Гравиметрический метод анализа

В ходе гравиметрического метода анализа определяемое вещество переводится количественно в соединение, удобное для взвешивания, и в таком виде взвешивается на чувствительных весах. Вещества, находящиеся в растворе, действием реагентов переводят в нерастворимые осадки и взвешивают после проведения соответствующих операций (фильтрования, промывания, высушивания, прокаливания). Газы с помощью, адсорбции переводятся в твердую фазу; например, диоксид углерода адсорбируется асбестом, пропитанным едким натром.

Анализ весовых соотношений играл важную роль в химии и до начала XIX в., правда, проводился он в основном в практических, а не в исследовательских целях. Например, для того чтобы определить количество металла в каком-нибудь минерале или сплаве, ремесленники старались выделить этот металл в чистом виде или перевести его в королек. В горнодобывающей промышленности и металлургии это было обычным приемом точно так же, как и при получении благородных металлов или изготовлении монет. И при этом самым необходимым инструментом всегда были весы.

Уже с конца XVIII в. умели рассчитывать содержание металла в неизвестном соединении по весу известного соединения. Т. Бергман предложил переводить анализируемое вещество в какое-либо известное соединение и состав его определять гравиметрически (весовым методом).

Но в химии впервые гравиметрические методы анализа приобрели самостоятельное значение благодаря работам Лавуазье, посвященным изучению окислительных и восстановительных процессов. Путем точного сравнения весовых частей участвующих в реакции веществ он не только доказал правильность антифлогистонной теории, но также обосновал необходимость количественных определений веществ.

В то же время К. Венцель и И. Рихтер определили количественный состав солей; при этом Рихтер открыл закон эквивалентов. Открытие закона эквивалентов Рихтером, закона постоянства состава Прустом и закона кратных отношений Дальтоном еще больше подчеркнуло значение количественного анализа.

Попытки Дальтона и Берцелиуса определить атомные или соединительные веса оказались своего рода движущей силой для быстрого развития количественного анализа. При этом Берцелиус достиг наибольшего успеха. Это относится и к разработанным им методам анализа и к приборам, созданным или усовершенствованным им. Как видно из «Таблицы атомных весов» (1818 г.), его анализы достигли высокой точности.

Все более точное определение атомных масс в XIX в. одновременно было связано со все более совершенствующимися методами количественного анализа и созданием новых приборов. Среди других к ним относятся такие использованные Берцелиусом методы, как растворение силикатов в плавиковой кислоте, а также разделение металлов с использованием хлора. При проведении количественного анализа Берцелиус научился обходиться лишь десятой частью того количества веществ, которое требовалось его предшественникам. Применив спиртовую горелку, ученый облегчил проблему прокаливания осадков.

Используемые им методы Берцелиус описал в учебнике химии, но специального учебника по количественному анализу он не создал. Незаурядная личность Берцелиуса и его авторитет ученого оказали влияние на его учеников, работавших непосредственно с ним или в его лаборатории, среди них были Г. Розе и Ф. Вёлер.

В 1829 г. Розе, как мы уже говорили, написал руководство по аналитической химии, в котором он представил все известные тогда методы качественного и количественного анализа. Руководство по количественному анализу, написанное Фрезениусом, оказалось лучше, нагляднее и более систематизированным. Оно было опубликовано впервые в 1845 г и переиздано через два года. Этим трудом были заложены основы количественного анализа, который вплоть до XX в. почти полностью удовлетворял всем требованиям химиков.

Лишь после того, как Фрезениус внимательно изучил все «подводные камни» количественного анализа, он описал технику взвешивания. Точность весов составляла 0,1 мг. Высушивание вещества он проводил в жестяных сосудах с двойными стенками, между которыми пропускался водяной пар. Ход анализа Фрезениус описывал следующим образом: вначале высушивают вещество, потом растворяют его и осаждают, затем фильтруют и промывают осадок. При расчете элементов — составных частей веществ — учитывался и вес фильтровальной бумаги. Фрезениус приводил данные о том, в какой форме определялся им элемент, процентный состав и эквивалентные массы соединений, рассчитанные из значений, определенных Берцелиусом.

Состав различных осадков был установлен Фрезениусом довольно точно. В своей таблице он привел, например, процентный состав следующих соединений: в сульфате калия 54,08% КО и 45,92% SO₃; в хлориде натрия 39,32% Nа и 60,68% С1; в оксиде цинка 80,26% Zn и 19,74% О. Эти значения совпадают с установленными впоследствии с точностью до первого знака после запятой.

До начала XX в. весовой анализ претерпел мало изменений. Правда, в 1890-х годах стали изготавливать фильтровальную бумагу, обработанную соляной и плавиковой кислотами. Содержание золы после сжигания круга из бумаги диаметром 9 см составляло только 0,1 мг. В то же время вошли в употребление специальные тигли с фильтрующим слоем из асбеста. В 1920-х годах эти тигли были заменены тиглями со стеклянным дном.

Дальнейшие важные нововведения в весовом анализе были осуществлены в XX в. благодаря Л. Винклеру, Ф. Л. Гану, Л. Мозеру, Г. Г. Уилларду и Л. Гордону. Винклер развил прецизионные методы, метод приближенного вычисления наименьших вероятных погрешностей.  Ган работал с очень разбавленными растворами. Мозер, Уиллард и Гордон разработали методы осаждения веществ в гомогенной среде.