Гравиметрический метод основан на измерении массы вещества, называемого гравиметрической формой.

Гравиметрической формой называется соединение определяемого компонента, масса которого непосредственно измеряется.

Эту форму чаще всего получают осаждением определяемого компонента из раствора в виде малорастворимого соединения. Осадок отделяют фильтрованием или центрифугированием, высушивают или прокаливают и взвешивают. По массе полученного осадка вычисляют массу или процентное содержание определяемого компонента в анализируемом объекте. Реже определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения (метод отгонки).

Однако гравиметрическую форму можно получить также другими способами. Так, например, при определении зольности твердого топлива его навеску сжигают и взвешиванием измеряют массу оставшейся золы. Для определения адсорбированной или кристаллизационной воды анализируемое вещество нагревают до температуры, при которой эта вода улетучивается. Гравиметрической формой служит здесь нелетучий остаток; массу воды находят по уменьшению массы вещества при нагревании. Можно также поглощать пары воды подходящим абсорбентом, например безводным перхлоратом магния. Гравиметрической формой служит тогда абсорбент с поглощенной водой, а о массе воды судят по увеличению массы абсорбента.

Гравиметрический анализ применяют для определения основных компонентов исследуемого объекта, содержащихся в нем в больших и средних количествах. Основное достоинство этого метода − высокая точность результатов определений. Погрешность, с которой измеряют массу на обычных аналитических весах, составляет ± 0,0001 г (0,1 мг), а масса осадков, с которыми чаще всего работают, − порядка 0,1 г. Следовательно, относительная погрешность гравиметрического определения, возникающая только от самого взвешивания, составляет (0,0001/0,1) х100% = 0,1%.

Однако при выполнении операций анализа, кроме погрешностей взвешивания, возникают и другие погрешности. Они могут быть вызваны потерями вещества в ходе анализа, загрязнениями гравиметрической формы посторонними веществами вследствие соосаждения и другими причинами. Все это увеличивает общую погрешность гравиметрического метода, которая в большинстве случаев составляет 0,2−0,4 %.

При использовании полу- и микровесов, позволяющих взвешивать с погрешностью соответственно ± 5^.10⁻⁵ и ±1^.10⁻⁶ г и специальных мерах для уменьшения и устранения других видов погрешностей точность некоторых гравиметрических определений (электрогравиметрического, например) может достигать 0,01%. Подобная точность требуется, однако, только в особых случаях, например при изучении стехиометрического состава веществ и материалов (в частности, полупроводников), при определении атомных масс элементов, средних и высоких содержаний благородных металлов.

Наиболее существенный недостаток гравиметрического метода анализа − продолжительное время определения, которое делает его неподходящим для тех случаев, когда экспрессность является одним из главных требований. Этого, в частности, требует химико-аналитический контроль производства на многих предприятиях. Поэтому гравиметрические методы постепенно уступают место физико-химическим и физическим методам анализа, которые позволяют одновременно определять и второстепенные компоненты, а также микропримеси.

Однако в тех случаях, когда основным требованием к анализу является высокая точность, предпочтение отдают гравиметрическому методу. Такая необходимость часто возникает в научных исследованиях, при проверке правильности других методов химического анализа, а также при выполнении единичных определений.

Очень часто малорастворимое соединение, в форме которого осаждается определяемый компонент (осаждаемая форма), не обладает точно определенным составом и не может быть использовано для того, чтобы по нему вычислить количество этого компонента.

Осаждаемой формой называется соединение, в форме которого осаждается определяемый компонент.

В таких случаях при помощи соответствующей химической и термической обработки оно должно быть превращено в другое вещество со строго определенным составом, которое можно взвешивать и использовать для вычисления массы определяемого компонента.

Так, в слабокислой среде (рН 4) ион Fе³⁺ можно осадить в виде основного ферриацетата Fе(ОН)_х(СН₃СОО)у, в котором содержание гидроксил- и ацетат-ионов колеблется в зависимости от количества реагентов, рН, температуры осаждения и других факторов. При прокаливании это соединение полностью превращается в оксид железа Fе₂Oз и в этой форме взвешивается.

Следовательно, основной ферриацетат представляет осаждаемую форму для определения железа (III), которой соответствует гравиметрическая форма Fе₂Oз. В некото­рых случаях осаждаемая и гравиметрическая формы могут совпадать (например, при определении Ва²⁺ в виде ВаSО₄).

Соединение, используемое в качестве осаждаемой формы, должно отвечать следующим требованиям:

а) обладать достаточно малой растворимостью;

б) получаться в возможно более чистом виде;

в) не содержать примесей, которые только частично улетучиваются при высушивании и прокаливании;

г) образовываться в форме, удобной для последующей обработки (фильтрования, прокаливания). Особенно подходящими в последних двух отношениях являются осадки, состоящие из хорошо сформированных достаточно крупных кристаллов (крупнокристаллические осадки).

При высушивании или прокаливании осаждаемой формы нужно, чтобы она полностью превращалась в соответствующую гравиметрическую форму, которая должна удовлетворять следующим требованиям:

а) иметь точно определенный известный стехиометрический состав и не изменяться при хранении (не окисляться кислородом воздуха, не поглощать влаги или СО₂, не разлагаться самопроизвольно);

б) включать определяемый компонент, который обладает малым гравиметрическим фактором (в этом случае возможные ошибки, допущенные в ходе работы, в гораздо меньшей степени отразятся на результатах определения компонента).

Гравиметрическим фактором F (стехиометрический фактор, фактор пересчёта) называют отношение молярных масс определяемого компонента и гравиметрической формы с учетом коэффициентов реакции превращения определяемого компонента в гравиметрическую форму.

В общем случае

(1.1)

где а и b - небольшие целые числа, на которые нужно умножить молярные массы, чтобы числа молей в числителе и знаменателе были химически эквивалентны.

Гравиметрический фактор вычисляют (пример 1) с точностью до четвертой значащей цифры. Его можно найти также в справочных руководствах по аналитической химии.