以BaSO為例來說明,首先研究一下BaSO4的性質(zhì)。
1.BaSO4的溶解度很小(約106爾/升),沉淀在完全度方面是不成問題的。
2.很容易形成穿過濾紙的細小結(jié)晶。因此,如何使沉淀獲得較大粒子是一個中心問題。
3.能同許多離子發(fā)生共沉淀,而且與Fe3+、Co2+、Ni2+、Zn2+等有時會形成化學共沉淀。因此,有這些離子存在時,應事先進行分離或進行掩蔽。此外,BaSO4與過量沉淀劑BaCl2或K2SO4地有形成化學共沉淀的可能,陳化時間應適當控制。
4.Ba(NO3)2的溶解度約為BaC12溶解度的五分之一,所以NO3-比C1-離子更容易被BaSO4吸附。
5.BaSO4能與 BACRO4、KMnO4、PbSO4等形成混晶共沉淀,當有CrO42-、MnO4-、Pb2+等離子存在時,也應該事先進行處理(CrO42-和MnO4-可事先還原為Cr3+和Mn2+;Pb2+可用ED-TA掩蔽)
6.有人曾研究過局外離子對硫酸鋇粒子大小的影響,它們發(fā)現(xiàn)NaCl、NaNO3、KBr、KNO3和其他鹽在高濃度,甚至在高過飽和度也妨礙結(jié)晶的成長。
7.有人曾研究了pH、過量Ba2+和硫酸鹽、Ba2+的濃度對硫酸鋇結(jié)晶的形成速率、大小和沉降速率的效應,研究結(jié)果表明形成結(jié)晶的最佳pH范圍為3.0-3.5。
針對上述的情況,我們可以選定沉淀BaSO的一般條件如下:
1.沉淀作用應當在稀溶液中進行,以減低溶液的相對過飽和度;對BaSO4來說,應該在稀HCI溶液中進行(不用HNO3)。如果是用BaCl2沉淀SO2,在此稀溶液中進行還可防止其他共存弱酸根離子被沉淀為鋇鹽。pH范圍最好控制在3.0-3.5之間。
2.沉淀作用應當在熱溶液中進行,以增大沉淀的溶解度,降低溶液的過飽和度,同時加熱還可減低雜質(zhì)的吸附量(吸附是放熱過程)。
3.在不斷攪擇下,慢慢滴加沉淀劑溶液,以免局部過他和度過大而使粒子大小不均勻。在沉淀Ba2+離子時可以用氨基破酸或硫酸二甲酯進行均勻相溶液的沉淀。
H2NSO3H+H2O→SO42-+NH4++H+
(CH3)2SO4+2H20→SO42-+CH3OH+2H+
4. 加入微過量沉淀劑,可以使沉淀更完金。如果是用H2S04沉淀Ba2+,可過量100~200%,因為H2S04是揮發(fā)性的:如果是用BaCl2沉淀SO42-,則只能過量20-30%,因為BaC12是非揮發(fā)性的,洗不凈的過量BaCl2后來灼燒沉淀也不能除去。
5.進行陳化或進行冷凍一熱融法處理。以前曾經(jīng)指出,沉淀形成后,使其保留在母液中放置一些時候,這個過程叫“陳
化”。在陳化過程中,可以使沉淀粒子增大,便于過濾和洗滌。除混晶和后沉淀型的共沉淀外,陳化作用通??梢蕴岣叱恋淼募兌龋ū?-8),這是由于:(1)沉淀粒子長大,從而減少了比表面,吸附雜質(zhì)也少了;(2)沉淀由不十分完整的結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榉想x子穩(wěn)定排列的形態(tài)時,減少局部的污染;(3)在陳化過程中,由于小晶粒的溶解,原來吸附、吸留的雜質(zhì)將重新進入溶液。
加熱(促進離子運動速度)和攪拌(使沉淀與母液充分接觸)可以縮短陳化時間,但隨著沉淀情況的不同,所需陳化時間也不同。用過量BaCl2沉淀SO42-。時,只能放置1ー2小時,以免結(jié)晶表面上保留較多的BaCl2(與過量濃度有關)而不能完全洗去。但用H2SO4沉淀Ba2+時,則可放置過夜(放置時間較長,雜質(zhì)減少較多)。
但是,無論如何,陳化過程總是使整個測定程序時間拖長的一個因素,這對提高工作效率是不利的。
佐洛塔文( Zolotavin)①等入發(fā)現(xiàn):在固態(tài)二氧化碳一丙酮中將沉淀冷凍15分鐘,隨后在60-70℃的熱永浴融化15分鐘,即能產(chǎn)生一種與在室溫下陳化較長時間相似的結(jié)果。這樣,就使重量法測定SO42-的全部時間由10小時縮短到2小時。除硫酸鋇外,這種技術也應用于磷酸銨鎂和草酸釷。MgNH4PO4·6H20沉淀先在-18C甚至~78C低溫下冷凍,隨后在60-70℃熱水浴融化誘導大粒子消耗小粒子而成長,分析時間可以由7小時縮減為3小時,而且不影響淮確度。
表3-8還曾指出,如果雜質(zhì)與沉淀形成混晶,陳化只能達到一定平衡,但不能除去雜質(zhì),有時雜質(zhì)反而增多。延長陳化時間,對于可能發(fā)生后沉淀的情況是不允許的。CaC2O4與BaSO4相似也很容易形成細小晶體,最好是進行均勻相溶液中沉淀。Ca2+與Mg2+共存時,放置時間要相對縮短。
MgNH4PO4·6H2O、NaZn(UO2)2Ac9·9H2O、KC1O4等沉淀溶解度較大,但晶體粒子也大,所以與CaC2O、BaSO、也不一樣,它們要在較濃的溶液中沉淀,甚至還要加入酒精(能與水混溶的有機溶劑),以降低溶解度。同時,不需要加熱,也沒有必要進行陳化,只要等沉淀完全就可以了。
膠狀沉淀不需要陳化,因為放置時間過長,沉淀過于緊密,反而難以洗凈,通常只將其稍為放置使其下沉,便于用“傾洗法”過濾就夠了。
當氯化銀一類沉淀形成細微顆粒,溶液混濁,不易聚集成凝乳狀沉淀時,應在水浴上加熱,并用力攪拌以促其凝聚。
6.為了避免BaSO4同雜質(zhì)形成混晶共沉淀,也可以采用二步沉淀法和再沉淀。實驗證明,一些正常的混晶型共沉淀,共沉淀的量是在沉淀接近完畢時突然增加的,因此,如果在到達此點之前(通過實驗得知),先把沉淀過濾,然后再在濾液中繼續(xù)加入沉淀劑以沉淀剩余的少量部分,就可大為減少雜質(zhì)的吸附量。這種分兩步加入沉淀劑以完成沉淀過程的方法叫徹二步沉淀法。
從表3-8中也可以看出,在所有實驗條件中,只有“再沉淀”是對所有類型的共沉淀都能起降低雜質(zhì)含量的有效方法。因此,遵照一定條件所得沉淀的純度仍不能滿足要求時,也可以進行再沉淀。先將已得到的沉淀過濾(這時大部分雜質(zhì)留于濾液中)并略為洗滌,用適當溶劑將沉淀溶解再進行第二次沉淀。這時溶液中雜質(zhì)濃度已經(jīng)大大降低,共沉淀的現(xiàn)象自然減少,所得沉淀就要純凈得多。例如,BaSO4可溶于EDTA的氨性溶液(形成EDTA-Ba的絡合物)酸化后重新沉淀,可以減少Fe3+的共沉淀。CaC2O4可溶于HCl,然后用氨水中和重新沉淀,以除去Mg2+的后沉淀。
7.在某些金屬陽離子存在下沉淀Ba2+時,可加人掩蔽劑使它們成為相反符號的絡合物或改變它們的價態(tài),也時常能夠避免或減低共沉淀的程度。例如在弱酸性溶液中將Ba2+沉淀為BaSO4時,可用EDTA將Al3+、Fe3+、Cr3+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Hg2+和Bi3+等絡合而避免它們的共沉淀。Fe3+還原為Fe2+時,被BaSO4共沉淀的程度可大為降低(電荷減少),但不能避免。