Ćwiczenie 3
Porównanie różnych technik oznaczania zawartości wody krystalizacyjnej i
higroskopijnej w CuSO4 " 5H2O.
Literatura
1. Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T.2. Chemiczne metody analizy ilościowej.
Wyd. 10. PWN, Warszawa 2011.
2. Szmal Z.S., Lipiec T., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Wyd. VII
poprawione i unowocześnione, PZWL, Warszawa 1996.
3. Persona A.(red.) Chemia analityczna. Wyd. Medyk, Warszawa, 2007.
4. Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, pod redakcją E.
Skrzydlewskiej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Białystok 2010.
5. Galus Z., Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. Wyd. 9. WNT, Warszawa 2007
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z różnymi technikami wykorzystywanymi do ilościowego
oznaczania zawartości wody higroskopijnej i krystalizacyjnej w substancjach stałych oraz porównanie
dokładności wyników otrzymywanych z wykorzystaniem suszarki oraz analizatora wilgoci.
Zakres materiału: podstawy teoretyczne i praktyczne dotyczące analizy wagowej, czynniki
wpływające na rozpuszczalność osadów, osad w analizie ilościowej, wagi, sposoby oznaczania
zawartości wody higroskopijnej i krystalizacyjnej, znajomość obliczeń chemicznych  iloczyn
rozpuszczalności i analiza wagowa. Zagadnienia z wykładu ilościowa analiza chemiczna, w tym
analiza wagowa.
I. Część teoretyczna
Woda w substancjach stałych
W substancjach stałych woda może występować w następujących postaciach:
·ð woda higroskopijna zaadsorbowana (skondensowana) na powierzchni ciaÅ‚a; wodÄ™ tÄ™ Å‚atwo
można usunąć, umieszczając substancję np. w eksykatorze ze
środkiem suszącym lub ogrzewając w temperaturze ok. 1050C
·ð woda krystalizacyjna tworzy dość trwaÅ‚e poÅ‚Ä…czenia z danÄ… substancjÄ…, wchodzÄ…c w skÅ‚ad
jej sieci krystalicznej w ściśle określonym stosunku
stechiometrycznym; powstają wówczas tzw. hydraty (wodziany), np.:
CuSO4 · 5H2O, Na2SO4 · 10H2O, H2C2O4 · 2H2O
·ð woda konstytucyjna jest integralnÄ… częściÄ… zwiÄ…zku chemicznego i wydzielona jest tylko w
czasie termicznego rozkładu tego związku np.:
Ca(OH)2 ¾ðDð CaO + H2O
¾ð®ð
1
II. Część doświadczalna
Zasada oznaczania
Oznaczanie wody higroskopijnej i krystalizacyjnej polega na ilościowym określeniu zawartości
wody w soli uwodnionej  siarczanie (VI) miedzi (II) [CuSO4 . 5 H2O] na podstawie ubytku masy
powstałego podczas suszenia. Woda higroskopijna jest słabo związana i jest usuwana przez
wysuszenie w temperaturze 40-500C. Każdej cząsteczce siarczanu miedzi(II) towarzyszy 5 cząsteczek
wody krystalizacyjnej, które w całości usuwane są w całości dopiero w temperaturze powyżej 2000C.
W pięciowodnym siarczanie miedzi [CuSO4.5H2O] występują 4 cząsteczki wody związane z
jonem miedzi  kationowa woda krystalizacyjna [liczba koordynacyjna Cu2+ wynosi 4], a piÄ…ta
cząsteczka wody  anionowa woda krystalizacyjna połączona jest z anionem siarczanowym za pomocą
dwóch wiązań wodorowych i równocześnie jest związana wiązaniami wodorowymi z dwiema
skoordynowanymi przez jon miedzi (II) cząsteczkami wody. Dehydratacja pięciowodnego siarczanu
miedzi zachodzi w trzech etapach.
 25Ø;Ü25ØBÜ  25Ø;Ü25ØBÜ  5Ø;Ü25ØBÜ
CuSO4 " 5H2O CuSO4 " 3H2O CuSO4 " H2O CuSO4
W temperaturze 630C-730C następuje usunięcie dwóch cząsteczek wody z powstaniem CuSO4 .
3H2O, a po podwyższeniu temperatury do 1050C-1150C, usuwane są dwie kolejne cząsteczki wody w
wyniku czego powstaje sól jednowodna - CuSO4 . H2O. Dehydratacja piątej cząsteczki wody następuje
dopiero w temp. 230-2500C.
°
63-73 C
CuSO4"5H2O CuSO4 " 3H2O + 2H2O (częściowe odwodnienie)
°
105-115 C
CuSO4"3H2O CuSO4 " H2O + 2H2O (częściowe odwodnienie)
230-250°C
CuSO4"H2O CuSO4 + H2O (całkowite odwodnienie)
1. Oznaczenie wody higroskopijnej i krystalizacyjnej w CuSO4 " 5H2O
z odwodnieniem w suszarce laboratoryjnej
Suszenie tygla kwarcowego do stałej masy (wykonać dwukrotnie)
żð wymyte i suche tygle kwarcowe należy wstawić (przy pomocy metalowych szczypiec) na ok. 45 60
minut do suszarki laboratoryjnej ogrzanej do temp. 2400C,
żð wysuszone tygle umieÅ›cić w eksykatorze (przy pomocy metalowych szczypiec), na ok. 15 20
minut w celu ostudzenia, a następnie zważyć je,
żð ponownie tygle przez 30 minut, ostudzić i zważyć,
żð czynnoÅ›ci te należy powtarzać do uzyskania staÅ‚ej tygli. Różnica masy tygla podczas kolejnych
ważeÅ„ nie powinna przekraczać 2 ·10 4g.
żð
Oznaczenie zawartości wody higroskopijnej (wykonać dwukrotnie)i krystalizacyjnej
żð w tyglu kwarcowym o znanej staÅ‚ej masie odważyć na wadze analitycznej ok. 1g hydratu z
dokładnością do10 4g (m0),
I etap: tygiel z solą wstawić (przy pomocy metalowych szczypiec) do suszarki (temp. 450C) na 30
minut, a następnie (po ostudzeniu w eksykatorze) zważyć,
2
żð czynnoÅ›ci: suszenie, studzenie i ważenie powtarzać aż do uzyskania staÅ‚ej masy (m),
żð obliczyć wg. podanego wzoru procentowÄ… zawartość wody higroskopijnej, (drugi tygiel z solÄ…
zachować do oznaczania wody krystalizacyjnej w analizatorze wilgoci)
II etap: tygiel z solą wstawić do suszarki (temp. 700C) na 30 minut, a następnie po ostudzeniu w
eksykatorze zważyć,
żð czynnoÅ›ci: suszenie, studzenie i ważenie powtarzać aż do uzyskania staÅ‚ej masy (m1),
żð obliczyć wg. podanego wzoru procentowÄ… zawartość wody krystalizacyjnej w soli częściowo
odwodnionej CuSO4 " 3H2O,
III etap: tygiel z solą wstawić do suszarki (temp. 1100C) na 30 minut, a następnie po ostudzeniu w
eksykatorze zważyć,
żð czynnoÅ›ci: suszenie, studzenie i ważenie powtarzać aż do uzyskania staÅ‚ej masy (m2),
żð obliczyć wg. podanego wzoru procentowÄ… zawartość wody krystalizacyjnej w soli częściowo
odwodnionej CuSO4 " H2O,
IV etap: tygiel z solą wstawić do suszarki (temp. 2400C) na 30 minut, a następnie po ostudzeniu w
eksykatorze zważyć,
żð czynnoÅ›ci: suszenie, studzenie i ważenie powtarzać aż do uzyskania staÅ‚ej masy (m3),
żð obliczyć wg. podanego wzoru procentowÄ… zawartość wody krystalizacyjnej w soli bezwodnej
CuSO4,
Obliczenie zawartości wody higroskopijnej (wykonać dwukrotnie):
m0-m
x =
5Ø;Ü2O higroskop.
m0
m0 - m
%H2O =
" 100%
m0
Obliczenie zawartości wody krystalizacyjnej na różnych etapach odwodnienia
m - m1,(2),(3)
y5Ø;Ü2Okryst. =
m
m - m1,(2),(3)
%H2Okrys. =
" 100%
m
Teoretyczna zawartość wody krystalizacyjnej w hydracie CuSO4 " 3H2O
MH2O
mteoretyczna H2O kryst. = M = 0,1443g
CuSO4 " 5H2O
36,04
%H2Okrys. =
" 100%
249,72
%H2Okrys.= 14,43%
Teoretyczna zawartość wody krystalizacyjnej w hydracie CuSO4 " H2O
MH2O
mteoretyczna H2O kryst. = M = 0,1687g
CuSO4 " 3H2O
36,04
%H2Okrys. =
" 100%
213,68
%H2Okrys.= 16,87%
3
Teoretyczna zawartość wody krystalizacyjnej w bezwodnym CuSO4
MH2O
mteoretyczna H2O kryst. = M = 0,1014g
CuSO4 " H2O
18,02
%H2Okrys. =
" 100%
177,64
%H2Okrys.= 10,14%
Obliczenie błędu oznaczenia zawartości wody krystalizacyjnej
Błąd bezwzględny  różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną;
wyrażony jest w takich samych jednostkach jak wielkość mierzona.
·ð w hydracie CuSO4 " 3H2O
Ebwz.= |0,1443 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
Błąd względny  różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną podzielona przez
wartość teoretyczną i pomnożona przez 100%; wyrażony jest w %.
·ð w hydracie CuSO4 " 3H2O
|0,1443 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
5Ø8Ü5ØdÜ5ØgÜ. = " 100%
0,1443
gdzie:
5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.  zawartość wody uzyskana z oznaczenia
·ð w hydracie CuSO4 " H2O
Błąd bezwzględny
Ebwz.= |0,1687 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
Błąd względny
|0,1687 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
5Ø8Ü5ØdÜ5ØgÜ. = " 100%
0,1687
·ð w bezwodnym CuSO4
Błąd bezwzględny
Ebwz.= |0,1014 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
Błąd względny
|0,1014 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
5Ø8Ü5ØdÜ5ØgÜ. = " 100%
0,1014
4
2. Oznaczenie wody krystalizacyjnej w CuSO4 " 5H2O
z wykorzystaniem analizatora wilgoci
Analizator wilgoci
Analizator wilgoci używany jest do oznaczania zawartości wody/wilgoci. Urządzenie pracuje
wykorzystując zasadę termograwimetrii, tzn. wilgoć oznaczana jest z ubytku masy próbki suszonej w
procesie ogrzewania w zakresie temperatur 50-1600C.
Urządzenie składa się z dwóch elementów: wagi precyzyjnej oraz modułu grzejnego. Na
początku pomiaru analizator wilgoci wyznacza ciężar próbki. Następnie próbka jest ogrzewana przez
wbudowany moduł grzejny i wilgoć odparowuje. Podczas procesu suszenia urządzenie w sposób
ciągły mierzy ciężar próbki i wyświetla ubytek wilgoci. Po zakończeniu suszenia jako końcowy wynik
wyświetlana jest zawartość wilgoci lub suchej masy.
Wykonanie oznaczenia z zastosowaniem analizatora wilgoci
1. Włączyć urządzenie.
Ikona statusu wskazuje stan początkowy urządzenia, gdy moduł grzejny jest zamknięty
2. Ustawić parametry analizy w celu częściowego usunięcia wody krystalizacyjnej z soli  do
CuSO4.3H2O  temperatura suszenia 700C, czas 20 minut.
3. Otworzyć moduł grzejny.
Ikona statusu wskazuje, że należy nałożyć pusty talerzyk pomiarowy
4. Umieścić pusty talerzyk pomiarowy w uchwycie talerzyka,
üð wÅ‚ożyć uchwyt talerzyka do osÅ‚ony przeciwwiatrowej,
üð upewnić siÄ™, że rÄ…czka uchwytu talerzyka znajduje siÄ™ dokÅ‚adnie w wyciÄ™ciu w osÅ‚onie
przeciwwiatrowej (talerzyk musi swobodnie spoczywać na w wsporniku talerzyka),
üð uchwytu talerzyka należy używać przez caÅ‚y czas pracy, co chroni przed oparzeniami
gorÄ…cym talerzykiem pomiarowym.
5. Zamknąć moduł grzejny.
Wbudowana waga zostanie automatycznie ustawiona na zero.
Ikona statusu wskazuje, że należy nałożyć próbkę na talerzyk pomiarowy
Otworzyć moduł grzejny.
6. Nałożyć próbkę na talerzyk pomiarowy. Przygotowaną wcześnie próbkę hydratu CuSO4.5H2O, po
odparowaniu wody higroskopijnej równomiernie rozłożyć na talerzyku pomiarowym. Minimalna
wielkość próbki wynosi 0,5 g. Odczytać masę związku - m0.
Ikona statusu wskazuje, że można teraz rozpocząć proces suszenia
7. Zamknąć moduł grzejny i wcisnąć przycisk start.
Przyrząd rozpocznie proces suszenia i pomiaru (pierwszy etap  usunięcie dwóch cząsteczek wody
krystalizacyjnej)
Ikona statusu pokazuje unoszÄ…ce siÄ™ kropki, co symbolizuje proces suszenia
8. Podczas suszenia na wyświetlaczu widoczne są poniższe wartości, które aktualizowane są w
sposób ciągły:
üð aktualna masa próbki
üð aktualna temperatura w module grzejnym
üð upÅ‚ywajÄ…cy czas od poczÄ…tku procesu pomiarowego
Po upływie zdefiniowanego czasu pomiaru, sygnalizowanego sygnałem dz
więkowym, należy
odczytać wynik (wartość  m).
9. Ustawić parametry analizy zawartości wody krystalizacyjnej  temperatura suszenia 1090C, czas
25 minut.
10. Rozpocząć drugi etap suszenia. Po włączeniu przycisku start nastąpi usuwanie kolejnych dwóch
czÄ…steczek wody krystalizacyjnej do CuSO4.H2O.
Ikona statusu pokazuje unoszÄ…ce siÄ™ kropki, co symbolizuje proces suszenia
5
11. Po upływie zdefiniowanego czas pomiaru, sygnalizowanego sygnałem dz
więkowym, należy
odczytać wynik (wartość  m1).
12. Ostrożnie wyjąć uchwyt z talerzykiem pomiarowym z komory próbki.
Próbka i talerzyk są gorące! Przed wyjęciem talerzyka z uchwytu poczekać aż ostygnie!
13. Wyłączyć przyrząd i zamknąć układ suszący.
Obliczenie zawartości wody krystalizacyjnej w hydracie CuSO4 " 3H2O:
m0-m
x =
5Ø;Ü2O higroskop.
m0
%H2O = m0-m " 100%
m0
Obliczenie zawartości wody krystalizacyjnej w hydracie CuSO4 " H2O
m - m1
y5Ø;Ü2Okryst. =
m
m - m1
%H2Okrys. =
" 100%
m
Teoretyczna zawartość wody krystalizacyjnej w hydracie CuSO4 " 3H2O
MH2O
mteoretyczna H2O kryst. = M = 0,1443g
CuSO4 " 5H2O
36,04
%H2Okrys. =
" 100%
249,72
%H2Okrys.= 14,43%
Teoretyczna zawartość wody krystalizacyjnej w hydracie CuSO4 " H2O
MH2O
mteoretyczna H2O kryst. = M = 0,1687g
CuSO4 " 3H2O
36,04
%H2Okrys. =
" 100%
213,68
%H2Okrys.= 16,87%
Obliczenie błędu oznaczenia zawartości wody krystalizacyjnej
Błąd bezwzględny  różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną;
wyrażony jest w takich samych jednostkach jak wielkość mierzona.
w hydracie CuSO4 " 3H2O
Ebwz.= |0,1443 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
Błąd względny  różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną podzielona przez
wartość teoretyczną i pomnożona przez 100%; wyrażony jest w %.
6
·ð w hydracie CuSO4 " 3H2O
|0,1443 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
5Ø8Ü5ØdÜ5ØgÜ. = " 100%
0,1443
gdzie:
5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.  zawartość wody uzyskana z oznaczenia
·ð w hydracie CuSO4 " H2O
Błąd bezwzględny
Ebwz.= |0,1687 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
Błąd względny
|0,1687 - 5ØfÜ5Ø;Ü25ØBÜ5ØXÜ5Ø_Ü5ØfÜ5Ø`Ü5ØaÜ.|
5Ø8Ü5ØdÜ5ØgÜ. = " 100%
0,1687
3. Porównanie dokładności uzyskanych wyników
oznaczenia wody krystalizacyjnej CuSO4 . 5 H2O z wykorzystaniem
suszarki laboratoryjnej i analizatora wilgoci
Dokładność: zgodność otrzymanego wyniku z wartością rzeczywistą im mniejszy błąd tym większa
dokładność
Porównać wielkość błędów powstałych podczas dwuetapowego procesu usuwania 4 cząsteczek
wody krystalizacyjnej z CuSO4 . 5 H2O z użyciem suszarki laboratoryjnej i analizatora wilgoci.
W oparciu o uzyskane wyniki wyciągnąć wnioski, która technika
żð pozwala na dokÅ‚adniejsze oznaczenie kationowej wody krystalizacyjnej
żð jest wskazana do oznaczenia zawartoÅ›ci wody higroskopijnej i anionowej wody
krystalizacyjnej w siarczanie miedzi i dlaczego.
7