Phương Pháp Kết Tủa Trong Hóa Phân Tích. - Nghiên Cứu Khoa Học

1. Nguyên tắc chung của phương pháp kết tủa

Phương pháp kết tủa là phương pháp dựa vào việc cân sản phẩm tách ra bằng phản ứng kết tủa. Trong phương pháp này, người ta thực hiện một loạt các thao tác như lọc, rửa, sấy, nung,…

Các giai đoạn cơ bản của quá trình phân tích khối lượng kết tủa bao gồm:

- Cân mẫu và chuyển mẫu vào dung dịch.

- Làm kết tủa cấu tử xác định dưới dạng hợp chất khó tan (dạng kết tủa).

- Lọc và rửa kết tủa.

- Sấy, nung (nếu cần thiết) để chuyển dạng kết tủa thành dạng cân.

- Cân sản phẩm khô.

- Tính kết quả phân tích.

Trong các giai đoạn nói trên thì giai đoạn kết tủa đóng vai trò quan trọng nhất. Việc chọn thuốc thử làm kết tủa có ý nghĩa to lớn đối với độ chính xác phân tích cũng như quyết định đến các thao tác xử lí kết tủa về sau. Việc chọn thuốc thử phải căn cứ vào yêu cầu của dạng kết tủa và dạng cân.

a. Các yêu cầu đối với dạng kết tủa

- Kết tủa phải thực tế không tan, lượng nguyên tố cần phân tích còn lại trong dung dịch sau khi kết tủa phải nhỏ hơn 0,1mg tức là không được vượt quá độ nhạy của cân phân tích. Thực tế cho thấy rằng đối với các kết tủa loại AB (như BaSO4, AgCl…) thì tích số tan phải nhỏ hơn 10‑8 mới sử dụng được, còn tích số tan lớn hơn 10-8 thì không sử dụng. Do vậy khi tiến hành kết tủa ta phải nghiên cứu tìm những điều kiện tối ưu để chất phân tích kết tủa hoàn toàn.

- Kết tủa tạo thành phải tinh khiết, nếu có chất lạ lẫn vào thì nó phải được loại trừ trong quá trình lọc, rửa, sấy, nung.

- Kết tủa hình thành phải trong điều kiện như thế nào đó để dễ lọc, rửa.

- Dạng kết tủa phải chuyển thành dạng cân dễ dàng và hoàn toàn khi sấy hoặc nung.

b. Các yêu cầu đối với dạng cân

- Việc tính toán kết quả phân tích là dựa vào khối lượng của dạng cân và công thức hóa học của nó nên yêu cầu quan trọng nhất đối với dạng cân là phải có thành phần cố định, đúng với công thức hóa học xác định.

Ví dụ: Al(OH)3 có dạng cân thường ngậm một số phân tử nước nên muốn chuyển thành dạng Al2O3, ta phải nung đến nhiệt độ trên 1100oC. Trong trường hợp này ta có thể chọn dạng kết tủa là các muối bazơ của nhôm để chuyển thành Al2O3 ngay ở nhiệt độ 640oC hơn ở dạng Al(OH)3.

- Dạng cân phải khá bền về mặt hóa học nghĩa là trong không khí nó không bị hút ẩm, không tác dụng với oxi và khí cacbonic, không bị phân hủy do tác dụng của ánh sáng trong quá trình làm nguội và cân…

- Hàm lượng của nguyên tố xác định trong dạng cân càng nhỏ càng tốt, nghĩa là hệ số chuyển G/P càng bé càng tốt vì như vậy sai số mắc phải khi phân tích (do cân, do kết tủa bị tan khi rửa…) sẽ ít, tức là kết quả phân tích càng chính xác.

2. Một vài điểm cần chú ý của phương pháp kết tủa

a. Lọc kết tủa

Trong phân tích khối lượng, để lọc kết tủa người ta thường dùng giấy lọc không tàn. Giấy lọc không tàn là loại giấy sau khi cháy hết, lượng tro còn lại không đáng kể (không quá 0,0002g).

Tùy từng loại kết tủa mà chọn loại giấy lọc dùng cho thích hợp.

- Giấy lọc băng xanh: rất mịn, chảy chậm, dùng để lọc các kết tủa tinh thể nhỏ.

- Giấy lọc băng trắng, băng vàng: độ mịn vừa phải, tốc độ chảy trung bình.

- Giấy lọc băng đỏ: lỗ to, chảy nhanh, dung để lọc các tủa vô định hình.

Tùy theo lượng kết tủa mà chọn loại phễu và giấy lọc có kích thước thích hợp. Kích thước của giấy lọc dùng khi gấp cho vào phễu, cách miệng phễu 5 – 15 mm.

Trước khi lọc phải tẩm ướt giấy lọc và giữ nước đầy ở cuống phễu (tránh có bọt), cuống phễu đặt sát vào thành cốc hứng dung dịch, làm như vậy dung dịch chảy thành dòng sẽ nhanh hơn. Khi lọc đổ từ từ dung dịch vào phễu lọc theo đũa thủy tinh. Lượng dung dịch đổ vào phễu không được quá đầy, phải cách miệng giấy lọc khoảng 5 mm. Trước tiên gạn phần dung dịch trong trước, cuối cùng mới chuyển kết tủa lên giấy lọc.

b. Rửa kết tủa

Mục đích của việc rửa kết tủa là để làm sạch kết tủa, nhưng kết tủa không bị tan mất trong quá trình rửa. Để thỏa mãn yêu cầu trên ta có thể rửa kết tủa bằng một trong các dung dịch rửa sau đây tùy theo loại kết tủa.

- Nước rửa là dung dịch có chứa thuốc thử. Nếu thuốc thử là chất dễ bị phân hủy hoặc bay hơi khi sấy và nung kết tủa thì có thể thêm thuốc thử vào nước rửa, rửa bằng cách này sẽ làm giảm bớt sự tan kết tủa.

- Nước rửa là dung dịch chất điện giải, rửa bằng dung dịch này để tránh hiện tượng pepti hóa của các kết tủa keo.

- Nước rửa là dung dịch có chứa chất để ngăn cản sự thủy phân của kết tủa làm kết tủa tan. Ví dụ, kết tủa MgNH4PO4 dễ bị thủy phân.

MgNH4PO4 + H2O ⇔ MgHPO4 (tan) + NH4OH

Để ngăn cản phản ứng làm tan kết tủa, ta dùng dung dịch rửa có chứa NH3 để rửa kết tủa MgNH4PO4.

- Nếu kết tủa ít tan, không bị thủy phân, không bị pepti hóa khi lọc thì chỉ cần rửa bằng nước cất.

Đối với mọi loại kết tủa, khi rửa cần nhớ rằng với cùng một lượng nước rửa nên chia ra rửa nhiều lần và cần để nước rửa của lần trước chảy hết rồi rửa tiếp lần sau, rửa như vậy kết tủa mới sạch.

Kết luận này được rút ra từ công thức:

An = Ao .(Vo /(V + Vo))n

Trong đó: Ao: Lượng chất bẩn có ban đầu.

An: lượng chất bẩn còn lại sau n lần rửa

V: thể tích dịch rửa dùng của mỗi lần

Vo: thể tích dịch rửa còn lại sau mỗi lần

n: số lần rửa

Ví dụ: Có 100 ml dịch rửa, nếu Vo = 1 ml

Rửa 5 lần (V = 20ml) → A5 = Ao(1/21)5

Rửa 10 lần (V = 10ml) → A10 = Ao(1/11)10

Rõ ràng A10 < A5: Với 100 ml dịch rửa chia làm 10 lần, lượng chất bẩn còn lại ít hơn nhiều so với trường hợp rửa 5 lần.

Mặt khác, từ công thức ta thấy nếu Vo nhỏ thì A­n càng nhỏ. Do đó khi rửa mỗi lần phải cho dịch rửa chảy kiệt mới chóng sạch.

c. Sấy kết tủa

Sau khi lọc và đã rửa sạch kết tủa, ta lấy một tờ giấy lọc thường ghi tên và dựng lên phễu đựng kết tủa rồi đưa vào tủ sấy để sấy khô ở nhiệt độ 95 – 105oC trong khoảng 20 -30 phút. Đối với loại kết tủa chỉ cần sấy đã chuyển sang dạng cân thì phải sấy đi sấy lại nhiều lần đến khi kết tủa có khối lượng không đổi.

d. Nung kết tủa

Kết tủa sau khi sấy khô, ta lấy kết tủa cùng với giấy lọc ra khỏi phễu và chuyển vào chén nung (chén sứ hay chén platin tùy theo yêu cầu) đã biết khối lượng chính xác (giả sử là m1) rồi đưa vào lò nung, mới đầu để ở ngoài miệng lò rồi mới dần dần chuyển vào trong lò để tránh hiện tượng nhiệt độ tăng đột ngột, giấy lọc cháy mạnh làm bay mất kết tủa mà nếu chén nung bằng sứ dễ vỡ.

Nung kết tủa đến khối lượng không đổi (giả sử m2). Khối lượng của dạng cân sẽ là m2 – m1.

e. Cân

Trước khi cân, cần cho kết tủa dạng cân vào bình hút ẩm khảng 20 phút để đưa về nhiệt độ phòng. Đây là giai đoạn cuối cùng nhưng rất quan trọng để xác định khối lượng của tủa ở dạng cân. Phải cân trên cân phân tích có độ chính xác ± 0,0001g.