AgCl (s z)

tömege az oldatban már nem adna támpontot az eredeti keverék

{MgCl}_{2}

-tartalmának kiszámításához, mivel így nem számolnánk az oldatban maradt

{Cl}^{-}

-al. Így alábecsüljük az eredeti keverék

{MgCl}_{2}

tömegszázalékát.

Ehhez kapcsolódó, talán még fontosabb kérdés, amelyre válaszolnunk kell:

Hogyan lehetünk biztosak abban, hogy az ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍-ot feleslegben adagoljuk?

Amennyiben erre a kérdésre tudnánk a választ, biztosak lehetnénk a számításainkban. Ebben a feladatban:

van $0,720 9 g$ ‍ porkeverék, amely egy bizonyos tömegszázalékban ${MgCl}_{2}$ ‍-ot tartalmaz;
a rendezett egyenletből azt is tudjuk, hogy $1$ ‍ mol ${MgCl}_{2}$ ‍-hoz legalább $2$ ‍ mol ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍ szükséges.

Nincs azzal semmi gond, ha van valamennyi

{AgNO}_{3} (a q)

feleslegben, amennyiben az összes

{Cl}^{-}

elreagált. A maradék

{AgNO}_{3}

egyszerűen az oldatban marad, és szűréssel el tudjuk távolítani.

Hogyan határozzuk meg, hogy mennyi

{AgNO}_{3}

-ot kell adnunk az oldathoz, amennyiben nem tudjuk a porkeverék pontos

{MgCl}_{2}

-tartalmát? Azt tudjuk, hogy minél több

{MgCl}_{2}

van a porkeverékben, annál több

{AgNO}_{3}

-ra van szükségünk. Szerencsére eleget tudunk ahhoz, hogy felkészülhessünk a legrosszabb esetre, amikor is a keverékünk

100 % {-ban MgCl}_{2}

-ból áll. Ebben az esetben lehet a legtöbb

{MgCl}_{2}

a keverékben, ami azt jelenti, hogy ekkor van szükségünk a legtöbb

{AgNO}_{3}

-ra.

Tegyük fel, hogy a keverék

100 % {-ban MgCl}_{2}

-ból áll. Hány mól

{AgNO}_{3}

szükséges? Ez megint csak egy sztöchiometriai feladat. Az

{AgNO}_{3}

anyagmennyiségét úgy tudjuk meghatározni, hogy a minta tömegét átszámoljuk a

{MgCl}_{2}

anyagmennyiségévé a molekulatömeg segítségével, majd ebből a mólarány segítségével kiszámoljuk az

{AgNO}_{3}

anyagmennyiségét:

${AgNO}_{3} anyagmennyisége = 0,720 9 {g MgCl}_{2} \cdot \frac{1 {mol MgCl}_{2}}{95, 20 {g MgCl}_{2}} \cdot \frac{2 {mol AgNO}_{3}}{1 {mol MgCl}_{2}} = 1,514 \cdot 10^{- 2} {mol AgNO}_{3}$ ‍

Ez az eredmény azt mutatja, hogy ha nem is tudjuk pontosan a keverékünk

{MgCl}_{2}

tartalmát, nem lesz problémánk, amíg legalább

1,514 \cdot 10^{- 2} {mol AgNO}_{3}

-ot adunk az oldathoz.

[Segítene, ha a lecsapószert NAGY feleslegben alkalmaznánk?]

Összefoglalás

A kicsapásos gravimetria gravimetriás elemzési módszer, amely csapadékképződési reakció segítségével határozza meg az ionvegyületek mennyiségét vagy koncentrációját. Például ahhoz, hogy meghatározzuk egy halogenidion, mint például a

{Br}^{-} (a q)

, mennyiségét, használhatunk

{Ag}^{+}

-iont tartalmazó oldatot. Néhány hasznos tipp kicsapásos gravimetriás kísérletekhez és számításokhoz:

Ellenőrizd a sztöchiometriát, bizonyosodj meg arról, hogy a reakcióegyenletek jól vannak rendezve.
Győződj meg arról, hogy a csapadékot állandó tömegig szárítottad.
A lecsapószert feleslegben adagold.

[Hivatkozások]

A szórakozás kedvéért...

Tegyük fel, hogy van

0,401 5 g

porkeverék, amely

{MgCl}_{2}

-ból és

NaCl

-ból áll. Ehhez a keverékhez

{AgNO}_{3} (a q)

-ot adagolunk feleslegben, aminek következtében

1,032 g

AgCl (s z)

csapadékot kapunk.

Hány mól ${MgCl}_{2}$ ‍ és $NaCl$ ‍ volt a kiindulási porkeverékben?

A választ

4

értékes jeggyel add meg!

{mol MgCl}_{2}

mol NaCl

[(1.) segítség]

[(2.) segítség]

[(3.) segítség]

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be

Rendezés:

Még nincs hozzászólás.

Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.