Titrimetrijska analiza

Istorijat i princip metode

Titrimetrijska analiza (titrimetrija) je najvažnija od hemijskih metoda analize. Nastao je u 18. veku, u početku kao empirijska metoda za ispitivanje kvaliteta različitih materijala, kao što su sirće, soda, rastvori izbeljivača. Na prijelazu iz 18. u 19. stoljeće izumljene su birete i pipete (F.Decroisille). Od posebnog značaja su bili radovi J. Gay-Lussaca, koji je uveo osnovne pojmove ove metode: titracija, titrant i drugi izvedeni od riječi "naslov". Titar je masa otopljene tvari (u gramima) sadržana u jednom mililitru otopine. U vrijeme Gay-Lussaca, rezultati analize su izračunati pomoću titara. Međutim, titar kao način izražavanja koncentracije otopine pokazao se manje prikladnim od drugih karakteristika (na primjer, molarne koncentracije), stoga su u modernoj kemijskoj analitici proračuni pomoću titara prilično rijetki. Naprotiv, razni termini izvedeni iz riječi "naslov" se koriste vrlo široko.

Sredinom 19. vijeka, njemački hemičar K.Mohr sumirao je sve titrimetrijske metode stvorene u to vrijeme i pokazao da isti princip leži u osnovi svake metode. Uvijek dodajte otopinu s točno poznatom koncentracijom reagensa R (titrant) u otopinu uzorka koja sadrži komponentu X koju treba odrediti. Ovaj proces se zove titracija. Prilikom titracije, analitičar prati napredak kemijske reakcije između X i dodanog R. Po dostizanju tačke ekvivalencije (t.eq.), kada je broj mol ekvivalenata unesenog R tačno jednak broju mol ekvivalenata supstance X prisutne u uzorku, titracija se zaustavlja i zapremina titranta se troši se meri. Krajnja tačka titracije naziva se krajnja tačka titracije (k.t.t.), ona se, kao i t.eq., izražava u jedinicama zapremine, obično u mililitrima. U idealnom slučaju, Vk.t.t \u003d V t.eq. , ali se u praksi ne postiže tačno podudaranje iz različitih razloga, titracija se završava nešto ranije ili, obrnuto, nešto kasnije od t.eq. Naravno, titraciju treba izvesti tako da razlika između V t.eq. i V k.t.t. bio bi što manji.

Budući da se masa ili koncentracija X izračunava iz zapremine titranta koji se koristi za titriranje uzorka (prema V k.t.t.), u prošlosti se titrimetrija nazivala volumetrijska analiza. Ovaj naziv se danas često koristi, ali termin titrimetrijska analiza tačnije. Činjenica je da je operacija postepenog dodavanja reagensa (titracija) karakteristična za svaku tehniku ​​ovog tipa, a potrošnja titranta može se procijeniti ne samo mjerenjem volumena, već i drugim metodama. Ponekad se vaga dodani titrant (mjerenje mase na analitičkoj vagi daje manju relativnu grešku od mjerenja zapremine). Ponekad se mjeri vrijeme potrebno da se titrant ubrizga (pri konstantnoj brzini ubrizgavanja).

Od kraja 19. veka titrimetrijske tehnike se koriste u istraživačkim, fabričkim i drugim laboratorijama. Koristeći novu metodu, bilo je moguće odrediti miligramske, pa čak i mikrogramske količine najrazličitijih supstanci. Jednostavnost metode, niska cijena i svestranost opreme doprinijeli su širokoj upotrebi titrimetrije. Posebno se široko titrimetrija počela koristiti 50-ih godina XX vijeka, nakon što je švicarski analitičar G. Schwarzenbach stvorio novu verziju ove metode (kompleksometrija). Istovremeno, široka upotreba instrumentalnih metoda kontrole c.t.t. Do kraja 20. stoljeća značaj titrimetrije je donekle opao zbog konkurencije osjetljivijih instrumentalnih metoda, ali i danas titrimetrija ostaje vrlo važna metoda analize. Omogućava vam da brzo, lako i prilično precizno odredite sadržaj većine hemijskih elemenata, pojedinačnih organskih i anorganskih supstanci, ukupan sadržaj sličnih supstanci, kao i generalizovane pokazatelje sastava (tvrdoća vode, sadržaj mlečne masti, kiselost naftnih derivata) .

Tehnika titrimetrijske analize

Princip metode će postati jasniji nakon predstavljanja tehnike njegove implementacije. Dakle, neka vam se donese alkalna otopina nepoznate koncentracije, a vaš zadatak je da utvrdite njenu tačnu koncentraciju. Za ovo će vam trebati regent rješenje, ili titrant- supstanca koja ulazi u hemijsku reakciju sa alkalijom, a koncentracija titranta mora biti precizno poznata. Očigledno, da bismo odredili koncentraciju alkalija, koristimo otopinu kiseline kao titrant.

1. Pipetom biramo tačan volumen analiziranog rastvora - to se zove alikvot. U pravilu, zapremina alikvota je 10-25 ml.

2. Prebacite alikvot u titracionu tikvicu, razblažite vodom i dodajte indikator.

3. Napunite biretu rastvorom titranta i izvedite titracija je sporo dodavanje titranta u kapima u alikvot testnog rastvora.

4. Titraciju završavamo u trenutku kada indikator promijeni boju. Ovaj trenutak se zove krajnja tačka titracije je k.t.t. K.t.t. se po pravilu poklapa sa trenutkom kada se završi reakcija između analita i titranta, tj. alikvotu se dodaje tačno ekvivalentna količina titranta - ova tačka se zove tačka ekvivalencije, tj. Dakle, tj. i k.t.t. - to su dvije karakteristike istog trenutka, jedna je teorijska, druga je eksperimentalna, ovisno o odabranom pokazatelju. Stoga je potrebno ispravno odabrati indikator kako bi k.t.t. poklopila što je bliže moguće sa t.e.

5. Izmjerite volumen titranta koji se koristi za titraciju i izračunajte koncentraciju ispitne otopine.

Vrste titrimetrijske analize

Titrimetrijske metode se mogu klasifikovati prema nekoliko nezavisnih karakteristika: i to: 1) prema vrsti reakcije između X i R, 2) prema metodi titracije i izračunavanja rezultata, 3) prema metodi praćenja t.eq. .

Klasifikacija prema vrsti hemijska reakcija - najvažniji. Podsjetimo da se sve kemijske reakcije ne mogu koristiti za titracije.

Prvo, kao iu ostalim hemijske metode, komponenta (analit) koju treba odrediti mora kvantitativno reagirati sa titrantom.

Drugo, potrebno je da se ravnoteža reakcije uspostavi što je brže moguće. Reakcije u kojima je nakon dodavanja sljedeće porcije titranta za uspostavljanje ravnoteže potrebno najmanje nekoliko minuta, teško je ili čak nemoguće koristiti u titrimetriji.

Treće, reakcija mora odgovarati jednoj i prethodno poznatoj stehiometrijskoj jednačini. Ako reakcija dovede do mješavine proizvoda, sastav ove smjese će se mijenjati tokom titracije i zavisiti od uslova reakcije. Fiksiranje tačke ekvivalencije će biti veoma teško, a rezultat analize će biti netačan.Kombinacija ovih zahteva zadovoljava reakciju protolize (neutralizacije), mnoge kompleksne i redoks reakcije, kao i neke reakcije taloženja. Shodno tome, u titrimetrijskoj analizi razlikuju se sljedeće:

Metoda neutralizacije,

kompleksometrija,

Redox metode

Metode taloženja.

Unutar svake metode izdvajaju se njene pojedinačne varijante (tabela 1). Njihova imena potiču od naziva reagensa koji se koriste u svakoj od opcija kao titrant (permanganatometrija, jodometrija, hromatometrija, itd.).

Tabela 1.

Klasifikacija titrimetrijskih metoda prema vrsti primijenjene kemijske reakcije

Reakcija	Metoda	Reagens (titrant)	varijanta metode	Supstance koje treba utvrditi
Protoliza	Metoda neutralizacije	H Cl, HClO 4 , HNO 3	Acidimetrija	Oc inovacije
		KOH, NaOH, itd.	Alkalometrija	kiseline
Formiranje kompleksa	Kompleks-metrija	EDTA	Kompleksometrija	Metali i njihova jedinjenja
			Fluorometrija, cijanidometrija	Neki metali, organske supstance
Redox	Redox metar	KMnO 4 K 2 C r 2 O 7	permanganatometrija hromatometrija	Restauratori
		KJ i Na 2 S 2 O 3	Jodometrija	Redukcioni agensi, oksidanti, kiseline
		vitamin C	Askorbinometrija	Oksidatori
padavine	Sedimetrija	AgNO3	Argentometrija	Halogenidi
		Hg 2 (NO 3) 2	Merkurometrija
		KSCN	Rodanometrija	Neki metali
		Ba(NO3)2	bariometrija	sulfati

Klasifikacija metodom titracije. Obično postoje tri metode: direktna, povratna i supstitucijska titracija. direktna titracija uključuje direktno dodavanje titranta u otopinu uzorka. Ponekad se koristi drugačiji redoslijed miješanja reagensa - otopina uzorka se postepeno dodaje do poznate količine R, u kojoj se želi odrediti koncentracija X; ali ovo je takođe direktna titracija. U oba slučaja, rezultati analize se izračunavaju korištenjem istih formula zasnovanih na zakonu ekvivalenata.

ν X = ν R

gdje su ν X i ν R broj molova X i R ekvivalenata. Formule za izračunavanje zasnovane na omjeru, kao i primjeri proračuna, bit će dati u nastavku.

Direktna titracija je najpogodnija i najčešća varijanta titrimetrije. Tačnije je od drugih. Na kraju krajeva, slučajne greške uglavnom nastaju prilikom mjerenja volumena rješenja, i to u ovu metodu titracijom, volumen se mjeri samo jednom, ali direktna titracija nije uvijek moguća. Mnoge reakcije između X i R ne idu dovoljno brzo, a nakon dodavanja sljedećeg dijela titranta, otopina nema vremena da uspostavi ravnotežu. Ponekad direktna titracija nije moguća zbog nuspojava ili nedostatka odgovarajućeg indikatora. U takvim slučajevima se koriste složenije šeme povratne ili supstitucijske titracije. Oni uključuju najmanje dvije kemijske reakcije.

Povratna titracija izvodi se prema dvostepenoj shemi:

X + R 1 \u003d Y 1

R1 + R2 = Y2

Pomoćni reagens R 1 se unosi u tačno poznatoj količini. Volumen i koncentracija otopine R 1 se bira tako da R 1 nakon završetka reakcije sa Hostalom bude u višku. Nereagirani dio R 1 se zatim titrira sa R ​​2 titrantom. Primjer bi bila permanganometrijska titracija organska materija. Mnoge tvari nije moguće titrirati permanganatom "direktno" zbog sporosti njihove oksidacije i drugih razloga. Ali prvo možete dodati poznatu (prekomjernu) količinu KMnO 4 u analizirani uzorak, zakiseliti i zagrijati rezultirajuću otopinu. To će dovesti do potpunog i brzog završetka oksidacije organskih tvari. Zatim se preostali permanganat titrira nekim aktivnim redukcijskim sredstvom, na primjer, otopinom SnCl 2 ili FeSO 4 .

Izračunavanje rezultata povratne titracije vrši se na osnovu očiglednog odnosa:

ν X \u003d ν R 1 - ν R 2

Pošto se zapremine u ovom slučaju mere dva puta (prvo zapremina rastvora reagensa R 1 , zatim zapremina titranta R 2 ), slučajna greška rezultata analize je nešto veća nego kod direktnog titracije. Relativna greška analize posebno se snažno povećava sa malim viškom pomoćnog reagensa, kada je ν R 1 ≈ ν R 2 .

Klasifikacija prema načinu kontrole t.ek. Poznato je nekoliko takvih metoda. Najjednostavnija je titracija bez indikatora, najčešća je titracija s indikatorima u boji, a najpreciznije i najosjetljivije su opcije instrumentalne titrimetrije.

Titracija bez indikatora zasniva se na upotrebi reakcija koje su praćene promjenom vidljivih svojstava titrirane otopine. Po pravilu, jedan od reagensa (X ili R) ima vidljivu boju. Tok takve reakcije kontroliše se bez posebnih instrumenata i bez dodavanja indikatorskih reagensa. Dakle, bezbojni redukcioni agensi se titriraju u kiseloj sredini sa ljubičastim rastvorom oksidacionog sredstva - kalijum permanganata (KMnO 4). Svaki dio dodanog titranta će odmah promijeniti boju, pretvarajući se u Mn 2+ ione pod djelovanjem redukcionog sredstva. Ovo će se nastaviti do t.eq. Međutim, prva "dodatna" kap titranta će obojiti titrirani rastvor ružičasto-ljubičasto, boja neće nestati čak ni kada se rastvor promeša. Kada se pojavi boja koja ne nestaje, titracija se zaustavlja i mjeri se volumen istrošenog titranta ( V k.t.t.). Kraj titracije se može utvrditi ne samo pojavom boje titrirane otopine, kao u razmatranom primjeru, već i promjenom boje prethodno obojene otopine uzorka, kao i pojavom bilo kakvog taloga, njegovog nestanak ili promjenu. izgled. Titracija bez indikatora se rijetko koristi, jer je samo nekoliko reakcija praćeno promjenom vidljivih svojstava otopine.

Instrumentalna titracija. Tok reakcije između X i R može se pratiti ne samo "okom" (vizuelno), već i uz pomoć instrumenata koji mjere neka fizička svojstva otopine. Razlikuju se varijante instrumentalne titrimetrije, ovisno o tome koje se svojstvo otopine kontrolira. Možete koristiti bilo koju nekretninu ovisno o kvaliteti i kvantitativni sastav titrirajući rastvor. Naime, moguće je izmjeriti električnu provodljivost otopine (ova opcija se zove konduktometrijski titracija), potencijal indikatorske elektrode uronjene u titrirani rastvor ( potenciometrijski titracija), apsorpcija svjetlosti titriranim rastvorom ( fotometrijski titracija), itd. Titraciju možete zaustaviti kada se dostigne neka unaprijed odabrana vrijednost izmjerenog svojstva. Na primjer, kiseli rastvor se titrira alkalijom dok se ne postigne pH vrijednost od 7. Međutim, češće to rade drugačije - odabrano svojstvo otopine se više puta (ili čak kontinuirano) mjeri kako se titrant unosi, ne samo pre, ali i posle očekivane temperature..eq. Prema dobijenim podacima, iscrtava se grafička zavisnost izmerenog svojstva od zapremine dodanog titranta ( titraciona kriva). U blizini tačke ekvivalencije dolazi do oštre promjene u sastavu i svojstvima titrirane otopine, a na krivulji titracije se bilježi skok ili prekid. Na primjer, skok u potencijalu elektrode umočene u otopinu. Položaj jednačine se procjenjuje iz položaja pregiba na krivulji. Ova vrsta analize je napornija i dugotrajnija od konvencionalne titracije, ali daje preciznije rezultate. U jednoj titraciji moguće je odvojeno odrediti koncentracije većeg broja komponenti.

Poznato je više od desetak varijanti instrumentalne titrimetrije. Važnu ulogu u njihovom stvaranju imao je američki analitičar I. Koltgof. Odgovarajuće metode se razlikuju po mjernom svojstvu otopine, korištenoj opremi i analitičkim mogućnostima, ali sve su osjetljivije i selektivnije od opcija vizualne titrimetrije indikatora ili neindikatora. Instrumentalna kontrola je posebno važna kada se indikatori ne mogu koristiti, na primjer, u analizi zamućenih ili intenzivno obojenih otopina, kao i pri određivanju tragova nečistoća i u analizi mješavina. Međutim, instrumentalna titrimetrija zahtijeva da laboratorija bude opremljena posebnim instrumentima, po mogućnosti samosnimajućim ili potpuno automatiziranim, što nije uvijek ekonomski izvodljivo. U mnogim slučajevima, dovoljno precizni i pouzdani rezultati mogu se dobiti na jednostavniji i jeftiniji način na osnovu upotrebe indikatora.

Korištenje indikatora. U titrirani uzorak može se unaprijed dodati mala količina specijalnog reagensa - indikator. Titracija će se morati prekinuti u trenutku kada indikator pod dejstvom unešenog titranta promeni svoju vidljivu boju, to je krajnja tačka titracije. Važno je da do promjene boje ne dolazi postepeno, kao rezultat dodavanja samo jedne "dodatne" kapi titranta. U nekim slučajevima indikator ne mijenja svoju boju, već rastvorljivost ili prirodu sjaja. Međutim, takvi indikatori (adsorpcijski, fluorescentni, hemiluminiscentni, itd.) se koriste mnogo rjeđe od indikatora u boji. Promena boje bilo kog indikatora nastaje usled hemijske interakcije indikatora sa titrantom, što dovodi do prelaska indikatora u novi oblik.Svojstva indikatora moraju se detaljnije razmotriti.

Indikatori

Analitičke laboratorije koriste nekoliko stotina indikatora boja drugačiji tip(kiselinsko-bazni, metal-hrom, adsorpcioni, itd.). Nekada su se tinkture dobivale od biljaka - od cvijeta ljubičice ili od posebna vrsta lišajevi (lakmus). R. Boyle je prvi koristio takve indikatore. Trenutno se ne koriste prirodni indikatori, jer su uvijek mješavina različitih tvari, tako da prijelaz njihove boje nije jasno izražen. Savremeni indikatori su posebno sintetizovani pojedinačni organska jedinjenja. Indikatori su po pravilu jedinjenja aromatičnog niza čiji molekuli sadrže nekoliko funkcionalnih grupa (supstituenata).Poznato je mnogo sličnih jedinjenja, ali se samo neka od njih mogu koristiti kao indikatori boja. Predloženi indikator mora ispuniti niz zahtjeva:

· indikator bi se trebao dobro otopiti, dajući otopine koje su stabilne tokom skladištenja;

· u rastvoru indikator mora postojati u nekoliko oblika, različitih po molekularnoj strukturi. Između oblika mora se uspostaviti pokretna hemijska ravnoteža. Na primjer, kiseli oblik indikatora prelazi u osnovni (i obrnuto), oksidirani prelazi u redukovani (i obrnuto); metalohromni indikator je reverzibilno kompleksiran sa ionima metala, itd.;

· indikator u boji treba intenzivno apsorbuju svetlost u vidljivom delu spektra. Boja njegovog rastvora treba da se razlikuje čak i pri veoma niskim koncentracijama (10 -6 - 10 -7 mol/l). U ovom slučaju biće moguće uneti vrlo male količine indikatora u titrirani rastvor, što doprinosi dobijanju preciznijih rezultata analize;

· različiti oblici indikatora treba da se razlikuju po svojoj boji, odnosno po spektru apsorpcije u vidljivom području. U ovom slučaju, tokom titracije će se uočiti kontrastna tranzicija boje.Na primjer, oku je jasno vidljiv prijelaz indikatorske boje iz ružičaste u smaragdno zelenu. Mnogo je teže fiksirati krajnju tačku titracije (c.t.t.) prelaskom ružičaste boje u narandžastu ili ljubičastu. Veoma je važno koliko su različiti spektri apsorpcije dva oblika indikatora. Ako jedan od oblika indikatora maksimalno apsorbuje svetlost talasne dužine λ 1, a drugi talasne dužine λ 2, tada razlika ∆λ = λ 1 - λ 2 karakteriše kontrast prelaza boja. Što je veći ∆λ, to bolje oko percipira prelaz boje indikatora. Da bi se povećao vizualni kontrast prijelaza boja, ponekad se koriste mješavine različitih indikatora ili se indikatoru dodaje inertna strana boja;

· prijelaz indikatora iz jednog oblika u drugi pri promjeni sastava otopine trebao bi se odvijati vrlo brzo, u djeliću sekunde;

· tranziciju mora izazvati jedan faktor, isti za sve indikatore date vrste. Dakle, promjena boje kiselinsko-baznog indikatora ne bi se trebala dogoditi zbog reakcija druge vrste, na primjer, pri interakciji s oksidacijskim agensima, ili metalnim ionima, ili proteinima! Naprotiv, redoks indikatori bi trebali mijenjati boju samo zbog interakcije sa oksidacijskim i redukcijskim agensima, a to bi se trebalo dogoditi na određenom potencijalu specifičnom za svaki redoks indikator. Boja ovih indikatora i prelazni potencijal ne bi trebali ovisiti o pH otopine. Nažalost, u praksi tranzicioni potencijal mnogih redoks indikatora zavisi i od pH vrednosti.

Da bi se smanjio uticaj sporednih procesa, ponekad se indikator ne unosi u titrirani rastvor, već se, naprotiv, tokom titracije periodično uzima kap titrirane otopine koja se na satnom staklu pomeša sa kapom indikatora. rastvora i posmatra se dobijena boja. Ova tehnika omogućava upotrebu indikatora koji nepovratno reaguju. Pogodnije je raditi s "spoljnim indikatorom" ako je nepapir unaprijed natopljen.

Krajnja tačka titracije, određena promjenom boje indikatora, možda se ne podudara s tačkom ekvivalencije. Neusklađenost V k.t.t. i V t.eq dovodi do sistematske greške u rezultatu analize. Vrijednost greške određena je prirodom ovog indikatora, njegovom koncentracijom i sastavom titrirane otopine.

Princip odabira indikatora je vrlo jednostavan i univerzalan. : Prijelazna karakteristika indikatora (pT-vrijednost titracije, prelazni potencijal, itd.) mora odgovarati očekivanom sastavu titrirane otopine u tački ekvivalencije. Dakle, ako analitičar titrira vodeni rastvor jake kiseline sa jakom bazom, rastvor će imati pH = 7 na tački ekvivalencije. Stoga treba koristiti kiselinsko-bazni indikator koji menja boju pri približno pH 7 (bromotimol plavo itd.) o pT - indikatorima titracije za indikatore različitih tipova nalaze se u referentnoj literaturi.

Proračun rezultata titrimetrijske analize

Ne preporučuje se da se rezultati titrimetrijske analize izračunavaju direktno iz jednačine reakcije, na primjer, korištenjem proporcija. Takav "školski" način rješavanja računskih problema je neracionalan i po pravilu ne daje potrebnu tačnost. Rezultati titrimetrijske analize izračunavaju se pomoću jedne od nekoliko gotovih algebarskih formula izvedenih iz zakona ekvivalenata. Početni podaci će biti zapremina utrošenog titranta (u mililitrima) i koncentracija titranta (u mol/litri), oni moraju biti podešeni sa potrebnom tačnošću.

Metoda proračuna ne zavisi od vrste hemijske reakcije koja se dešava tokom titracije, i od načina praćenja tačke ekvivalencije (indikator, uređaj i sl.). Izbor formule za proračun određuje se time koja se metoda titracije (direktna, reverzna, supstitucijska) koristi tokom analize.Prilikom izbora formule treba razlikovati dva slučaja: a) izračunavanje koncentracije rastvora X; b) određivanje maseni udio komponente (procenat X u uzorku).

Proračunske formule izgledaju najjednostavnije ako se koncentracije komponente koju treba odrediti i titranta izrazi kao broj molova njihovih ekvivalenata po litri odgovarajućih otopina, tj. koriste se koncentracije analita ( N x ) i titrant (N T ), izražen kao broj molova ekvivalenta po litri rastvora. Ranije su se ove koncentracije nazivale normalnim. Sada se ovaj izraz ne preporučuje za korištenje, ali se u praksi koristi prilično široko, posebno u redoksmetriji. Ali u kompleksometriji i nekim drugim metodama, gdje 1 mol analita X uvijek reagira s 1 molom titranta, normalne koncentracije se poklapaju s uobičajenim molarnim koncentracijama ( C x i C T ), te stoga nema potrebe za korištenjem normalnih koncentracija i ekvivalenata prilikom izračunavanja rezultata.

Za razliku od konvencionalnih molarnih koncentracija, normalna koncentracija se određuje uzimajući u obzir hemiju reakcije koja se javlja tokom titracije. Korisno je zapamtiti da je normalna koncentracija X u otopini ili jednaka njegovoj molarnoj koncentraciji, ili je premašuje nekoliko (2,3,4 ....) puta, ovisno o tome koliko protona (ili elektrona) učestvuje u reakciji, po čestici X. Prilikom pisanja jednačine reakcije, određivanja ekvivalenata i izračunavanja normalnih koncentracija treba voditi računa o uslovima pod kojima se titracija odvija, pa čak i o izboru indikatora.

Težinatitrirani Xatdirektna titracija jednako (u mg):

m x =N T . V T . E x , (1),

gdje je E x - molarna masa ekvivalentno X, što odgovara jednom protonu (in kiselo-bazne reakcije), jedan elektron (u redoks reakcijama), jedan ligand (u reakcijama formiranja kompleksa) itd. V T je zapremina titranta (u ml). U kompleksometriji, masu analita (u mg) najbolje je izračunati pomoću formule koja uključuje vrijednost M x -molarna masa X:

m x = C T . V T . M x (2).

Iz (4.11) proizilazi da je maseni udio X u uzorku uzorka, izražen u %, jednak:

%X = N T . V T . E x . 100% / m S , (3),

gdje m S - težina uzorka u mg. Obično rezultat titracije ne zavisi od zapremine vode u kojoj je uzorak uzorka rastvoren pre titracije i ta zapremina se ne uzima u obzir u proračunima. Ako nije titriran cijeli uzorak, već neki njegov dio (alikvot), onda se mora uzeti u obzir dodatni koeficijent To , jednako omjeru V0 - zapreminu rastvora u koji je ovaj uzorak prebačen i iz kojeg su uzeti alikvoti, do Valiq - zapremina jednog alikvota:

m x = K. N T . V T . E x , (4).

Prilikom izračunavanja koncentracijaprema metodi direktne (ili supstitucijske) titracije koristi se jednostavna formula, koja direktno slijedi iz zakona ekvivalenata:

N x . V x \u003d N T. V T (5).

analize, međutim, u fabričkim laboratorijama koriste se i druge metode proračuna.

Priprema radnih rastvora u titrimetriji

Radni rastvori tačno poznatih koncentracija koji se koriste u titrimetrijskoj analizi pripremaju se na nekoliko načina:

· prema tačnom vaganju hemijskog reagensa uzeti na analitičku ravnotežu. Ovaj uzorak je otopljen u u velikom broju rastvarača, a zatim u volumetrijskoj tikvici dovedite volumen dobivene otopine do oznake. Dobiveni rastvori se nazivaju standardni, a odgovarajući reagensi se nazivaju primarni standardi. Malo supstanci mogu biti primarni standardi - moraju biti čiste hemikalije konstantnog i tačno poznatog sastava, čvrst na sobnoj temperaturi, stabilan na vazduh, nehigroskopan i neisparljiv. Primjeri su kalijum dihromat, komplekson III, oksalna kiselina. Naprotiv, nemoguće je pripremiti standardnu ​​otopinu hlorovodonične kiseline (reagens "hlorovodonične kiseline" je tečnost netačno poznatog sastava), željeznog hlorida (brzo oksidira na vazduhu), kaustične sode (higroskopne) i mnogih drugih. supstance.

· sa fiksnih kanala. Ovaj izraz se odnosi na zatvorenu staklenu ampulu koja sadrži određenu količinu reagensa, obično 0,1000 mol ekvivalenta. Fiksanali se pripremaju u fabrici. Ako se u laboratoriji sadržaj fiksanala kvantitativno prenese u volumetrijsku tikvicu od 1000 ml i dovede do oznake sa rastvaračem, dobiće se litar rastvora tačno 0,1000 N. Priprema rastvora fiksanala ne samo da štedi vreme analitičara, već omogućava i pripremu rastvora sa tačno poznatim koncentracijama od supstanci koje nemaju kompleks svojstava potrebnih za primarne standarde (npr. rastvori fiksanala hlorovodonične kiseline, amonijaka, ili jod).

· prema približno poznatom uzorku hemijskog reagensa, uzetom u tehničkoj mjeri. Ovaj uzorak je otopljen u približno poznatoj količini rastvarača. Zatim se provodi dodatna operacija - standardizacija rezultirajućeg rješenja. Na primjer, tačna težina druge supstance (primarni standard) titrira se sa rezultirajućim rastvorom. Možete to učiniti drugačije: uzmite poznatu zapreminu (alikvot) pripremljenog rastvora i titrirajte je odgovarajućim standardnim rastvorom.Tačna koncentracija pripremljenog rastvora se izračunava iz zapremine koja se koristi za titraciju. Takva rješenja se nazivaju standardizirana. Na primjer, otopina KOH standardizirana je izvaganim dijelom oksalne kiseline ili fiksanalnom otopinom klorovodične kiseline. Ako je tvar u laboratoriju dostupna u obliku koncentrirane otopine približno poznate koncentracije (na primjer, klorovodična kiselina), tada se umjesto vaganja mjeri određena unaprijed izračunata zapremina koncentrirane otopine. To zahtijeva poznavanje gustine početnog rješenja. Zatim se, kao iu prethodnom slučaju, dobijeno rješenje standardizira.

Koncentracija rastvora se ne sme spontano menjati tokom skladištenja. U tom slučaju se za titraciju mogu koristiti unaprijed pripremljene (standardne ili standardizirane) otopine bez ikakvih dodatnih operacija.Treba napomenuti da što je otopina više razrijeđena, to je po pravilu manje stabilna tokom skladištenja (hidroliza rastvorena materija, njena oksidacija kiseonikom vazduha, adsorpcija na unutrašnjoj površini staklenog posuđa, itd.). Stoga se radni rastvori niske koncentracije po pravilu ne pripremaju unapred. Pripremaju se samo po potrebi, na dan upotrebe. Da bi se to postiglo, početne (standardne, fiksne ili standardizirane) otopine se razrjeđuju čistim otapalom u točno poznatom broju puta (obično se otopina razrjeđuje 5 ili 10 puta u jednoj operaciji). Ako je potrebno još više razrijeđenih otopina, ova operacija se ponavlja. Na primjer, 0,01 M se priprema iz 0,1 M rastvora, 0,001 M od toga itd.

Priprema otopina s točno poznatim koncentracijama zahtijeva upotrebu čitavog skupa specijalnog volumetrijskog pribora koji vam omogućuje mjerenje volumena sa potrebnom preciznošću. To su volumetrijske tikvice, pipete i birete. Priručnici za laboratorijski rad sadrže opise mjernog pribora i pravila za rad s njim.

Metode titracije

Metoda jednog uzorka i metoda alikvota. Da bi se smanjio uticaj slučajnih grešaka, titracija se obično ponavlja nekoliko puta, a zatim se rezultati usrednjavaju. Ponovljene analize se mogu izvesti na dva različita načina: metodom odvojenih porcija metodom alikvota. Obje metode se koriste kako u standardizaciji radnih rješenja tako i direktno u analizi stvarnih objekata.

Metoda jedne težine, kao što mu naziv govori, pretpostavlja da se za titraciju uzima nekoliko izvaganih porcija analiziranog materijala. Njihove mase bi trebale biti približno jednake. Veličina uzorka se bira uzimajući u obzir željenu potrošnju titranta po titraciji (ne više od volumena birete) i uzimajući u obzir koncentraciju titranta.

Uzmite tri izvagane porcije oksalne kiseline, čije su mase navedene u tabeli 2. Prema svakoj titraciji izračunajte (posebno!) koncentraciju KOH. Zatim se usrednjavaju koncentracije, a zapremine potrošene na titraciju različitih uzoraka se ne mogu usrednjavati!

Tabela 2. Primjer izračunavanja rezultata analize metodom pojedinačnih uzoraka

Broj šarke	Massanaveski, mg	Zapremina titranta, ml	Pronađena koncentracija KOH, mol/l
	95,7	14,9	0,102
	106,9	16,2	0,105
	80,8	12,7	0,101
Prosječan rezultat analiza S KOH \u003d 0,103 mol / l

Alikvotna metoda titracije (ili metoda pipetiranja) zasniva se na titraciji nekoliko odvojenih alikvota - malih količina test rastvora, uzetih pipetama.

Metoda odvojenih težina i metoda titracije alikvota koristi se ne samo za direktnu titraciju, kao što je prikazano u navedenim primjerima, već i za reverznu i supstitucijsku titraciju. Prilikom odabira metode titracije treba uzeti u obzir da metoda odvojenih pondera daje preciznije rezultate, ali je zahtjevnija i zahtijeva više proračuna. Zbog toga je za standardizaciju radnih rastvora bolje koristiti metodu odvojenih pondera, a za serijski vršene analize ekspresiju metodu alikvota.

Oblik titracionih krivulja

Logaritamske krive titracije predstavljaju grafičku zavisnost logaritma ravnotežne koncentracije jednog od reagensa od zapremine dodanog titranta. Umjesto logaritma koncentracije, pH vrijednost otopine (pH) se obično prikazuje na okomitoj osi. Koriste se i drugi slični indikatori (na primjer, pAg \u003d - lg), kao i vrijednost onih fizičko-hemijskih svojstava titrirane otopine, koja linearno ovise o logaritmima ravnotežnih koncentracija. Primjer bi bio potencijal elektrode (E).

Ako rastvor sadrži samo jednu supstancu koja reaguje sa titrantom, a reakcija je opisana jednom hemijskom jednačinom (tj. ne teče u koracima), na logaritamskoj krivulji se uočava gotovo okomit presek, tzv. skok titracije . Naprotiv, dijelovi krive udaljeni od t.eq. blizu horizontale. Primer može biti zavisnost pH rastvora od zapremine V dodanog titranta, prikazana na slici 1.

Fig.1. Tip titracionih krivulja

Što je veća visina skoka na krivulji plime, to se tačnije može fiksirati točka ekvivalencije.

Acid-bazna titracija (metoda neutralizacije)

Princip metode

Metoda neutralizacije zasniva se na provođenju kiselinsko-baznih (protolitičkih) reakcija. Tokom ove titracije, pH vrednost rastvora se menja. Kiselo-bazne reakcije su najpogodnije za titrimetrijsku analizu: odvijaju se prema strogo definiranim jednadžbama, bez sporednih procesa i vrlo velikom brzinom. Interakcija jakih kiselina sa jakim bazama dovodi do visokih konstanti ravnoteže. Za otkrivanje k.t.t. postoji zgodan i dobro proučen način - upotreba acido-baznih indikatora. Mogu se koristiti i instrumentalne metode koje su posebno važne kod titriranja nevodenih, zamućenih ili obojenih otopina.

Metoda neutralizacije uključuje dvije opcije − acidimetrija(titrant je jak rastvor kiseline) i alkalometrija(titrant je rastvor jake baze). Ove metode se respektivno koriste za određivanje baza i kiselina, uključujući ionske i multiprotonske. Sposobnost titriranja jakih protolita određena je njihovom koncentracijom; titracija je moguća ako C x> 10 - 4 M .Tokom takve titracije u vodenom rastvoru dolazi do sljedeće reakcije:

H 3 O + +OH - ® 2 H 2 O

Titracija slabih kiselina i slabih baza u vodenim otopinama slijedi sheme:

ON+OH - ® H 2 O (alkalometrija)

B + H 3 O + ® HB + + H 2 O (acidimetrija)

Primjeri praktične primjene acidobazne titracije:

· određivanje kiselosti prehrambenih proizvoda, zemljišta i prirodnih voda (alkalometrijska titracija vodenih rastvora sa indikatorom fenolftaleinom);

· određivanje kiselosti naftnih derivata (alkalometrijska titracija nevodenih rastvora sa instrumentalnom kontrolom rt);

· određivanje karbonata i bikarbonata u mineralima i građevinskim materijalima (acidimetrijska titracija vodenih rastvora sa dva indikatora);

· određivanje azota u amonijum solima i organskim supstancama (Kjeldahlova metoda). U tom slučaju se organske tvari koje sadrže dušik razgrađuju kuhanjem s koncentriranom sumpornom kiselinom u prisustvu živinih soli, amonijum dušik se izbacuje djelovanjem lužine kada se zagrijava, amonijak se apsorbira standardnom otopinom HCl, uzetom u višku . Nereagirani dio HCl se zatim titrira alkalijom u prisustvu indikatora metil narandže. Ova metoda koristi i princip supstitucije i metodu povratne titracije.

radna rješenja.U acidimetrijskoj titraciji vodenih rastvora titranta se koristi kao rastvori jakih kiselina (HCl, rjeđe HNO 3 ili H 2 SO 4). AT alkalometrija titranti - rastvori NaOH ili KOH. Međutim, navedeni reagensi nemaju svojstva koja bi omogućila pripremu standardnih otopina od njih jednostavnim preciznim vaganjem. Dakle, čvrste alkalije su higroskopne i uvijek sadrže nečistoće karbonata. U slučaju HCl i drugih jakih kiselina, početni reagens nije čista tvar, već otopina s netočno poznatom koncentracijom. Stoga se u metodi neutralizacije prvo priprema otopina približno poznate koncentracije, a zatim se standardizuje. Kiseli rastvori su standardizovani za bezvodni natrijum karbonat Na 2 CO 3 (soda) ili natrijum tetraborat Na 2 B 4 O 7 . 10H 2 O (oluja). Boraks, kada je otopljen, stupa u interakciju s vodom:

B 4 O 7 2– + 3H 2 O \u003d 2H 3 VO 3 + 2VO 2 -

Rezultirajući metaborat je prilično jaka baza. Titrira se kiselinom:

IN 2 - + H 3 O + \u003d H 3 IN 3.

Očigledno, molarna masa ekvivalenta boraksa je M(½Na 2 B 4 O 7 . 10H 2 O) = 190,71 g/mol. Visok ekvivalent molarne mase je prednost boraksa kao primarnog standarda. Alkalni rastvori su standardizovani za kalijum hidroftalat. Molekula hidroftalata sadrži pokretni proton i ima svojstva slaba kiselina:

Benzojeva kiselina C 6 H 5 COOH, oksalna kiselina H 2 C 2 O 4 se često koriste kao standardi. . 2H 2 O i druge slabe organske kiseline (čvrste, čiste stabilne supstance). Standardni 0,1000 M rastvori kiselina i baza u laboratorijama se obično pripremaju od fiksanala. Pripremljeni rastvor kiseline može se koristiti za standardizaciju alkalnog rastvora i obrnuto. Standardizirani rastvori kiselina su stabilni i mogu se skladištiti bez promjene proizvoljno dugo vremena. Alkalne otopine su manje stabilne, preporučuje se čuvanje u voskom ili fluoroplastičnim posudama kako bi se spriječila interakcija sa staklom. Mora se uzeti u obzir da alkalni rastvori apsorbuju CO 2 iz vazduha, a tokom skladištenja su zaštićeni cevčicom ispunjenom živim vapnom ili natrijum-kalcem.

Rice. 2. Neutralizacijske krive za jaku kiselinu.

1 - 0,1 M, 2 - 0,01 M, 3 - 0,001 M.

Za otkrivanje k.t.t. kod indikatora u boji potrebno je da visina skoka bude veća od širine prelaznog intervala indikatora. Ovo posljednje je obično oko dvije pH jedinice.

Visina skoka na krivulji neutralizacije za slabe kiseline ovisi o jačini kiseline (vrijednosti njene kiselinske konstante, odnosno pK a ). Naime, što je kiselina slabija (što je veća vrijednost pKa), to je manja za druge jednaki uslovi mora biti visina skoka.različite snage

1 - hlorovodonična kiselina, 2 - sirćetna kiselina (pK a = 4,8), 3 - cijanovodonična kiselina (pK a = 9,2).

Visina skoka treba da bude veća od širine prelazne zone indikatora, što je obično 2 pH jedinice. Stoga, do Kao iu slučaju jakih elektrolita, kriterijum titracije slab protolit sa greškom od 1% može se izvesti iz uslova ∆p N ±1% ≥ 2. Za vodeni rastvor slabe kiseline dobijamo traženi kriterijum u sledećem obliku:

R Toa+ str OD≤ 8

Na p C \u003d 2, kritična vrijednost p K a jednaki 6. Drugim riječima, ako je kiselina vrlo slaba i njen pK a veći od 6, onda se ne može precizno titrirati pomoću indikatora boja.

Titracija mješavina protolita i multiprotonskih protolita. U miješanim otopinama, jake kiseline inhibiraju protolizu slabijih. Isto se opaža i u rastvorima koji sadrže mešavinu baza različite jačine.Kada se takvoj mešavini doda titrant, prvo se titrira jači protolit, a tek onda slabiji reaguje sa titrantom. Međutim, broj skokova uočenih na krivulji titracije smjese ovisi ne samo o broju prisutnih protolita, već i o apsolutnim vrijednostima odgovarajućih konstanti kiselosti (bazičnosti), kao i o njihovom omjeru. Konstante kiselosti (ili bazičnosti) komponenti smjese moraju se razlikovati više od 10 4 puta, samo će se u tom slučaju posebno na krivulji titracije uočiti izrazito izraženi titracijski skokovi, a relativna greška u određivanju svake komponente neće prelaziti 1%. Kriterijum za mogućnost odvojene titracije protolita je takozvano "pravilo četiri jedinice":

(6)

Multiprotonski protoliti stupaju u reakciju s titrantima, prvo u prvom stupnju, zatim u drugom, itd., ako se odgovarajuće konstante kiselosti razlikuju u skladu s uvjetom (6) Prilikom izračunavanja krivulja neutralizacije, multiprotonski protoliti se mogu smatrati mješavinama različitih elektroliti.

Kao primjer, razmotrite mogućnost

Sl.5. Kriva titracije mješavine karbonatnih i bikarbonatnih jona s otopinom HCl.

Naznačene su pH vrijednosti na kojima se uočavaju prijelazi boja indikatora.

Prilikom titriranja mješavine dvije jake kiseline, mješavine dvije podjednako slabe kiseline ili mješavine dvije baze sa bliskim p Tob ne postoje dva odvojena skoka na krivulji titracije. Međutim, još uvijek je sasvim moguće odvojeno odrediti koncentraciju komponenti takvih mješavina. Ovi problemi se uspješno rješavaju korištenjem diferencirajućih nevodenih rastvarača.

Acid-bazni indikatori i njihov izbor

Za otkrivanje k.t.t. metoda neutralizacije tradicionalno koristi acido-bazne indikatore - sintetičke organske boje koje su slabe kiseline ili baze i mijenjaju svoju vidljivu boju u zavisnosti od pH otopine.Primjeri nekih (najčešće korištenih u laboratorijama) acidobaznih indikatora prikazani su u tabeli. 3. Indikatori strukture i svojstava dati su u priručniku. Najvažnije karakteristike svakog acido-baznog indikatora su prelazni interval i indeks titracije (pT). Prijelazni interval je zona između dvije pH vrijednosti koje odgovaraju granicama zone, unutar koje se uočava miješana boja indikatora. Dakle, posmatrač će okarakterisati vodenu otopinu metil narandže kao čisto žutu - pri pH< 3,1 и как чисто красный при рН >4.4, a između ovih graničnih vrijednosti uočava se miješana, ružičasto-narandžasta boja različitih nijansi. Širina prelaznog intervala je tipično 2 pH jedinice. Eksperimentalno utvrđeni prelazni intervali indikatora su u nekim slučajevima manji ili veći od dvije pH jedinice. Ovo se posebno objašnjava različitom osjetljivošću oka na različite dijelove vidljivog područja spektra. Za jednobojne indikatore, širina intervala također ovisi o koncentraciji indikatora.

Tabela 3

Najvažniji acido-bazni indikatori

Indikator	Interval prijelaza ΔrN Ind		R Toa(HInd)	Promjena boje
metil narandže				Crveno - žuto
Bromocresol Green				Žuto - plavo
metil crveno				Crveno - žuto
Bromocresol ljubičasta				Žuto - ljubičasto
Bromothymol blue				Žuto - plavo
fenol crveno				Žuto - crveno
timol plavo
Fenolftalein				Bezbojno - crveno

Poznavajući karakteristike različitih indikatora, moguće ih je teoretski razumno odabrati kako bi se dobili ispravni rezultati analize. Pridržava se sljedećeg pravila: prelazni interval indikatora mora ležati u području skoka na krivulji titracije.

Pri izboru indikatora za titraciju slabih protolita treba voditi računa da t.eq. a titracijski skok se pomjeraju u slabo alkalnu sredinu pri titraciji kiseline i na blago kiselu pri titraciji baze. shodno tome, za titraciju slabih kiselina prikladni su indikatori koji mijenjaju boju u blago alkalnom mediju (npr. fenolftalein), a za titraciju slabe baze indikatori koji mijenjaju boju u blago kiselom mediju (npr. metilnarandžasta

Postoji još jedna karakteristika svakog acido-baznog indikatora - to je indeks titracije ( rt ). Ovo je pH vrijednost pri kojoj posmatrač najjasnije primjećuje promjenu boje indikatora i u ovom trenutku smatra da je titracija završena. Očigledno je pT = pH K.T.T. . Prilikom odabira odgovarajućeg indikatora treba nastojati osigurati da pT vrijednost bude što bliža teoretski izračunatoj vrijednosti. pH T.EKV .. Tipično, pT vrijednost je blizu sredine prijelaznog intervala. Ali pT je slabo ponovljiva veličina. Različiti ljudi koji rade istu titraciju sa istim indikatorom dobiće značajno različite pT vrijednosti.Osim toga, pT vrijednost ovisi o redoslijedu titracije, odnosno o smjeru promjene boje.Kada se titriraju kiseline i baze istim indikatorom pT vrijednosti će se neznatno razlikovati. Za monohromatske indikatore (fenolftalein, itd.), pT vrijednost također ovisi o koncentraciji indikatora.

Suština metode i njene prednosti

Titrimetrijska analiza se zasniva na tačnom merenju zapremine supstanci koje ulaze u hemijsku reakciju; je jedna od metoda kvantitativna analiza.

Proces polaganog dodavanja titranta u otopinu analita da bi se odredila tačka ekvivalencije naziva se titracija. titrant- rastvor sa tačno poznatom koncentracijom.

Ekvivalentna tačka je trenutak titracije kada se postigne ekvivalentni odnos reaktanata.

Ekvivalentna tačka (tj.) se određuje promenom boje indikatora (hemijskog indikatora) ili pomoću instrumentalnih indikatora, uređaja koji beleže promenu nekog svojstva medijuma tokom procesa titracije.

Indikatori su tvari koje mijenjaju svoju strukturu i fizička svojstva kada se okruženje promeni. U području tačke ekvivalencije, indikator mijenja boju, formira talog ili izaziva neki drugi vidljivi efekat. Indikatori se mogu koristiti za podešavanje krajnja tačka titracije(k.t.t.) - trenutak titracije, kada se uočava promjena boje indikatora. U idealnom slučaju, tj. i k.t.t. poklapaju, ali u praksi postoji određena razlika između njih. Što je ova razlika veća, to je veća greška titracije, ako su sve ostale jednake, pa indikator treba odabrati tako da razlika između t.e. i t.k.t. bio minimalan.

Nakon dostizanja tačke ekvivalencije, titracija se završava i beleži se zapremina rastvora koji se koristi za ovu reakciju. Stoga, u titrimetrijska metoda analiza je od najveće važnosti precizna definicija tačke ekvivalencije.

Kvantitativno određivanje titrimetrijskom metodom analize je prilično brzo, što omogućava nekoliko paralelne definicije i dobiti tačniju aritmetičku sredinu. Svi proračuni titrimetrijske metode analize zasnovani su na zakonu ekvivalenata.

To reakcije koji se koriste u kvantitativnoj volumetrijskoj analizi, predstavljaju sljedeće zahtjevi:

1. Reakcija se mora odvijati u skladu sa stehiometrijskom jednačinom reakcije i mora biti praktično nepovratna. Rezultat reakcije treba da odražava količinu analita. Konstanta ravnoteže reakcije mora biti veća od 10 8 .

2. Reakcija se mora odvijati bez nuspojava.

3. Reakcija se mora odvijati dovoljno velikom brzinom.

4. Mora postojati način da se fiksira tačka ekvivalencije. Kraj reakcije treba odrediti prilično lako i jednostavno.

Prednosti titrimetrijske analize:

1) brzina utvrđivanja;

2) jednostavnost opreme;

3) mogućnost automatizacije;

4) tačnost - relativna greška 0,1 - 0,01%.

Za određivanje neorganskih i organskih supstanci koristi se titrimetrijska metoda analize. Titracija se može izvesti u vodenom i nevodenom mediju.

Prilikom provođenja kvantitativne analize potrebno je:

Sve procedure analize treba da se sprovedu sa posebnom preciznošću i tačnošću;

Zapremina rastvora se meri sa tačnošću od 0,01 - 0,02 cm 3;

Koristim titrant s koncentracijom od 0,1 N;

Uzorci supstanci se uzimaju sa tačnošću do četvrte cifre i ne manje od 0,2 g;

Potrebno je kalibrirati i podesiti instrumente;

Rezultati analize su podvrgnuti matematičkoj obradi.

Pravila titracije

1. Podesite titar standardnog rastvora i koristite isti rastvor u prisustvu istog indikatora.

2. Za titraciju, uvijek uzmite istu količinu indikatora i ponovite titraciju analita nekoliko puta dok se ne dobiju tri blisko podudarna rezultata.

3. Potrebno je uzeti, u pravilu, najviše 1-2 kapi indikatora, ne zaboravljajući da su indikatori koji se koriste u metodi neutralizacije sami kiseline ili baze. Dio rastvora titranta se takođe troši za njihovu neutralizaciju.

4. Uvek titrirajte do iste nijanse boje rastvora, koristeći što je više moguće istu zapreminu rastvora za titriranje.

5. Potrebno je odabrati indikator koji mijenja svoju boju u blizini tačke ekvivalencije.

Metode titracije

Koristi se titrimetrijska metoda analize različite vrste hemijske reakcije. Ovisno o prirodi korištene kemijske reakcije, razlikuju se sljedeće metode titrimetrijske analize:

Acid-bazna titracija(protolitometrija) - metoda se zasniva na reakciji neutralizacije (H + + OH - = H 2 O); tačka ekvivalencije se određuje pomoću indikatora koji mijenjaju boju ovisno o reakciji okoline. Ovisno o prirodi titranta, metoda se dijeli na:

Acidometrijska titracija (titrant kiselina - HC1 ili H 2 SO 4);

Alkalometrijska titracija (titrant - alkalna - NaOH ili Ba (OH) 2);

Titracija precipitacije(sedimetrija) - zasnovana na reakcijama razmjene u kojima ion (element) koji se određuje prelazi u talog:

U zavisnosti od radnog rastvora (titranta), metoda se deli na:

Argentometrijska titracija (titrant - AgNO 3);

Rodanometrijska titracija (titrant NH 4 SCN ili KSCN);

Merkuometrijska titracija (titrant HgNO 3).

Kompleksometrijska titracija ili kompleksometrija - koristi se za određivanje kationa i aniona sposobnih da formiraju blago disocirane kompleksne ione:

redoks titracija ili redoksimetrija - metoda se zasniva na redoks reakciji između radne otopine i analita:

Ova grupa uključuje:

Permanganometrijska titracija (titrant - KMnO 4);

Kromatometrijska titracija (titrant - K 2 Cr 2 O 7);

Jodometrijska titracija (titrant I 2 ili KI)

Bromatometrijska titracija (IBrO 3 titrant)

Vanadatometrijska titracija (NH 4 VO 3 titrant) itd.

Titrimetrijska ili volumetrijska analiza- metoda kvantitativne analize zasnovana na mjerenju zapremine (ili mase) reagensa T utrošenog na reakciju sa analitom X. Drugim riječima, titrimetrijska analiza je analiza zasnovana na titraciji.

Svrha laboratorijske nastave o titrimetrijskim metodama analize je razvijanje praktičnih vještina u tehnici izvođenja titrimetrijske analize i ovladavanje metodama statističke obrade rezultata analize na primjeru specifičnih kvantitativna određivanja, kao i učvršćivanje teorijskih znanja rješavanjem tipičnih računskih zadataka za svaku temu.

Poznavanje teorije i prakse metoda titrimetrijske analize neophodno je za naknadno proučavanje instrumentalnih metoda analize, drugih hemijskih i specijalnih farmaceutskih disciplina (farmaceutika, toksikološka hemija, farmakognozija, farmaceutska tehnologija). Proučavane metode titrimetrijske analize su farmakopejske i široko se koriste u praksi farmaceuta za kontrolu kvaliteta lijekova.

konvencije

A, X, T - bilo koja supstanca, analit i titrant, respektivno;

m(A), m(X), t(T)- masa bilo koje supstance, analita i titranta, respektivno, g;

M(A), M(X), M(T)- molarna masa bilo koje supstance, analita i titranta, respektivno, g/mol;

n(A), n(X), n(T) - količina bilo koje supstance, analita i titranta, respektivno, mol;

Količina supstance ekvivalentne bilo kojoj supstanci, supstance koja se utvrđuje i titranta, respektivno, mol;

- zapremina rastvora bilo koje supstance, analita i titranta, respektivno, l;

- zapremina alikvota analita, jednaka kapacitetu pipete, l;

- zapremina analiziranog rastvora analita, jednaka kapacitetu tikvice, l.

1. Osnovni pojmovi titrimetrije

analiza

1.1. Titracija- proces određivanja supstance X postepenim dodavanjem malih količina supstance T, pri čemu se na neki način obezbeđuje detekcija tačke (momenta) kada je sva supstanca X reagovala. Titracija vam omogućava da pronađete količinu supstance X iz poznate količine supstance T dodane do ove tačke (trenutka), uzimajući u obzir činjenicu da je omjer u kojem X i T reaguju poznat iz stehiometrije ili na drugi način.

1.2. titrant- rastvor koji sadrži aktivni reagens T, kojim se vrši titracija. Titracija se obično izvodi dodavanjem titranta iz kalibrirane birete u titracionu tikvicu koja sadrži rastvor koji se analizira. U ovu tikvicu prije titracije dodati alikvot analizirano rešenje.

1.3. Alikvot udjela (alikvot)- tačno poznati dio analiziranog rješenja, uzet za analizu. Često se uzima kalibriranom pipetom i njen volumen je obično označen simbolom V ss .

1.4. Ekvivalentna tačka (TE)- takva tačka (moment) titracije u kojoj je količina dodanog titranta T ekvivalentna količini titrirane supstance X. Sinonimi za TE: stehiometrijska tačka, teorijska krajnja tačka.

1.5. Titracija krajnje tačke (KTT) - tačka (trenutak) titracije, u kojoj neko svojstvo otopine (na primjer, njegova boja) pokazuje primjetnu (oštru) promjenu. LTT manje-više odgovara TE, ali se najčešće ne poklapa s njim.

1.6. Indikator- supstanca koja pokazuje vidljivu promjenu u TE ili blizu njega. U idealnom slučaju, indikator je prisutan u dovoljno niskoj koncentraciji prelazni interval ne košta-

korišćena je značajna količina titranta T. Oštra vidljiva promena indikatora (na primer, njegova boja) odgovara CTT.

1.7. Interval prijelaza indikatora- područje koncentracije vodika, metala ili drugih jona unutar kojeg oko može otkriti promjenu nijanse, intenziteta boje, fluorescencije ili drugog svojstva vizualnog indikatora uzrokovanu promjenom omjera dvaju odgovarajućih oblika indikator. Ovo područje se obično izražava kao negativni logaritam koncentracije, na primjer: Za redoks indikator, prelazni interval je odgovarajuća oblast redoks potencijala.

1.8. Stepen titracije - omjer volumena V (T) dodanog titranta na volumen V (TE) titranta koji odgovara TE. Drugim riječima, stupanj titracije otopine je omjer količine titrirane supstance i njene početne količine u analiziranom rastvoru:

1.9. Nivo titracije- red koncentracija upotrijebljene otopine titranta, na primjer, 10 -1 , 10 -2 , 10 -3 , itd.

1.10. kriva titracije - grafički prikaz zavisnosti promene koncentracije c (X) analita X ili nekog srodnog svojstva sistema (rastvora) od zapremine V (T) dodani titrant T. Vrijednost c (X) tokom titracije mijenja se za nekoliko redova veličine, pa se kriva titracije često iscrtava u koordinatama: Apscisa pokazuje zapreminu dodanog titranta V (T) ili stepen titracije / . Ako se ravnotežna koncentracija c (X) ili intenzitet svojstva proporcionalnog njoj iscrta duž y-ose, dobijamo krivulja linearne titracije. Ako na y-osi ostavimo sa strane ili logaritam intenziteta svojstva proporcionalnog c(X), onda se dobija logaritamska (ili monologaritamska) kriva titracije. Da bi se jasnije identificirale karakteristike procesa titracije i za primijenjene svrhe, ponekad se oni nadograđuju krivulje diferencijalne titracije, crtanje duž apscisne ose zapremine dodanog titranta V (T), i duž y-ose - prvi izvod logaritma koncentracije (ili intenziteta svojstva proporcionalnog tome) u odnosu na zapreminu dodanog titranta: Takve krivulje titracije se obično koriste u fizičko-hemijskim metodama analize, na primjer, u potenciometrijskim titracijama.

1.11. Standardno rješenje- rastvor sa poznatom koncentracijom aktivne supstance.

1.12. Standardizacija- proces određivanja koncentracije aktivnog reagensa u otopini (najčešće titriranjem standardnom otopinom odgovarajuće tvari).

1.13. Skok titracije- interval oštre promjene bilo kojeg fizičkog ili fizičko-hemijskog svojstva rastvora blizu tačke ekvivalencije, koji se obično posmatra kada se doda 99,9-100,1% titranta u poređenju sa njegovom stehiometrijskom količinom.

1.14. Prazna titracija- titracija rastvora koji je po zapremini, kiselosti, količini indikatora i sl. identičan analiziranom rastvoru, ali ne sadrži analit.

2. Osnovne operacije titrimetrijske analize

2.1. Čišćenje, pranje, skladištenje mjernog pribora.

2.2. Provjera kapaciteta mjernog pribora.

2.3. Uzimajući zastoj sa tačno poznata masa razlikom između rezultata dva vaganja (obično na analitičkoj vagi).

2.4. Kvantitativni prijenos uzorka tvari u volumetrijsku tikvicu i otapanje tvari.

2.5. Punjenje volumetrijskog pribora (boce, birete, pipete) otopinom.

2.6. Pražnjenje pipeta, bireta.

2.7. Odabir alikvota analiziranog rastvora.

2.8. Titracija i proračuni na osnovu rezultata titracije.

3. Kalibracija mjernih instrumenata

U titrimetrijskoj analizi, tačni volumeni rastvora se mere pomoću mernog pribora, a to su volumetrijske tikvice kapaciteta 1000, 500, 250, 100, 50 i 25 ml, pipete i graduirane pipete kapaciteta 10, 5, 3 , 2 i 1 ml. Kapacitet tikvice i pipete na 20 °C je ugraviran na vratu tikvice ili na strani pipete (nominalni volumen). U masovnoj proizvodnji volumetrijskog pribora, stvarni (pravi) kapacitet volumetrijskih tikvica, bireta, pipeta može se razlikovati od nominalnih vrijednosti navedenih na priboru. Da bi se postigla potrebna tačnost dobijenih rezultata titrimetrijske analize

Kalibracija volumetrijskog staklenog posuđa zasniva se na određivanju tačne mase ulivene ili izlivene destilovane vode, koja se utvrđuje rezultatima vaganja staklenog posuđa prije i nakon ulivanja ili izlivanja vode. Zapremina vode u kalibriranoj posudi (njegov kapacitet) i masa vode povezani su omjerom:

gdje - gustina vode na temperaturi eksperimenta, g/ml.

Gustina vode zavisi od temperature, tako da prilikom proračuna treba koristiti podatke u tabeli. 2-1.

Tabela 2-1. Vrijednosti gustine vode na odgovarajućoj temperaturi

Odmjerne tikvice su kalibrirane za infuziju, a birete i pipete su kalibrirane za sipanje, jer male količine tekućine uvijek ostaju na zidovima posude za vrijeme sipanja.

3.1. Provjera kapaciteta volumetrijske tikvice

Tikvica se dobro opere, osuši i izmeri na analitičkoj vagi sa tačnošću od ± 0,002 g. Zatim se puni vodom (u daljem tekstu - destilisana) duž donjeg meniskusa, kapi vode u gornjem delu vrata tikvica se uklanja filter papirom i ponovo izvaga. Svako vaganje prazne tikvice i tikvice sa vodom izvodi se najmanje dva puta, pri čemu razlika između dva vaganja ne smije biti veća od ± 0,005 g. Razlika između mase tikvice s vodom i mase prazne tikvice je jednaka. na masu vode koju sadrži boca na datoj temperaturi. Pravi kapacitet tikvice se izračunava tako što se prosječna masa vode podijeli s njenom gustinom na ispitnoj temperaturi (vidi tabelu 2-1).

Na primjer, ako se kalibrira volumetrijska tikva nominalne zapremine 100 ml, prosječna masa vode na 18 °C iznosi 99,0350 g. Tada je pravi kapacitet odmjerne tikvice:

3.2. Provjera kapaciteta birete

Bireta je stakleni cilindar čiji unutrašnji prečnik može neznatno varirati duž dužine birete. Jednake podjele na bireti u njenim različitim dijelovima odgovaraju nejednakim zapreminama otopine. Zbog toga kalibracija birete izračunava stvarne zapremine za svako odabrano mjesto birete.

Čista i osušena bireta se puni vodom do nulte oznake duž donjeg meniskusa i filter papirom se uklanjaju kapljice vode sa unutrašnje površine gornjeg dijela birete. Zatim ispod birete stavite bocu, prethodno izvaganu sa poklopcem na analitičkoj vagi. Određena količina vode (na primjer, 5 ml) se polako ulijeva u bocu iz birete. Nakon toga, boca se zatvori poklopcem i ponovo izmjeri. Razlika između mase boce za vagu sa vodom i prazne boce za vagu jednaka je masi vode koja se nalazi u bireti između podjela od 0 i 5 ml na temperaturi eksperimenta. Zatim se bireta ponovo napuni vodom do nulte oznake duž donjeg meniskusa, 10 ml vode se polako ulije u praznu bocu i na sličan način se odredi masa vode koja se nalazi u bireti između podjela 0 i 10 ml. Prilikom kalibracije birete, na primjer, za 25 ml, ova operacija se izvodi 5 puta i izračunava se masa vode koja odgovara nominalnim volumenima naznačenim na bireti od 5, 10, 15, 20 i 25 ml. Svako vaganje prazne boce i boce vode ponavlja se najmanje dva puta, pri čemu razlika između dva vaganja ne smije biti veća od ± 0,005 g.

Zatim prema tabeli. 2-1 odrediti gustinu vode na temperaturi eksperimenta i izračunati pravi kapacitet birete za svaku vrijednost nazivne zapremine naznačene na njoj.

Na osnovu dobijenih podataka izračunava se vrijednost korekcije jednaka razlici između izračunate vrijednosti pravog kapaciteta i odgovarajuće vrijednosti nazivnog volumena birete:

a zatim nacrtajte krivu grešaka kapaciteta birete u koordinatama (Slika 2-1).

Na primjer, neka se pri kalibraciji birete kapaciteta 25 ml na temperaturi od 20 °C dobiju sljedeći eksperimentalni podaci, koji su zajedno sa rezultatima odgovarajućih proračuna prikazani u tabeli. 2-2.

Na osnovu dobijenih tabelarnih podataka, iscrtava se kriva korekcije kapaciteta za datu biretu pomoću koje je moguće precizirati rezultate očitavanja po bireti.

Tabela 2-2. Rezultati kalibracije za biretu od 25 ml

Rice. 2-1. Kriva korekcije kapaciteta birete

Na primjer, neka se 7,50 ml titranta iskoristi za titraciju alikvota analita prema rezultatima brojanja na bireti. Prema grafikonu (vidi sliku 2-1), vrijednost korekcije koja odgovara ovoj nominalnoj zapremini je 0,025 ml, stvarna zapremina korišćenog titranta je: 7,50 - 0,025 = 7,475 ml.

3.3. Provjera kapaciteta pipete

Pipeta, čista i izvagana na analitičkoj vagi, puni se vodom do nulte oznake duž donjeg meniskusa i zatim se voda polako puni.

sipana duž zida u prethodno izmerenu bocu. Boca se poklopi poklopcem i izmjeri vodom. Svako vaganje prazne boce i boce s vodom ponavlja se najmanje dva puta, pri čemu razlika između dva vaganja ne smije biti veća od ± 0,005 g. Razlika između mase boce s vodom i prazne boce jednaka je masi vode koju sadrži pipeta. Pravi kapacitet pipete se izračunava dijeljenjem prosječne mase vode sa gustinom vode na ispitnoj temperaturi (vidi tabelu 2-1).

4. Tipični proračuni u titrimetrijskoj analizi

4.1. Načini izražavanja koncentracija koji se koriste za proračune u titrimetrijskoj analizi

4.1.1. Molarna koncentracija supstance c (A), mol/l - količina supstance A u molu sadržana u 1 litri rastvora:

(2.1)

gdje - količina supstance A u mol, rastvorena u V (A) l

rješenje.

4.1.2. Molarna koncentracija ekvivalent supstance , mol / l - količina tvari A ekvivalentna u molima sadržana u 1 litri otopine (prethodni naziv je "normalnost" otopine):

(2.2)

gdje
- količina supstance ekvivalentna A u molima,

rastvoren u V (A) l rastvora; - molarna masa ekvivalenta ve-

supstance A, g/mol - faktor ekvivalencije supstance.

4.1.3. Titar supstance T(A), g / ml - masa otopljene tvari A u gramima, sadržana u 1 ml otopine:

4.1.4. Titrimetrijski faktor konverzije I, g / ml - masa analita u gramima, u interakciji sa 1 ml titranta:

(2.4)

4.1.5. Korekcioni faktor F- vrijednost koja pokazuje koliko se puta praktične koncentracije titranta razlikuju od odgovarajućih teoretskih vrijednosti navedenih u metodi:

(2.5)

4.2. Proračun ekvivalenta molarne mase tvari u reakcijama korištenim u titrimetrijskoj analizi

Ekvivalent je stvarna ili uslovna čestica koja može dodati ili donirati jedan vodikov ion H+ (ili mu na drugi način biti ekvivalentna u kiselo-baznim reakcijama) ili dodati ili donirati jedan elektron u redoks reakcijama.

Faktor ekvivalencije - broj koji označava koji

ekvivalentna frakcija je iz stvarne čestice supstance A. Faktor ekvivalencije se izračunava na osnovu stehiometrije ove reakcije:

gdje Z- broj protona koje je donirala ili dodala jedna reagirajuća čestica (molekula ili ion) u kiselo-baznoj reakciji, ili broj elektrona koje je donirala ili prihvatila jedna reagirajuća čestica (molekula ili ion) u polureakciji oksidacije ili redukcije.

Molarna masa ekvivalenta supstance je masa jednog mola ekvivalenta supstance, jednaka umnošku faktora ekvivalencije na molarnu masu supstance, g/mol. Može se izračunati pomoću formule:

(2.6)

4.3. Priprema otopine razrjeđivanjem koncentrisanije otopine s poznatom koncentracijom

Prilikom provođenja titrimetrijske analize, u nekim slučajevima je potrebno pripremiti otopinu supstance A zapremine približno poznate koncentracije razrjeđivanjem koncentrisanije otopine.

Kada se rastvor razblaži vodom, količina supstance A ili količina supstance A se ne menja, pa prema izrazima (2.1) i (2.2) možemo napisati:

(2.7)
(2.8)

gde se indeksi 1 i 2 odnose na rastvore pre i posle razblaživanja, respektivno.

Iz dobijenih odnosa izračunava se zapremina koncentrisanijeg rastvora , koji se mora izmjeriti da bi se pripremio dati rastvor.

4.4. Priprema unapred određene zapremine rastvora vaganjem tačno poznate mase

4.4.1. Proračun težine uzorka

Teorijska težina uzorka standardna supstanca A, potreban za pripremu date zapremine rastvora sa poznatom koncentracijom, izračunava se iz izraza (2.1) i (2.2). To je jednako:

(2.9)

ako se koristi molarna koncentracija tvari u otopini, i:

(2.10)

ako se koristi molarna koncentracija ekvivalenta tvari u otopini.

4.4.2. Proračun tačne koncentracije pripremljene otopine

Koncentracija rastvora supstance A, pripremljene od tačnog uzorka mase m (A), izračunava se iz odnosa (2.1-2.3), gde je t(A)- praktična masa supstance A, uzeta iz razlike između dva vaganja na analitičkoj vagi.

4.5. Proračun koncentracije titranta pri njegovoj standardizaciji

Poznata zapremina standardnog rastvora sa koncentracijom titriran rastvorom titranta zapremine V (T)(ili obrnuto). U ovom slučaju, za reakciju koja se odvija u rastvoru tokom procesa titracije , zakon ekvivalenata ima oblik:

i

Odavde se dobija izraz za izračunavanje molarne koncentracije ekvivalenta titranta iz rezultata titracije:

(2.12)

4.6. Proračun mase analita u analiziranom rastvoru4.6.1. direktna titracija

Supstanca koja se određuje u analiziranom rastvoru titrira se direktno titrantom.

4.6.1.1. Proračun korištenjem molarne koncentracije ekvivalenta titranta

Alikvot rastvora analita titrirano

rastvor titranta zapremine V(T). U ovom slučaju, za reakciju koja se dešava u rastvoru tokom procesa titracije:

zakon ekvivalenata ima oblik: i

(2.13)

Dakle, molarna koncentracija ekvivalenta analita, izračunata iz rezultata titracije, jednaka je:

(2.14)

Dobijeni izraz se supstituira u jednačinu (2.2) i dobije se formula za izračunavanje mase analita u tikvici zapremine prema rezultatima direktne titracije:

(2.15)

Ako se tokom titracije dio titranta potroši reakcijom s indikatorom, izvodi se "prazni eksperiment" i određuje se volumen titranta V"(T),

koristi se za titraciju indikatora. U proračunima, ovaj volumen se oduzima od volumena titranta koji je korišten za titriranje otopine analita. Takva izmjena se vrši tokom "praznog eksperimenta" u svim proračunskim formulama koje se koriste u titrimetrijskoj analizi. Na primjer, formula (2.15) za izračunavanje mase analita, uzimajući u obzir "prazni eksperiment", izgledat će ovako:

(2.16)

4.6.1.2. Proračun pomoću titrimetrijskog faktora konverzije

Imamo analizirano rješenje sa zapreminom Za titraciju slicnih

milov udio rastvor analita upotrijebljen volumen titranta V (T) sa teoretskim titrimetrijskim faktorom konverzije i faktor korekcije F. Tada je masa analita u alikvotu jednaka:

(2.17)

i kroz čitav analizirani volumen

(2.18)

4.6.2. supstitucijska titracija

dodaje se poznati višak reagensa A i izoluje se supstituent B u količini koja je ekvivalentna analitu:

Supstituent B titrira se odgovarajućim titrantom:

Zakon ekvivalenata za supstitucijsku titraciju:

koristeći relaciju (2.8) može se zapisati u obliku:

Odavde se dobija formula za izračunavanje molarne koncentracije ekvivalenta analita u rastvoru prema rezultatima supstitucijske titracije:

koji ima isti oblik kao kod direktne titracije (2.14). Zbog toga se svi proračuni mase analita u analiziranom problemu tokom supstitucijske titracije vrše prema formulama (2.15-2.18) za direktnu titraciju. 4.6.3. Povratna titracija

Na alikvot analita dodati poznati višak prvog titranta :

Zatim se višak neizreagovanog prvog titranta titrira drugim titrantom koji troši zapreminu :

Zakon ekvivalenata u ovom slučaju može se zapisati kao:

Odavde se izračunava molarna koncentracija ekvivalenta supstance X u rastvoru:

(2.19)

Zamijenite rezultirajući izraz u jednačinu (2.2) i dobijete formulu za izračunavanje mase analita u analiziranom rastvoru, jednake zapremini tikvice, na osnovu rezultata povratne titracije:

5. Implementacija i obezbjeđenje praktičan rad prema titrimetrijskoj analizi

5.1. Opće odredbe

Prilikom proučavanja odjeljka "Titrimetrijska analiza" planira se rad na sljedećim temama.

Tema I Metode acidobazne titracije.

Tema II. Metode redoks titracije.

Tema III. Metode precipitacijske titracije.

Tema IV. Metode kompleksometrijske titracije.

Lekcija 1. Priprema rastvora hlorovodonične kiseline i njena standardizacija.

Lekcija 2. Određivanje mase alkalija u rastvoru. Određivanje mase karbonata u rastvoru. Određivanje mase alkalija i karbonata u rastvoru u zajedničkom prisustvu.

Lekcija 3. Određivanje mase amonijaka u rastvorima amonijum soli.

a) Test kontrola 1.

b) Određivanje mase amonijaka u rastvorima amonijum soli. Lekcija 4. Permanganometrijska titracija.

a) Pismeni test 1.

b) Određivanje mase vodonik peroksida u rastvoru.

c) Određivanje mase gvožđa(II) u rastvoru soli. Određivanje masenog udjela željeza(II) u uzorku soli.

Lekcija 5. Jodometrijska titracija.

a) Određivanje mase vodonik peroksida u rastvoru.

b) Određivanje mase bakra(II) u rastvoru. Lekcija 6. jodimetrijska titracija.

Lekcija 7. Bromatometrijska titracija. Određivanje mase arsena (III) u rastvoru.

Lekcija 8. bromometrijska titracija. Određivanje masenog udjela natrijum salicilata u preparatu.

Lekcija 9. Nitritometrijska titracija.

a) Test kontrola 2.

b) Određivanje masenog udjela novokaina u preparatu. Lekcija 10. Argentometrijska titracija i heksacijanoferatom-

tric titracija.

a) Pismeni test 2.

b) Određivanje mase kalijum bromida i kalijum jodida u rastvoru argentometrijskom titracijom.

c) Određivanje mase cinka u rastvoru heksacijanoferatometrijskom titracijom.

Lekcija 11. Kompleksometrijsko određivanje mase cinka i olova u rastvoru.

a) Test kontrola 3.

b) Određivanje mase cinka i olova u rastvoru.

Lekcija 12. Kompleksometrijsko određivanje gvožđa(III) i kalcijuma u rastvoru.

a) Pismeni test 3.

b) Određivanje mase gvožđa(III) i kalcijuma u rastvoru.

U zavisnosti od konkretne situacije, dozvoljeno je obavljanje nekog posla tokom ne jednog, već dva časa. Također je moguće promijeniti vrijeme testnih kontrola i pismenih testova.

Na kraju svake teme dati su primjeri testnih zadataka za međukontrolu znanja učenika, sadržaj završnog pismenog kontrolni rad, primjer pisane ispitne karte.

Na kraju svakog časa student sastavlja protokol koji uključuje datum i naziv obavljenog posla, suštinu metodike, redoslijed rada, dobijene eksperimentalne podatke, proračune, tabele, zaključke. Sve proračune rezultata analize (koncentracija rastvora, masa analita) izvode studenti sa tačnošću do četvrtog. značajna cifra, osim ako je drugačije navedeno u tekstu.

Srednja kontrola praktičnih vještina i teorijskih znanja provodi se uz pomoć test kontrole i pismenih testova.

5.2. Materijalna podrška nastave iz titrimetrijske analize

stakleno posuđe: birete od 5 ml, volumetrijske pipete od 2 i 5 ml, odmjerne tikvice od 25, 50, 100 i 250 ml, konične tikvice od 10-25 ml, staklene boce, stakleni lijevci od 20-30 mm, obične ili tamne staklene tikvice kapaciteta 100, 200 i 500 ml, merni cilindri kapaciteta 10,100 ml.

reagensi: U radu se koriste reagensi "hemijski čiste" kvalifikacije i "ch.d.a.", indikatorski papir.

uređaji: analitičke vage sa tegovima, tehničke vage sa utezima, pećnica, laboratorijski termometar skale 20-100 °C, stalci sa biretnim stezaljkama i prstenovima za azbestne mreže, plinske gorionike, vodena kupatila.

Pomoćni materijali i pribor: deterdženti (soda, praškovi za pranje, mešavina hroma), četke za pranje sudova, gumene sijalice, azbestne mreže, lepak za papir, staklene olovke, filter papir.

Bibliografija

1. Predavanja za studente na sekciji "Titrimetrijska analiza".

2.Kharitonov Yu.Ya. Analitička hemija (analitika): U 2 toma - ur. 5. - M.: postdiplomske škole, 2010. (u daljem tekstu: Udžbenik).

3.Lurie Yu.Yu. Priručnik za analitičku hemiju.- M.: Chemistry, 1989 (u daljem tekstu "Priručnik").

4.Dzhabarov D.N. Zbirka vježbi i zadataka iz analitičke hemije.- Moskva: Ruski doktor, 2007.

Uvod

Laboratorijska radionica se izvodi nakon izučavanja teorijskog predmeta „Analitička hemija i FHMA“ i služi za učvršćivanje i produbljivanje stečenog znanja.

Zadatak kvantitativne analize je utvrđivanje količine (sadržaja) elemenata (jona), radikala, funkcionalnih grupa, spojeva ili faza u analiziranom objektu. Ovaj kurs pokriva osnovne metode titrimetrijske (volumetrijske) analize, metode titracije i njihovu praktičnu primjenu.

Prije početka laboratorijske radionice studenti se upućuju na sigurnosne mjere. Prije izvođenja svakog rada student mora položiti kolokvijum o dijelovima koje je nastavnik naveo, kao i o metodologiji izvođenja analize. Za ovo vam je potrebno:

1) ponoviti odgovarajući deo kursa;

2) detaljno se upoznaju sa metodologijom rada;

3) sastavlja jednačine hemijskih reakcija na kojima se odvija hemijska analiza;

4) proučiti karakteristike analize u pogledu sigurnosti.

Na osnovu rezultata rada studenti sastavljaju izvještaj u kojem treba navesti:

· naziv posla;

· svrha rada;

· teorijske osnove metode: suština metode, osnovna jednačina, proračuni i konstrukcija titracionih krivulja, izbor indikatora;

reagensi i oprema koja se koristi u toku rada;

tehnika analize:

Priprema primarnih standarda;

Priprema i standardizacija radnog rastvora;

Određivanje sadržaja ispitivane supstance u rastvoru;

eksperimentalni podaci;

· statistička obrada rezultati analize;

· zaključci.

TITRIMETRIJSKE METODE ANALIZE

Titrimetrijska metoda analize temelji se na mjerenju zapremine reagensa tačno poznate koncentracije (titranta) utrošenog na hemijsku reakciju sa supstancom koja se određuje.

Postupak određivanja (titracija) sastoji se u tome da se titrant dodaje kap po kap iz birete u tačno poznatu zapreminu rastvora analita nepoznate koncentracije dok se ne postigne tačka ekvivalencije.

gdje X– utvrđena supstanca; R- titrant, P je proizvod reakcije.

Ekvivalentna tačka (tj.)- ovo je teorijsko stanje rastvora, koje se javlja u trenutku dodavanja ekvivalentne količine titranta R na analit X. U praksi se titrant dodaje supstanci koju treba odrediti sve dok se ne postigne krajnja tačka titracije (k.t.t.), koja se podrazumeva kao vizuelna indikacija tačke ekvivalencije, momenta promene boje indikatora dodanog rastvoru. . Pored vizuelne indikacije, tačka ekvivalencije može se registrovati instrumentalnim metodama. U ovom slučaju, krajnja tačka titracije (c.t.t.) se shvata kao trenutak nagle promene fizička količina mjereno tokom procesa titracije (jačina struje, potencijal, električna provodljivost, itd.).

Koristi se titrimetrijska metoda analize sledeće vrste hemijske reakcije: reakcije neutralizacije, redoks reakcije, reakcije taloženja i reakcije kompleksiranja.

Ovisno o vrsti kemijske reakcije koja se koristi, razlikuju se sljedeće: metode titrimetrijske analize:

– acidobazna titracija;

– titracija precipitacije;

– kompleksometrijska titracija ili kompleksometrija;

– redoks titracija ili redoks titracija.

Reakcije koje se koriste u titrimetrijskoj metodi analize su sljedeće: zahtjevi:

Reakcija se mora odvijati u stehiometrijskim omjerima, bez sporednih reakcija;

reakcija treba da teče gotovo nepovratno (≥ 99,9%), konstanta ravnoteže reakcije K p > 10 6, formirani precipitati treba da imaju rastvorljivost S < 10 -5 моль/дм 3 , а образующиеся комплексы – К уст > 10 -6 ;

Reakcija se mora odvijati dovoljno velikom brzinom;

Reakcija se mora odvijati na sobnoj temperaturi;

Ekvivalentna tačka mora biti fiksirana jasno i pouzdano na neki način.

Metode titracije

U bilo kojoj metodi titrimetrijske analize postoji nekoliko metoda titracije. Razlikovati napredna titracija, povratna titracija i supstitucijska titracija .

direktna titracija– titrant se dodaje kap po kap u rastvor analita dok se ne postigne tačka ekvivalencije.

Šema titracije: X+R=P.

Zakon ekvivalenata za direktnu titraciju:

C (1/ z) X V X = C (1/ z) R V R . (2)

Količina (masa) analita sadržanog u test otopini izračunava se korištenjem zakona ekvivalenata (za direktnu titraciju)

m X = C (1/z)R V R M (1/z) X٠10 -3 , (3)

gdje C (1/z) R– molarna koncentracija ekvivalenta titranta, mol/dm 3 ;

V R je zapremina titranta, cm3;

M( 1/ z) X je molarna masa ekvivalenta analita;

C (1/z) X– molarna koncentracija ekvivalenta analita, mol/dm 3 ;

V X je zapremina analita, cm3.

Povratna titracija- koriste se dva titranta. Prvo
u analiziranu otopinu se dodaje tačan volumen prvog titranta ( R1) uzimaju u višku. Ostatak neizreagiranog titranta R 1 titrira se drugim titrantom ( R2). Količina titranta R1, potrošeno
o interakciji sa analiziranom supstancom ( X) određuje se razlikom između dodane zapremine titranta R1 (V 1) i zapreminu titranta R2 (V 2) ostatka titranta utrošenog na titraciju R1.

Šema titracije: X + R1 fiksni višak = P1 (R1 ostatak).

R1 ostatak + R2 = P2.

Kada se koristi povratna titracija, zakon ekvivalenata se piše na sljedeći način:

Masa analita u slučaju povratne titracije izračunava se po formuli

Metoda povratne titracije koristi se u slučajevima kada je nemoguće odabrati odgovarajući indikator za direktnu reakciju ili se odvija s kinetičkim poteškoćama (niska brzina kemijske reakcije).

Supstitucijska titracija (indirektna titracija)- koristi se u slučajevima kada je direktna ili povratna titracija analita nemoguća ili otežana, ili ne postoji odgovarajući indikator.

Za analit X dodati bilo koji reagens ALI u višku, pri interakciji s kojom se oslobađa ekvivalentna količina supstance R. Zatim produkt reakcije R titrirano odgovarajućim titrantom R.

Šema titracije: X + ALI višak = P1.

P1 + R = P2.

Zakon ekvivalenata za supstitucijsku titraciju piše se na sljedeći način:

Budući da je broj ekvivalenata analita X i produkt reakcije R su isti, izračunavanje mase analita u slučaju indirektne titracije izračunava se po formuli

m X = C (1/z) R V R M (1/z) X٠10 -3 . (7)

Reagensi

1. Jantarna kiselina H 2 C 4 H 4 O 4 (hemijski čista) - primarni standard.

2. Otopina natrijum hidroksida NaOH molarne koncentracije
~2,5 mol / dm 3

3. H 2 O destilovan.

Oprema studenti opisuju sebe.

Napredak rada:

1. Priprema primarnog standarda jantarne kiseline HOOCCH 2 CH 2 COOH.

Jantarna kiselina se priprema zapremine 200,00 cm 3 sa molarnom ekvivalentnom koncentracijom mol / dm 3.

g/mol.

Jednačina reakcije:

Uzimanje uzorka (vaganje):

Težina uzorka

Šarka kvantitativno prebačen u volumetrijsku tikvicu cm 3), dodajte 50 - 70 cm 3 destilovane vode, miješajte dok se jantarna kiselina potpuno ne otopi, dovedite do oznake destilovanom vodom
i dobro promešati.

count
prema formuli

Reagensi

1. Natrijum karbonat Na 2 CO 3 (hemijski čist) - primarni standard.

2. H 2 O destilovan.

3. Hlorovodonična kiselina koncentracija HCl 1:1 (r=1,095 g/cm3).

4. acido-bazni indikator (izabran sa krive titracije).

5. Mješoviti indikator - metilnarandžasta i metilen plava.

Napredak rada:

1. Priprema primarnog standarda natrijum karbonata (Na 2 CO 3).

Priprema se rastvor natrijum karbonata zapremine 200,00 cm 3 sa molarnom ekvivalentnom koncentracijom mol / dm 3.

Proračun mase uzorka, g: (masa se uzima sa tačnošću do četvrte decimale).

Jednačine reakcije:

1) Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl

2) NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2

_____________________________________

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

H 2 CO 3 je slaba kiselina (K a1= 10 -6,35, K a2 = 10 -10,32).

Uzimanje uzorka (vaganje):

Težina stakla za sat (staklo)

Težina satnog stakla (stakla) sa šarkom

Težina uzorka

Šarka kvantitativno prebačen u volumetrijsku tikvicu cm 3), dodajte 50 - 70 cm 3 destilovane vode, miješajte dok se natrijum karbonat potpuno ne otopi, dovedite do oznake destilovanom vodom
i dobro promešati.

Stvarna koncentracija primarnog standarda count
prema formuli

2. Priprema i standardizacija titranta (rastvor HCl)

Priprema se rastvor hlorovodonične kiseline zapremine oko 500 cm 3
sa molarnom ekvivalentnom koncentracijom od približno 0,05÷0,06 mol/dm 3)

Titrant - otopina klorovodične kiseline s približnom koncentracijom od 0,05 mol / dm 3 priprema se iz klorovodične kiseline razrijeđene 1: 1 (r = 1,095 g / cm 3).

Standardizacija rješenja HCl se provodi prema primarnom standardu Na 2 CO 3 direktnom titracijom, metodom pipetiranja.

Indikator se bira prema krivulji titracije natrijum karbonata sa hlorovodoničnom kiselinom (slika 4).

Rice. 4. Titraciona kriva 100,00 cm 3 Na 2 CO 3 rastvora sa OD\u003d 0,1000 mol / dm 3 s otopinom HCl s C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3

Prilikom titriranja do druge tačke ekvivalencije, koristite indikator metil narandže, 0,1% vodeni rastvor (pT = 4,0). Promjena boje iz žute u narandžastu (boja čajne ruže). Interval prijelaza
(pH = 3,1 - 4,4).

Šema 3. Standardizacija rastvora HCl

Stavite alikvot od 25,00 cm3 standardnog rastvora Na 2 CO 3 (pipetom) u konusnu titracionu tikvicu od 250 cm 3, dodajte 2-3 kapi metil narandže, razblažite vodom do 50-75 cm 3 i titrirajte hlorovodoničnom kiselinom rastvora dok se boja ne promeni.od žute do boje "čajne ruže" od jedne kapi titranta. Titracija se vrši u prisustvu "svjedoka" (originalni rastvor Na 2 CO 3 sa indikatorom). Rezultati titracije se unose u tabelu. 4. Koncentracija hlorovodonične kiseline određena je zakonom ekvivalenata: .

Tabela 4

Rezultati standardizacije rastvora hlorovodonične kiseline

Zadaci

1. Formulirajte koncept ekvivalenta u kiselo-baznim reakcijama. Izračunajte ekvivalente sode i fosforne kiseline u sljedećim reakcijama:

Na 2 CO 3 + HCl \u003d NaHCO 3 + NaCl

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

H 3 PO 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O

H 3 PO 4 + 2NaOH \u003d Na 2 HPO 4 + H 2 O

H 3 PO 4 + 3NaOH \u003d Na 3 PO 4 + 3H 2 O

2. Napišite jednačine reakcije između hlorovodonične kiseline, sumporne kiseline, natrijum hidroksida, aluminijum hidroksida, natrijum karbonata, kalijum bikarbonata i izračunajte ekvivalentnu masu ovih supstanci.

3. Nacrtajte krivulju titracije za 100,00 cm 3 hlorovodonične kiseline sa molarnom koncentracijom ekvivalentnom 0,1 mol/dm 3 sa natrijum hidroksidom sa ekvivalentom molarne koncentracije od 0,1 mol/dm 3 . Odaberite Mogući indikatori

4. Nacrtajte krivulju titracije za 100,00 cm 3 akrilne kiseline (CH 2 =CHCOOH, pK a= 4,26) sa molarnom ekvivalentnom koncentracijom
0,1 mol / dm 3 natrijum hidroksida sa molarnom ekvivalentnom koncentracijom
0,1 mol / dm 3. Kako se sastav rastvora menja tokom titracije? Odaberite moguće indikatore i izračunajte grešku titracije indikatora.

5. Nacrtajte krivulju titracije za hidrazin (N 2 H 4 +H 2 O, pK b= 6,03)
sa molarnom koncentracijom ekvivalenta 0,1 mol/dm 3 hlorovodonične kiseline
sa molarnom koncentracijom ekvivalenta 0,1 mol / dm 3. Koja je sličnost
a razlika između izračuna pH vrijednosti i krivulje titracije u odnosu na krivulju titracije slabe kiseline sa alkalijom? Odaberite Mogući indikatori
i izračunati grešku titracije indikatora.

6. Izračunati koeficijente aktivnosti i aktivne koncentracije jona
u 0,001 M rastvoru aluminijum sulfata, 0,05 M natrijum karbonata, 0,1 M kalijum hlorida.

7. Izračunajte pH 0,20 M otopine metilamina ako je njegova ionizacija u vodenoj otopini opisana jednadžbom

B + H 2 O \u003d VN + + OH -, K b\u003d 4,6 × 10 - 3, gdje je B baza.

8. Izračunajte konstantu disocijacije hipohlorne kiseline HOCl ako otopina 1,99 × 10 - 2 M ima pH = 4,5.

9. Izračunajte pH otopine koja sadrži 6,1 g/mol glikolne kiseline (CH 2 (OH) COOH, K a= 1,5 × 10 - 4).

10. Izračunajte pH rastvora dobijenog mešanjem 40 ml 0,015 M rastvora hlorovodonične kiseline sa:

a) 40 ml vode;

b) 20 ml 0,02 M rastvora natrijum hidroksida;

c) 20 ml 0,02 M rastvora barijum hidroksida;

d) 40 ml 0,01 M rastvora hipohlorne kiseline, K a=5,0 × 10 - 8 .

11. Izračunajte koncentraciju acetatnog jona u otopini octene kiseline
sa masenim udjelom od 0,1%.

12. Izračunajte koncentraciju amonijum jona u rastvoru amonijaka masenog udjela 0,1%.

13. Izračunajte masu uzorka natrijum karbonata potrebnog za pripremu 250,00 ml 0,5000 M rastvora.

14. Izračunajte zapreminu rastvora hlorovodonične kiseline sa molarnom ekvivalentnom koncentracijom od 11 mol/l i zapreminu vode koju treba uzeti za pripremu 500 ml 0,5 M rastvora hlorovodonične kiseline.

15. 0,15 g metalnog magnezijuma rastvoreno je u 300 ml 0,3% rastvora hlorovodonične kiseline. Izračunajte molarnu koncentraciju iona vodika, magnezija i hlora u nastaloj otopini.

16. Pri mešanju 25,00 ml rastvora sumporne kiseline sa rastvorom barijum hlorida dobijeno je 0,2917 g barijum sulfata. Odrediti titar otopine sumporne kiseline.

17. Izračunajte masu kalcijum karbonata koji je reagovao
sa 80,5 mmol hlorovodonične kiseline.

18. Koliko grama monobaznog natrijum fosfata treba dodati
do 25,0 ml 0,15 M rastvora natrijum hidroksida da bi se dobio rastvor sa pH = 7? Za fosfornu kiselinu pK a1= 2,15; pK a2= 7,21; pK a3 = 12,36.

19. Titracijom 1,0000 g dimljene sumporne kiseline, pažljivo razrijeđene vodom, utroši se 43,70 ml 0,4982 M rastvora natrijum hidroksida. Poznato je da dimljena sumporna kiselina sadrži sumporni anhidrid otopljen u bezvodnoj sumpornoj kiselini. Izračunajte maseni udio sumpornog anhidrida u dimaćoj sumpornoj kiselini.

20. Apsolutna greška mjerenja zapremine biretom je 0,05 ml. Izračunati relativna greška mjerenja volumena u 1; 10 i 20 ml.

21. Rastvor se priprema u volumetrijskoj tikvici kapaciteta 500,00 ml.
iz uzorka od 2.5000 g natrijum karbonata. Izračunati:

a) molarna koncentracija rastvora;

b) molarna koncentracija ekvivalenta (½ Na 2 CO 3);

c) titar rastvora;

d) titar za hlorovodoničnu kiselinu.

22. Kolika je zapremina 10% rastvora natrijum karbonata sa gustinom
1,105 g / cm 3 potrebno je uzeti za kuvanje:

a) 1 litar rastvora sa titrom TNa 2 CO 3 = 0,005000 g/cm 3 ;

b) 1 litar rastvora sa TNa 2 CO 3 /HCl = 0,003000 g/cm 3?

23. Koju zapreminu hlorovodonične kiseline masenog udela 38,32% i gustine 1,19 g/cm 3 treba uzeti za pripremu 1500 ml 0,2 M rastvora?

24. Koju zapreminu vode treba dodati u 1,2 litre 0,25 M HCl da bi se pripremio 0,2 M rastvor?

25. Od 100 g tehničkog natrijum hidroksida koji sadrži 3% natrijum karbonata i 7% indiferentnih nečistoća pripremljeno je 1 litar rastvora. Izračunajte molarnu koncentraciju i titar hlorovodonične kiseline nastale alkalne otopine, uz pretpostavku da je natrijev karbonat titriran do ugljične kiseline.

26. Postoji uzorak koji može sadržavati NaOH, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 ili mješavinu ovih jedinjenja težine 0,2800 g. Uzorak je otopljen u vodi.
Za titraciju dobijenog rastvora u prisustvu fenolftaleina troši se 5,15 ml, a u prisustvu metil narandže - 21,45 ml hlorovodonične kiseline sa molarnom ekvivalentnom koncentracijom od 0,1520 mol/l. Odredite sastav uzorka i masene udjele komponenti u uzorku.

27. Nacrtati krivulju titracije od 100,00 cm 3 0,1000 M rastvora amonijaka sa 0,1000 M rastvora hlorovodonične kiseline, opravdati izbor indikatora.

28. Izračunajte pH tačke ekvivalencije, početak i kraj titracije 100,00 cm 3 0,1000 M rastvora malonske kiseline (HOOCCH 2 COOH) 0,1000 M rastvora natrijum hidroksida (pK a 1=1,38; RK a 2=5,68).

29. Za titraciju 25,00 cm 3 rastvora natrijum karbonata molarne koncentracije ekvivalenta 0,05123 mol/dm 3 otišlo je 32,10 cm 3 hlorovodonične kiseline. Izračunajte molarnu koncentraciju ekvivalenta klorovodične kiseline.

30. Koliko ml 0,1 M rastvora amonijum hlorida treba dodati
do 50,00 ml 0,1 M rastvora amonijaka da se napravi pufer rastvor
sa pH=9,3.

31. Smjesa sumporne i fosforne kiseline prebačena je u volumetrijsku tikvicu zapremine 250,00 cm 3 . Za titraciju su uzeta dva uzorka od 20,00 cm 3, jedan je titriran rastvorom natrijum hidroksida molarne koncentracije ekvivalenta
0,09940 mol / dm 3 sa indikatorom metil narandže, a drugi sa fenolftaleinom. Potrošnja natrijum hidroksida u prvom slučaju iznosila je 20,50 cm 3 a u drugom 36,85 cm 3 . Odredite mase sumporne i fosforne kiseline u smjesi.

U kompleksometriji

Do tačke ekvivalencije =( C M V M- C EDTA V EDTA)/( V M+ V EDTA). (21)

U tački ekvivalencije = . (22)

Nakon tačke ekvivalencije = . (23)

Na sl. 9 prikazuje krivulje titracije jona kalcijuma u puferskim rastvorima sa različitim pH vrednostima. Vidi se da je titracija Ca 2+ moguća samo pri pH ³ 8.

Reagensi

2. H 2 O destilovan.

3. Standardni rastvor Mg (II) sa molarnom koncentracijom
0,0250 mol / dm 3.

4. Amonijačni pufer pH = 9,5.

5. Rastvor kalijum hidroksida KOH sa masenim udjelom od 5%.

6. Eriohrom crni T, indikatorska mješavina.

7. Calcon, indikatorska mješavina.

Teorijska osnova metoda:

Metoda se zasniva na interakciji jona Ca 2+ i Mg 2+ sa dinatrijum soli etilendiamintetrasirćetne kiseline (Na 2 H 2 Y 2 ili Na-EDTA) sa formiranjem stabilnih kompleksa u molarnom odnosu M:L=1 :1 u određenom pH opsegu.

Za fiksiranje tačke ekvivalencije u određivanju Ca 2+ i Mg 2+ koriste se kalkon i eriohrom crni T.

Određivanje Ca 2+ vrši se pri pH ≈ 12, dok je Mg 2+
u rastvoru kao talog magnezijum hidroksida i ne titrira se sa EDTA.

Mg 2+ + 2OH - \u003d Mg (OH) 2 ↓

Ca 2+ + Y 4- " CaY 2-

Pri pH ≈ 10 (puferski rastvor amonijaka), Mg 2+ i Ca 2+ su
u rastvoru u obliku jona i uz dodatak EDTA titriraju zajedno.

Ca 2+ + HY 3- « CaY 2- + H +

Mg 2+ + HY 3- « MgY 2- + H +

Za određivanje količine EDTA utrošene na titraciju Mg 2+,
od ukupne zapremine koja se koristi za titriranje smeše pri pH ≈ 10, oduzmite zapreminu koja se koristi za titriranje Ca 2+ pri pH ≈ 12.

Za stvaranje pH ≈ 12, za stvaranje se koristi 5% rastvor KOH
pH ≈ 10 pomoću puferske otopine amonijaka (NH 3 ×H 2 O + NH 4 Cl).

Napredak rada:

1. Standardizacija titranta - rastvor EDTA (Na 2 H 2 Y)

EDTA rastvor se priprema sa približnom koncentracijom od 0,025 M
od ≈ 0,05 M rastvora, razblažujući ga destilovanom vodom 2 puta. Za standardizaciju EDTA koristi se standardni rastvor MgSO 4.
sa koncentracijom od 0,02500 mol / dm 3.

Šema 5. Standardizacija titranta - EDTA rastvor

U konusnu tikvicu za titraciju kapaciteta 250 cm 3 stavi se 20,00 cm 3 standardnog rastvora MgSO 4 koncentracije 0,02500 mol/dm 3, ~ 70 cm 3 destilovane vode, ~ 10 cm 3 Doda se pufer rastvor amonijaka sa pH od ~9,5 - 10 i doda indikator eriohrom crni T oko 0,05 g
(na vrhu lopatice). U tom slučaju otopina postaje vinsko crvena. Otopina u tikvici se polako titrira otopinom EDTA dok se boja ne promijeni iz vinskocrvene u zelenu. Rezultati titracije se unose u tabelu. 6. Koncentracija EDTA određena je zakonom ekvivalenata: .

Tabela 6

Rezultati standardizacije EDTA rastvora

2. Određivanje sadržaja Ca 2+

Titracione krive Ca 2+ rastvora EDTA pri pH=10 i pH=12 grade se nezavisno.

Rješenje zadatka u volumetrijskoj tikvici dovedeno je do oznake s destilovanom vodom i dobro promiješano.

Šema 6. Određivanje sadržaja Ca 2+ u rastvoru

Alikvot testnog rastvora od 25,00 cm 3 koji sadrži kalcijum i magnezijum stavlja se u konusnu tikvicu za titraciju kapaciteta 250 cm 3, doda se ~ 60 cm 3 vode, ~ 10 cm 3 5% rastvora KOH. Nakon taloženja amorfnog precipitata Mg (OH) 2 ↓, otopini se dodaje indikatorski kalkon od oko 0,05 g (na vrhu lopatice) i polako titrira otopinom EDTA dok se boja ne promijeni iz ružičaste u blijedoplavu. rezultati titracije ( V 1) unose se u tabelu 7.

Tabela 7

broj iskustva		Zapremina EDTA, cm 3	Sadržaj Ca 2+ u rastvoru, g
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00

3. Određivanje sadržaja Mg 2+

Krivu titracije Mg 2+ rastvora EDTA pri pH=10 gradi se nezavisno.

Šema 7. Određivanje sadržaja Mg 2+ u rastvoru

Alikvot od 25,00 cm 3 ispitnog rastvora koji sadrži kalcij i magnezijum stavlja se u konusnu tikvicu za titraciju kapaciteta 250 cm 3, ~ 60 cm 3 destilovane vode, ~ 10 cm 3 rastvora amonijačnog pufera sa pH od ~ 9,5–10 doda se i indikator eriohrom crni T oko 0,05 g
(na vrhu lopatice). U tom slučaju otopina postaje vinsko crvena. Otopina u tikvici se polako titrira otopinom EDTA dok se boja ne promijeni iz vinskocrvene u zelenu. rezultati titracije ( V 2) unose se u tabelu. osam.

Tabela 8

Rezultati titracije rastvora koji sadrži kalcijum i magnezijum

broj iskustva	Zapremina ispitivanog rastvora, cm 3	zapremina EDTA, V∑ , cm 3	Sadržaj Mg 2+ u rastvoru, g
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00

Reagensi

1. Rastvor EDTA molarne koncentracije od ~0,05 mol/dm3.

2. Standardni rastvor Cu(II) sa titrom 2,00×10 -3 g/dm 3 .

3. H 2 O destilovan.

4. Amonijačni pufer sa pH ~ 8 - 8,5.

5. Murexide, indikatorska mješavina.

Zadaci

1. Izračunajte α 4 za EDTA pri pH=5 ako su konstante jonizacije EDTA sljedeće: K 1 =1,0 10 -2 , K 2 =2,1 10 -3 , K 3 =6,9 10 -7 , K 4 = 5,5 10 -11.

2. Nacrtajte krivulju titracije za 25,00 ml 0,020 M rastvora nikla sa 0,010 M rastvora EDTA pri pH=10 ako je konstanta stabilnosti
K NiY = 10 18,62 . Izračunajte p nakon dodavanja 0,00; 10.00; 25.00; 40,00; 50,00 i 55,00 ml titranta.

3. Za titraciju 50,00 ml rastvora koji sadrži jone kalcijuma
i magnezijuma, potrebno je 13,70 ml 0,12 M rastvora EDTA pri pH=12 i 29,60 ml pri pH=10. Izrazite koncentracije kalcija i magnezija u otopini u mg/ml.

4. Analizirano je u 1 litru vode pronađeno 0,2173 g kalcijum oksida i 0,0927 g magnezijum oksida. Izračunajte koliki je volumen od 0,0500 mol/l EDTA korišten za titraciju.

5. Za titraciju 25,00 ml standardnog rastvora koji sadrži 0,3840 g magnezijum sulfata korišćeno je 21,40 ml rastvora trilona B. Izračunajte titar ovog rastvora prema kalcijum karbonatu i njegovu molarnu koncentraciju.

6. Na osnovu konstanti formiranja (stabilnosti) metalnih kompleksonata datih u nastavku, proceniti mogućnost kompleksometrijske titracije metalnih jona pri pH = 2; 5; deset; 12.

7. Prilikom titriranja 0,01 M rastvora Ca 2+ sa 0,01 M rastvora EDTA pri pH=10, konstanta stabilnosti K CaY = 10 10,6. Izračunajte kolika bi trebala biti uslovna konstanta stabilnosti kompleksa metala sa indikatorom na pH=10, ako je na krajnjoj tački titracije =.

8. Konstanta jonizacije kiseline indikatora koji se koristi u kompleksometrijskoj titraciji je 4,8·10 -6. Izračunajte sadržaj kiselog i alkalnog oblika indikatora pri pH = 4,9, ako je njegova ukupna koncentracija u rastvoru 8,0·10 -5 mol/l. Odredite mogućnost korištenja ovog indikatora prilikom titriranja otopine
sa pH=4,9 ako boja njegovog kiselog oblika odgovara boji kompleksa.

9. Da bi se odredio sadržaj aluminijuma u uzorku, rastvoreno je 550 mg uzorka i dodato je 50,00 ml 0,05100 M rastvora kompleksona III. Višak potonjeg titriran je sa 14,40 ml 0,04800 M rastvora cinka (II). Izračunajte maseni udio aluminija u uzorku.

10. Kada se uništi kompleks koji sadrži bizmut i jodidne jone, titriraju se rastvorom Ag(I), a bizmut kompleksonom III.
Za titraciju rastvora koji sadrži 550 mg uzorka potrebno je 14,50 ml 0,05000 M rastvora kompleksona III, a za titraciju jodidnog jona sadržanog u 440 mg uzorka potrebno je 23,25 ml 0,1000 M rastvora Ag(I). Izračunajte koordinacijski broj bizmuta u kompleksu ako su jodidni ioni ligand.

11. Uzorak mase 0,3280 g koji sadrži Pb, Zn, Cu je otopljen
i prebačen u volumetrijsku tikvicu od 500,00 cm 3 . Određivanje je vršeno u tri faze:
a) titracijom prve porcije rastvora zapremine 10,00 cm 3 koji sadrži Pb, Zn, Cu, potrošeno 37,50 cm 3 0,0025 M rastvora EDTA; b) Cu je maskiran u drugom dijelu od 25,00 cm 3 , a 27,60 cm 3 EDTA je korišteno za titraciju Pb i Zn; c) u trećoj porciji od 100,00 cm 3 maskiranog Zn
i Cu, 10,80 cm 3 EDTA je utrošeno na titraciju Pb. Odrediti maseni udio Pb, Zn, Cu u uzorku.

Titracione krive

U redoksmetriji, krivulje titracije se iscrtavaju u koordinatama E = f(C R),
oni ilustruju grafičku promjenu potencijala sistema tokom titracije. Pre tačke ekvivalencije, potencijal sistema se izračunava iz odnosa koncentracija oksidisanog i redukovanog oblika analita (jer do tačke ekvivalencije jedan od oblika titranta praktično nema), posle tačke ekvivalencije - iz omjera koncentracija oksidiranog i reduciranog oblika titranta (jer se nakon točke ekvivalencije analit titrira gotovo u potpunosti).

Potencijal u tački ekvivalencije određen je formulom

, (26)

gdje je broj elektrona koji učestvuju u polureakcijama;

su standardni elektrodni potencijali polureakcija.

Na sl. 10 prikazuje krivulju titracije rastvora oksalne kiseline H 2 C 2 O 4 sa rastvorom kalijum permanganata KMnO 4 u kiseloj sredini
(= 1 mol / dm 3).

Rice. 10. Kriva titracije 100,00 cm 3 oksalnog rastvora

kiselina H 2 C 2 O 4 s C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3 s otopinom permanganata

kalijum KMnO 4 s C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3 na \u003d 1 mol / dm 3

Potencijal polureakcije MnO 4 - + 5 e+ 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O zavisi od pH medijuma, pošto joni vodonika učestvuju u polureakcijama.

permanganatometrija

Titrant je rastvor kalijum permanganata KMnO 4, tj jak oksidant. Osnovna jednadžba:

MnO 4 - + 8H + + 5e \u003d Mn 2+ + 4H 2 O, = +1,51 V.

M 1 / z (KMnO 4) \u003d g/mol.

U blago kiselim, neutralnim i slabo alkalnim sredinama, zbog nižeg redoks potencijala, permanganatni ion se reducira na Mn +4.

MnO 4 - + 2H 2 O + 3e \u003d MnO 2 ¯ + 4OH -, = +0,60 V.

M 1 / z (KMnO 4) = 158,03 / 3 = 52,68 g / mol.

U alkalnoj sredini, rastvor kalijum permanganata se redukuje
do Mn+6.

MnO 4 - + 1e \u003d MnO 4 2-, = +0,558 V.

M 1 / z (KMnO 4) \u003d 158,03 g / mol.

Da bi se izbjegle nuspojave, titracija kalijevim permanganatom se provodi u kiselom mediju, koji se stvara sumpornom kiselinom. Ne preporučuje se korištenje hlorovodonične kiseline za stvaranje medija, jer kalijum permanganat može oksidirati kloridni jon.

2Cl - - 2e \u003d Cl 2, \u003d +1,359 V.

Najčešće se kao rastvor koristi kalijum permanganat
sa ekvivalentnom molarnom koncentracijom od ~ 0,05 - 0,1 mol / dm 3. Nije primarni standard zbog činjenice da vodene otopine kalijevog permanganata mogu oksidirati vodu i organske nečistoće u njoj:

4MnO 4- + 2H 2 O \u003d 4MnO 2 ¯ + 3O 2 + 4OH -

Raspadanje rastvora kalijum permanganata ubrzava se u prisustvu mangan dioksida. Budući da je mangan dioksid produkt raspadanja permanganata, ovaj talog ima autokatalitički efekat na proces razgradnje.

Čvrsti kalijum permanganat koji se koristi za pripremu rastvora je kontaminiran mangan dioksidom, tako da je nemoguće pripremiti rastvor od tačnog uzorka. Da bi se dobio dovoljno stabilan rastvor kalijum permanganata, nakon rastvaranja uzorka KMnO 4 u vodi, ostavi se u tamnoj boci nekoliko dana (ili prokuva), a zatim se MnO 2 ¯ odvaja filtriranjem kroz staklo filter (ne koristite papirni filter, jer reaguje sa kalijum permanganatom, stvarajući mangan dioksid).

Boja rastvora kalijum permanganata je toliko intenzivna da
da indikator u ovoj metodi nije potreban. Da bi 100 cm 3 vode dobilo uočljivu ružičastu boju, dovoljno je 0,02 - 0,05 cm 3 otopine KMnO 4
sa ekvivalentom molarne koncentracije od 0,1 mol / dm 3 (0,02 M). Boja kalijum permanganata na završnoj tački titracije je nestabilna i postepeno gubi boju kao rezultat interakcije viška permanganata
sa jonima mangana (II) prisutnim na krajnjoj tački u relativno velikoj količini:

2MnO 4 - + 3Mn 2+ + 2H 2 O « 5MnO 2 ¯ + 4H +

Standardizacija radnog rješenja KMnO 4 potrošiti na natrijum oksalat ili oksalnu kiselinu (svježe prekristalizirana i sušena na 105°C).

Koristite otopine primarnih standarda s molarnom ekvivalentnom koncentracijom OD(½ Na 2 C 2 O 4) \u003d 0,1000 ili 0,05000 mol / l.

C 2 O 4 2- - 2e ® 2CO 2, \u003d -0,49 V

Titrimetrijska analiza je metoda za određivanje količine tvari preciznim mjerenjem zapremine rastvora supstanci koje međusobno reaguju.

Titar- količina supstance sadržana u 1 ml. rastvor ili ekvivalent analitu. Na primjer, ako je titar H 2 SO 4 0,0049 g/ml, to znači da svaki ml otopine sadrži 0,0049 g sumporne kiseline.

Rješenje čiji je titar poznat naziva se titrirano. Titracija- proces dodavanja u ispitnu otopinu ili alikvota ekvivalentne količine titrirane otopine. U ovom slučaju koriste se standardna rješenja - fiksni kanali- rastvori sa tačnom koncentracijom supstance (Na 2 CO 3, HCl).

Reakcija titracije mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

visoka brzina reakcije;

reakcija se mora nastaviti do kraja;

reakcija mora biti visoko stehiometrijska;

imaju zgodnu metodu fiksiranja kraja reakcije.

HCl + NaOH → NaCl + H 2 O

Glavni zadatak titrimetrijske analize nije samo korištenje otopine tačno poznate koncentracije (fiksanal), već i pravilno određivanje tačke ekvivalencije.

Postoji nekoliko načina da se popravi točka ekvivalencije:

Prema intrinzičnoj boji jona elementa koji se određuje, na primjer, mangan u obliku anjonaMNO 4 -

Prema suštini svjedoka

Primjer: Ag + + Cl - "AgCl $

Ag + + CrO 4 "Ag 2 CrO 4 $ (jarko narandžasta boja)

Mala količina soli K 2 CrO 4 dodaje se u tikvicu gdje je potrebno odrediti jon hlora (svjedok). Zatim se iz birete postepeno dodaje ispitivana supstanca, dok prvi reaguju joni hlorida i formira se beli talog (AgCl), tj. PR AgCl<< ПР Ag2Cr O4.

Tako će dodatna kap srebrnog nitrata dati jarko narandžastu boju, jer je sav hlor već reagirao.

III. Korištenje indikatora: na primjer, kiselo-bazni indikatori se koriste u reakciji neutralizacije: lakmus, fenolftalein, metilnarandžasta - organska jedinjenja koja mijenjaju boju pri prelasku iz kiselog u alkalnu sredinu.

Indikatori- organske boje koje mijenjaju boju pri promjeni kiselosti podloge.

Šematski (izostavljajući međuoblike), ravnoteža indikatora se može predstaviti kao kiselo-bazna reakcija

HIn + H 2 O In - + H 3 O +

H2O
H++OH-

H + + H 2 O
H3O+

Na područje prijelaza boje indikatora (položaj i interval) utiču svi faktori koji određuju konstantu ravnoteže (jonska snaga, temperatura, strane tvari, rastvarač), kao i indikator.

Klasifikacija metoda titrimetrijske analize.

acidobazna titracija (neutralizacija): ovom metodom se utvrđuje količina kiseline ili lužine u analiziranom rastvoru;

precipitacija i kompleksiranje (argentometrija)

Ag + + Cl - "AgCl $

redoks titracija (redoksimetrija):

a) permanganatometrija (KMnO 4);

b) jodometrija (Y 2);

c) bromatometrija (KBrO 3);

d) dihromatometrija (K 2 Cr 2 O 7);

e) kerimetrija (Ce(SO 4) 2);

f) vanadometrija (NH 4 VO 3);

g) titanometrija (TiCl 3) itd.