|
|
Конспект Лекций для Пробоотборщика. 1. Цели и задачи пробоотбора. Представительность пробы. Факторы, учитывающиеся при пробоотборе. Виды проб
15. «Мокрые» способы разложения. Обработка минеральными, органическими кислотами, водными растворами солей и оснований.
«Мокрые» способы разложения
Реагентами для «мокрого» способа разложения анализируемых проб могут быть растворы индивидуальных минеральных (НСl, HBr, HI, HF, HNO3, H2SO4, HClO4, H3PO4) и органических (СН3СООН, щавелевая, винная, реже трихлоруксусная, лимонная, муравьиная и др.) кислот, а также их различные смеси. Реже в качестве реагентов используют растворы солей и оснований (щелочей).
Выбор растворителя обусловливается целью анализа — определением матричных элементов или примесного состава — и способом измерения определяемого элемента. При определении содержания матричных элементов выбирают такой состав растворителя, в котором полностью и без потерь растворяются и находятся в растворенном состоянии все компоненты пробы или удается провести разделение определяемых и сопутствующих им элементов.
При выборе кислоты учитываются ее физические и химические свойства, которые могут влиять на конечный ход анализа и служить источником систематических помех. По своему действию на аналитический сигнал кислоты располагаются в ряд: HClO4 < HCl < HNO3 < H2SO4 < H3PO4, Гдe хлорная кислота практически не влияет на величину сигнала, а в присутствии анионов других кислот сигнал уменьшается.
Обработка минеральными кислотами
Минеральные кислоты, используемые для переведения анализируемой пробы в раствор, разделяют на две основные группы.
1) Кислоты, не оказывающие окислительного действия (НСl, разбавленные Н2SО4, НСПО4, Н3РО4). Этими кислотами, иногда в присутствии восстановителя, разлагают вещества, способные восстанавливаться.
Концентрированная соляная кислота— отличный растворитель для оксидов многих металлов, а также для металлов, окисляющихся легче водорода. Аналогично соляной кислоте ведут себя разбавленные серная и хлорная кислоты.
2) Кислоты, действующие как сильные окислители (НNО3, концентрированная Н2SО4, горячая концентрированная НСlО4). Этими кислотами разлагаются вещества, способные окисляться.
Эффективность воздействия горячей концентрированной серной кислоты отчасти обусловлена ее высокой температурой кипения (
340°С). Если при такой обработке добавить еще сульфат щелочного металла, то температура кипения серной кислоты повышается и этим ускоряют растворение.
Концентрированная хлорная кислота при температуре кипения ее азеотропной смеси с водой (
200°С) — очень энергичный окислитель, разрушающий ряд сплавов железа и нержавеющие стали, не разлагаемые другими минеральными кислотами (при работе с хлорной кислотой следует соблюдать осторожность, поскольку она может взрываться, особенно при контакте с органическими или легко окисляющимися неорганическими веществами).
Применяют также смеси кислот (НСl или Н2SО4) с окислителями, например бромом. В соляной кислоте в присутствии окислителя (пероксид водорода, бром) можно растворить почти все металлы.
Разложению различных твердых веществ способствует также образование комплексов. Выбор комплексанта определяется двумя факторами: прочностью образующихся комплексов и растворимостью солей элементов, входящих в состав анализируемого материала. Комплексообразователь вводят либо непосредственно при вскрытии проб, либо после их растворения для обеспечения устойчивости растворов во времени. Наиболее часто в качестве комплексообразующего реагента используют пероксид водорода и гидроксикислоты (винную, лимонную, щавелевую).
Некоторые из металлов, будучи даже сильными восстановителями, растворяются в кислотах медленно. Это происходит с металлами очень чистыми и с металлами, пассивированными образовавшейся на их поверхности защитной пленкой, например таким образцом пассивируются алюминий и хром при действии на них концентрированной азотной кислотой, вследствие чего их растворения не происходит. В таких случаях металлы растворяют, используя электрохимические процессы. Например, очень чистые металлы можно растворить, создавая гальванические пары, т. е. при их контакте с такими металлами, как платина или медь. Можно также осадить более благородный металл непосредственно на поверхности растворяемого металла, прибавляя соответствующую соль.
Обработка органическими кислотами
Органические кислоты применяются при разложении минерального сырья лишь в единичных случаях, главным образом в фазовом анализе. Наиболее часто для растворения минералов используется уксусная кислота. Разложение ведут при нагревании.
Для разложения шеелита СаWО4 и пиролюзита МmО2 используют щавелевую кислоту. Винную кислоту применяют в основном при анализе сурьмяных руд: после растворения руды в концентрированных кислотах перед разбавлением раствора водой добавляют винную кислоту, чтобы предотвратить гидролиз соединений сурьмы.
Растворение в азотной и винной кислотах применяют главным образом при анализе сплавов. Этот метод можно также использовать при разложении природного сплава мышьяка и сурьмы аллемонтита АsSb. В ряде случаев для разложения применяют трихлоруксусную, лимонную, муравьиную и другие кислоты, а также растворы комплексона III с различным значением pН (селективное растворение некоторых компонентов природных оксидов).
Обработка водными растворами солей и оснований
Для выщелачивания сульфатов при анализе цинкового концентрата применят водные растворы карбоната натрия. Раствором карбoната аммония можно извлечь сульфаты изкриолита АlF3*3NaF, а также растворить окисленные минералы молибдена.
Известняк растворяется при кипячении с 15%-ным раствором хлорида аммония.
При обработке железных руд важное технологическое значение имеет определение металлического железа и его оксидов. Для этого используют электрохимическую реакцию солей металлов, имеющих наиболее положительный окислительновосстановительный потенциал, например растворы хлорида ртути или сульфата меди. В результате реакции вытеснения образуется металлическая медь или ртуть, а металлическое железо при этом переходит в раствор, где и определяется. К подобному приему прибегают также при определении неметаллических включений в железных, алюминиевых и других сплавах.
Металлическое железо можно растворить при кипячении с водным раствором хлорида свинца.
Разложение флюорита связано с образованием комплексных соединений. Большая величина константы устойчивости фторидных комплексов обеспечивает растворение флюоритов. Разложение проводят, нагревая флюорит с подкисленным 8%-ным раствором хлорида аммония. Это же свойство фторидных комплексов используется при растворении флюоритов и криолита в растворе нитрата бериллия, подкисленного соляной кислотой.
Растворы едких щелочей, карбонатов и аммиака — обычные растворители в фазовом анализе. Растворимость в них отдельных минералов изменяется в зависимости от содержания изоморфных примесей.
В концентрированных и разбавленных растворах щелочей растворимы лишь некоторые материалы, содержащие Аl, Gа, In, Si, Gе, Мо, W, с образованием соответствующих солей щелочных металлов — алюминатов, галлатов, вольфраматов и др.
Скорость разложения «мокрым» способом определяется количеством реагирующих веществ и температурой. Так называемая средняя скорость разложения зависит от величины пробы, длительности обработки и свойств данной системы, на которую оказывает влияние состав пробы и веществ, применяемых для разложения. Скорость разложения твердого вещества примерно пропорциональна его поверхности, ибо часто эта скорость определяется процессом диффузии. Ввиду малой скорости последней сосредоточение продуктов происходит на границе раздела фаз раствор — проба, где образуется практически насыщенный раствор. Интенсивным перемешиванием особенно с использованием ультразвука можно обеспечить одинаковую концентрацию во всем свободном объеме реакционного пространства и тем самым ускорить процесс разложения. Ультразвук оказывает не только перемешивающее, но одновременно и диспергирующее, тепловое и окисляющее действие на взвеси и эмульсии и, минимизируя диффузионные ограничения, ускоряет гетерогенные реакции.
Поверхность вещества можно значительно увеличить, измельчая его тем или иным способом. Это относится и к металлам, скорость растворения которых значительно возрастает, если обработке подвергают металл в виде мелких стружек. Повышение температуры также приводит к ускорению разложения.
В ряде случаев разложение можно ускорить окислением или восстановлением продуктов реакции.
Часто разложение замедляется из-за образования на поверхности пробы пленки нерастворимых продуктов; в этом случае скорость разложения зависит от проницаемости пленки. В то же время высокую скорость разложения в 80—100%-ной серной кислоте минералов кальция можно объяснить образованием на границе фаз хорошо растворимой кислой соли Са(НSО4)2.
Обычно растворение в кислотах и их смесях ведут в посуде из стекла, кварца, фарфора (в отсутствие фтористого водорода) и фторопласта (тефлона). Последний представляет собой полимер тетрафторэтилена. Тефлон обладает подходящими физикохимическими и механическими свойствами, инертен почти ко всем неорганическим и органическим реагентам (за исключением фтора и расплавов щелочных металлов, а также растворов комплексных соединений щелочных металлов саммиаком и трифторида хлора). Сосуды из тефлона можно использовать при температуре от —296 до 250°С. Для растворения образцов во фтористоводородной (плавиковой) кислоте используют посуду из платины, тефлона и стеклоуглерода. Фторидые растворы хранят в сосудах из полипропилена (жесткий термопластичный материал с высокими механическими свойствами).
Эффективным заменителем платины и ряда других материалов, используемых в анализе веществ высокой чистоты, является стеклоуглерод — отличается малой, преимущественно закрытой пористостью, что обусловливает его практически полную непроницаемость для газов и жидкостей, а также малую скорость диффузии примесей из стеклоуглерода. Стеклоуглерод стоек к коррозии и характеризуется низкой реакционной способностью по отношению к традиционным окислителям, при 600—700°С в атмосфере воздуха не меняет своих свойств, в атмосфере инертного газа устойчив к окислению до 2000°С. Минеральные кислоты и их смеси при нагревании до температуры кипения не разрушают посуду из стеклоуглерода. Важным достоинством стеклоуглерода является малая сорбция примесей, что обусловливает и меньшую «память» к загрязнению.
При работе с растворами очень часто требуется концентрировать их до меньшего объема, а иногда выпаривать досуха. Эту операцию удобнее всего выполнять в фарфоровых чашках, так как в этом случае благодаря большой поверхности испарение идет быстрее. В некоторых случаях фарфоровые чашки приходится заменять более химически стойкими платиновыми. Иногда выпаривание можно проводить в посуде из жаростойкого стекла («пайрекс»). Выпаривание проводят на песчаных банях или электрических плитках, дающих невысокую температуру. Иногда для этой цели используют водяные бани.
|
|
|
Скачать 0.51 Mb.