Hlavní obsah

Chemie

Kurz: Chemie > Kapitola 2

Lekce 3: Stechiometrické výpočty s klíčovou složkou

Srážecí vážková analýza

Srážecí vážková analýza. Uveden konkrétní příklad s použitím základních chemických vzorců k určení čistoty směsi obsahující dvě soli.

Co je to srážecí vážková analýza?

Srážecí vážková analýza (nebo také gravimetrie) je analytická metoda, která využívá srážecí reakce pro oddělení iontu z roztoku. Látka, která se do analyzovaného systému přidává a která působí vysrážení iontu, se nazývá srážedlo nebo srážecí činidlo. Pevná sraženina může být izolována z kapaliny prostřednictvím filtrace a z její přesné hmotnosti pak na základě známé stechiometrie srážecí reakce lze stanovit koncentraci iontu v původním roztoku. Často se srážecí vážkové analýze říká jednoduše jen vážková analýza nebo také gravimetrie. Kromě srážení existují i jiné metody, které se v gravimetrii používají, pokud se o nich chceš dozvědět více, přečti si tento článek.

[Co je to srážecí reakce?]

V tomto článku si ukážeme, jak pomocí srážecí gravimetrie určit koncentraci vodného roztoku iontu. Rovněž si povíme, jaké jsou nejčastější zdroje chyb, protože se občas může stát, že v laboratoři věci nejdou úplně podle plánu, a proto musíme být extra připravení!

Soli stříbra jako například dusičnan stříbrný lze využít jako srážedla při stanovení koncentrace halogenidů ve vzorku. Hmotnost sraženiny nám dá informaci o koncentraci halidu, jeho barva nám pak může napovědět, o který halid se jedná, neboť každý z nich tvoří se stříbrem růžně zbarvené sloučeniny. Na obrázku lze vidět nažloutlý $AgI$ ‍ (nalevo), krémově zabarvený $AgBr$ ‍ (uprostřed), a bílý $AgCl$ ‍ (napravo) Fotografie sraženin se stříbrem převzato z Cychr from Wikipedia, CC BY 3.0

Příklad: Stanovení čistoty směsi obsahující ${MgCl}_{2}$ ‍ a ${NaNO}_{3}$ ‍

Ale ne! Náš občas ne příliš nápomocný asistent Igor zase popletl lahve s chemikáliemi. (Na jeho obranu je nutno podotknout, že spousta bílých krystalických látek je na první pohled nerozeznatelná, ale právě proto je důležité číst popisky skladovacích lahví a kontejnerů!)

V důsledku nedopatření nyní máme

0,720 9 g

směsi

{MgCl}_{2}

{NaNO}_{3}

o neznámém složení. Chtěli bychom vědět, jaký podíl směsi každá z obou látek tvoří. Směs tedy rozpustíme ve vodě a přidáme přebytek dusičnanu stříbrného

{AgNO}_{3} (a q)

, reakcí se nám vysráží

AgCl (s)

. Vzniklou sraženinu zfiltrujeme a vysušíme, zvážením zjistíme, že její hmotnost je

1,032 g

Jaký je hmotnostní zlomek ${MgCl}_{2}$ ‍ v původní směsi?

Veškeré výpočty v gravimetrii jsou jen počítání se stechiometrií, proto je nutné znát správně vyčíslenou rovnici reakce. V našem příkladu nás zajímá srážecí reakce mezi

{MgCl}_{2} (a q)

{AgNO}_{3} (a q)

za vzniku

AgCl (s)

, přičemž

{AgNO}_{3} (a q)

je v přebytku.

[Co je to vlastně ta stechiometrie? ]

Možná si vzpomínáš, že srážecí reakce jsou typem podvojné záměny, při níž dochází k vzájemné výměně aniontů (nebo kationtů) reaktantů. Na základě toho můžeme předpovědět, co nám při reakcích dvou solí vznikne, přičemž chceme, aby produkt byl nerozpustný. V příkladu již máme dáno, že nám vzniká

AgCl (s)

. To znamená, že nám zbývá určit ještě druhý produkt reakce, to je

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

, a ujistit se, že máme rovnici správně vyčíslenou. Výsledná vyčíslená rovnice reakce pak bude vypadat následovně:

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

[Počkat, počkat, kde jsme dostali tu rovnici?]

Naše vyčíslená rovnice nám říká, že každý

1 {mol MgCl}_{2} (a q)

, což je látka, jejíž obsah nás zajímá, dá vzniknout

2 mol AgCl (s)

, tedy naší sraženiny. Tento poměr stechiometrických koeficientů pak můžeme využít k výpočtu látkového množství

{MgCl}_{2} (a q)

z látkového množství

AgCl (s)

. Nejprve však učiňme následující předpoklady:

Veškerá sraženina je tvořena jen $AgCl (s)$ ‍. Předpokládáme, že veškerý ${Mg(NO}_{3})_{2} (a q)$ ‍ je rozpuštěný ve vodě a žádnou sraženinu tak netvoří.
Veškeré ionty ${Cl}^{-} (a q)$ ‍ zreagovaly za vzniku $AgCl (s)$ ‍. Proto přidáváme ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍ v přebytku, aby nám veškerý ${Cl}^{-} (a q)$ ‍ z ${MgCl}_{2} (a q)$ ‍ zreagoval.

Pojďme si teď výpočet pěkně krok za krokem celý projít!

Krok $1$ ‍: Převeď hmotnost sraženiny $AgCl (s)$ ‍ na její látkové množství

Vzhledem k tomu, že předpokládáme, že sraženina je tvořena čistě jen

AgCl (s)

, můžeme její hmotnost převést na látkové množství

AgCl

přes molární hmotnost.

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

Krok $2$ ‍: Převeď látkové množství sraženiny na látkové množství ${MgCl}_{2}$ ‍

Látkové množství naší sraženiny, tedy

AgCl (s)

, můžeme převést na látkové množství analytu

{MgCl}_{2} (a q)

skrze stechiometrii vyčíslené reakce.

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

Krok $3$ ‍: Převeď látkové množství ${MgCl}_{2}$ ‍ na hmotnost

V zadání máme, že chceme spočítat hmotnostní zlomek

{MgCl}_{2}

v původní směsi, musíme tedy hmotnost

{MgCl}_{2}

převést na látkové množství za použití molární hmotnosti.

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

Krok $4$ ‍: Vypočítej hmotnostní zlomek ${MgCl}_{2}$ ‍ v původní směsi

Hmotnostní zlomek

{MgCl}_{2}

ve směsi lze spočítat jako poměr hmotnosti

{MgCl}_{2}

a hmotnosti celé směsi.

${hm.% MgCl}_{2} = \frac{0,342 7 {g MgCl}_{2}}{0,720 9 g směsi} \cdot 100 % = 47, 54 % {MgCl}_{2} ve směsi (Fakt dík, Igore!)$ ‍

Zkratka: Mohli bychom zkombinovat Kroky

1

až

3

do jednoho jediného výpočtu, ale musíme při tom být opatrní, abychom nenadělali chyby:

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

$Krok 1: Krok 2: Krok 3:$ ‍
$lát. množ. AgCl stechiometrie {hmotnost MgCl}_{2}$ ‍

Potenciální zdroje chyb

Nyní již víme, jak využít stechiometrie k vyhodnocení srážecí gravimetrie. Pokud budeme ale gravimetrický experiment provádět v laboratoři, musíme si dát pozor na několik faktorů, které mohou významně ovlivnit přesnost našeho výsledku. Běžné problémy mohou vyvstat z:

Nedůsledného provedení experimentu jako je nedostatečné vysušení sraženiny.
Chybná stechiometrie pocházející ze špatně vyčíslené rovnice nebo toho, že bychom nepřidali ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍ v přebytku.

Jak by tedy výše uvedené situace ovlivnily náš výsledek?

Situace $1$ ‍: Sraženina není plně vysušená

Možná ti při laboratorním cvičení nezbyl čas experiment řádně dokončit nebo vakuum při podtlakové filtraci nebylo dostatečně silné. Situaci nepomáhá skutečnost, že na rozdíl od běžných organických rozpouštědel je vodu velmi obtížné dokonale ze vzorku odstranit kvůli její relativně vysoké teplotě varu a schopnosti adsorpce skrze vodíkové můstky. Pojďme se tedy blíže podívat, co za neplechu může zbytková voda při analýze způsobit.

V případě, že naše sraženina není při vážení dokonale suchá, můžeme nabýt dojmu, že v systému bylo více

AgCl (s)

než ve skutečnosti (protože navážíme hmotnost

AgCl (s)

společně s hmotností zbytkové vody). Vyšší hmotnost

AgCl (s)

znamená vyšší látkové množství

AgCl (s)

v kroku

1

, což by následně bylo převedeno na vyšší látkové množství

{MgCl}_{2} (s)

v počáteční směsi. V posledním kroku nám pak vyjde vyšší hmotnostní zlomek

{MgCl}_{2} (s)

než jakému odpovídá skutečnost.

Tip do laborky: V případě, že máš dostatek času, jednoduchý způsob, jak zjistit, že se veškerá voda ze vzorku odpařila, je vzorek ke konci sušení párkrát zvážit, abychom se ujistili, že se hmotnost dalším sušením již nijak nemění. Takovému počínání se říká sušení do konstantní hmotnosti. Ačkoli ti to 100% nezaručí, že je tvůj vzorek dokonale suchý, je to poměrně užitečné! Během sušení se také můžeš pokusit rozbít zhrudkovatělý vzorek na menší kousky a zvýšit tak povrch, ze kterého se voda může odpařit. Nepoškoď však při tom filtrační papír!

Situace $2$ ‍: Špatně jsme vyčíslili rovnici!

Vzpomínáš si, jak jsme si na začátku řekli, že je gravimetrie pouze aplikací stechiometrie? To mimo jiné znamená, že pokud pokazíme vyčíslení rovnice, pokazí se i konečný výsledek. V rámci této ilustrace budeme používat stechiometrické koeficienty následující nevyčíslené reakce:

${MgCl}_{2} (a q) + {AgNO}_{3} (a q) \to AgCl (s) + {Mg(NO}_{3})_{2} (a q) (Varování : Není to vyčíslené!)$ ‍

Tato rovnice nám (nesprávně!) říká, že každý jeden mol

AgCl (s)

, který nám vznikne, značí jeden mol

{MgCl}_{2}

v počáteční směsi. Pokud použijeme odpovídající poměr stechiometrických koeficientů pro výpočet hmotnosti

{MgCl}_{2}

, dostaneme:

{hmostnost MgCl}_{2} = 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}

Chybný stechiometrický poměr!

Podle právě provedeného výpočtu by ve směsi muselo být dvakrát tolik

{MgCl}_{2}

, takovýmto chybným počítáním bychom tedy výsledný hmotnostní zlomek

{MgCl}_{2}

nadhodnotili a vyšel by nám dvakrát větší:

${hm.% MgCl}_{2} = \frac{0,685 4 {g MgCl}_{2}}{0,720 9 g směsi} \cdot 100 % = 95, 08 % {MgCl}_{2} ve směsi (Srovnej s 47, 54 %!!)$ ‍

Situace $3$ ‍: ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍ v přebytku

V posledním hypotetickém scénáři nás zajímá, co se stane, když nepřidáme

{AgNO}_{3} (a q)

v přebytku. Již víme, že důsledkem toho, že

{AgNO}_{3} (a q)

není v přebytku, je to, že nám v našem roztoku po reakci budeme mít nezreagované

{Cl}^{-}

ionty. To znamená, že hmotnost

AgCl (s)

již nebude přímo úměrná hmotnosti

{MgCl}_{2}

v původní směsi, protože nebudeme započítávat

{Cl}^{-}

ionty, které nám zůstaly v roztoku. Výsledný hmotnostní zlomek

{MgCl}_{2}

v původním roztoku bude tedy podhodnocen.

Navazující a zároveň velmi důležitá otázka je:

Jak se můžeme ujistit, že přidáváme ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍ v přebytku?

Pokud bychom znali odpověď na tuto otázku, výpočty bychom mohli provádět s trochou více sebevědomí navíc! Uvažujme následující příklad:

Máme $0,720 9 g$ ‍ směsi, která obsahuje určité množství ${MgCl}_{2}$ ‍.
Z vyčíslené rovnice víme, že na každý mol ${MgCl}_{2}$ ‍ potřebujeme minimálně $2$ ‍ moly ${AgNO}_{3} (a q)$ ‍.

To, že v reakční směsi budeme mít nějaký

{AgNO}_{3} (a q)

navíc, vůbec nevadí, protože jakmile veškeré

{Cl}^{-}

zreagují, přebytečný

{AgNO}_{3}

zůstane rozpuštěný v reakčním médiu a můžeme jej snadno odfiltrovat pryč.

Jestliže nevíme, kolik molů

{MgCl}_{2}

je v našem reakčním médiu přítomno, jak můžeme vědět, kolik

{AgNO}_{3}

je nutno přidat? Je jasné, že čím víc molů

{MgCl}_{2}

ve směsi je, tím víc molů

{AgNO}_{3}

budeme potřebovat. Naštěstí máme dost informací pro to, abychom se připravili na ten nejhorší scénář, což je

100 % {MgCl}_{2}

, tedy maximální možné množství

{MgCl}_{2}

, tím je pak dané i maximální množství

{AgNO}_{3}

, které má smysl přidat.

Předstírejme teď, že máme

100 % {MgCl}_{2}

. Kolik molů

{AgNO}_{3}

budeme pro reakci potřebovat? Odpověď opět zjistíme ze stechiometrie. Látkové množství potřebného

{AgNO}_{3}

zjistíme tak, že hmotnost vzorku přepočítáme na odpovídající látkové množství

{MgCl}_{2}

přes jeho molární hmotnost, s tím, že předpokládáme, že je vzorek tvořen pouze

{MgCl}_{2}

. To pak převedeme na látkové možství

{AgNO}_{3}

pomocí poměru stechiometrických koeficientů:

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

Výsledek nám říká, že i přestože neznáme přesné množství

{MgCl}_{2}

ve výchozí směsi, tak pokud přidáme alespoň

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

měli bychom být na té správné cestě.

[Co když přidáme OBROVSKÝ přebytek srážedla?]

Shrnutí

Srážecí gravimetrie neboli vážková analýza je analytická technika využívající srážecí reakce ke stanovení koncentrace rozpustných iontových sloučenin v roztocích. Například ke stanovení množství

{Br}^{-} (a q)

iontů můžeme využít přídavek

{Ag}^{+}

, vznikne tak nerozpustná sraženina, kterou pak můžeme usušit a zvážit. Pro experiment a výpočty v gravimetrické analýze mohou být užitečné následující tipy:

Řádně si zkontroluj správnost stechiometrie reakce, ujisti se, že příslušné chemické rovnice jsou vyčíslené.
Ujisti se, že je tvá sraženina vysušená do konstantní hmotnosti.
Dbej na to, že je nutné srážedlo přidat v přebytku.

[Citace a odkazy]

Jen tak pro zábavu!

Řekněme, že máme

0,401 5 g

směsi

{MgCl}_{2}

NaCl

. Přidáme přebytek

{AgNO}_{3} (a q)

a zjistíme, že se nám vytvořilo

1,032 g

vysráženého

AgCl (s)

Jaké látkové množství ${MgCl}_{2}$ ‍ a $NaCl$ ‍ bylo ve výchozí směsi?

Výsledek uveď na

4

platné cifry.

{mol MgCl}_{2}

mol NaCl

[Nápověda 1]

[Nápověda 2]

[Nápověda 3]

Chceš se zapojit do diskuze?

Přihlášení

Setřídit podle:

Zatím žádné příspěvky.

Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.

Chemie

Kurz: Chemie > Kapitola 2

Co je to srážecí vážková analýza?

Příklad: Stanovení čistoty směsi obsahující MgCl2‍ a NaNO3‍

Krok 1‍ : Převeď hmotnost sraženiny AgCl(s)‍ na její látkové množství

Krok 2‍ : Převeď látkové množství sraženiny na látkové množství MgCl2‍

Krok 3‍ : Převeď látkové množství MgCl2‍ na hmotnost

Krok 4‍ : Vypočítej hmotnostní zlomek MgCl2‍ v původní směsi