GRAVİMETRİK ANALİZ

Gravimetrik Analiz nisbeten az alet istemesi ve öğrenilmesi kolay olması nedeni ile hem öğretim işlerinde hem de pratik uygulamada çok yararlıdır.
Gravimetrik analizde aranan maddenin ya kendisi veya uygun bir reaktif ile sulu ortamda çözünmeyen dayanıklı ve belli bileşimdeki bir bileşiği çözeltiden tamamen çöktürülerek ayrılır. Bu çözelti gene aynı bileşimde veya daha başka fakat belirli ve sağlam bir bileşiği halinde sabit tartıma getirilerek tartılır. Sabit tartıma getirme bazen kurutma koşullarında bazen de yüksek sıcaklıklarda kızdırılarak yapılmaktadır. Böylece miktarı ve bileşimi bilinen bir çökelek yardımıyla aranan madde miktarı ve konsantrasyon hesaplanmaktadır.
Gravimetrik analizde elde edilen çökeltiler çözelti ortamından çeşitli şeklerde alınabilir. Fakat genellikle ya bir gooch krozesinden süzülür ya da huni üzerine yerleştirilmiş bir süzgeç kâğıdından süzülerek ayrılmaktadır. Gooch krozesi ile yapılan süzmede çökelti kroze ile sabit tartıma getirilir. Süzgeç kağıdı kullanılarak ayrılan çökelti önce kurutulur. Daha sonra yaklaşık 900 0C de kızdırılır. Bu olay için sabit tartıma getirilmiş bir kroze içine çökelti ile birlikte yerleştirilen süzgeç kâğıdı fırında yakılır. Süzgeç kâğıdı külsüz olduğu için tamamen yanarak uzaklaştırılan huniye çökelti kalacaktır.
Gravimetrik analiz metotları
Gravimetrik analiz metotları genel olarak ikiye ayrılır.
1. Çöktürme metotları,
2. Buhar haline getirme metotları,
Çöktürme metotlarında tayini yapılacak madde, bir ayıraçla çalışma ortamında çözünmeyen bileşiği haline getirilir. Isıtılarak ya bu halinde veya daha dayanıklı ve uygun bir bileşiği halinde sabit tartıma getirilir. Her iki halde de bileşin stokiyometrisinin çok iyi bilinmesi gerekir. Böyle stokiyometrisi bilinen maddelerden tayini yapılacak madde kolaylıkla hesaplanır.
Buhar haline getirme metotlarında, madde uygun bir sıcaklıkta ısıtılır ya kendisi olduğu gibi veya parçalanma ürünü başka bir kapta toplanır. Bu şekilde başka bir kapta toplanan madde, ya orada tartılır veya numunenin kütlesinde meydana gelen azalmadan bulunur.
Gravimetrik çökelekler
İdeal durumda, gravimetrik bir çöktürücü reaktifin analit ile spesifik olarak, bu mümkün değilse seçimli olarak reaksiyona girmesi gerekir. Spesifik reaktif, yani bir maddeye özgü reaktif, çok nadir olarak bulunur. Daha yaygın olarak bulunan seçici reaktifler ise, sınırlı sayıda tür ile reaksiyona girerler. Bir çöktürücünün belirli bir madde özgü veya seçici olmasının yanında, analitle oluşturduğu ürününde aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:
1. Çökeleğin çözünürlüğü çok az olmalıdır.
2. Çökelek kolayca süzülebilmeli ve yıkanabilmelidir.
3. Çökelek belirli bir bileşimde veya stokiyometride sabit tartıma getirilebilmelidir.
4. Çökelek tartma esnasında havadan etkilenmemeli veya dikkate alınacak kadar etkilenmemelidir.
5. Çökelek iri taneli olmamalıdır. Çok iri taneler içinde çözelti hapsedildiğinden hatalı sonuçlar elde edilir.
6. Çökelek tayini yapılacak maddeyi kantitatif olarak ihtiva etmelidir.
7. Çökeleğin formül gramı, çöktürülenin formül gramından çok büyük olmalıdır.
Bütün bu özellikleri yerine getiren çökeleklerin sayısı çok azdır. Çünkü;
1. Çözünmez diye bilinen çökeleklerin büyük bir çoğunluğu bir miktar çözünür. Bunu önlemek amacıyla ortam bazen, ayıracın fazlası veya ortak iyon ilave edilir. Ancak bu defada adsorpsiyon, birlikte çökme, iyon şiddeti artması, hapsetme gibi çökeleği kirleten fondamantal olaylar meydana gelir. Bütün bunlara rağmen ayıracın fazlası konmalı, ancak ortamdaki konsantrasyonu çok düşük olmalıdır.
2. Çöken madde, çoğu zaman çok ince taneli veya jel halinde olur. Böyle çökeleklerin süzülmeleri çok güçtür.
3. Çökelekler bazen tartma işlemi esnasında havadan nem kapar ve hava oksijeniyle yükseltgenir.

Homojen çöktürme
Çöktürücü reaktifi bir kimyasal tepkimeyle yavaş yavaş oluşturarak yapılan çöktürme işlemlerine bu ad verilir. Çöktürücü, çözeltini her noktasında aynı hızla üretildiğinden, her noktada erişim aynıdır ve düşüktür. Bu nedenle yerel aşırı doygunluklar oluşamayacağından, oluşan çökelek kristalleri, doğrudan çöktürücü reaktifin eklenmesiyle yapılan çöktürmedeki kristallerden daha iri ve daha saf oluşabilmektedir. Bunun sonucu olarak Gravimetrik amaçlı çöktürmelerde homojen çöktürmeler öncelik alır.
Çökeleklerin süzülmesi ve yıkanması
Süzme işlemi süzgeç kağıtları yada süzme krozeleriyle yapılır. Küçük taneli çökelekler mavi bantlı kağıtlardan süzülürken, jel yapılı çökelekler siyah bantlı kağıtlardan süzülürler. Yüksek sıcaklık gerektirmeyen çökelekler ise, organik çöktürücülerle yapılan çöktürmelerde olduğu gibi süzme krozeleriyle süzülürler. Çökeleğin tümünün süzgeçlere aktarılması gerekir. Beher kenarına yapışık olanlar, ucunda kauçuk bulunan bir bagetle sıyrılıp alınmalıdır.
Süzme işleminden sonra çökeleğin uygun bir çözücüyle iyice yıkanması gerekir. Yıkama için uygun olacak çözücü ve çözme işlemi aşağıdaki nitelikleri taşımalıdır.
1. Çökelek için kötü bir çözücü, fakat safsızlıklar için çok iyi bir çözücü olmalıdır.
2. Çözücü kolloid oluşumunu önleyici elektrolitleri içermelidir.
3. Çözücüye katılan elektrolit, çöktürülenin çözünürlüğünü azaltan bir elektrolit olmalıdır. Ayrıca çift katmandaki iyonla yer değiştirebilen ve ısıtıldığında uçuculaşabilen bir iyon olmalıdır.
4. Yıkama, jet halinde püskürtmeyle ve azar azar hacimlerle birkaç kez yapılmalıdır. Yıkama sayısı arttıkça safsızlıkların giderilme olasılığı artar.
Tayini yapılacak maddenin hesaplanması
Çökelek sabit tartıma getirildikten sonra, kütlesinden ve atom kütlelerinden yararlanılarak tayini yapılacak madde hesaplanır. Hesaplamada, çoğu zaman çökeleğin birden küçük bir sayıyla çarpılır. Bu sayı tayini yapılacak maddenin o çökelek içindeki yüzdesidir. Buna Gravimetrik faktör veya kimyasal faktör veya hesaplama faktörü denir ve f ile gösterilir. Sabit tartıma getirilen çökelek A gram ise, tayin yapılacak madde (A’).
A’=fA olur. Tayini yapılmak istenen madde CI ise sabit tartıma getirilmiş AgCI çökeleği 0,2474 sayısıyla çarpılır. Bu 0,2474 sayısına, AgCI çökeleği içindeki klor yüzdesini hesaplama faktörü denir. Bu faktör:
f =CI/AgCI = 35,457g/ 143,337g = 0,2474 şeklinde hesaplanır.
Örnek 1) 0,5000 g Fe3O4 den kaç gram Fe2O3 elde edilir?
Çözüm:
4 Fe3O4 + O2 → 6 Fe2O3
4 formül gram Fe3O4 den, 6 formül gram Fe2O3 elde edilir. Buna göre Gravimetrik faktör (f),
F = 6 Fe2O3 / 4 Fe3O4 = 1,0340 olur. Bu iyi bir faktör değildir.ancak bazen mecburen kullanılır.
Fe2O3 = (6. 159,70 / 4. 231,55).0,5000= 1,034.0,5000 = 0,573g bulunur.
Örnek 2) Gübre olarak kullanılan ve suda çözünen bir fosfat örneğinden 0,2510g alınarak fosfat Mg+2 ile usulüne uygun çöktürülüyor, kurutuluyor, kavruluyor, Mg2P2O7 halinde tartılıyor ve 0,1525g bulunuyor. Gübredeki fosfatı P ve P2O5 cinsinden yüzdelerini hesaplayınız.
Çözüm:
Tartılan magnezyum pirofosfat olduğuna göre P için stokiyometrik faktör,
F1 = 2 molP / 1 mol Mg2P2O7 = 2.30,974 / 222,57 = 0,2783
P2O5 için faktör;
F2 = 1 mol P2O5 / 1 mol Mg2P2O7 = ( 2.30,974 + 5.16,0 ) / 222,57 = 0,6378
Olacaktır. Bulunan tartım 0,1525g ve alınan örnek 0,2510g olduğuna göre, yüzdeler sırasıyla, % P =F1.(0,1525 / 0,2510 ).100= 0,2783.0,6078.100 = % 16,9
% P2O5 = F2. (0,1525 / 0,2510 ).100 = 0,6378.0,6078.100 = % 38,8 bulunur.

Örnek 3) : 3,0025 gram saf asetik asidin (AcOH) kaç mol ve kaç mmol olduğunu hesaplayınız.
Çözüm :
(asetik asit) CH3COOH = 3,0025g AcOH / (60,05gAcOH/ mol AcOH )
= 0,05 mol AcOH
(asetik asit) CH3COOH = 3,0025g AcOH / (0,06005g AcOH/mmol AcOH)
= 50,0 mmol AcOH

Gravimetrik Metotların Uygulamaları
Gravimetrik metotlar daha ziyade inorganik anyon ve katyonların tayini için geliştirilmiştir. Bunların yanında su, kükürtdioksit, karbondioksit ve iyot gibi nötral türlerin tayinine de uygulanabilmektedir. Bit çok organik maddede gravimetrik olarak kolayca tayin edilebilir. Örneğin süt ürünlerinde laktoz, ilaç preparatlarında salisilatlar, laksatiflerde fenolftalein pestisitlerde nikotin, tahıllarda kolesterol ve badem ekstraktlarında benzaldehit bu organik maddelere örnek gösterilebilir. Gerçekten de gravimetrik metotlar, bütün analitik işlemleri arasında en yaygın şekilde uygulanan metotlardır.
En Çok Kullanılan Gravimetrik Çöktürme Reaktifleri
Çöktürmede kullanılan reaktifler genelde inorganik ve organik olmak üzere ikiye ayrılır.
İnorganik çöktürücüler
H2SO4 : Ba +2, Pb+2, Sr+2 metal iyonlarını sülfatları halinde çöktürür ve kurutulup sülfatları şeklinde tartılırlar.
(NH4)2HPO4: Mg+2, Mn+2, Zn+2, Zr+2, Cd+2 iyonlarını NH4+ / NH3 tampon ortamında fosfatları halinde çöktürülür. Bu çökelekler kurutulduktan ve yüksek sıcaklıkta pirofosfatlarına (Mg2P2O7) dönüştürüldükten sonra tartılırlar. Al+3, Bi+3 iyonlarına ise MPO4 fosfatları halinde çöktürülüp, fosfatları şeklinde tartılırlar.
NH3: Fe+3, Al+3, In+3, Ga+3, Sc+3, iyonlarını hidroksitleri şeklinde çöktürür. Çökelek kavrulup oksitlerine (M2O3) dönüştürüldükten sonra tartılır.
AgNO3: CI-, Br-, I- iyonlarını AgX tuzları şeklinde çöktürür. Çökelek bu şekilde 120oC de kurutulur ve tartılır.
(NH4)2MoO4: Cd+2, Pb+2 iyonlarını MMoO4 şeklinde çöktürür. Çökelek bu şekliyle kurutulur ve tartılır. PO4-3 iyonları için fosfomobildat, (NH4)3PO4.12MoO3 şeklinde çöktürülür, kurutulur ve bu şekliyle tartılır.
H2PtCI6 : K+, Rb+, Cs+, iyonlarını M2PtCI6 şeklinde çöktürür. Çökelek bu şekliyle kurutulur ve tartılır.
İndirgenler: H2C2O4, SO2, HNO2 gibi indirgenler altın ( Au+3, Au+ ) iyonlarını elementsel hale indirgerler. Oluşan metal kurutularak atılır.
Organik çöktürücüler
İnorganik türlerin gravimetrik tayini için çok sayıda organik çöktürücü geliştirilmiştir. İki tip organik reaktif vardır. Birinci tip reaktifler, koordinasyon bileşiği adı verilen ve az çözünen iyonik olmayan ürünler oluşturur. İkinci tip reaktifler ise, inorganik türlerle iyonik bağlı bileşikler oluşturur. Bu çöktürücüler şunlardır :
• Hidroksikinolin
• Dimetilglioksim
• Sodyum Tetrafenilbor

KAYNAKLAR

• http://tr.wikipedia.org/wiki/Gravimetrik
• Skoog West Holler, Analitik kimya temelleri 1. cilt, Bilim yayıncılık, s 71
• Kantitatif analiz Ders Kitabı, Prof. Dr. Turgut GÜNDÜZ
• Analitik kimya, Daniel G. HARİS, Ankara 1994