9.5. Промывание осадков
Домывание осадков проводят для удаления остатков жидкой фазы содержащейся в порах, на поверхности и, в каналах частиц
Количество остающейся после фильтрования жидкости в осадке зависит от его гранулометрического состава и способа разделения твердой и жидкой фаз. Чем меньше размер частиц осадка тем больше их удельная поверхность (м2/г) и тем значительнее количество остающейся жидкости, приходящееся на единицу массы осадка.
Экспериментальные данные показывают, что наилучшее удаление жидкой фазы происходит при центрифугировании суспензий: остаток жидкости в этом случае колеблется от 1 до 3% от массы осадка. При вакуумном фильтровании остаток жидкости в осадке возрастает до 2 — 5%, а при обычном фильтровании — до 15 — 25%.
Включения жидкости в осадке промыванием полностью удалить невозможно. Часть раствора захватывается частицами в процессе образования осадка и входит в их внутренний объем.
Существует два способа промывания осадка: декантация и промывание на фильтре. Обычно сначала проводят декантацию а уже затем промывание на фильтре.
Декантация — это сливание жидкости (маточного раствора) с отстоявшегося осадка. Если декантацию проводят при нагревании, не доводя суспензию до кипения, то ее называют дигерированием. Для декантации применяют специальные колбы и стаканы (см. рис. 16, ж). К осадку, подлежащему промыванию декантацией, добавляют промывную жидкость, взбалтывают или перемешивают стеклянной палочкой (механической, магнитной мешалками). Затем суспензии дают отстояться и осветленную жидкость осторожно сливают с осадка на фильтр по стеклянной палочке (см. выше), но так, чтобы осадок остался в сосуде. К оставшемуся осадку снова добавляют промывную жидкость в небольшом количестве и операцию декантации или дигерирования повторяют, проверяя каждый раз качественной реакцией присутствие в сливаемой жидкости удаляемого вещества.
Как только качественная реакция даст отрицательный результат, осадок с последней порцией промывной жидкости переносят на фильтр способом, описанным в разд. 9.4.
При гравиметрическом анализе в сосуде после перевода осадка на фильтр не должно остаться ни одной визуально обнаруживаемой частицы. Одиночные частицы удаляют при помощи стеклянной палочки, на одном конце которой надет кусочек резинового или полиэтиленового шланга, выступающего с конца палочки на 1 — 2 мм. Этим концом собирают частицы и смывают их на фильтр промывной жидкостью из промывалки.
При промывании осадка декантацией надо заранее знать Растворимость вещества осадка в промывной жидкости и в соответствии с растворимостью определить порции и их число, чтобы избежать значительной потери части осадка при промывании. Поэтому часто промывание осадка декантацией проводят концентрированным, почти насыщенным раствором вещества образующим осадок.
Рис. 207. Установки для автоматического (а) и полуавтоматического (б) промывания осадков на фильтре
Эффективность промывания осадка декантацией обусловлена тем, что частицы осадка разобщены и перемещаются в промывной жидкости.
Промывание осадка на фильтре является конечной операцией фильтрования. Промывание ведут небольшими порциями промывной жидкости, наливая ее столько, чтобы она полностью покрыла слой осадка. Новую порцию промывной жидкости не Добавляют, пока полностью не будет отфильтрована предыдущая.
Если используют гладкий конический фильтр (см. рис. 197),то обращают внимание на промывание края фильтра, нанося на его кромку по каплям промывную жидкость.
Когда осадок практически нерастворим в промывной жидкости например осадок диоксида кремния SiO2 или оксида алюминия Al2O3 в воде, прибегают для более полного удаления примесей с промывной жидкостью к автоматическому и полуавтоматическому промыванию осадка (рис. 207).
автоматический прибор (рис. 207, а) работает по принципу сосуда Мариотта (см. рис. 151).
Перед заполнением сосуда 4 промывной жидкостью на его сифон б надевают резиновые колпачок (на рисунке не показан). После заполнения сосуда (через воронку 1 при открытых кранах 2 и 3) закрывают краны 2 и 3. Затем наполняют воронку Бюхнера 7 суспензией, включают водоструйный насос (см. рис. 258), подсоединенный к резиновому шлангу 9 через предохранительную склянку, и отфильтровывают жидкость в колбу Бунзена 8. После этого, не снимая колпачок с сифона 6, открывают кран 2 и через кран 3 отсасывают немного воздуха из сосуда 4, пока не появится несколько пузырьков воздуха у нижнего конца трубки 5. Затем кран 3 закрывают, с сифона 6 снимают колпачок и погружают нижний конец сифона в воронку Бюхнера 7, предварительно налив в нее промывную жидкость. Уровень жидкости должен находиться выше нижнего среза сифона 6. Этот уровень будет постоянно поддерживаться вытекающей из сосуда 4 промывной жидкостью, если нижний срез трубки 5 и поверхность жидкости в воронке Бюхнера будут находиться на одном уровне 0 — 0. Фильтрат из колбы Бунзена 8 периодически удаляют через нижний спуск 10, переключая на это время трехходовой кран шланга 9 с вакуума на атмосферу.
Другой прибор (рис. 207, б) работает полуавтоматически. Как только промывная жидкость из воронок 1 и 2 попадет в сосуд 3, и уровень ее достигнет колена сифона 4, последний начнет спускать ее слой h в воронку для фильтрования 5. После этого надо снова заполнить жидкостью сосуд 3 из воронки 1. Изменяя значение h и диаметр сифона, можно влиять на количество промывной жидкости, поступающей на фильтр воронки 5 за один прием. При промывании кончик правого длинного колена сифона 4 не должен соприкасаться с фильтром.
Источник
Способ промывания осадка от примесей
Фильтрованием отделяют полученный осадок от раствора, содержащего посторонние примеси. Тщательность выполнения этой операции сказывается на точности выполняемого анализа.
В гравиметрическом анализе применяют так называемые беззольные фильтры, которые почти не имеют остатка после сжигания. Обычно масса золы меньше чувствительности аналитических весов, т.е. меньше 10 -4 г . Таким образом, ею можно пренебречь.
Для фильтрования мелкокристаллических осадков, например BaSO 4 , применяют наиболее плотные фильтры (их маркируют как фильтры с синей лентой), для крупнокристаллических и аморфных осадков * применяют менее плотные фильтры (с белой или черной лентой).
Крупнокристаллические легко фильтрующиеся осадки промывают непосредственно на фильтре. Мелкокристаллические и аморфные осадки перед перенесением на фильтр промывают декантацией, сливая прозрачную жидкость над осадком через фильтр, снова взмучивая осадок промывной жидкостью и опять ее сливая. Обычно промывание декантацией применяют при переосаждении. Первичный осадок не переносят на фильтр, а после промывания декантацией растворяют и переосаждают, учитывая массу осадка, которая осталась на фильтре при промывании декантацией.
Осадок на фильтре промывают небольшими порциями промывной жидкости, так как при одинаковом объеме промывных вод многократная промывка небольшими порциями более эффективна, чем меньшее число промываний большими порциями жидкости.
Действительно, Пусть V o – объем раствора, оставшегося в осадке после фильтрования (мл); сo — концентрация примесей в этом растворе (г/мл); V – объем одной порции промывной жидкости (мл); с1, с n – концентрации примесей в растворе, оставшемся в осадке после первого и n -го промываний. После первого промывания концентрация примесей в растворе может быть выражена (при условии полного перемешивания) следующим образом:
,
а после n -го промывания
,
Общее содержание примесей ( mn , г) в растворе, оставшемся в осадке после n промываний
.
Если промывать, например, 5 раз ( n = 5), расходуя на каждое промывание по 10 мл промывной жидкости (всего 50 мл), при этом V 0 =1,0 мл и с0=1,0 г/мл, то содержание примесей в растворе, оставшемся в осадке, будет
.
Если этот же объем промывной жидкости (50 мл) израсходовать за 2 раза, то
.
Содержание примесей при пятикратном промывании оказывается на 2 порядка ниже, чем при двукратном, причем в обоих случаях расходуется одинаковое количество промывной жидкости.
При выборе промывной жидкости учитывается растворимость осадка, возможность гидролиза при промывании и склонность осадка к пептизации (переход осадка в коллоидное состояние). Чтобы уменьшить потери при промывании осадка за счет растворимости, в промывную жидкость вводят электролит, имеющий общий ион с осадком.
По правилу произведения растворимости, присутствие в растворе общего иона будет понижать растворимость осадка (см п. 5.1.1). Гидролизующиеся осадки промывают раствором реагента, подавляющего гидролиз, или неводным растворителем (часто спиртом), а склонные к пептизации осадки — раствором соли аммония или другого подходящего электролита. Иногда в качестве промывной жидкости применяют насыщенный раствор соединения, выделенного в осадок. Например, осадок PbSO 4 промывают насыщенным раствором этого соединения.
Источник
Лекция 40. Загрязнение осадков. Фильтрование и промывание осадков
Ключевые слова: соосаждение, поверхностная адсорбция, окклюзия, изоморфизм, последующее осаждение, фильтрование, обеззоленный фильтр, промывная жидкость, декантация.
Осадки, получаемые в гравиметрическом анализе, могут быть загрязнены осадителем и примесями посторонних веществ из анализируемого раствора, которые они увлекают с собой главным образом в процессе осаждения. Это явление захватывания осадком посторонних примесей называют соосаждением. Процесс соосаждения может быть связан с явлениями поверхностной адсорбции, окклюзии или последующим осаждением.
Поверхностная адсорбция – увеличение поверхностной концентрации растворенных веществ на границе раздела фаз. На поверхности осадка в первую очередь адсорбируются ионы, входящие в состав кристаллической решетки осадка и находящиеся в избытке. Адсорбируемость ионов на поверхности осадка зависит от концентрации ионов в растворе, заряда ионов и их размера. Адсорбция тем больше, чем больше поверхность осадка, поэтому она максимальна для аморфных осадков, меньше для мелкокристаллических и минимальна для крупнокристаллических осадков. Поэтому необходимо создавать условия для получения кристаллических осадков с наименьшей поверхностью. Количество адсорбированных примесей можно уменьшить при промывании осадков на фильтре горячей водой или промывной жидкостью, а также в случае кристаллических осадков в процессе их старения.
Окклюзия – процесс включения посторонних веществ внутрь осадков в ходе осаждения. Окклюзия характерна для кристаллических осадков и наблюдается при быстром росте кристаллов. Окклюдированные примеси занимают преимущественно те места, где в кристаллической решетке осадка имеются дефекты; их нельзя удалить промыванием. Окклюзию можно уменьшить в процессе осаждения медленным добавлением осадителя при перемешивании, путем переосаждения осадка, а также в процессе его старения. Кроме того, причиной окклюзии может быть образование смешанных кристаллов – изоморфизм – замещение определенных ионов в кристаллической решетке другими, обладающими близкими размерами, структурой, зарядом и электронной конфигурацией. Образование изоморфных включений можно предотвратить, лишь удалив мешающий ион до осаждения.
Причиной загрязнения осадков может служить также последующее осаждение, в ходе которого на поверхности ранее выделенного осадка осаждается химически отличающаяся от него форма соединения, содержащего ион, одноименный с осадком. Уменьшить соосаждение можно прежде всего путем рационального выбора хода анализа.
Фильтрование и промывание осадка. Полученный осадок отделяют от раствора, содержащего посторонние примеси, фильтрованием. В гравиметрии применяют не обычную фильтровальную бумагу, а так называемые обеззоленные фильтры, из которых большая часть минеральных веществ удалена. Обычно массу золы от такого фильтра указывают на упаковке, и ее необходимо вычесть из массы прокаленного осадка. Промышленность выпускает беззольные фильтры нескольких сортов, различающихся по плотности бумаги – пачка фильтров каждого сорта снабжена лентой определенного цвета. Красная лента – наименее плотные, крупнопористые и быстрофильтрующие фильтры, которые используют для отделения аморфных осадков. Белая лента – фильтры средней плотности, применяемые для отделения большинства кристаллических осадков. Синяя лента – мелкопористые, плотные фильтры, применяемые для отделения мелкокристаллических осадков. Кроме того, выпускаются фильтры с зеленой, желтой, черной лентами, имеющие специальное назначение. Все сорта фильтров выпускаются различного диаметра.
Во всех случаях фильтрованию осадка сопутствует его промывание. Промывание осадка необходимо для удаления адсорбированных им примесей и остатков маточного раствора, которые не улетучиваются при переводе осадка в гравиметрическую форму. При этом необходимо исключить потери осажденного вещества. Промывание чистой водой часто приводит к нежелательному увеличению растворимости осадка за счёт образования коллоидных растворов (пептизация) или увеличения гидролиза. Поэтому выбор промывной жидкости определяется свойствами промываемого осадка. Промывная жидкость для кристаллических осадков обычно содержит летучие электролиты; осадки веществ с растворимостью 10 –5 –10 –6 моль/л промывают раствором осадителя. Промывная жидкость для аморфных осадков должна содержать электролиты-коагуляторы, препятствующие пептизации (разбавленные растворы летучих кислот, растворы солей аммония).
При фильтровании вначале пропускают через фильтр прозрачную надосадочную жидкость (маточный раствор). Затем несколько раз промывают оставшийся осадок непосредственно в стакане, в котором проводили осаждение, методом декантации,с помощью которого удается более полно отмыть осадок от маточного раствора. Для этого к осадку добавляют промывную жидкость, взмучивают его, дают отстояться и сливают промывные воды через фильтр. Промытый таким образом осадок количественно переносят на фильтр. Для этого к осадку добавляют еще некоторое количество воды (или промывной жидкости), взбалтывают его и, не давая отстояться, по палочке переводят на фильтр, через который сливали промывную жидкость. Эту операцию повторяют до тех пор, пока на фильтр не будет переведен весь осадок. В стакане или колбе не должны оставаться частицы осадка. Для полного перенесения осадка на фильтр внутреннюю поверхность сосуда, в котором промывали осадок с применением декантации, обтирают небольшим кусочком фильтровальной бумаги. Фильтровальную бумагу придерживают стеклянной палочкой, на один конец которой надет кусочек резиновой трубки. Прижимая бумагу этим концом, тщательно обтирают всю внутреннюю поверхность сосуда. Фильтровальную бумагу полезно смочить несколькими каплями дистиллированной воды. Затем палочку также тщательно обтирают этим же кусочком фильтровальной бумаги и промывают над воронкой из промывалки дистиллированной водой. Кусочек фильтра, использованный для обтирания сосуда и палочки, присоединяют к осадку.
Осадок более полно освобождается от загрязняющих веществ, если его промывать многократно небольшими порциями промывной жидкости, что можно видеть из следующего расчета:
где Cn – концентрация примесей после n-го промывания; C0 – начальная концентрация примесей; V0 – объем промывной жидкости, остающейся на осадке после фильтрования; V – объем каждой порции промывной жидкости.
Промывание нужно стремиться провести возможно малым количеством жидкости. Это необходимо потому, что абсолютно нерастворимых веществ нет, и каждый раз при промывании свежей порцией жидкости часть осадка переходит в раствор. При необходимости учитывают потери осадка за счет его растворения в промывной жидкости (mпотерь, г), для чего требуется знать объём промывной жидкости (Vпж, мл), растворимость осадка (S, моль/л) и его молярную массу (М): 
Относительная погрешность (Δотн, %), связанная с потерей осадка при промывании, рассчитывается по формуле
где mос – масса осадка, г.
Обычно принимают допустимую потерю массы осадка не более 0,0001 г, чтобы она не сказывалась на результате взвешивания.
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте явление соосаждения, каковы его причины?
2. Что такое поверхностная адсорбция и как ее можно минимизировать?
3. Дайте определение окклюзии и изоморфизма. Можно ли их избежать?
4. Какие фильтры называют обеззоленными? Перечислите их сорта.
5. Для чего проводят промывание осадка? Как правильно выбрать
6. В чем суть метода декантации?
7. Как рассчитать потери осадка при промывании?
Список рекомендуемой литературы
1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. — М.: Дрофа, 2005. — С. 284 — 290.
2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов. В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. – С. 57 – 64.
С.Б. Денисова, О.И. Михайленко, Л.Е. Салова
Дата добавления: 2016-09-20 ; просмотров: 5291 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
