Deney 9 Gravimetrik Analiz

DENEY NO
:9
DENEYİN ADI : GRAVİMETRİK ANALİZ
Gravimetrik analizde temel işlemler
Gravimetrik analizde, aranan madde başka bir madde ile (reaktifle) sulu çözeltiden,
çözünürlüğü az olan bir bileşiği halinde çöktürülür. Ya aynı bileşimde veya bilinen,
dayanıklı bir başka bileşimde sabit tartıma getirilir. Bu suretle elde edilen çökeleğin, bileşim ve miktarından, aranan madde miktarı hesaplanır.
Bu bölümde, gravimetrik analizde uygulanan temel işlemler açıklanacaktır. Bu
işlemler analiz akışına uygun bir sıra içinde verilmeye çalışılacaktır. Aşağıda, gravimetrik
analizde yer alan çöktürme, olgunlaştırma, süzme, yıkama, kurutma ve yakma, sabit tartıma
getirmeye gravimetrik analizde sonuçların hesaplanması gibi temel işlemler açıklanmıştır.
Çöktürme: Çözünürlüğü az olan bir bileşiğe ait iyonlar bir çözeltide bir araya
getirildiklerinde, ortamın sıcaklığı ve taneciklerin konsantrasyonu uygun ise bir katı faz
oluştururlar ki, bu olaya çökelme denir. Gravimetrik analizde çöktürme olayı, sürekli
gerçekleştirilen olaydır. Kantitatif analiz miktar tayini ile ilgili olduğundan, çözeltisindeki
taneciğin, kantitatif anlamda tam çökmesi gerekir. Bunun için, çökecek olan bileşiğin
çözünürlüğünü azaltan tedbirler alınır. Bunun da ötesinde, çökmenin tam olup olmadığı
mutlaka kontrol edilir.
Bir çözeltideki taneciğin uygun bir reaktif ile tam çöküp çökmediği nasıl anlaşılır?
Çözünürlüğü az olan bileşiğimiz AB olsun. Bu bileşiğe ait A+ iyonunu ihtiva eden
analiz numunesi çözeltisine, stokiometrik miktardan daha fazlasını içeren B- tanecikleri
çözeltisi (reaktif) ilave edilir. Bu esnada katı halde AB çökelir.
A+ + B AB (k)
Beher içindeki çözelti karışımı bir süre bekletilirse, katı faz beherin dip kısmında
toplanır. Üst kısımdaki berrak çözelti fazına, beher kenarından sızdırmak suretiyle bir iki
damla daha reaktif ilave edilir. İlave edilen reaktif ile çözeltinin karışmış olduğu kısımda,
bulunma şeklinde bir katı faz oluşuyorsa çökelme tamamlanmıştır.
Aksi halde
tamamlanmamıştır.
Çökeleklerin Olgunlaştırılması : Gravimetrik analizde elde edilen çökeleğin uygun bir
banddan veya cam krozeden süzülmesi gerekir. Süzme işleminin kolay bir şekilde
yapılabilmesi, oluşan taneciklerinin homojen tane büyüklüğünde iri kristallerden
oluşmasına bağlıdır. Çökelme esnasında iri ve ince kristaller beraber oluşur. Çökelek bu
haliyle süzülürse, ince kristallerin bir kısmı süzme ortamından geçebilir, bir kısmı da
gözenekleri tıkayabilir. Küçük taneciklerin çözünürlüğü, iri taneciklerin çözünürlüğünden
daha fazla olduğu için, çökelme ortamı ısıtılıp karıştırıldığında, küçük tanecikler çözünür
ve soğuma esnasında iri kristaller üzerinde toplanır. Böylece, küçük tanecikler büyük
Doç. Dr. Atilla Evcin
28
A.K.Ü. Mühendislik Fakültesi
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
tanecikler haline dönüşür. Bu tanecikler hem saf hem de iri taneli olduklarından daha kolay
süzülebilirler.
Süzme : Beher içinde çöktürülüp, olgunlaştırılan çökelek süzme işlemi ile çözelti fazından
ayrılır. Kantitatif huniye yerleştirilen uygun bir banddan veya cam krozeden süzme
yapılır.Çökeleğin üst kısımdaki çözelti fazı, beher dikkatle eğilerek baget yardımıyla huni
içine aktarılır. Böylece dip kısmında bulunan çökelek tanecikleri çözelti fazına
dağılmadıkları için, üst kısımdaki çözelti fazı kısa bir süre içinde süzgeç kağıdından
geçirilmiş olur. Dip kısmında kalan sulu çökelek., beher hafif sallanarak, yine baget
yardımıyla süzgeç kağıdına aktarılır. Bu esnada, süzgeç kağıdının en fazla 2/3 ‘ü çözelti ile
doldurulur. Çökeleğin süzgeç kağıdına aktarılması esnasında, beher sol avuç içinde ve
baget sol el işaret parmağı ile bastırılır, sağ elle piset kullanılır. (Şekil 1.9). Pisetten
püskürtülen yıkama suyu fraksiyonlarıyla, beherin dibinde, ve yan cidarlarında kalan
tortularda süzgeç kağıdına, aktırılır. Beher içindeki çökeleğin tamamı süzgeç kağıdına
aktarılıncaya kadar, beher ve baget huni üzerindeki konumunu muhafaza etmelidir.
Yıkama: Çökeleklerin yıkanmasında kullanılan yıkama suyu ; binde bir-iki oranında
müşterek iyon ihtiva eden bir tuzun sulu çözeltisidir. Bu çözelti şartlara göre soğuk veya
sıcak olarak kullanılır. İçindeki çökelek süzgeç kağıdına aktarılmış olan beher, az
miktardaki yıkama suyu porsiyonları ile yıkanarak, süzgeç kağıdındaki çökelek üzerine
aktarılır. Bu esnada, beherin cidarları ve dip yüzeyi, ucu lastik pabuçlu bir bagetle sürtülür.
Sürtme sonunda yıkama suyu püskürtülerek, çok küçük çökelekler partiküllerinin de süzgeç
kağıdına aktarılması sağlanır. Süzmede kullanılan bagette aynı şekilde, ucu pabuçlu bagetle
sürtülerek yıkama suyu ile huni üzerinde yıkanır.
Bunları takiben, huni içindeki çökelek 4-5 defa yıkama suyu ile yıkanarak, yabancı
ve zararlı iyonlardan temizlenir.
Gerek süzme ve gerekse yıkama işlemi esnasında, huni dışına katı partiküllerin ve
çözeltinin sıçramamasına dikkat edilmelidir. Aksi takdirde, bir miktar partikül
kaybedileceğinden, yapılan tayin hatalı olur.
Kurutma ve Yakma : Süzgeç kağıdı içindeki çökeleğin, yakılmadan (kül etme) önce
kurutulması gerekir. Bu şu şekilde yapılabilir; Yıkama işlemi tamamlandıktan sonra huni
içindeki nemli süzgeç kağıdı, çözelti deymemiş olan üst noktasından tırnak ucu ile yukarıya
çekilir. Huni dışına çıkarılan süzgeç kağıdının dışından tutularak, ağız kısmı dıştan içe
kapatılır. Bunu takiben, sabit tartıma getirilmiş bir porselen krozeye yerleştirilir. Kroze
içindeki süzgeç kağıdı ve çökelek yakılmadan düşük alevde kurutulur. Aksi halde (yüksek
sıcaklıktaki yakma işlemine hemen geçilecek olursa), süzgeç kağıdı parçalanarak etrafa
çökelek sıçraması olabilir. Yine böyle bir uygulama sonucu kroze çatlayabilir.
Kroze muhteviyatının kurutulması bek üzerinde yapılacaksa, saç ayağındaki kil
üçgene kroze eğikçe yerleştirilir (Şekil 1-l0). Tam altına gelecek şekilde bek yerleştirilir ve
çok düşük, bir alevde yakılır. Bu esnada krozeden, hızlı buharlaşmadan dolayı çatırtı gelmemelidir. Kurutma işlemi bir etüvde yapılırsa daha emniyetli olur. Kroze önce, 60 °C ’nin
altında bir süre etüvde tutulur. Takiben, etüv sıcaklığı tedricen artırılarak 100 °C ’ye kadar
yükseltilir.
Doç. Dr. Atilla Evcin
29
A.K.Ü. Mühendislik Fakültesi
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Cam kroze içindeki bir çökeleğin kurutulması ve sabit tartıma getirilmesi de mutlaka
etüv içinde yapılır. Henüz nemli olan cam kroze ve muhteviyatı, ya tamamen soğuk etüve
konur ve etüvün sıcaklık ayar düğmesi, çökeleğin sabit tartıma geleceği sıcaklık derecesine
ayarlanır veya etüv 100 °C ‘nin üzerinde bir sıcaklık derecesindeyse, etüv kapağı açılarak
sıcaklık derecesinin 50 °C ’nin altına düşmesi sağlanır ve kroze konarak etüv tekrar
çalıştırılır. Bu şartlarda, etüvde kroze bir süre bekletildikten sonra, çökeleğin sabit tartıma
geleceği sıcaklık derecesine etüv ayarlanır. Bu sıcaklıkta belirtilen süre bekletilerek çökelek
sabit tartıma getirilir.
Çoğu maddeleri çöktürüldükleri bileşimde sabit tartıma getirmek mümkün değildir.
Bu tür maddeler yüksek sıcaklık derecelerinde kızdırılarak, belirli bir bileşimde sabit
tartıma getirilirler.
Gravirmetrik demir tayininde,
Fe
3+
+ 3 0H-
Fe(OH)3
700 ~C
2 Fe(0H)3
Fe20 3 + 3 H20
Fe3+ iyonları NH3 çözeltisi ile Fe(OH)3 halinde çöktürülür ve yaklaşık 700 °C ’de
Fe203 halinde sabit tartıma getirilir.
Bu özelliğe sahip olan çökelekler mutlaka süzgeç kağıdında (band) süzülürler. Kroze
içinde kurutulan süzgeç kağıdı ve çökelek, isli bek alevinde süzgeç kağıdı. karbonlaşıncaya
kadar ısıtılır. Bu ısıtma esnasında, süzgeç kağıdının alev almamasına (alevli olarak
yanmamasına) dikkat edilir. Takiben, süzgeç kağıdı beyaz görünümlü kül oluncaya kadar
tam bek alevi ile kızdırılır. Kızdırma için bek alevi yeterli ise (700 °C ’ye kadar), belirli
süre tam bek alevinde kızdırılır ve sonra desikatörde oda sıcaklığına kadar soğutularak
tartılır. Çökelek daha yüksek sıcaklık derecesinde sabit tartıma getirilebi1en bir bileşime
dönüşüyorsa , belirtilen süre ve sıcaklık derecesinde fırında kızdırılır.
Sabit Tartıma Getirme : Gravimetrik analizde kullanılan cam ve porselen krozelerin,
kullanılacakları sıcaklık derecesinde sabit tartıma getirilmeleri gerekir. Örneğin, demir
tayininde kullanılacak olan bir porselen krozenin 700 °C ’de, kurşun tayininde kullanılacak
olan bir cam krozenin 110-120 °C ’de sabit tartıma getirilmesi gerekir.
Sabit tartıma getirilecek olan kroze veya herhangi bir çökelek, nem ve yüksek
sıcaklıklarda uzaklaşabilen bazı uçucu maddeleri ihtiva edebilir. Bu nedenle, bu tür
maddelerin krozeden veya çökelekten tam anlamıyla uzaklaştırılması gerekir. Böyle bir
krozenin veya çökeleğin sabit tartıma getirilme işlemi aşağıda açıklanmıştır.
Demir tayininde kullanılacak olan bir porselen kroze, 700 °C ’de etüvde 2-3 saat
bekletilir. Fırından alınarak desikatöre konur ve 20-30 dak. bekletilerek oda sıcaklığına
kadar soğutulur. Bunu takiben krozenin ilk tartımı yapılır. Böyle bir krozenin bu şartlardaki
ilk tartımı, M1= 32,6546 g olsun. Kroze ikinci defa fırında yine 700 °C ’de, 1-1,5 saat
bekletilir. Desikatörde soğutularak ikinci defa tartılır, ikinci tartım, M2 = 32,6515 g olsun.
Örneğimizde de görüldüğü gibi, ikinci tartım birinci tartımdan daha küçüktür. Üçüncü kez
kroze, fırında 700 °C ’de 30-45 dak. bekletilerek, desikatörde soğutulur ve tartılır. Üçüncü
tartım, M3= 32,6512 g olsun. Bu işlemler, son iki tartım arasında 0,0002 g kadarlık bir fark
Doç. Dr. Atilla Evcin
30
A.K.Ü. Mühendislik Fakültesi
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
kalana kadar tekrarlanır. Böylece, son iki tartımı arasında 0,0002 g ’lık veya daha az bir
fark olan kroze veya madde sabit tartıma gelmiştir.
M1 = 32,6546 g
M2 = 32,6518 g
M3 = 32,6512 g
M4 = 32,6510 g
Yukarıdaki örneğimizde, kroze, 4 kez tekrarlanan kızdırma işlemi sonunda sabit
tartıma gelmiştir. Bazen üç kez, bazen 5 kez ve bazen de daha fazla tekrarlama sonucu
maddemiz sabit tartıma gelebilir. Bir krozenin, kaç defada sabit tartıma geleceğini önceden
tahmin etmek mümkün değildir. Ancak, ilk kızdırma işleminin uzun bir süre yapılması,
tekrarlama sayısını azaltabilir.
Tartma : Tartım işleminde, tek kefeli, tam otomatik terazi kullanılacaktır. Bu terazilere
200-300 g ’a kadar yükleme yapılabilir. Yine bu terazilerin doğruluğu 0,1 mg ’dır. Yani, bir
tartımı 0,0001 g hata ile gerçekleştirmek mümkündür. Bu nedenle, yapılan bir tartım
sonucu virgülden sonra 4. basamağa kadar verilmelidir. 15,2 g , 32,45681 g , 20,183 g olan
tartıları bir analitik terazi için vermek gerekirse; 15,2000 g, 32,4568 g ve 20,1830 g
şeklinde düzenlemek gerekir.
Bu terazilerde içinde nem çekici bir maddenin bulunduğu kaplar vardır. Terazinin
sağ, sol ve üst tarafında bulunan cam sürgü açılarak, teraziye yükleme yapılabilir. Cam
sürgü kapağı kapatıldıktan sonra, terazinin sıfır ayarı (dara) yapılır ve tartılacak olan
madde kefenin merkezine yerleştirilir. Sürgü kapatılarak göstergede ağırlığın sabitleşmesi
beklenir. Sabitleşen miktar g olarak virgülden sonra 4 hane de yazılarak kaydedilir. Madde
kefeden alınır ve kapak ve terazi kapatılır.
Gravimetrik Analizde Sonuçların Hesaplanması : Bu an kadar yapılan çalışmalar
sonucu, tayin edilen taneciği, belirli bir bileşimde içeren çökelek miktarı, Mç elde
edilmiştir. Çökelek miktarı, gravimetrik faktörle, F çarpılarak tanecik miktarı bulunur.
M  M ç .F
Aranan madde formül ağırlığı
Tartılan madde formül ağırlığı
Demir gravimetrik olarak çoğunlukla, demir III oksit halinde tayin edilir.
Çözeltideki demir iyonunun +3 değerlikli hale getirilmesi için, çözelti derişik nitrik asit,
bromlu su veya hidrojen peroksit ile kaynatılır. Daha sonra çözeltiye_amonyak çözeltisi
ilave edilerek demir, demir III oksit halinde çöktürülür. Bu çöktürmede amonyaktan başka
bir baz çözeltisi kullanılacak olursa demir III hidroksidin yıkanması esnasında bu bazın
çökelekten tamamen uzaklaştırılması mümkün olmaz ve tayin sonucu hatalı çıkar.
Çökeleğin yakılması bek alevi ile gerçekleştirilir. Yüksek sıcaklıktan kaçınılmalıdır. Bek
alevinde iyice yakılan madde, gerekirse 700 °C’de fırında bir saat bekletilir ve daha sonra
soğutularak tartılır.
F
Doç. Dr. Atilla Evcin
31
A.K.Ü. Mühendislik Fakültesi
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Tayin esnasında şu reaksiyonlar meydana gelir :
Fe+2 + 2 H+ + NO3 Fe+3 + 3 NH3 + 3 H2O
2 Fe(OH)3
Fe+3 + NO2 + H2O
Fe(OH)3 + 3 NH4 +
Fe2O3 + 3 H2O
Beher içindeki demir numunesi çözeltisine, 1 ml der. HNO3 veya klorür asidi ile
asitlendirildikten sonra 1 ml H2O2 ilave edilir ve karışım kaynatılır. Çözeltinin
kaynatılması esnasında, bulunması mümkün olan Fe2+ iyonları Fe3+ iyonlarına yükseltgenir.
Kaynama esnasında boğucu NO gazının çıkışıyla, çözeltideki fazla NO3 – ‘ları bozunur.
Yükseltgenen çözelti, piset ile saat camı ve beherin cidarları yıkanarak 100-120 ml ’ye
seyreltilir, tekrar ısıtılır. Henüz sıcak çözeltiye, iyice karıştırarak l/2’lik NH3 çözeltisi damla
damla ilave edilir. Kırmızı-kahverengi renkli Fe(OH)3 çöktürülür. Amonyağın fazlası, karışım bir dakika kadar kaynatılarak uzaklaştırılır. Amonyak kokusu kalmayınca, beher yere
indirilir ve bir süre beklenir. Bu esnada, çökelek kabın dibine toplanır. Karışım siyah band
süzgeç kağıdından süzülür. Süzme esnasında üst kısımdaki berrak çözelti, karışım sarsılmadan süzgeç kağıdından geçirilir. Daha sonra, sulu çökelek süzgeç kağıdına uygun şekilde
aktarılır.
Yıkama suyu olarak, % 1 NH4NO3 ve 1-2 damla NH3 içeren sıcak çözelti kullanılır.
Beherin cidarları, lastik pabuçlu bir bagetle sürtülerek, bütün çökeleğin süzgeç kağıdına
aktarılması sağlanır. Çökelek 5-6 defa sıcak yıkama suyu ile yıkanarak, çökeltideki klorür
iyonları uzaklaştırılır. Süzgeç kağıdının 2/3 ’sinden fazlası, çökelek veya çözelti ile
doldurulmaz. Bu nedenle yıkama, küçük porsiyonlar halindeki yıkama suyuyla yapılır.
Klorür iyonları giderilen çökelek, süzgeç kağıdı içinde kalacak şekilde, süzgeç
kağıdının ağzı içine kapatılır, sabit tartıma getirilmiş bir porselen krozeye ters yerleştirilir,
isli bek alevinde kurutulur ve süzgeç kağıdı karbonlaştırılır. Bek alevi artırılarak, süzgeç
kağıdı ve çökelek yakılır. Karbonlaştırma ve yakma esnasında, süzgeç kağıdının alev
almamasına dikkat edilir. İyi bir yanma sonucunda, kiremit kırmızısı renginde Fe203 elde
edilir. Tam karbonlaşmadan, bek alevinin ani artırılması, suretiyle yapılan yakmada demir3-oksidin bir kısmı manyetite (Fe304) indirgenebilir. Bu durum, çökeleğin bir kısmının
siyahlaşmasından anlaşılabilir. Yakma bir elektrik fırınında yapılırsa, fırın 700 °C ’de
tutulmalıdır.
Yakma tamamlandıktan sonra, henüz sıcak kroze ve muhteviyatı, bir desikatörde oda
sıcaklığına kadar (25—30 dak.) soğutulur ve sonra tartılır. Elde edilen değerden, krozenin
ağırlığı çıkarılarak demir III oksit miktarı bulunur. Demir III oksit miktarı 0,6994 faktörü
ile çarpılarak demir miktarı hesaplanır.
Doç. Dr. Atilla Evcin
32
A.K.Ü. Mühendislik Fakültesi
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)