Titrimetriás elemzés

A módszer története és elve

A titrimetriás elemzés (titrimetria) a kémiai elemzési módszerek közül a legfontosabb. A 18. században keletkezett, kezdetben empirikus módszerként különféle anyagok, például ecet, szóda, fehérítő oldatok minőségének vizsgálatára. A 18. és 19. század fordulóján találták fel a bürettát és a pipettát (F.Decroisille). Különösen fontosak voltak J. Gay-Lussac munkái, aki bemutatta ennek a módszernek az alapfogalmait: titrálás, titrálásés mások a „cím” szóból származnak. A titer az egy milliliter oldatban lévő oldott anyag tömege (grammban). Gay-Lussac idején az analízis eredményeit titerekkel számították ki. A titer azonban, mint az oldat koncentrációjának kifejezése, kevésbé kényelmesnek bizonyult, mint más jellemzők (például moláris koncentrációk), ezért a modern kémiai analitikában a titerekkel történő számítások meglehetősen ritkák. Éppen ellenkezőleg, a "cím" szóból származó különféle kifejezéseket nagyon széles körben használják.

A 19. század közepén K. Mohr német kémikus összefoglalta az akkoriban megalkotott összes titrimetriás módszert, és kimutatta, hogy minden módszer alapja ugyanaz az elv. Mindig adjunk a meghatározandó X komponenst tartalmazó mintaoldathoz egy pontosan ismert R reagens koncentrációjú oldatot (titráló). Ezt a folyamatot titrálásnak nevezik. A titrálás során az elemző figyeli az X és a hozzáadott R közötti kémiai reakció előrehaladását. Az ekvivalenciapont (t.eq.) elérésekor, amikor a bevitt R mólekvivalenseinek száma pontosan megegyezik a mintában lévő X anyag mólekvivalenseinek számával, a titrálást leállítjuk, és a titrálószer térfogatát elfogyasztjuk. meg van mérve. A titrálás végpontját a titrálás végpontjának (k.t.t.) nevezzük, ezt, akárcsak a t.eq.-t, térfogategységben, általában milliliterben fejezzük ki. Ideális esetben Vk.t.t \u003d V t.eq. , de a gyakorlatban különböző okok miatt nem sikerül pontos egyezést elérni, a titrálás kicsit korábban, vagy éppen ellenkezőleg, kicsit később fejeződik be, mint a t.eq. Természetesen a titrálást úgy kell végrehajtani, hogy a V t.eq. és V k.t.t. a lehető legkisebb lenne.

Mivel az X tömeget vagy koncentrációt a minta titrálásához használt titrálószer térfogatából számítják (V k.t.t. szerint), régebben a titrimetriát ún. volumetrikus elemzés. Ezt a nevet gyakran használják ma, de a kifejezés titrimetriás elemzés pontosabb. A helyzet az, hogy a fokozatos reagens adagolás (titrálás) működése minden ilyen típusú technikára jellemző, és a titrálószer fogyasztása nem csak a térfogat mérésével, hanem más módszerekkel is megbecsülhető. Néha a hozzáadott titrálót lemérik (a tömeg analitikai mérlegen történő mérése kisebb relatív hibát ad, mint a térfogat mérése). Néha megmérik a titrálószer befecskendezéséhez szükséges időt (állandó injekciós sebesség mellett).

A 19. század vége óta a titrimetriás technikákat kutatási, gyári és egyéb laboratóriumokban alkalmazzák. Az új módszerrel sokféle anyag milligrammos, sőt mikrogrammos mennyiségét lehetett meghatározni. A módszer egyszerűsége, alacsony költsége és a berendezés sokoldalúsága hozzájárult a titrimetria széles körű elterjedéséhez. A titrimetriát különösen széles körben a XX. század 50-es éveiben kezdték alkalmazni, miután G. Schwarzenbach svájci elemző megalkotta ennek a módszernek az új változatát (komplexometria). Ezzel párhuzamosan a c.t.t. műszeres ellenőrzési módszereinek széleskörű elterjedése. A 20. század végére az érzékenyebb műszeres módszerek versengése miatt a titrimetria jelentősége valamelyest csökkent, de a titrimetria ma is nagyon fontos elemzési módszer marad. Lehetővé teszi a legtöbb kémiai elem, az egyes szerves és szervetlen anyagok tartalmának, a hasonló anyagok teljes tartalmának, valamint az általánosított összetételi mutatók (vízkeménység, tejzsírtartalom, kőolajtermékek savassága) gyors, egyszerű és meglehetősen pontos meghatározását. .

Technika titrimetriás elemzés

A módszer elve a megvalósítás technikájának bemutatása után válik világossá. Tehát egy ismeretlen koncentrációjú lúgos oldatot hozzon el Önhöz, és az Ön feladata a pontos koncentráció meghatározása. Ehhez szüksége lesz regens oldat, vagy titráló- olyan anyag, amely lúggal kémiai reakcióba lép, és a titrálószer koncentrációját pontosan ismerni kell. Nyilvánvalóan a lúgkoncentráció meghatározásához savas oldatot használunk titrálószerként.

1. Pipettával kiválasztjuk a vizsgált oldat pontos térfogatát - úgy hívják aliquot. Az aliquot térfogata általában 10-25 ml.

2. Vigyen át egy alikvot részt egy titráló lombikba, hígítsa fel vízzel, és adjon hozzá indikátort.

3. Töltse meg a bürettát a titráló oldattal, és végezze el a titrálás a titráló lassú, cseppenkénti hozzáadása a vizsgálati oldat alikvot részéhez.

4. Abban a pillanatban fejezzük be a titrálást, amikor az indikátor színe megváltozik. Ezt a pillanatot úgy hívják a titrálás végpontja k.t.t. A K.t.t. általában egybeesik azzal a pillanattal, amikor az analit és a titrálószer közötti reakció befejeződik, azaz. pontosan azonos mennyiségű titrálószert adunk az alikvothoz – ezt a pontot nevezzük ekvivalencia pont, azaz.Így, i.e. és k.t.t. - ez ugyanannak a pillanatnak a két jellemzője, az egyik elméleti, a másik kísérleti, a kiválasztott indikátortól függően. Ezért szükséges a mutató helyes megválasztása, hogy a k.t.t. a lehető legszorosabban egybeesett a t.e.

5. Mérjük meg a titráláshoz használt titrálószer térfogatát, és számítsuk ki a vizsgálati oldat koncentrációját.

A titrimetriás elemzés típusai

A titrimetriás módszerek több független jellemző szerint osztályozhatók: nevezetesen: 1) az X és R közötti reakció típusa szerint, 2) a titrálás és az eredmények kiszámításának módszere szerint, 3) a t.eq. monitorozási módszere szerint.

Osztályozás a kémiai reakció típusa szerint- a legfontosabb. Ne feledje, hogy nem minden kémiai reakció használható titrálásra.

Először is, más kémiai módszerekhez hasonlóan, a meghatározandó komponensnek (analitnak) kvantitatívan reagálnia kell a titrálószerrel.

Másodszor, szükséges, hogy a reakció egyensúlya a lehető leggyorsabban létrejöjjön. Azok a reakciók, amelyekben a titráló következő adagjának hozzáadása után az egyensúly megteremtése legalább néhány percet vesz igénybe, a titrimetriában nehezen vagy egyáltalán nem alkalmazható.

Harmadszor, a reakciónak egyetlen és korábban ismert sztöchiometrikus egyenletnek kell megfelelnie. Ha a reakció termékkeverékhez vezet, ennek a keveréknek az összetétele megváltozik a titrálás során, és a reakciókörülményektől függ. Az ekvivalenciapont rögzítése nagyon nehéz lesz, az elemzés eredménye pontatlan lesz, ezen követelmények kombinációja megfelel a protolízis (semlegesítési) reakciónak, számos komplexképző és redox reakciónak, valamint néhány kicsapási reakciónak. Ennek megfelelően a titrimetriás elemzésben a következőket különböztetjük meg:

Semlegesítési módszer,

komplexometria,

Redox módszerek

Lerakási módszerek.

Az egyes módszereken belül megkülönböztetjük annak egyedi változatait (1. táblázat). Nevük az egyes opciókban titrálóként használt reagensek nevéből származik (permanganatometria, jodometria, kromatometria stb.).

Asztal 1.

A titrimetriás módszerek osztályozása az alkalmazott kémiai reakció típusa szerint

Reakció	Módszer	Reagens (titráló)	módszer változat	Meghatározandó anyagok
Protolízis	A semlegesítés módja	H Cl, HClO 4, HNO 3	Acidimetria	Oc innovációk
		KOH, NaOH stb.	Lúgmérés	savak
Komplex képződés	Komplex-metria	EDTA	Komplexometria	Fémek és vegyületeik
			Fluoridometria, cianidometria	Egyes fémek, szerves anyagok
Redox	Redox mérő	KMnO 4 K 2 C r 2 O 7	permanganatometria kromatometria	Restaurátorok
		KJ és Na 2 S 2 O 3	Jodometria	Redukálószerek, oxidálószerek, savak
		C vitamin	Aszkorbinometria	Oxidálószerek
csapadék	Szedimetria	AgNO3	Argentometry	Halogenidek
		Hg 2 (NO 3) 2	Higanymetria
		KSCN	Rodanometria	Néhány fém
		Ba(NO3)2	bariometria	szulfátok

Osztályozás titrálási módszerrel.Általában három módszer létezik: közvetlen, vissza és helyettesítő titrálás. közvetlen titrálás magában foglalja a titrálószer közvetlen hozzáadását a mintaoldathoz. Néha eltérő sorrendben keverik a reagenseket - egy mintaoldatot fokozatosan adnak hozzá egy ismert R mennyiséghez, amelyben meg akarják határozni az X koncentrációt; de ez is direkt titrálás. Az elemzési eredményeket mindkét esetben ugyanazokkal a képletekkel számítjuk ki, az egyenértékek törvénye alapján.

ν X = ν R

ahol ν X és ν R az X és R ekvivalensek móljainak száma. Az alábbiakban megadjuk az arányon alapuló számítási képleteket, valamint számítási példákat.

A közvetlen titrálás a titrimetriás legkényelmesebb és legelterjedtebb változata. Pontosabb, mint mások. Hiszen véletlenszerű hibák főként az oldatok térfogatának mérésénél és in ez a módszer titráláskor a térfogatot csak egyszer mérik, azonban a közvetlen titrálás nem mindig lehetséges. Sok reakció X és R között nem megy elég gyorsan, és a titrálószer következő adagjának hozzáadása után az oldatnak nincs ideje egyensúlyba hozni. Néha a közvetlen titrálás nem lehetséges mellékreakciók miatt, vagy azért, mert nem áll rendelkezésre megfelelő indikátor. Ilyen esetekben bonyolultabb vissza- vagy helyettesítő titrálási sémákat alkalmaznak. Ezek legalább két kémiai reakciót tartalmaznak.

Visszatitrálás kétlépcsős séma szerint hajtják végre:

X + R 1 \u003d Y 1

R1 + R2 = Y2

Az R1 segédreagenst pontosan ismert mennyiségben adagoljuk. Az R1 oldat térfogatát és koncentrációját úgy választjuk meg, hogy a Hostal feleslegben történő reakciója után R1 legyen. Az R1 el nem reagált részét ezután R2 titrálószerrel titráljuk. Példa erre a permanganometrikus titrálás szerves anyag. Sok anyagot permanganáttal "közvetlenül" nem lehet titrálni az oxidáció lassúsága és egyéb okok miatt. Előbb azonban hozzáadhat ismert (túlzott) mennyiségű KMnO 4-et a vizsgált mintához, savanyíthatja és melegítheti a kapott oldatot. Ez a szerves anyagok oxidációjának teljes és gyors befejezéséhez vezet. Ezután a maradék permanganátot valamilyen aktív redukálószerrel, például SnCl 2 vagy FeSO 4 oldattal titráljuk.

A visszatitrálási eredmények kiszámítása a nyilvánvaló összefüggés alapján történik:

ν X \u003d ν R 1 - ν R 2

Mivel ebben az esetben a térfogatokat kétszer mérjük (először az R 1 reagens oldat térfogatát, majd az R 2 titrálószer térfogatát), az elemzés eredményének véletlenszerű hibája valamivel nagyobb, mint a közvetlen titrálásnál. Az analízis relatív hibája különösen erősen növekszik a segédreagens kis feleslegénél, ha ν R 1 ≈ ν R 2 .

Osztályozás a t.eq. ellenőrzési módszere szerint. Számos ilyen módszer ismert. A legegyszerűbb az indikátor nélküli titrálás, a legelterjedtebb a színes indikátorokkal történő titrálás, a legpontosabbak és legérzékenyebbek pedig a műszeres titrálási lehetőségek.

Indikátor nélküli titrálás olyan reakciókon alapul, amelyek a titrált oldat látható tulajdonságainak megváltozásával járnak. Általában az egyik reagens (X vagy R) látható színű. Az ilyen reakció lefolyását speciális műszerek és indikátorreagensek hozzáadása nélkül szabályozzák. Tehát a színtelen redukálószereket savas közegben titrálják oxidálószer - kálium-permanganát (KMnO 4) lila oldatával. A hozzáadott titrálószer minden része azonnal elszíneződik, és a redukálószer hatására Mn 2+ ionokká alakul. Ez t.eq. A titrálószer legelső "extra" cseppje azonban rózsaszínes-lilára színezi a titrált oldatot, a szín még az oldat keverésekor sem tűnik el. Ha nem eltűnő szín jelenik meg, a titrálást leállítják, és megmérik a felhasznált titrálószer térfogatát ( V k.t.t.). A titrálás végét nemcsak a titrált oldat színének megjelenése rögzítheti, mint a vizsgált példában, hanem a korábban elszíneződött mintaoldat elszíneződése, valamint az esetleges csapadék megjelenése, annak eltűnés vagy változás. kinézet. Az indikátor nélküli titrálást ritkán alkalmazzák, mivel csak néhány reakció kíséri az oldat látható tulajdonságainak megváltozását.

Műszeres titrálás. Az X és R közötti reakció lefolyása nem csak „szemmel” (vizuálisan), hanem az oldat valamilyen fizikai tulajdonságát mérő műszerek segítségével is követhető. A műszeres titrimetria különböző változatait különböztetjük meg attól függően, hogy az oldat melyik tulajdonságát szabályozzuk. Bármilyen ingatlant felhasználhat a minőségtől függően és mennyiségi összetétel titrálható oldat. Ugyanis lehetőség van az oldat elektromos vezetőképességének mérésére (ezt az opciót ún konduktometrikus titrálás), a titrált oldatba merített indikátorelektród potenciálja ( potenciometrikus titrálás), a titrált oldat fényelnyelése ( fotometriai titrálás), stb. A titrálást leállíthatja, ha a mért tulajdonság valamely előre kiválasztott értékét eléri. Például egy savas oldatot lúggal titrálnak, amíg el nem érik a 7-es pH-értéket, de gyakrabban ezt másként teszik - a titráló bejuttatása során többször (vagy akár folyamatosan) mérik az oldat választott tulajdonságát, nem csak a várható hőmérséklet előtt, de után is. .eq. A kapott adatok alapján a mért tulajdonság grafikus függését ábrázoljuk a hozzáadott titrálószer térfogatától ( titrálási görbe). Az ekvivalenciapont közelében a titrált oldat összetételében és tulajdonságaiban éles változás figyelhető meg, és a titrálási görbén ugrás vagy törés figyelhető meg. Például egy oldatba mártott elektróda potenciáljának ugrása. Az egyenlet helyzetét a görbén lévő inflexió helyzetéből becsüljük meg. Ez a fajta elemzés munkaigényesebb és időigényesebb, mint a hagyományos titrálás, de pontosabb eredményeket ad. Egy titrálással több komponens koncentrációja külön-külön is meghatározható.

A műszeres titrimetriának több mint egy tucat változata ismert. Létrehozásukban fontos szerepet játszott I. Koltgof amerikai elemző. A megfelelő módszerek az oldat mért tulajdonságában, az alkalmazott berendezésekben és az analitikai képességekben különböznek, de mindegyik érzékenyebb és szelektívebb, mint az indikátor vagy indikátormentes vizuális titrimetriás lehetőségek. A műszeres ellenőrzés különösen akkor fontos, ha az indikátorok nem használhatók például zavaros vagy intenzív színű oldatok elemzésénél, valamint nyomokban lévő szennyeződések meghatározásánál és keverékek elemzésénél. A műszeres titrimetria azonban megköveteli, hogy a laboratóriumot speciális, lehetőleg önrögzítő vagy teljesen automatizált műszerekkel szereljék fel, ami nem mindig gazdaságos. A mutatók felhasználása alapján sok esetben egyszerűbb és olcsóbb módon is kellően pontos és megbízható eredmények érhetők el.

Indikátorok használata. A titrált mintához előzetesen kis mennyiségű speciális reagenst adhatunk. indikátor. A titrálást abban a pillanatban kell leállítani, amikor az indikátor a bevezetett titráló hatására megváltoztatja látható színét, ez a titrálás végpontja. Fontos, hogy a színváltozás ne csak egy "extra" csepp titráló hozzáadása eredményeképpen történjen fokozatosan. Egyes esetekben az indikátor nem a színét, hanem az oldhatóságát vagy a ragyogás jellegét változtatja meg. Az ilyen indikátorokat (adszorpció, fluoreszcens, kemilumineszcens stb.) azonban sokkal ritkábban használják, mint a színes indikátorokat. Bármely indikátor színváltozása az indikátor és a titrálószer kémiai kölcsönhatása miatt következik be, ami az indikátor új formába való átmenetéhez vezet.Az indikátorok tulajdonságait részletesebben figyelembe kell venni.

Mutatók

Az analitikai laboratóriumok több száz színjelzőt használnak különböző típusú(sav-bázis, fém-króm, adszorpció stb.). Egykor a növényekből - ibolyavirágokból vagy egy speciális zuzmóból (lakmuszból) nyert tinktúrákat használtak indikátorként. R. Boyle használt először ilyen mutatókat. Jelenleg a természetes indikátorokat nem használják, mivel ezek mindig különböző anyagok keverékei, így színük átmenete nem fejeződik ki egyértelműen. A modern indikátorok speciálisan szintetizált egyedi szerves vegyületek. Az indikátorok általában az aromás sorozatba tartozó vegyületek, amelyek molekulái több funkciós csoportot (szubsztituenst) tartalmaznak, sok hasonló vegyület ismert, de ezek közül csak néhány használható színindikátorként. A javasolt mutatónak számos követelménynek kell megfelelnie:

· az indikátornak jól fel kell oldódnia, és olyan oldatokat kell adnia, amelyek a tárolás során stabilak;

· oldatban az indikátornak többféle, molekulaszerkezetükben eltérő formában kell léteznie. A formák között mobil kémiai egyensúlyt kell kialakítani. Például az indikátor savas formája a bázikusba kerül (és fordítva), az oxidált a redukáltba (és fordítva); a metallokróm indikátor reverzibilisen komplexálódik fémionokkal stb.;

· a színjelzőnek intenzíven kell lennie elnyelik a fényt a spektrum látható tartományában. Oldatának színe már nagyon alacsony koncentrációknál is megkülönböztethető (10 -6 - 10 -7 mol/l). Ebben az esetben nagyon kis mennyiségű indikátort lehet a titrált oldatba bevinni, ami hozzájárul a pontosabb elemzési eredmények eléréséhez;

· az indikátor különböző formáinak színükben, azaz a látható tartomány abszorpciós spektrumában eltérőnek kell lenniük. Ebben az esetben a titrálás során kontrasztos színátmenet figyelhető meg, például az indikátor színének rózsaszínről smaragdzöldre való átmenete jól látható a szem számára. Sokkal nehezebb rögzíteni a titrálás végpontját (c.t.t.), ha a rózsaszín szín narancssárgára vagy lilára változik. Nagyon fontos, hogy a mutató két formájának abszorpciós spektruma mennyire különbözik egymástól. Ha az indikátor egyik formája maximálisan λ 1, a másik λ 2 hullámhosszúságú fényt nyel el, akkor a ∆λ = λ 1 - λ 2 különbség a színátmenet kontrasztját jellemzi. Minél nagyobb a ∆λ, annál jobban érzékeli a szem az indikátor színátmenetét. A színátmenet vizuális kontrasztjának növelése érdekében néha különböző indikátorok keverékét használják, vagy inert idegen festéket adnak az indikátorhoz;

· az indikátor átmenetének egyik formáról a másikra az oldat összetételének megváltoztatásakor nagyon gyorsan, a másodperc töredéke alatt kell megtörténnie;

· az átmenetet egyetlen tényezőnek kell előidéznie, egy adott típusú összes mutató esetében ugyanaz. Így a sav-bázis indikátor színének változása nem következhet be más típusú reakciók miatt, például oxidálószerekkel, fémionokkal vagy fehérjékkel való kölcsönhatás során! Éppen ellenkezőleg, a redox indikátorok csak az oxidáló- és redukálószerekkel való kölcsönhatás miatt változtathatják meg a színüket, és ennek az egyes redox indikátorokra jellemző bizonyos potenciálon kell bekövetkeznie. Ezen indikátorok színe és az átmeneti potenciál nem függhet az oldat pH-jától. Sajnos a gyakorlatban sok redox indikátor átmeneti potenciálja a pH-tól is függ.

A mellékfolyamatok hatásának gyengítése érdekében az indikátort néha nem vezetik be a titrált oldatba, hanem éppen ellenkezőleg, a titrálás során a titrált oldatból időszakonként egy cseppet vesznek, óraüvegen összekeverve egy csepp az indikátor oldatot, és milyen színt kapunk. Ez a technika lehetővé teszi visszafordíthatatlanul reagáló indikátorok használatát. Kényelmesebb a „külső jelzővel” dolgozni, ha az impaper előre be van ázva.

A titrálás végpontja, amelyet az indikátor színváltozása határoz meg, nem feltétlenül esik egybe az ekvivalenciaponttal. Eltérés V k.t.t. És V t.eq szisztematikus hibához vezet az elemzés eredményében. A hibaértéket ennek az indikátornak a jellege, koncentrációja és a titrált oldat összetétele határozza meg.

A mutatók kiválasztásának elve nagyon egyszerű és univerzális. : Az indikátor átmeneti jellemzőjének (a titrálás pT-értéke, átmeneti potenciál stb.) meg kell felelnie a titrált oldat várható összetételének az ekvivalenciaponton.Így ha egy analitikus erős sav vizes oldatát erős bázissal titrálja, akkor az oldat pH-ja az ekvivalencia ponton = 7. Ezért olyan sav-bázis indikátort kell használni, amely körülbelül pH 7-nél megváltoztatja a színét (brómtimolkék). stb.) a pT-ről - a különböző típusú indikátorok titrálási mutatói megtalálhatók a referencia irodalomban.

A titrimetriás elemzés eredményeinek kiszámítása

A titrimetriás analízis eredményeit nem ajánlatos közvetlenül a reakcióegyenletből számítani, például arányok használatával. A számítási problémák ilyen „iskolai” megoldása irracionális, és általában nem biztosítja a szükséges pontosságot. A titrimetriás analízis eredményeit a több kész algebrai képlet egyikével számítjuk ki, amelyek az egyenértékek törvényéből származnak. A kiindulási adatok az elhasznált titrálószer térfogata (milliliterben) és a titrálószer koncentrációja (mol / literben), ezeket a kívánt pontossággal kell beállítani.

A számítás módja nem függ a titrálás során fellépő kémiai reakció típusától és az ekvivalenciapont monitorozási módjától (indikátor, eszköz stb.). A számítási képlet megválasztását az határozza meg, hogy az elemzés során milyen titrálási módszert (közvetlen, fordított, helyettesítő) alkalmazunk A képlet kiválasztásánál két esetet kell megkülönböztetni: a) X oldat koncentrációjának kiszámítása b) a komponens tömeghányada (X százalékos aránya a mintában).

A számítási képletek akkor tűnnek a legegyszerűbbnek, ha a meghatározandó komponens és a titrálószer koncentrációját a megfelelő oldatok literenkénti ekvivalenseinek molszámával fejezzük ki, azaz. az analit koncentrációját használják ( N x ) és titráló (NT ), az oldat literenkénti ekvivalens móljaiban kifejezve. Korábban ezeket a koncentrációkat normálisnak nevezték. Most ezt a kifejezést nem ajánlott használni, de a gyakorlatban meglehetősen széles körben használják, különösen a redoxmetriában. De a komplexometriában és néhány más módszerben, ahol 1 mol X analit mindig 1 mol titrálószerrel reagál, a normál koncentrációk egybeesnek a szokásos moláris koncentrációkkal ( C x és C T ), ezért az eredmények kiszámításakor nincs szükség normál koncentrációk és ekvivalensek használatára.

A hagyományos moláris koncentrációkkal ellentétben a normál koncentrációt a titrálás során lezajló reakció kémiájának figyelembevételével határozzuk meg. Hasznos megjegyezni, hogy az X normál koncentrációja egy oldatban vagy egyenlő a moláris koncentrációjával, vagy többszörösen (2,3,4 ....) meghaladja, attól függően, hogy hány proton (vagy elektron) vesz részt benne. a reakcióban, részecskénként X. A reakcióegyenlet felírásakor, az ekvivalensek meghatározásánál és a normál koncentrációk számításakor figyelembe kell venni a titrálás körülményeit, sőt az indikátor megválasztását is.

Súlytitrált Xatközvetlen titrálás egyenlő (mg-ban):

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

ahol E x - az X egyenértékű moláris tömege, amely egy protonnak felel meg (in sav-bázis reakciók), egy elektron (redox reakciókban), egy ligandum (komplexképző reakciókban) stb. V T a titrálószer térfogata (ml-ben). A komplexometriában az analit tömegét (mg-ban) a legjobban az értéket tartalmazó képlet segítségével lehet kiszámítani. M x - X moláris tömeg:

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

A (4.11)-ből az következik, hogy a mintában lévő X tömeghányada százalékban kifejezve egyenlő:

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

ahol m S - a minta tömege mg-ban A titrálás eredménye általában nem függ attól a víztérfogattól, amelyben a mintát a titrálás előtt feloldottuk, és ezt a térfogatot nem veszik figyelembe a számításoknál. Ha nem az egész mintát titráljuk, hanem annak egy részét (egy alikvot részét), akkor egy további együtthatót kell figyelembe venni NAK NEK , egyenlő az aránnyal V0 - annak az oldatnak a térfogata, amelybe ezt a mintát átvitték, és amelyből alikvot részeket vettek, Valiq - egy alikvot térfogata:

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

Számításkor koncentrációa közvetlen (vagy helyettesítő) titrálás módszere szerint egy egyszerű képletet használnak, amely közvetlenül az egyenértékek törvényéből következik:

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

analízist, azonban az üzemi laboratóriumokban más számítási módszereket is alkalmaznak.

Titrimetriás munkaoldatok készítése

A titrimetriás analízisben használt, pontosan ismert koncentrációjú munkaoldatokat többféleképpen készítik:

· a kémiai reagens pontos mérése szerint elemző mérleget vettek fel. Ezt a mintát feloldjuk nagy számban oldószerrel, majd egy mérőlombikban a kapott oldat térfogatát a jelig hozzuk. A kapott oldatokat standardnak, a megfelelő reagenseket pedig elsődleges standardoknak nevezzük. Kevés anyag lehet elsődleges szabvány – ezeknek tisztáknak kell lenniük vegyszerekállandó és pontosan ismert összetételű, szobahőmérsékleten szilárd, levegőstabil, nem higroszkópos és nem illékony. Ilyen például a kálium-dikromát, a III-as komplexon, az oxálsav. Éppen ellenkezőleg, nem lehet standard sósavoldatot készíteni egy mintából (a "sósav" reagens egy pontatlanul ismert összetételű folyadék), vas(II)-klorid (levegőn gyorsan oxidálódik), nátronlúg (higroszkópos) és sok más anyag.

· fix csatornákról. Ez a kifejezés egy lezárt üvegampullára vonatkozik, amely bizonyos mennyiségű, általában 0,1000 mólekvivalens reagenst tartalmaz. A Fixanalokat a gyárban készítik el. Ha a laboratóriumban a fixanal tartalmát mennyiségileg átvisszük egy 1000 ml-es mérőlombikba, és az oldószerrel a jelig töltjük, akkor egy liter pontosan 0,1000 N oldatot kapunk. A fixanális oldatok elkészítése nemcsak az elemzői időt takarít meg, hanem lehetővé teszi olyan anyagokból is pontosan ismert koncentrációjú oldatok készítését, amelyek nem rendelkeznek az elsődleges standardokhoz szükséges tulajdonságokkal (például sósav-, ammónia-, ill. jód).

· egy megközelítőleg ismert kémiai reagens minta szerint, műszaki méretekben vettük. Ezt a mintát megközelítőleg ismert mennyiségű oldószerben oldjuk. Ezután további műveletet hajtanak végre - a kapott oldat szabványosítását. Például egy másik anyag (elsődleges standard) pontos tömegét titráljuk a kapott oldattal. Megteheti másként is: az elkészített oldatból ismert térfogatú (alikvot) mennyiséget titrálunk megfelelő standard oldattal Az elkészített oldat pontos koncentrációját a titráláshoz használt térfogatból számítjuk ki. Az ilyen megoldásokat szabványosítottnak nevezzük. Például egy KOH-oldatot oxálsav lemért adagjával vagy sósav fixanális oldatával standardizálnak. Ha az anyag a laboratóriumban megközelítőleg ismert koncentrációjú tömény oldat formájában (például sósav) áll rendelkezésre, akkor a mérlegelés helyett a koncentrált oldat bizonyos előre kiszámított térfogatát mérik. Ehhez ismerni kell a kiindulási oldat sűrűségét. Ezután, mint az előző esetben, a kapott oldatot standardizáljuk.

Az oldatok koncentrációja nem változhat spontán módon a tárolás során. Ebben az esetben további műveletek nélkül, előre elkészített (standard vagy standardizált) oldatok használhatók a titráláshoz, figyelembe kell venni, hogy minél hígabb az oldat, annál kevésbé stabil a tárolás során (a víz hidrolízise). oldott anyag, oxidációja oxigén levegővel, adszorpció az üvegedények belső felületén stb.). Ezért az alacsony koncentrációjú munkaoldatokat általában nem készítik előre. Csak szükség szerint, a felhasználás napján készülnek el. Ehhez a kiindulási (standard, fix vagy standardizált) oldatokat egy tiszta oldószerrel, pontosan ismert számú alkalommal hígítjuk (általában az oldatot egy műveletben 5-10-szeresre hígítják). Ha még több híg oldatra van szükség, ezt a műveletet megismételjük. Például 0,1 M oldatból 0,01 M, abból 0,001 M stb.

A pontosan ismert koncentrációjú oldatok elkészítéséhez speciális térfogatmérő eszközök egész készletére van szükség, amelyek lehetővé teszik a térfogatok kívánt pontosságú mérését. Ezek mérőlombikok, pipetták és büretták. A laboratóriumi munkákhoz készült kézikönyvek tartalmazzák a mérőeszközök leírását és a velük való munkavégzés szabályait.

Titrálási módszerek

Egymintás módszer és aliquot módszer. A véletlenszerű hibák befolyásának csökkentése érdekében a titrálást általában többször megismételjük, majd az eredményeket átlagoljuk. Az ismételt analízis kétféleképpen végezhető el: külön adagok módszerével, aliquot módszerrel. Mindkét módszert alkalmazzák a működő megoldások szabványosításában és közvetlenül a valós objektumok elemzésében.

Egysúlyos módszer, ahogy a neve is sugallja, azt feltételezi, hogy az elemzett anyag több kimért részét titrálják. Tömegüknek megközelítőleg egyenlőnek kell lennie. A minta méretének kiválasztásakor figyelembe kell venni a titrálásonkénti titrálószer kívánt fogyasztását (legfeljebb a büreta térfogatát), és figyelembe véve a titrálószer koncentrációját.

Vegyünk három kimért oxálsavat, amelyek tömegét a 2. táblázat tartalmazza. Minden titrálásnak megfelelően számítsa ki (külön!) a KOH koncentrációját! Ezután a koncentrációkat átlagoljuk, a különböző minták titrálására fordított térfogatokat nem lehet átlagolni!

2. táblázat. Példa az elemzési eredmények kiszámítására egyedi minták módszerével

Zsanérszám	Massanaveski, mg	A titrálószer térfogata, ml	Talált KOH koncentráció, mol/l
	95,7	14,9	0,102
	106,9	16,2	0,105
	80,8	12,7	0,101
Az elemzés átlagos eredményeСKOH = 0,103 mol/l

Alikvot titrálási módszer (vagy pipettázási módszer) több különálló alikvot titrálásán alapul - a vizsgálati oldat kis térfogatai, pipettával vettek.

A külön súlyozás módszerét és az alikvot részek titrálásának módszerét nem csak közvetlen titrálásra használják, amint az a példákban látható, hanem fordított és helyettesítő titrálásra is. A titrálási módszer kiválasztásakor figyelembe kell venni, hogy a külön súlyozás módszere pontosabb eredményt ad, de munkaigényesebb és több számítást igényel. Ezért a munkaoldatok standardizálásához jobb a külön súlyozás módszerét használni, a sorozatban végzett elemzéseknél pedig az expresszebb aliquot módszert használni.

A titrálási görbék alakja

Logaritmikus titrálási görbék az egyik reagens egyensúlyi koncentrációjának logaritmusának grafikus függését ábrázolják a hozzáadott titrálószer térfogatától. A koncentráció logaritmusa helyett általában az oldat pH-értékét (pH) ábrázoljuk a függőleges tengelyen. Más hasonló mutatókat is használnak (például pAg \u003d - lg), valamint a titrált oldat azon fizikai-kémiai tulajdonságainak értékét, amelyek lineárisan függnek az egyensúlyi koncentrációk logaritmusától. Példa erre az elektródpotenciál (E).

Ha az oldat csak egy olyan anyagot tartalmaz, amely a titrálóval reagál, és a reakciót egyetlen kémiai egyenlet írja le (vagyis nem lépésenként megy végbe), akkor a logaritmikus görbén egy majdnem függőleges metszet figyelhető meg, ún. ugrás titrálás . Éppen ellenkezőleg, a görbe t.eq. közel a vízszinteshez. Példa erre az oldatok pH-jának függése a hozzáadott titráló V térfogatától, amit az 1. ábra mutat be.

1. ábra. A titrálási görbék típusa

Minél nagyobb az ugrásmagasság a dagálygörbén, annál pontosabban rögzíthető az ekvivalenciapont.

Sav-bázis titrálás (semlegesítési módszer)

A módszer elve

A semlegesítési módszer sav-bázis (protolitikus) reakciók végrehajtásán alapul. A titrálás során az oldat pH-értéke megváltozik. A titrimetriás elemzésre a sav-bázis reakciók a legalkalmasabbak: szigorúan meghatározott egyenletek szerint, mellékfolyamatok nélkül és nagyon nagy sebességgel mennek végbe. Az erős savak erős bázisokkal való kölcsönhatása magas egyensúlyi állandókhoz vezet. A k.t.t. van egy kényelmes és jól tanulmányozott módszer - sav-bázis indikátorok használata. Műszeres módszerek is használhatók, és különösen fontosak nem vizes, zavaros vagy színes oldatok titrálásakor.

A semlegesítési módszer két lehetőséget tartalmaz − acidimetria(a titráló erős savas oldat) és lúgmérés(a titráló erős bázis oldata). Ezeket a módszereket bázisok és savak meghatározására használják, beleértve az ionos és a multiprotonosakat is. Az erős protolitok titrálhatóságát a koncentrációjuk határozza meg; titrálás lehetséges, ha C x> 10-4 M .A vizes oldatban végzett ilyen titrálás során a következő reakció megy végbe:

H 3 O + +OH - ® 2 H 2 O

A gyenge savak és gyenge bázisok titrálása vizes oldatokban a következő sémák szerint történik:

BE+OH - ® H 2 O (alkalimetria)

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

Példák a sav-bázis titrálás gyakorlati alkalmazására:

· élelmiszerek, talajok és természetes vizek savasságának meghatározása (vizes oldatok lúgos titrálása fenolftalein indikátorral);

· kőolajtermékek savasságának meghatározása (nem vizes oldatok alkalimetriás titrálása rt műszeres szabályozásával);

· karbonátok és bikarbonátok meghatározása ásványokban és építőanyagokban (vizes oldatok acidimetriás titrálása két indikátorral);

· a nitrogén meghatározása ammóniumsókban és szerves anyagokban (Kjeldahl-módszer). Ebben az esetben a szerves nitrogéntartalmú anyagokat tömény kénsavval forralva bontják le higanysók jelenlétében, az ammónium-nitrogént hevítéskor lúgok hatására eltávolítják, az ammóniát feleslegben vett HCl standard oldatával abszorbeálják. . A HCl el nem reagált részét ezután lúggal titráljuk metilnarancs indikátor jelenlétében. Ez a módszer a helyettesítési elvet és a visszatitrálási módszert egyaránt használja.

működő megoldások.Vizes oldatok acidimetriás titrálásakor titrálószereket használnak, mint erős savak (HCl, ritkábban HNO 3 vagy H 2 SO 4) oldatai. BAN BEN lúgmérés titrálók - NaOH vagy KOH oldatok. A felsorolt ​​reagensek azonban nem rendelkeznek olyan tulajdonságokkal, amelyek lehetővé tennék belőlük standard oldatok készítését pusztán pontos leméréssel. Tehát a szilárd lúgok higroszkóposak, és mindig tartalmaznak karbonát-szennyeződéseket. A HCl és más erős savak esetében a kiindulási reagens nem tiszta anyag, hanem pontatlanul ismert koncentrációjú oldat. Ezért a közömbösítési eljárásban először egy megközelítőleg ismert koncentrációjú oldatot készítenek, majd standardizálják. A savas oldatok vízmentes nátrium-karbonát Na 2 CO 3 (szóda) vagy nátrium-tetraborát Na 2 B 4 O 7 szabványosak. . 10H 2 O (vihar). A bórax feloldva kölcsönhatásba lép a vízzel:

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

A kapott metaborát meglehetősen erős bázis. Savval titrált:

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

Nyilvánvalóan a bórax ekvivalens moláris tömege az M(½Na 2B 4O 7 . 10H20) = 190,71 g/mol. A nagy moláris egyenérték a bórax, mint elsődleges standard előnye. Az alkáli oldatokat a kálium-hidroftalátra szabványosították. A hidroftalát molekula mozgékony protont tartalmaz, és gyenge sav tulajdonságaival rendelkezik:

A benzoesav C 6 H 5 COOH, az oxálsav H 2 C 2 O 4 gyakran használatos standardként. . 2H 2 O és más gyenge szerves savak (szilárd, tiszta, stabil anyagok). A savak és bázisok 0,1000 M standard oldatait laboratóriumi körülmények között általában fixanálokból készítik. Az elkészített savoldat felhasználható a lúgoldat standardizálására, és fordítva. A standardizált savas oldatok stabilak és tetszőlegesen hosszú ideig változtatás nélkül tárolhatók. A lúgos oldatok kevésbé stabilak, ezért ajánlott viaszos vagy fluoroplasztikus edényekben tárolni az üveggel való kölcsönhatás elkerülése érdekében. Figyelembe kell venni, hogy a lúgos oldatok felszívják a levegőből a CO 2 -t, és tárolás közben égetett mésszel vagy nátronmésszel töltött csővel védik.

Rizs. 2. Erős sav semlegesítési görbéi.

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

A k.t.t. színes indikátor esetén szükséges, hogy az ugrás magassága nagyobb legyen, mint a mutató átmeneti intervallumának szélessége. Ez utóbbi általában körülbelül két pH-egység.

A gyenge savak semlegesítési görbéjén az ugrás magassága a sav erősségétől (savállandójának értékétől, vagy pK a ) függ. Ugyanis minél gyengébb a sav (minél nagyobb a pK a értéke), annál kisebbnek kell lennie az ugrás magasságának, ha minden más egyenlő.

1 - sósav, 2 - ecetsav (pKa = 4,8), 3 - hidrogén-cianid (pKa = 9,2).

Az ugrás magasságának nagyobbnak kell lennie, mint az indikátor átmeneti zónájának szélessége, amely általában 2 pH-egység. Ezért, hogy Mint az erős elektrolitok esetében, titrálási kritérium gyenge protolit 1%-os hibával a ∆p Н ±1% ≥ 2 feltételből származtatható. Gyenge sav vizes oldatára a következő formában kapjuk meg a kívánt kritériumot:

R NAK NEKa+ p TÓL TŐL≤ 8

p C \u003d 2 esetén a kritikus érték p K a egyenlő 6. Más szóval, ha a sav nagyon gyenge és pK-ja de 6-nál nagyobb, akkor színjelzőkkel nem lehet pontosan titrálni.

Protolitok és többprotonos protolitok keverékeinek titrálása. Vegyes oldatokban az erős savak gátolják a gyengébbek protolízisét. Ugyanez figyelhető meg a különböző erősségű bázisok keverékét tartalmazó oldatoknál is, amikor egy ilyen keverékhez titrálószert adunk, először az erősebb protolitot titráljuk, és csak ezután lép reakcióba a gyengébb a titrálóval. A keveréktitrálási görbén megfigyelt ugrások száma azonban nemcsak a jelenlévő protolitok számától függ, hanem a megfelelő savassági (bázisossági) állandók abszolút értékétől, valamint azok arányától is. A keverék komponenseinek savassági (vagy lúgossági) állandói több mint 10 4-szer térjenek el egymástól, csak ebben az esetben a titrálási görbén külön-külön figyelhetők meg a kifejezetten markáns titrálási ugrások, és az egyes komponensek meghatározásának relatív hibája nem haladja meg a 1%. A protolitok külön titrálásának lehetőségének kritériuma az úgynevezett "négy egység szabálya":

(6)

A többprotonos protolitok lépésenként reagálnak a titrálókkal, először az első szakaszban, majd a másodikban stb., ha a megfelelő savassági állandók a (6) feltételnek megfelelően eltérnek. elektrolitok.

Példaként vegye figyelembe a lehetőséget

5. ábra. Karbonát és bikarbonát ionok oldattal alkotott keverékének titrálási görbéje HCl.

Megjelennek azok a pH-értékek, amelyeknél az indikátorok színátmenetei figyelhetők meg.

Két erős sav keverékének, két egyformán gyenge sav keverékének vagy két közeli p-értékkel rendelkező bázis keverékének titrálásakor NAK NEKb nincs két külön ugrás a titrálási görbén. Mindazonáltal az ilyen keverékek összetevőinek koncentrációja külön-külön is meghatározható. Ezeket a problémákat sikeresen megoldják megkülönböztető nemvizes oldószerek alkalmazásával.

Sav-bázis indikátorok és választásuk

A k.t.t. A semlegesítési módszer hagyományosan sav-bázis indikátorokat használ - szintetikus szerves színezékek, amelyek gyenge savak vagy bázisok, és az oldat pH-jától függően megváltoztatják látható színüket Néhány (laboratóriumban leggyakrabban használt) sav-bázis indikátor példáit a táblázat tartalmazza. 3. A szerkezeti és tulajdonságmutatókat referenciakönyvek tartalmazzák. Az egyes sav-bázis indikátorok legfontosabb jellemzői az átmeneti intervallumÉs titrálási index (pT). Az átmeneti intervallum a zóna határainak megfelelő két pH-érték közötti zóna, amelyen belül az indikátor vegyes színe figyelhető meg. Tehát a megfigyelő a metilnarancs vizes oldatát tiszta sárgának fogja minősíteni - pH-n< 3,1 и как чисто красный при рН >4.4, és ezen határértékek között különböző árnyalatú, vegyes, rózsaszín-narancssárga szín figyelhető meg. Az átmeneti intervallum szélessége jellemzően 2 pH-egység. Az indikátorok kísérletileg meghatározott átmeneti intervallumai esetenként kevesebb vagy több mint két pH-egység. Ez különösen a szem eltérő érzékenységével magyarázható a spektrum látható tartományának különböző részeire. Egyszínű indikátorok esetén az intervallum szélessége az indikátor koncentrációjától is függ.

3. táblázat

A legfontosabb sav-bázis mutatók

Indikátor	Átmeneti intervallum ΔрН Ind		R NAK NEKa(Hátsó)	Színváltozás
metilnarancs				Piros sárga
Brómkrezol zöld				Sárga - kék
metilvörös				Piros sárga
Brómkrezol lila				Sárga - lila
Bromotimol kék				Sárga - kék
Fenol vörös				Sárga - piros
timol kék
Fenolftalein				Színtelen - piros

A különböző mutatók jellemzőinek ismeretében lehetséges elméletileg ésszerűen kiválasztani azokat a helyes elemzési eredmények elérése érdekében.A következő szabályt követjük: az indikátor átmeneti intervallumának a titrálási görbe ugrásának tartományában kell lennie.

A gyenge protolitok titrálására szolgáló indikátorok kiválasztásakor figyelembe kell venni, hogy a t.eq. és a titrálási ugrás sav titrálásakor gyengén lúgos közegre, bázis titrálásakor enyhén savas közegre tolódik el. Következésképpen, gyenge savak titrálására enyhén lúgos közegben színt változtató indikátorok (például fenolftalein), gyenge bázis titrálására pedig enyhén savas közegben színt változtató indikátorok (például metilnarancs) alkalmasak.

Minden sav-bázis indikátornak van egy másik jellemzője - ez titrálási index ( rt ). Ez az a pH-érték, amelynél a megfigyelő a legtisztábban észreveszi az indikátor színének változását, és ebben a pillanatban befejezettnek tekinti a titrálást. Nyilvánvalóan pT = pH K.T.T. . A megfelelő indikátor kiválasztásakor törekedni kell arra, hogy a pT érték a lehető legközelebb legyen az elméletileg számított értékhez. pH T.EKV .. A pT érték jellemzően az átmeneti intervallum közepéhez van közel. De a pT rosszul reprodukálható érték. Különböző emberek, akik ugyanazt a titrálást végzik ugyanazzal az indikátorral, jelentősen eltérő pT értékeket kapnak, ráadásul a pT érték a titrálás sorrendjétől, vagyis a színváltozás irányától függ. Savak és bázisok titrálása azonos indikátorral A pT értékek kissé változnak. A monokromatikus indikátoroknál (fenolftalein stb.) a pT érték az indikátor koncentrációjától is függ.

A módszer lényege és előnyei

A titrimetriás elemzés a kémiai reakcióba lépő anyagok térfogatának pontos mérésén alapul; a kvantitatív elemzés egyik módszere.

Azt a folyamatot, amikor egy analit oldatához lassan titrálót adunk az ekvivalenciapont meghatározására, az ún. titrálás. titráló- pontosan ismert koncentrációjú oldat.

Egyenértékűségi pont a titrálás azon pillanata, amikor elérjük a reaktánsok egyenértékű arányát.

Az ekvivalencia pontot (azaz) az indikátor (kémiai indikátor) színének megváltoztatásával, vagy műszeres indikátorokkal, olyan eszközökkel határozzák meg, amelyek a titrálás során a közeg valamely tulajdonságának változását rögzítik.

Mutatók olyan anyagok, amelyek megváltoztatják szerkezetüket és fizikai tulajdonságok amikor a környezet megváltozik. Az ekvivalenciapont tartományában az indikátor megváltoztatja a színét, csapadékot képez, vagy egyéb megfigyelhető hatást vált ki. Indikátorok segítségével lehet beállítani titrálás végpontja(k.t.t.) - a titrálás pillanata, amikor az indikátor színének változása figyelhető meg. Ideális esetben pl. és k.t.t. egybeesnek, de a gyakorlatban van köztük némi különbség. Minél nagyobb ez a különbség, annál nagyobb a titrálási hiba, ha minden más tényező egyenlő, ezért olyan indikátort kell kiválasztani, hogy a különbség a t.e. és t.k.t. minimális volt.

Az ekvivalenciapont elérése után a titrálást befejezzük, és feljegyezzük a reakcióhoz felhasznált oldat térfogatát. Ezért a titrimetriás elemzési módszerben kiemelt jelentőséggel bír pontos meghatározás egyenértékűségi pontok.

A mennyiségi meghatározás a titrimetriás elemzési módszerrel meglehetősen gyors, ami több lehetőséget is lehetővé tesz párhuzamos definíciókés pontosabb számtani átlagot kapunk. A titrimetriás elemzési módszer minden számítása az egyenértékek törvényén alapul.

NAK NEK reakciók a kvantitatív volumetrikus elemzésben használatos, mutassa be a következőket követelményeknek:

1. A reakciónak a sztöchiometrikus reakcióegyenlet szerint kell lezajlania, és gyakorlatilag irreverzibilisnek kell lennie. A reakció eredményének tükröznie kell az analit mennyiségét. A reakció egyensúlyi állandójának 10 8-nál nagyobbnak kell lennie.

2. A reakciónak mellékreakciók nélkül kell lezajlania.

3. A reakciónak kellően nagy sebességgel kell lezajlania.

4. Legyen mód az ekvivalenciapont rögzítésére. A reakció végét meglehetősen könnyen és egyszerűen meg kell határozni.

A titrimetriás elemzés előnyei:

1) a meghatározás sebessége;

2) a felszerelés egyszerűsége;

3) az automatizálás lehetősége;

4) pontosság - relatív hiba 0,1 - 0,01%.

A titrimetriás elemzési módszert a szervetlen és szerves anyagok meghatározására használják. A titrálást vizes és nem vizes közegben is végezhetjük.

A kvantitatív elemzés elvégzéséhez szükséges:

Minden elemzési eljárást különös precizitással és pontossággal kell végrehajtani;

Az oldatok térfogatát 0,01-0,02 cm 3 pontossággal mérjük;

0,1 N koncentrációjú titrálót használok;

Az anyagmintákat a negyedik számjegy pontossággal kell venni, de legalább 0,2 g;

Szükséges a műszerek kalibrálása és beállítása;

Az elemzés eredményeit matematikai feldolgozásnak vetjük alá.

Titrálási szabályok

1. Állítsa be a standard oldat titerét, és használja ugyanazt az oldatot ugyanazon indikátor jelenlétében.

2. A titráláshoz mindig ugyanannyi indikátort vegyen be, és ismételje meg többször az analit titrálását, amíg három egymáshoz szorosan illeszkedő eredményt nem kap.

3. Általában legfeljebb 1-2 csepp indikátort kell bevenni, nem szabad elfelejteni, hogy a semlegesítési módszerben használt indikátorok maguk is savak vagy bázisok. A titráló oldat egy részét semlegesítésére is felhasználják.

4. Mindig az oldat azonos színárnyalatára titráljon, lehetőség szerint a titrált oldat azonos térfogatait használva a titráláshoz.

5. Olyan indikátort kell választani, amely az ekvivalenciapont közelében változtatja a színét.

Titrálási módszerek

A titrimetriás elemzési módszert alkalmazzák különböző típusok kémiai reakciók. Az alkalmazott kémiai reakció természetétől függően a következő titrimetriás elemzési módszereket különböztetjük meg:

Sav-bázis titrálás(protolitometria) - a módszer a semlegesítési reakción alapul (H + + OH - = H 2 O); az ekvivalenciapontot olyan indikátorok segítségével határozzuk meg, amelyek színüket a közeg reakciójától függően változtatják. A titrálószer jellegétől függően a módszer a következőkre oszlik:

Acidometrikus titrálás (titráló sav - HC1 vagy H 2 SO 4);

Alkalimetriás titrálás (titráló - lúg - NaOH vagy Ba (OH) 2);

Csapadéktitrálás(szedimetria) - olyan cserereakciókon alapul, amelyek során a meghatározandó ion (elem) csapadékba megy át:

A munkaoldattól (titrálószertől) függően a módszer a következőkre oszlik:

Argentometriás titrálás (titráló - AgNO 3);

Rodanometrikus titrálás (titráló NH 4 SCN vagy KSCN);

Merkurometrikus titrálás (titráló HgNO 3).

Komplexometrikus titrálás vagy komplexometria – enyhén disszociált komplex ionok képzésére képes kationok és anionok meghatározására szolgál:

redox titrálás vagy redoximetria - a módszer a munkaoldat és az analit közötti redox reakción alapul:

Ez a csoport a következőket tartalmazza:

Permanganometrikus titrálás (titráló - KMnO 4);

Kromatometrikus titrálás (titráló - K 2 Cr 2 O 7);

Jodometriás titrálás (titráló I 2 vagy KI)

Bromatometriás titrálás (IBrO 3 titráló)

Vanadatometriás titrálás (NH 4 VO 3 titráló) stb.

Titrimetriás vagy térfogati elemzés- kvantitatív analízis módszere, amely a T reagens térfogatának (vagy tömegének) mérésén alapul az X analittal való reakcióhoz. Más szóval, a titrimetriás analízis egy titráláson alapuló elemzés.

A titrimetriás elemzési módszerekről szóló laboratóriumi órák célja a titrimetriás elemzés végrehajtásának technikájának gyakorlati készségeinek fejlesztése és az elemzési eredmények statisztikai feldolgozásának módszereinek elsajátítása konkrét mennyiségi meghatározások példáján, valamint az elméleti ismeretek megszilárdítása tipikus megoldásokkal. számítási feladatok az egyes témákhoz.

A titrimetriás elemzési módszerek elméletének és gyakorlatának ismerete szükséges a műszeres elemzési módszerek, egyéb kémiai és speciális gyógyszerészeti tudományágak (gyógyszerészeti, toxikológiai kémia, farmakognózia, gyógyszertechnológia) utólagos tanulmányozásához. A vizsgált titrimetriás elemzési módszerek gyógyszerkönyviek, és széles körben használják a gyógyszerészi gyakorlatban a gyógyszerek minőségének ellenőrzésére.

egyezmények

A, X, T - bármely anyag, analit és titráló;

m(A), m(X), t(T)- bármely anyag, analit és titráló anyag tömege, g;

M(A), M(X), M(T)- bármely anyag, analit és titráló anyag moláris tömege, g/mol;

n(A), n(X), n(T) - bármely anyag, analit és titráló anyag mennyisége, mol;

Az anyag mennyisége bármely anyag egyenértékének, a meghatározandó anyagnak és a titrálónak, mol;

- bármely anyag, analit és titráló oldat térfogata, l;

- a vizsgálandó anyag egy alikvotjának térfogata, amely megegyezik a pipetta kapacitásával, l;

- az analit elemzett oldatának térfogata, megegyezik a lombik térfogatával, l.

1. A titrimetria alapfogalmai

elemzés

1.1. Titrálás- az X anyag meghatározásának folyamata kis mennyiségű T anyag fokozatos hozzáadásával, amely során valamilyen módon biztosítják annak a pontnak (pillanatnak) a kimutatását, amikor az összes X anyag reagált. A titrálás lehetővé teszi, hogy megtalálja az X anyag mennyiségét egy ismert mennyiségű T anyagból, amelyet eddig a pontig (pillanatig) adtunk össze, figyelembe véve azt a tényt, hogy az X és T reakcióarány sztöchiometriából vagy más módon ismert.

1.2. titráló- T aktív reagenst tartalmazó oldat, amellyel a titrálást végezzük. A titrálást általában úgy hajtják végre, hogy egy kalibrált bürettából titrálót adnak a vizsgálandó oldatot tartalmazó titrálólombikba. Ebbe a lombikba titrálás előtt adjuk hozzá aliquot elemzett megoldás.

1.3. Alikvot részesedés (alikvot)- a vizsgált megoldás pontosan ismert része, elemzésre vett. Gyakran kalibrált pipettával veszik, és térfogatát általában a szimbólum jelzi V ss .

1.4. Egyenértékűségi pont (TE)- a titrálás olyan pontja (pillanata), amelynél a hozzáadott T titrálószer mennyisége megegyezik a titrált X anyag mennyiségével. A TE szinonimái: sztöchiometrikus pont, elméleti végpont.

1.5. Végponti titrálás (KTT) - a titrálás azon pontja (pillanata), amelynél az oldat valamely tulajdonsága (például színe) észrevehető (éles) változást mutat. Az LTT többé-kevésbé megfelel a TE-nek, de legtöbbször nem esik egybe vele.

1.6. Indikátor- olyan anyag, amely látható változást mutat a TE-ben vagy annak közelében. Ideális esetben az indikátor elég alacsony koncentrációban van jelen ahhoz átmeneti intervallum nem költség-

jelentős mennyiségű titráló T. Az indikátor éles látható változása (például színe) megfelel a CTT-nek.

1.7. Indikátor átmeneti intervallum- a hidrogén-, fém- vagy egyéb ionok koncentrációs területe, amelyen belül a szem képes érzékelni a színárnyalatban, a színintenzitásban, a fluoreszcenciában vagy a vizuális indikátor egyéb tulajdonságában bekövetkezett változást, amelyet a két megfelelő forma arányának változása okoz. az indikátor. Ezt a területet általában a koncentráció negatív logaritmusaként fejezik ki, például: Redox indikátor esetén az átmeneti intervallum a redoxpotenciál megfelelő tartománya.

1.8. Titrálási fok - térfogatarány V (T) a hozzáadott titráns mennyiségét a TE-nek megfelelő titráló V térfogatához (TE). Más szavakkal, az oldat titrálási foka a titrált anyag mennyiségének az elemzett oldatban lévő kezdeti mennyiségéhez viszonyított aránya:

1.9. Titrálási szint- rendelés a felhasznált titráló oldat koncentrációja, például 10 -1, 10 -2, 10 -3 stb.

1.10. Titrálási görbe - az X analit c(X) koncentrációváltozásának vagy a rendszer (oldat) valamilyen kapcsolódó tulajdonságának a V térfogattól való függésének grafikus ábrázolása (T) hozzáadott titráló T. A c (X) értéke a titrálás során több nagyságrenddel változik, ezért a titrálási görbe gyakran a koordinátákba kerül: Az abszcissza a hozzáadott V titráló térfogatát mutatja (T) vagy a titrálás mértéke / . Ha a c (X) egyensúlyi koncentrációt vagy egy vele arányos tulajdonság intenzitását ábrázoljuk az y tengely mentén, akkor azt kapjuk, hogy lineáris titrálási görbe. Ha az y tengelyen félretesszük vagy egy c(X)-szel arányos tulajdonság intenzitásának logaritmusa, akkor kapjuk logaritmikus (vagy monologaritmikus) titrálási görbe. A titrálási folyamat jellemzőinek pontosabb azonosítása és az alkalmazott célok érdekében néha építenek differenciális titrálási görbék, az abszcissza tengely mentén ábrázolva a hozzáadott V titráló térfogatát (T),és az ordináta tengelye mentén - a koncentráció logaritmusának (vagy az azzal arányos tulajdonság intenzitásának) első deriváltja a hozzáadott titráló térfogatára vonatkoztatva: Az ilyen titrálási görbéket általában fizikai-kémiai elemzési módszerekben, például potenciometrikus titrálásoknál alkalmazzák.

1.11. Átlagos megoldás- ismert koncentrációjú hatóanyagot tartalmazó oldat.

1.12. Szabványosítás- az aktív reagens koncentrációjának megállapítása oldatban (leggyakrabban a megfelelő anyag standard oldatával történő titrálással).

1.13. Titrálási ugrás- az oldat bármely fizikai vagy fizikai-kémiai tulajdonságában bekövetkező éles változás intervalluma az ekvivalenciapont közelében, általában akkor figyelhető meg, ha a titrálószer 99,9-100,1%-át adják hozzá a sztöchiometrikus mennyiséghez képest.

1.14. Üres titrálás- olyan oldat titrálása, amely térfogatban, savasságban, indikátor mennyiségében stb. azonos a vizsgált oldattal, de nem tartalmazza a vizsgálandó anyagot.

2. A titrimetriás analízis alapműveletei

2.1. Tisztítás, mosás, mérőedények tárolása.

2.2. Mérőedények kapacitásának ellenőrzése.

2.3. Pontosan akadozva ismert tömeg két mérés eredményeinek különbségével (általában analitikai mérlegen).

2.4. Anyagmintának mennyiségi átvitele mérőlombikba és az anyag feloldása.

2.5. Mérőedények (lombikok, büretták, pipetták) feltöltése oldattal.

2.6. Pipetták, büretták ürítése.

2.7. Az elemzett oldat egy alikvotjának kiválasztása.

2.8. Titrálás és számítások a titrálási eredmények alapján.

3. Mérőműszerek kalibrálása

A titrimetriás analízis során az oldat pontos térfogatát mérőedényekkel mérik, amelyek 1000, 500, 250, 100, 50 és 25 ml-es mérőlombikok, pipetták és 10, 5, 3 űrtartalmú pipetták. , 2 és 1 ml. A lombik és a pipetta űrtartalma 20 °C-on a lombik nyakára vagy a pipetta oldalára van gravírozva (névleges térfogat). A mérőedények tömeggyártása során a mérőlombikok, büretták, pipetták tényleges (valós) kapacitása eltérhet az edényen feltüntetett névleges értékektől. A titrimetriás elemzés során kapott eredmények megkívánt pontosságának elérése érdekében

A térfogatmérő üvegedények kalibrálása a beöntött vagy kiöntött desztillált víz pontos tömegének meghatározásán alapul, amelyet az üvegedények beöntés vagy kiöntés előtti és utáni mérési eredményei határoznak meg. A kalibrált edényben lévő víz térfogata (űrtartalma) és a víz tömege a következő arányban függ össze:

ahol - a víz sűrűsége a kísérlet hőmérsékletén, g/ml.

A víz sűrűsége a hőmérséklettől függ, ezért a számításokhoz a táblázat adatait kell használni. 2-1.

2-1. táblázat. A víz sűrűségének értékei a megfelelő hőmérsékleten

A mérőlombikok infúzióra, a büretták és pipetták öntésre vannak kalibrálva, mivel az öntés során mindig kis mennyiségű folyadék marad az edény falán.

3.1. A mérőlombik űrtartalmának ellenőrzése

A lombikot alaposan megmossuk, megszárítjuk és analitikai mérlegen ± 0,002 g pontossággal lemérjük, majd az alsó meniszkusz mentén vízzel megtöltjük (a továbbiakban - desztilláljuk), a vízcseppeket a nyak felső részében. a lombikot szűrőpapírral eltávolítjuk, és ismét lemérjük. Egy üres lombik és egy vízzel töltött lombik minden egyes mérését legalább kétszer kell elvégezni, miközben a két mérés közötti különbség nem haladhatja meg a ± 0,005 g-ot A vízzel töltött lombik tömege és az üres lombik tömege közötti különbség egyenlő adott hőmérsékleten a lombikban lévő víz tömegére. A lombik valódi űrtartalmát úgy számítjuk ki, hogy az átlagos víztömeget elosztjuk a vizsgálati hőmérsékleten fennálló sűrűségével (lásd a 2-1. táblázatot).

Például, ha egy 100 ml-es névleges térfogatú mérőlombikot kalibrálunk, akkor a víz átlagos tömege 18 °C-on 99,0350 g. Ekkor a mérőlombik valódi űrtartalma:

3.2. Büretta kapacitásának ellenőrzése

A büretta egy üveghenger, amelynek belső átmérője a büreta hossza mentén kis mértékben változhat. A bürettán a különböző részein lévő egyenlő felosztások egyenlőtlen mennyiségű oldatnak felelnek meg. Ezért a bürettakalibráció kiszámítja a valódi térfogatokat minden egyes kiválasztott büretahelyre.

A tiszta és szárított bürettát az alsó meniszkusz mentén a nulla jelig megtöltjük vízzel, és szűrőpapírral eltávolítjuk a vízcseppeket a büreta felső részének belső felületéről. Ezután a büretta alá tegyünk egy palackot, amelyet előzőleg analitikai mérlegen lemérünk fedővel. A bürettából lassan egy bizonyos mennyiségű vizet (például 5 ml) öntünk a palackba. Ezt követően a palackot fedéllel le kell zárni, és újra le kell mérni. A vízzel ellátott mérőedény és az üres mérőpalack tömege közötti különbség egyenlő a bürettában lévő víz tömegével, 0 és 5 ml-es osztások között a kísérlet hőmérsékletén. Ezután a bürettát ismét megtöltjük vízzel a nulla jelig az alsó meniszkusz mentén, lassan 10 ml vizet öntünk egy üres lombikba, és hasonló módon meghatározzuk a bürettában lévő víz tömegét a 0 és 10 ml osztás között. Amikor a bürettát például 25 ml-re kalibráljuk, ezt a műveletet ötször hajtjuk végre, és kiszámítjuk az 5, 10, 15, 20 és 25 ml-es bürettán feltüntetett névleges térfogatoknak megfelelő víztömeget. Egy üres palack és egy palack víz minden mérését legalább kétszer meg kell ismételni, miközben a két mérés közötti különbség nem haladhatja meg a ± 0,005 g-ot.

Aztán a táblázat szerint. 2-1 határozza meg a víz sűrűségét a kísérlet hőmérsékletén, és számítsa ki a büretta valódi kapacitását a rajta feltüntetett névleges térfogat minden egyes értékére.

A kapott adatok alapján a korrekciós értéket a valós kapacitás számított értéke és a büreta névleges térfogatának megfelelő értéke közötti különbséggel kell kiszámítani:

majd rajzolja meg a koordinátákban a bürettakapacitási hibák görbéjét (2-1. ábra).

Például 25 ml űrtartalmú büretta 20 °C hőmérsékleten történő kalibrálásakor kapjuk meg a következő kísérleti adatokat, amelyeket a megfelelő számítások eredményeivel együtt a táblázatban mutatunk be. 2-2.

A kapott táblázatos adatok alapján egy adott büréta kapacitáskorrekciós görbét ábrázolunk, melynek segítségével finomítani lehet a bürétánkénti leolvasás eredményeit.

táblázat 2-2. 25 ml-es bürettára vonatkozó kalibrálási eredmények

Rizs. 2-1. Büretta kapacitás beállítási görbe

Például használjunk 7,50 ml titrálószert az aliquot rész titrálásához a bürettán végzett számlálás eredményei szerint. A grafikon szerint (lásd 2-1. ábra) ennek a névleges térfogatnak megfelelő korrekciós érték 0,025 ml, a felhasznált titráló valódi térfogata: 7,50 - 0,025 = 7,475 ml.

3.3. A pipetta kapacitásának ellenőrzése

Egy tiszta és analitikai mérlegen megmért pipettát töltenek fel vízzel a nulla jelig az alsó meniszkusz mentén, majd lassan feltöltik a vizet.

a fal mentén egy előre kimért palackba öntjük. Az üveget fedővel lefedjük, és vízzel lemérjük. Egy üres palack és egy vizes palack minden mérését legalább kétszer meg kell ismételni, miközben a két mérés közötti különbség nem haladhatja meg a ± 0,005 g-ot A vizes palack és az üres palack tömege közötti különbség egyenlő a tömeggel egy pipettával tárolt víz. A pipetta valódi kapacitását úgy számítjuk ki, hogy az átlagos víztömeget elosztjuk a víz sűrűségével a vizsgálati hőmérsékleten (lásd a 2-1. táblázatot).

4. Tipikus számítások a titrimetriás elemzésben

4.1. A titrimetriás analízis számításaihoz használt koncentráció-kifejezési módok

4.1.1. A c (A) anyag moláris koncentrációja, mol / l - az A anyag mennyisége mol-ban 1 liter oldatban:

(2.1)

ahol - az A anyag mennyisége mol-ban, V (A) l-ben oldva

megoldás.

4.1.2. Egy anyag moláris koncentráció-egyenértéke , mol / l - az 1 liter oldatban lévő A ekvivalens mol mennyisége (a korábbi elnevezés az oldat „normalitása”):

(2.2)

ahol
- az A-val egyenértékű anyag mennyisége mol-ban,

V (A) l oldatban feloldva; - ve-nek megfelelő moláris tömeg

anyagok A, g / mol - az anyag ekvivalencia-tényezője.

4.1.3. Anyagtiter T(A), g / ml - az A oldott anyag tömege grammban, 1 ml oldatban:

4.1.4. Titrimetrikus konverziós tényező I, g / ml - az analit tömege grammban, 1 ml titrálószerrel kölcsönhatásban:

(2.4)

4.1.5. Javítási tényező F- egy érték, amely megmutatja, hogy a titrálószer gyakorlati koncentrációi hányszor térnek el a módszerben megadott megfelelő elméleti értékektől:

(2.5)

4.2. Anyagok móltömeg-egyenértékének kiszámítása a titrimetriás elemzésben használt reakciókban

Az ekvivalens egy valós vagy feltételes részecske, amely hozzáadhat vagy adományozhat egy hidrogéniont H + (vagy más módon ekvivalens lehet vele sav-bázis reakciókban), vagy hozzáadhat vagy adományozhat egy elektront a redox reakciókban.

Egyenértékűségi tényező - egy szám, amely jelzi, hogy melyik

az ekvivalens frakció az A anyag egy valós részecskéjéből származik. Az ekvivalencia-tényezőt ennek a reakciónak a sztöchiometriája alapján számítják ki:

ahol Z- egy reagáló részecske (molekula vagy ion) által adományozott vagy hozzáadott protonok száma sav-bázis reakcióban, vagy egy reagáló részecske (molekula vagy ion) által adományozott vagy elfogadott elektronok száma oxidációs vagy redukciós félreakcióban.

Az anyag egyenértékének moláris tömege egy mól anyag egyenértékének tömege, amely egyenlő az ekvivalencia tényezőnek az anyag moláris tömegével, g / mol szorzatával. A képlet segítségével számítható ki:

(2.6)

4.3. Oldatkészítés ismert koncentrációjú, töményebb oldat hígításával

A titrimetriás elemzés során bizonyos esetekben szükség van az A anyag térfogatú oldatának elkészítésére megközelítőleg ismert koncentrációjú töményebb oldat hígításával.

Ha az oldatot vízzel hígítjuk, az A anyag mennyisége vagy az A anyag mennyisége nem változik, ezért a (2.1) és (2.2) kifejezésekkel összhangban felírhatjuk:

(2.7)
(2.8)

ahol az 1. és 2. index a hígítás előtti és a hígítás utáni oldatokra vonatkozik.

A kapott arányokból számítjuk ki a töményebb oldat térfogatát , amit egy adott oldat elkészítéséhez meg kell mérni.

4.4. Előre meghatározott térfogatú oldat elkészítése pontosan ismert tömeg lemérésével

4.4.1. Súlyszámítás minta

Elméleti mintatömeg standard anyag Egy adott térfogatú, ismert koncentrációjú oldat elkészítéséhez szükséges A (2.1) és (2.2) kifejezésekből számítható ki. Ez egyenlő:

(2.9)

ha egy anyag oldatban lévő moláris koncentrációját használjuk, és:

(2.10)

ha az oldatban lévő anyag egyenértékének moláris koncentrációját használjuk.

4.4.2. Az elkészített oldat pontos koncentrációjának kiszámítása

Az A anyag pontos m tömegű mintával (A) készített oldatának koncentrációját a (2.1-2.3) összefüggésekből számítjuk ki, ahol t(A)- az A anyag gyakorlati tömege, amelyet az analitikai mérlegen végzett két mérés közötti különbségből vettek.

4.5. A titrálószer koncentrációjának kiszámítása a standardizálás során

A standard oldat ismert térfogata koncentrációval V térfogatú titráló oldattal titráljuk (T)(Vagy fordítva). Ebben az esetben a titrálás során az oldatban lezajló reakcióra , az ekvivalensek törvényének alakja:

És

Innen egy kifejezést kapunk a titráló ekvivalens moláris koncentrációjának kiszámításához a titrálás eredményeiből:

(2.12)

4.6. A vizsgált oldatban lévő analit tömegének kiszámítása4.6.1. közvetlen titrálás

Az elemzett oldatban a meghatározandó anyagot közvetlenül titráljuk titrálóval.

4.6.1.1. Számítás a titráló ekvivalens moláris koncentráció használatával

A vizsgálandó oldat alikvot része titrált

titráló oldat V(T) térfogattal. Ebben az esetben a titrálási folyamat során az oldatban lejátszódó reakcióra:

az ekvivalensek törvényének alakja: És

(2.13)

Ezért az analit egyenértékének a titrálási eredményekből számított moláris koncentrációja egyenlő:

(2.14)

A kapott kifejezést behelyettesítjük a (2.2) egyenletbe, és képletet kapunk a térfogatú lombikban lévő analit tömegének kiszámítására. a közvetlen titrálás eredménye szerint:

(2.15)

Ha a titrálás során a titrálószer egy részét elfogyasztja az indikátorral való reakció, akkor "vakkísérletet" kell végezni, és meg kell határozni a V "(T) titrálószer térfogatát,

indikátortitrálására használják. A számítások során ezt a térfogatot levonják a titrálószer térfogatából, amelyet az analit oldatának titrálására használtak. Ilyen módosítást a „vakkísérlet” során hajtanak végre a titrimetriás elemzésben használt összes számítási képletben. Például a (2.15) képlet az analit tömegének kiszámítására, figyelembe véve a „vakkísérletet”, így fog kinézni:

(2.16)

4.6.1.2. Számítás titrimetriás konverziós tényezővel

Van egy elemzett megoldásunk térfogattal hasonló titrálásához

mil részesedése a felhasznált analit oldata V titráló térfogata (T) elméleti titrimetriás konverziós tényezővel és korrekciós tényező F. Ekkor az aliquotban lévő analit tömege egyenlő:

(2.17)

és az egész elemzett kötetben

(2.18)

4.6.2. helyettesítő titrálás

ismert feleslegben lévő A reagenst adunk hozzá, és a B szubsztituenst a vizsgálandó anyaggal egyenértékű mennyiségben izoláljuk:

A B szubsztituenst megfelelő titrálószerrel titráljuk:

A helyettesítő titrálás egyenértékeinek törvénye:

A (2.8) relációt a következő formában írhatjuk fel:

Innen egy képletet kapunk az oldatban lévő analit egyenértékének moláris koncentrációjának kiszámítására a helyettesítő titrálás eredményei alapján:

amelynek alakja megegyezik a közvetlen titrálásnál (2.14). Ezért a szubsztitúciós titrálás során a vizsgált feladatban szereplő analit tömegének minden számítását a (2.15-2.18) képletek szerint végezzük a közvetlen titrálásra. 4.6.3. Visszatitrálás

A vizsgálandó anyag egy alikvot részéhez add hozzá ismert az első titráló feleslege :

Ezután az el nem reagált első titráló feleslegét a második titrálóval titráljuk, ami felemészti a térfogatot :

Az ekvivalens törvénye ebben az esetben a következőképpen írható fel:

Innen számítjuk ki az oldatban lévő X anyag egyenértékének moláris koncentrációját:

(2.19)

Helyettesítsük be a kapott kifejezést a (2.2) egyenletbe, és a visszatitrálás eredményei alapján állítsunk elő egy képletet a vizsgált oldatban lévő analit tömegének a lombik térfogatával megegyező kiszámításához:

5. A titrimetriás elemzéssel kapcsolatos gyakorlati munka megvalósítása és biztosítása

5.1. Általános rendelkezések

A „Titrimetriás elemzés” szakasz tanulmányozása során a tervek szerint a következő témákban dolgozunk.

I. téma A sav-bázis titrálás módszerei.

Téma II. A redox titrálás módszerei.

Téma III. A csapadék titrálásának módszerei.

Téma IV. A komplexometrikus titrálás módszerei.

1. lecke. Sósav oldat készítése és standardizálása.

2. lecke. Az oldatban lévő lúg tömegének meghatározása. Az oldatban lévő karbonátok tömegének meghatározása. Az oldatban lévő lúg és karbonát tömegének meghatározása együttes jelenlétében.

3. lecke. Az ammónia tömegének meghatározása ammóniumsók oldatában.

a) Tesztellenőrzés 1.

b) Az ammónia tömegének meghatározása ammóniumsók oldatában. 4. lecke. Permanganometrikus titrálás.

a) Írásbeli teszt 1.

b) Az oldatban lévő hidrogén-peroxid tömegének meghatározása.

c) A vas(II) tömegének meghatározása sóoldatban. A vas(II) tömeghányadának meghatározása sómintában.

5. lecke. Jodometriás titrálás.

a) Az oldatban lévő hidrogén-peroxid tömegének meghatározása.

b) Az oldatban lévő réz(II) tömegének meghatározása. 6. lecke. jodimetriás titrálás.

7. lecke. Bromatometriás titrálás. Az arzén tömegének meghatározása (III) megoldásban.

8. lecke. bromometriás titrálás. A nátrium-szalicilát tömeghányadának meghatározása a készítményben.

9. lecke. Nitritometriás titrálás.

a) Tesztellenőrzés 2.

b) A novokain tömeghányadának meghatározása a készítményben. 10. lecke. Argentometriás titrálás és hexacianoferratom-

tric titrálás.

a) Írásbeli teszt 2.

b) Az oldatban lévő kálium-bromid és kálium-jodid tömegének meghatározása argentometriás titrálással.

c) Az oldatban lévő cink tömegének meghatározása hexacianoferratometriás titrálással.

11. lecke. Az oldatban lévő cink és ólom tömegének komplexometrikus meghatározása.

a) Tesztellenőrzés 3.

b) Az oldatban lévő cink és ólom tömegének meghatározása.

12. lecke. Vas(III) és kalcium komplexometriás meghatározása oldatban.

a) Írásbeli teszt 3.

b) Az oldatban lévő vas(III) és kalcium tömegének meghatározása.

Az adott szituációtól függően nem egy, hanem két tanóra alatt is lehet munkát végezni. Lehetőség van a tesztkontrollok és az írásbeli tesztek időzítésének eltolására is.

Az egyes témakörök végén példákat adunk a tanulók tudásának köztes ellenőrzésére szolgáló teszttételekre, a záró írásbeli tartalma ellenőrzési munka, egy példa az írásbeli vizsgajegyre.

A tanuló minden óra végén jegyzőkönyvet készít, amely tartalmazza az elvégzett munka dátumát és megnevezését, a módszertan lényegét, a munkavégzés rendjét, a kapott kísérleti adatokat, számításokat, táblázatokat, következtetéseket. Az elemzés eredményeinek minden számítását (az oldat koncentrációja, az analit tömege) a hallgatók negyedikes pontossággal végzik el. jelentős számjegy, kivéve ha a szövegben másként szerepel.

A gyakorlati készségek és elméleti ismeretek köztes ellenőrzése tesztellenőrzés és írásbeli tesztek segítségével történik.

5.2. Anyagi támogatás a titrimetriás analízis osztályaihoz

Üvegáru: 5 ml-es büretták, 2 és 5 ml-es mérőpipetták, 25, 50, 100 és 250 ml-es mérőlombikok, 10-25 ml-es Erlenmeyer-lombikok, üvegpalackok, üvegtölcsérek 20-30 mm átmérőjű, 100, 200 és 500 ml űrtartalmú sima vagy sötét üvegpalackok, 10, 100 ml űrtartalmú mérőhengerek.

Reagensek: A munka során "kémiailag tiszta" minősítésű reagenseket használnak és „ch.d.a.”, indikátorpapír.

Eszközök: analitikai mérlegek súllyal, műszaki mérlegek súllyal, sütő, laboratóriumi hőmérő 20-100 °C-os skálával, háromlábú állványok büretták rögzítésére és gyűrűk azbeszthálókhoz, gázégők, vízfürdők.

Segédanyagok és tartozékok: mosószerek (szóda, mosóporok, króm keverék), mosogatókefék, gumi izzók, azbeszthálók, írószer ragasztó, üvegceruza, szűrőpapír.

Bibliográfia

1. Előadások a hallgatók számára a "Titrimetriás elemzés" szekcióban.

2.Kharitonov Yu.Ya. Analitikai kémia (analitika): 2 kötetben - szerk. 5. - M.: Gimnázium, 2010 (a továbbiakban: „Tankönyv”).

3.Lurie Yu.Yu. Handbook of Analytical Chemistry.- M.: Chemistry, 1989 (a továbbiakban: "Kézikönyv").

4.Dzhabarov D.N. Gyakorlatok és feladatok gyűjteménye analitikus kémiából.- Moszkva: Orosz orvos, 2007.

Bevezetés

A laboratóriumi műhely az "Analitikai kémia és FHMA" elméleti kurzus tanulmányozása után zajlik, és a megszerzett ismeretek megszilárdítását és elmélyítését szolgálja.

A kvantitatív elemzés feladata az elemek (ionok), gyökök, funkciós csoportok, vegyületek vagy fázisok mennyiségének (tartalmának) meghatározása a vizsgált objektumban. Ez a kurzus a titrimetriás (volumetriás) elemzés alapvető módszereit, a titrálási módszereket és azok gyakorlati alkalmazását ismerteti.

A laboratóriumi műhelymunka megkezdése előtt a tanulók tájékoztatást kapnak a biztonsági óvintézkedésekről. Minden munka elvégzése előtt a hallgatónak kollokviumot kell teljesítenie a tanár által megjelölt részekről, valamint az elemzés elvégzésének módszertanáról. Ehhez szüksége van:

1) ismételje meg a kurzus megfelelő részét;

2) részletesen ismerkedjen meg a munka módszertanával;

3) állítsa össze a folyamatban lévő kémiai elemzés alapjául szolgáló kémiai reakciók egyenleteit;

4) az elemzés biztonsági szempontú jellemzőinek tanulmányozása.

A munka eredménye alapján a hallgatók jelentést készítenek, amelyben fel kell tüntetni:

· munka megnevezése;

· a munka célja;

· a módszer elméleti alapjai: a módszer lényege, az alapegyenlet, a titrálási görbék számításai és felépítése, indikátor kiválasztása;

a munka során használt reagensek és berendezések;

elemzési technika:

Elsődleges szabványok elkészítése;

A munkamegoldás elkészítése, szabványosítása;

A vizsgált anyag tartalmának meghatározása az oldatban;

kísérleti adatok;

· statisztikai feldolgozás elemzési eredmények;

· következtetések.

TITRIMETRIKUS ANALÍZIS MÓDSZEREK

Titrimetriás elemzési módszer egy pontosan ismert koncentrációjú reagens (titráló) térfogatának mérésén alapul, amelyet a meghatározandó anyaggal kémiai reakcióba bocsátanak.

A meghatározási eljárás (titrálás) abból áll, hogy egy bürettából cseppenként titrálószert csepegtetünk egy ismeretlen koncentrációjú analit oldatának pontosan ismert térfogatához, amíg el nem érjük az ekvivalencia pontot.

ahol x– meghatározott anyag; R- titráló, P a reakciótermék.

Egyenértékűségi pont (azaz)- ez az oldat elméleti állapota, amely az egyenértékű mennyiségű titrálószer hozzáadásakor következik be R az analithoz x. A gyakorlatban a titrálót a titrálás végpontjának (ktt) eléréséig adagolják a meghatározandó anyaghoz, ami az ekvivalenciapont vizuális jelzéseként, az oldathoz adott indikátor színváltozásának pillanataként értendő. . Az ekvivalenciapont a vizuális jelzésen kívül műszeres módszerekkel is regisztrálható. Ebben az esetben a titrálás végpontja (c.t.t.) az éles változás pillanatát jelenti. fizikai mennyiség a titrálási folyamat során mérve (áramerősség, potenciál, elektromos vezetőképesség stb.).

A titrimetriás elemzési módszert alkalmazzák a következő típusok kémiai reakciók: semlegesítési reakciók, redoxreakciók, kicsapási reakciók és komplexképző reakciók.

Az alkalmazott kémiai reakció típusától függően a következőket különböztetjük meg: titrimetriás elemzési módszerek:

– sav-bázis titrálás;

– csapadéktitrálás;

– komplexometrikus titrálás vagy komplexometria;

– redox titrálás vagy redox titrálás.

A titrimetriás elemzési módszerben alkalmazott reakciók a következők: követelmények:

A reakciónak sztöchiometrikus arányban kell lezajlania, mellékreakciók nélkül;

a reakciónak szinte irreverzibilisen (≥ 99,9%) kell lezajlania, a reakció egyensúlyi állandója K p > 10 6, a képződött csapadéknak oldhatónak kell lennie S < 10 -5 моль/дм 3 , а образующиеся комплексы – К уст > 10 -6 ;

A reakciónak kellően nagy sebességgel kell végbemennie;

A reakciónak szobahőmérsékleten kell lezajlania;

Az egyenértékűségi pontot valamilyen módon egyértelműen és megbízhatóan rögzíteni kell.

Titrálási módszerek

A titrimetriás elemzés bármely módszerében többféle titrálási módszer létezik. Megkülönböztetni előre titrálás, vissza titrálás és helyettesítő titrálás .

közvetlen titrálás– a titrálószert cseppenként adagoljuk a vizsgálandó oldathoz az ekvivalenciapont eléréséig.

Titrálási séma: X+R=P.

Az egyenértékek törvénye a közvetlen titráláshoz:

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

A vizsgálati oldatban lévő analit mennyiségét (tömegét) az ekvivalens törvénye alapján számítjuk ki (közvetlen titrálás esetén)

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

ahol C (1/z) R– a titráló ekvivalens moláris koncentrációja, mol/dm 3 ;

V R a titráló térfogata, cm3;

M( 1/ z) x az analit egyenértékének moláris tömege;

C (1/z) X– az analit egyenértékének moláris koncentrációja, mol/dm 3 ;

V X az analit térfogata, cm3.

Visszatitrálás- két titrálót használnak. Először
az első titráló pontos térfogatát adjuk a vizsgált oldathoz ( R1) túlzásba vitte. Az R 1 el nem reagált titrálószer többi részét a második titrálószerrel titráljuk ( R2). A titráló mennyisége R1, költött
a vizsgált anyaggal való kölcsönhatásról ( x) a titrálószer hozzáadott térfogata közötti különbség határozza meg R1 (V 1) és a titráló térfogata R2 (V 2) a titrálásra elköltött titráló maradékból R1.

Titrálási séma: x + R1 rögzített többlet = P1 (R1 maradék).

R1 maradék + R2 = P2.

Visszatitrálás esetén az ekvivalensek törvénye a következőképpen íródik:

Az analit tömegét visszatitrálás esetén a képlet alapján számítjuk ki

A visszatitrálási módszert olyan esetekben alkalmazzuk, amikor a közvetlen reakcióhoz nem lehet megfelelő indikátort kiválasztani, vagy az kinetikai nehézségekkel (alacsony kémiai reakciósebesség) megy végbe.

Helyettesítő titrálás (közvetett titrálás)- olyan esetekben használják, amikor az analit közvetlen vagy visszatitrálása lehetetlen vagy nehéz, vagy nincs megfelelő indikátor.

Az analitikumhoz x adjon hozzá bármilyen reagenst DE feleslegben, kölcsönhatás során, amellyel egyenértékű mennyiségű anyag szabadul fel R. Ezután a reakciótermék R megfelelő titrálóval titrálva R.

Titrálási séma: x + DE többlet = P1.

P1 + R = P2.

A helyettesítő titrálás ekvivalensének törvénye a következőképpen van felírva:

Mivel az analit ekvivalenseinek száma xés reakciótermék R azonosak, az analit tömegének kiszámítása közvetett titrálás esetén a következő képlettel történik:

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

Reagensek

1. Borostyánkősav H 2 C 4 H 4 O 4 (kémiailag tiszta) - elsődleges standard.

2. Moláris koncentrációjú nátrium-hidroxid NaOH oldat
~2,5 mol/dm3

3. H 2 O desztillált.

Felszerelés a tanulók leírják magukat.

A munka előrehaladása:

1. A HOOCCH 2 CH 2 COOH borostyánkősav elsődleges standardjának elkészítése.

A borostyánkősavat 200,00 cm 3 térfogattal, moláris ekvivalens koncentrációval állítjuk elő mol / dm 3.

g/mol.

Reakció egyenlet:

Mintavétel (mérés):

Minta súlya

Zsanér mennyiségileg mérőlombikba helyezzük cm 3), adjunk hozzá 50-70 cm 3 desztillált vizet, keverjük addig, amíg a borostyánkősav teljesen fel nem oldódik, desztillált vízzel töltsük jelig
és alaposan keverjük össze.

számol
képlet szerint

Reagensek

1. Nátrium-karbonát Na 2 CO 3 (kémiailag tiszta) - elsődleges standard.

2. H 2 O desztillált.

3. Sósav-HCl koncentráció 1:1 (r=1,095 g/cm3).

4. Sav-bázis indikátor (a titrálási görbéről van kiválasztva).

5. Vegyes indikátor - metilnarancs és metilénkék.

A munka előrehaladása:

1. A nátrium-karbonát (Na 2 CO 3) elsődleges standardjának előállítása.

200,00 cm 3 térfogatú nátrium-karbonát oldatot készítünk moláris ekvivalens koncentrációval. mol / dm 3.

A minta tömegének kiszámítása, g: (a tömeget negyedik tizedesjegy pontossággal kell kiszámítani).

Reakció egyenletek:

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

A H2CO3 gyenge sav (K a1= 10 -6,35, K a2 = 10 -10,32).

Mintavétel (mérés):

Óraüveg súlya (üveg)

Óraüveg (üveg) súlya zsanérral

Minta súlya

Zsanér mennyiségileg mérőlombikba helyezzük cm 3), adjunk hozzá 50-70 cm 3 desztillált vizet, keverjük addig, amíg a nátrium-karbonát teljesen fel nem oldódik, desztillált vízzel töltsük jelig
és alaposan keverjük össze.

Az elsődleges standard tényleges koncentrációja számol
képlet szerint

2. A titrálószer (HCl-oldat) készítése és standardizálása

Körülbelül 500 cm 3 térfogatú sósavoldatot készítünk
körülbelül 0,05÷0,06 mol / dm 3 moláris ekvivalens koncentrációval)

Titráló - 1: 1 arányban hígított sósavból (r = 1,095 g / cm 3) körülbelül 0,05 mol / dm 3 koncentrációjú sósavoldatot készítenek.

Megoldás szabványosítása A HCl-t az elsődleges Na 2 CO 3 standard szerint végezzük közvetlen titrálással, pipettázással.

Az indikátort a nátrium-karbonát sósavval végzett titrálási görbéje alapján választjuk ki (4. ábra).

Rizs. 4. 100,00 cm 3 -es Na 2 CO 3 oldat titrálási görbéje azzal TÓL TŐL\u003d 0,1000 mol / dm 3 HCl-oldattal C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3

Amikor a második ekvivalenciapontig titrál, használja a metilnarancs indikátort, 0,1%-os vizes oldatot (pT = 4,0). Színváltás sárgáról narancssárgára (tearózsa színe). Átmeneti intervallum
(pH = 3,1-4,4).

3. séma HCl oldat standardizálása

Egy 250 cm3-es Erlenmeyer titráló lombikba tegyünk 25,00 cm3 Na 2 CO 3 standardoldatot (pipettával), adjunk hozzá 2-3 csepp metilnarancsot, hígítsuk fel vízzel 50-75 cm3-re, és titráljuk sósavval. amíg a szín megváltozik.sárgáról a „tearózsa” színére egy csepp titrálószertől. A titrálást "tanú" (a Na 2 CO 3 eredeti oldata indikátorral) jelenlétében végezzük. A titrálás eredményeit a táblázat tartalmazza. 4. A sósav koncentrációját az egyenértékek törvénye határozza meg: .

4. táblázat

A sósavoldat standardizálásának eredményei

Feladatok

1. Fogalmazza meg az ekvivalens fogalmát sav-bázis reakciókban! Számítsa ki a szóda és a foszforsav egyenértékét a következő reakciókban:

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

2. Írja fel a sósav, kénsav, nátrium-hidroxid, alumínium-hidroxid, nátrium-karbonát, kálium-hidrogén-karbonát reakcióegyenleteit, és számítsa ki ezeknek az anyagoknak a tömegét!

3. Készítsen titrálási görbét 100,00 cm 3 0,1 mol/dm 3 moláris koncentráció ekvivalens sósavra 0,1 mol/dm 3 moláris koncentrációjú nátrium-hidroxiddal! Válassza a Lehetséges indikátorok lehetőséget

4. Rajzoljon fel titrálási görbét 100,00 cm 3 akrilsavra (CH 2 =CHCOOH, pK a= 4,26) moláris ekvivalens koncentrációval
0,1 mol / dm 3 nátrium-hidroxid moláris ekvivalens koncentrációval
0,1 mol/dm3. Hogyan változik az oldat összetétele a titrálás során? Válassza ki a lehetséges indikátorokat, és számítsa ki az indikátor titrálási hibáját.

5. Ábrázolja a hidrazin titrálási görbéjét (N 2 H 4 + H 2 O, pK b= 6,03)
0,1 mol / dm 3 sósavnak megfelelő moláris koncentrációval
0,1 mol / dm 3 -nek megfelelő moláris koncentrációval. Mi a hasonlóság
és a pH-számítások és a titrálási görbe különbsége a gyenge sav lúggal végzett titrálási görbéjéhez képest? Válassza a Lehetséges indikátorok lehetőséget
és számítsuk ki az indikátor titrálási hibáját.

6. Számítsa ki az ionok aktivitási együtthatóit és aktív koncentrációit!
0,001 M alumínium-szulfát oldatban, 0,05 M nátrium-karbonátban, 0,1 M kálium-kloridban.

7. Számítsa ki egy 0,20 M metil-amin oldat pH-értékét, ha vizes oldatban történő ionizációját az egyenlet írja le

B + H 2 O \u003d VN + + OH -, K b\u003d 4,6 × 10 - 3, ahol B az alap.

8. Számítsa ki a HOCl hipoklórsav disszociációs állandóját, ha egy 1,99 × 10 - 2 M oldat pH = 4,5.

9. Számítsa ki a 6,1 g/mol glikolsavat (CH 2 (OH) COOH, K) tartalmazó oldat pH-értékét de= 1,5 × 10 - 4).

10. Számítsa ki annak az oldatnak a pH-értékét, amelyet úgy kapunk, hogy 40 ml 0,015 M sósavoldatot összekeverünk:

a) 40 ml víz;

b) 20 ml 0,02 M nátrium-hidroxid-oldat;

c) 20 ml 0,02 M bárium-hidroxid-oldat;

d) 40 ml 0,01 M hipoklórsav-oldat, K de=5,0 × 10-8.

11. Számítsa ki az acetátion koncentrációját ecetsavoldatban!
0,1%-os tömeghányaddal.

12. Számítsa ki az ammóniumion koncentrációját 0,1%-os tömeghányadú ammóniaoldatban.

13. Számítsa ki a 250,00 ml 0,5000 M oldat elkészítéséhez szükséges nátrium-karbonát minta tömegét!

14. Számítsa ki a 11 mol/l moláris ekvivalens koncentrációjú sósavoldat térfogatát és azt a vízmennyiséget, amelyet 500 ml 0,5 M sósavoldat elkészítéséhez kell felhasználni.

15. 0,15 g fémmagnéziumot feloldunk 300 ml 0,3%-os sósavoldatban. Számítsa ki a kapott oldatban a hidrogén-, magnézium- és klórionok moláris koncentrációját!

16. 25,00 ml kénsav oldatot bárium-klorid oldattal összekeverve 0,2917 g bárium-szulfátot kapunk. Határozzuk meg a kénsavoldat titerét.

17. Számítsa ki a reagált kalcium-karbonát tömegét!
80,5 mmol sósavval.

18. Hány gramm egybázisú nátrium-foszfátot kell hozzáadni
25,0 ml 0,15 M nátrium-hidroxid-oldathoz, hogy pH = 7-es oldatot kapjunk? A pK foszforsavhoz a1= 2,15; pK a2= 7,21; pK a3 = 12,36.

19. 1,0000 g füstölgő, vízzel gondosan hígított kénsav titrálásakor 43,70 ml 0,4982 M nátrium-hidroxid-oldatot fogyasztunk. Ismeretes, hogy a füstölgő kénsav vízmentes kénsavban oldott kénsav-anhidridet tartalmaz. Számítsa ki a kénsav-anhidrid tömeghányadát füstölgő kénsavban!

20. A bürettával történő térfogatmérés abszolút hibája 0,05 ml. Számítsa ki a térfogatmérés relatív hibáját 1-ben; 10 és 20 ml.

21. Egy 500,00 ml űrtartalmú mérőlombikban oldatot készítünk.
2,5000 g nátrium-karbonát mintából. Kiszámítja:

a) az oldat moláris koncentrációja;

b) az ekvivalens moláris koncentrációja (½ Na 2 CO 3);

c) oldattiter;

d) sósav titer.

22. Mekkora a sűrűségű 10%-os nátrium-karbonát oldat térfogata
1,105 g / cm 3 főzéshez szükséges:

a) 1 liter ТNa 2 CO 3 titerű oldat = 0,005000 g/cm 3 ;

b) 1 liter oldat ТNa 2 CO 3 /HCl = 0,003000 g/cm 3?

23. Mekkora térfogatú 38,32 tömegszázalékos és 1,19 g/cm 3 sűrűségű sósavat kell venni 1500 ml 0,2 M oldat elkészítéséhez?

24. Mekkora mennyiségű vizet kell hozzáadni 1,2 liter 0,25 M HCl-hez, hogy 0,2 M oldatot készítsünk?

25. 100 g 3% nátrium-karbonátot és 7% indifferens szennyeződést tartalmazó műszaki nátrium-hidroxidból 1 liter oldatot készítettem. Számítsa ki a kapott lúgos oldat sósav-mólkoncentrációját és titerét, feltételezve, hogy a nátrium-karbonátot szénsavvá titráljuk.

26. Van egy 0,2800 g tömegű minta, amely tartalmazhat NaOH-t, Na 2 CO 3 -ot, NaHCO 3 -ot vagy ezek keverékét, A mintát vízben oldottuk fel.
A kapott oldat fenolftalein jelenlétében történő titrálásához 5,15 ml, metilnarancs jelenlétében pedig 21,45 ml 0,1520 mol / l moláris ekvivalens koncentrációjú sósav szükséges. Határozza meg a minta összetételét és a mintában lévő komponensek tömeghányadát!

27. Rajzoljon fel 100,00 cm 3 0,1000 M ammóniaoldat 0,1000 M sósavoldattal 100,00 cm 3 titrálási görbéjét, indokolja meg az indikátor kiválasztását!

28. Számítsa ki az ekvivalenciapont pH-értékét, 100,00 cm 3 0,1000 M malonsavoldat (HOOCCH 2 COOH) 0,1000 M nátrium-hidroxid oldat (pK) titrálásának kezdete és vége egy 1=1,38; RK a 2=5,68).

29. 25,00 cm 3 0,05123 mol/dm 3 moláris koncentrációjú nátrium-karbonát oldat titrálásához 32,10 cm 3 sósav ment el. Számítsa ki a sósav egyenértékének moláris koncentrációját!

30. Hány ml 0,1 M ammónium-klorid oldatot kell hozzáadni
50,00 ml 0,1 M ammóniaoldathoz pufferoldat készítéséhez
pH = 9,3.

31. A kénsav és foszforsav keverékét 250,00 cm 3 térfogatú mérőlombikba töltöttük. A titráláshoz két 20,00 cm 3 -es mintát vettünk, az egyiket ekvivalens moláris koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldattal titráltuk.
0,09940 mol / dm 3 metilnarancs indikátorral, a második fenolftaleinnel. A nátrium-hidroxid fogyasztása az első esetben 20,50 cm 3, a második esetben 36,85 cm 3 volt. Határozza meg a kénsav és a foszforsav tömegét a keverékben.

A komplexometriában

Az ekvivalencia pontig =( C M V M- C EDTA V EDTA)/( V M+ V EDTA). (21)

Az ekvivalenciaponton = . (22)

Az ekvivalenciapont után = . (23)

ábrán A 9. ábra a kalciumion titrálási görbéit mutatja különböző pH-értékű pufferoldatokban. Látható, hogy a Ca 2+ titrálása csak ³ 8 pH mellett lehetséges.

Reagensek

2. H 2 O desztillált.

3. Mg (II) standard oldata moláris koncentrációval
0,0250 mol/dm3.

4. Ammónia puffer pH = 9,5.

5. 5%-os tömeghányadú kálium-hidroxid KOH oldata.

6. Eriokróm fekete T, indikátor keverék.

7. Calcon, indikátor keverék.

Elméleti alap módszer:

A módszer Ca 2+ és Mg 2+ ionok kölcsönhatásán alapul etilén-diamin-tetraecetsav dinátriumsójával (Na 2 H 2 Y 2 vagy Na-EDTA) stabil komplexek képződésén M:L=1 mólarányban. :1 egy bizonyos pH-tartományban.

A Ca 2+ és Mg 2+ meghatározásánál az ekvivalenciapont rögzítésére calcont és eriochrome black T-t használnak.

A Ca 2+ meghatározása pH ≈ 12, míg a Mg 2+
oldatban magnézium-hidroxid csapadékként, és nem titrálják EDTA-val.

Mg 2+ + 2OH - \u003d Mg (OH) 2 ↓

Ca 2+ + Y 4- "CaY 2-

pH ≈ 10 (ammónia pufferoldat) esetén a Mg 2+ és a Ca 2+
oldatban ionok formájában és EDTA hozzáadásával együtt titráljuk.

Ca 2+ + HY 3- « CaY 2- + H +

Mg 2+ + HY 3- «MgY 2- + H +

A Mg 2+ titrálására fordított EDTA térfogatának meghatározásához,
a keverék pH ≈ 10 titrálásához használt teljes térfogatból vonjuk le a Ca 2+ titrálásához használt térfogatot pH ≈ 12 értéknél.

A pH ≈ 12 eléréséhez 5%-os KOH-oldatot kell használni
pH ≈ 10, ammónia pufferoldattal (NH 3 × H 2 O + NH 4 Cl).

A munka előrehaladása:

1. A titrálószer standardizálása - EDTA oldat (Na 2 H 2 Y)

Az EDTA-oldatot hozzávetőlegesen 0,025 M koncentrációban készítjük
≈ 0,05 M oldatból, desztillált vízzel kétszer hígítva. Az EDTA standardizálásához MgS04 standard oldatát használjuk.
0,02500 mol/dm3 koncentrációval.

5. séma. A titrálószer standardizálása - EDTA oldat

Egy 250 cm 3 űrtartalmú Erlenmeyer-lombikba 20,00 cm 3 0,02500 mol / dm 3 koncentrációjú MgSO 4 standard oldatot, ~ 70 cm 3 desztillált vizet és ~ 10 cm 3 9,5-10 pH-jú ammónia pufferoldatot adunk hozzá, és körülbelül 0,05 g eriochrome black T indikátort.
(a spatula hegyén). Ilyenkor az oldat borvörös színűvé válik. A lombikban lévő oldatot lassan titráljuk EDTA-oldattal, amíg a szín borvörösről zöldre nem változik. A titrálás eredményeit a táblázat tartalmazza. 6. Az EDTA koncentrációját az egyenértékek törvénye határozza meg: .

6. táblázat

Az EDTA-oldat standardizálásának eredményei

2. Ca 2+ tartalom meghatározása

Az EDTA Ca 2+ oldatának pH=10 és pH=12 titrálási görbéi egymástól függetlenül épülnek fel.

A feladat megoldását mérőlombikban desztillált vízzel jelig vittük és alaposan összekevertük.

6. séma. Az oldat Ca 2+ -tartalmának meghatározása

A vizsgálati oldat 25,00 cm 3 kalciumot és magnéziumot tartalmazó aliquot részét egy 250 cm 3 űrtartalmú Erlenmeyer-lombikba helyezzük, adunk hozzá ~ 60 cm 3 vizet és ~ 10 cm 3 5%-os KOH oldatot. A Mg(OH) 2↓ amorf csapadék kicsapása után körülbelül 0,05 g indikátorkalcont (egy spatula hegyén) adunk az oldathoz, és lassan titráljuk EDTA-oldattal, amíg a szín rózsaszínről halványkékre változik. Titrálási eredmények ( V 1) kerülnek be a táblázatba.7.

7. táblázat

tapasztalati szám		EDTA térfogata, cm 3	Ca 2+ tartalom az oldatban, g
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00

3. Mg 2+ tartalom meghatározása

Az EDTA Mg 2+ oldatának pH=10 titrálási görbéje egymástól függetlenül épül fel.

7. séma. Az oldat Mg 2+-tartalmának meghatározása

A kalciumot és magnéziumot tartalmazó vizsgálati oldat 25,00 cm 3 aliquot részét 250 cm 3 űrtartalmú Erlenmeyer-lombikba, ~ 60 cm 3 desztillált vízbe, ~ 10 cm 3 pH értékű ammónia pufferoldatba helyezzük. ~ 9,5-10 mennyiséget adunk hozzá, és egy indikátort vezetünk be: eriokróm fekete T kb. 0,05 g
(a spatula hegyén). Ilyenkor az oldat borvörös színűvé válik. A lombikban lévő oldatot lassan titráljuk EDTA-oldattal, amíg a szín borvörösről zöldre nem változik. Titrálási eredmények ( V 2) szerepelnek a táblázatban. 8.

8. táblázat

Kalciumot és magnéziumot tartalmazó oldat titrálási eredményei

tapasztalati szám	A vizsgált oldat térfogata, cm 3	EDTA térfogat, V∑ , cm3	Az oldat Mg 2+ tartalma, g
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00
	25,00

Reagensek

1. ~ 0,05 mol / dm 3 moláris koncentrációjú EDTA oldat.

2. Cu(II) standard oldata 2,00×10 -3 g/dm 3 titerrel.

3. H 2 O desztillált.

4. Ammóniapuffer, pH-érték ~ 8-8,5.

5. Murexid, indikátor keverék.

Feladatok

1. Számítsa ki az EDTA α 4 értékét pH=5 mellett, ha az EDTA ionizációs állandói a következők: K 1 =1,0 10 -2, K 2 =2,1 10 -3, K 3 =6,9 10 -7, K 4 \u003d 5,5 10 -11.

2. Rajzoljon fel titrálási görbét 25,00 ml 0,020 M nikkeloldathoz 0,010 M EDTA-oldattal pH=10 mellett, ha a stabilitási állandó
K NiY = 10 18,62 . Számítsa ki a p-t 0,00 hozzáadása után; 10.00; 25.00; 40,00; 50,00 és 55,00 ml titrálószer.

3. Titráláshoz 50,00 ml kalciumionokat tartalmazó oldat
és magnéziumot, 13,70 ml 0,12 M EDTA-oldatot vettünk fel pH=12-nél és 29,60 ml-t pH=10-nél. Adjuk meg az oldatban lévő kalcium és magnézium koncentrációját mg/ml-ben.

4. Az elemzés során 0,2173 g kalcium-oxidot és 0,0927 g magnézium-oxidot találtunk 1 liter vízben. Számítsa ki, mekkora térfogatú 0,0500 mol/l EDTA-t használtunk a titráláshoz!

5. 25,00 ml 0,3840 g magnézium-szulfátot tartalmazó standard oldat titrálásához 21,40 ml Trilon B oldatot használtunk, ennek az oldatnak a titerét kalcium-karbonáttal és moláris koncentrációjával számítjuk ki.

6. Az alábbiakban megadott fémkomplexonátok képződési (stabilitási) állandói alapján értékelje a fémionok komplexometriás titrálásának lehetőségét pH = 2 mellett; öt; 10; 12.

7. 0,01 M Ca 2+ oldat 0,01 M EDTA oldattal pH=10 melletti titrálásakor a stabilitási állandó K CaY = 10 10.6. Számítsa ki, mekkora legyen a fém indikátoros komplexének feltételes stabilitási állandója pH=10 mellett, ha a titrálás végpontján =!

8. A komplexometriás titrálásnál használt indikátor savas ionizációs állandója 4,8·10 -6 . Számítsa ki az indikátor savas és lúgos formáinak tartalmát pH = 4,9 mellett, ha az oldat összkoncentrációja 8,0·10 -5 mol/l. Határozza meg ennek az indikátornak a lehetőségét az oldat titrálásakor
pH=4,9 esetén, ha savformájának színe megegyezik a komplex színével.

9. A minta alumíniumtartalmának meghatározásához a minta 550 mg-os részét feloldottuk és 50,00 ml 0,05100 M komplexon III oldatot adtunk hozzá. Ez utóbbi feleslegét 14,40 ml 0,04800 M cink(II) oldattal titráljuk. Számítsa ki a mintában lévő alumínium tömeghányadát!

10. A bizmut- és jodidionokat tartalmazó komplex tönkretételekor az utóbbiakat Ag(I)-oldattal, a bizmutot pedig III-as komplexonnal titráljuk.
Egy 550 mg mintát tartalmazó oldat titrálásához 14,50 ml 0,05000 M komplexon III-oldat, a 440 mg mintában lévő jodidion titrálásához 23,25 ml 0,1000 M Ag(I) oldat szükséges. Számítsa ki a komplexben lévő bizmut koordinációs számát, ha a ligandum a jodidionok.

11. Egy 0,3280 g tömegű, Pb-t, Zn-t, Cu-t tartalmazó mintát feloldottunk
és áttesszük egy 500,00 cm 3 -es mérőlombikba. A meghatározás három szakaszban történt:
a) a 10,00 cm 3 térfogatú Pb-t, Zn-t, Cu-t tartalmazó oldat első adagjának titrálása 37,50 cm 3 0,0025 M EDTA oldattal; b) a második, 25,00 cm 3 térfogatú Cu-t maszkíroztuk, és 27,60 cm 3 EDTA-t használtunk a Pb és Zn titrálására; c) 100,00 cm 3 maszkolt cink harmadik részében
és Cu, 10,80 cm 3 EDTA-t költöttünk a Pb titrálására. Határozza meg a Pb, Zn, Cu tömeghányadát a mintában!

Titrálási görbék

A redoxmetriában a titrálási görbék koordinátákba vannak építve E = f(C R),
szemléltetik a rendszer potenciáljának grafikus változását a titrálás során. Az ekvivalenciapont előtt a rendszer potenciálját az analit oxidált és redukált formáinak koncentrációinak arányából számítjuk (mivel az ekvivalencia pontig a titráló egyik formája gyakorlatilag hiányzik), az ekvivalencia után pont, a titráló oxidált és redukált formáinak koncentrációinak arányából (mivel az ekvivalenciapont után az analit szinte teljesen titrálódik).

Az ekvivalenciapont potenciálját a képlet határozza meg

, (26)

ahol a félreakciókban részt vevő elektronok száma;

félreakciók standard elektródpotenciáljai.

ábrán A 10. ábra oxálsav H 2 C 2 O 4 és KMnO 4 kálium-permanganát oldatának titrálási görbéjét mutatja savas közegben.
(= 1 mol/dm 3).

Rizs. 10. 100,00 cm 3 -es oxálsav-oldat titrálási görbéje

sav H 2 C 2 O 4 s C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3 permanganát oldattal

kálium KMnO 4 s C 1/z\u003d 0,1000 mol / dm 3 = 1 mol / dm 3

Félreakciós potenciál MnO 4 - + 5 e+ 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O a közeg pH-jától függ, mivel a félreakcióban hidrogénionok vesznek részt.

permanganatometria

A titráló kálium-permanganát KMnO 4 oldata, amely erős oxidálószer. Alap egyenlet:

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

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

Enyhén savas, semleges és enyhén lúgos környezetben az alacsonyabb redoxpotenciál miatt a permanganát ion Mn +4-re redukálódik.

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.

Lúgos környezetben a kálium-permanganát oldata redukálódik
Mn+6-ig.

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

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

A mellékreakciók elkerülése érdekében a kálium-permanganáttal végzett titrálást savas közegben végezzük, amelyet kénsavval hoznak létre. Nem ajánlott sósavat használni a közeg létrehozásához, mivel a kálium-permanganát képes oxidálni a kloridiont.

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

Leggyakrabban kálium-permanganátot használnak oldatként
~ 0,05 - 0,1 mol / dm 3 moláris koncentráció ekvivalenssel. Ez nem elsődleges szabvány, mivel a kálium-permanganát vizes oldatai képesek oxidálni a vizet és a benne lévő szerves szennyeződéseket:

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

A kálium-permanganát oldatok bomlása mangán-dioxid jelenlétében felgyorsul. Mivel a mangán-dioxid a permanganát bomlásterméke, ez a csapadék igen autokatalitikus hatás a bomlási folyamathoz.

Az oldatok készítéséhez használt szilárd kálium-permanganát mangán-dioxiddal szennyezett, így pontos mintából nem lehet oldatot készíteni. Annak érdekében, hogy a kálium-permanganát kellően stabil oldatát kapjuk, a KMnO 4 mintának vízben való feloldása után sötét palackban hagyjuk néhány napig (vagy forraljuk), majd a MnO 2¯-t szűréssel elválasztjuk. üveg szűrő (ne használjon papírszűrőt, mert az reakcióba lép a kálium-permanganáttal, mangán-dioxidot képezve).

A kálium-permanganát oldat színe olyan intenzív, hogy
hogy az indikátor ebben a módszerben nem szükséges. Ahhoz, hogy 100 cm 3 víznek érezhető rózsaszín színe legyen, elegendő 0,02-0,05 cm 3 KMnO 4 oldat
0,1 mol / dm 3 (0,02 M) moláris koncentráció ekvivalenssel. A kálium-permanganát színe a titrálás végpontján instabil, és fokozatosan elszíneződik a felesleges permanganát kölcsönhatása következtében.
a végponton viszonylag nagy mennyiségben jelen lévő mangán (II) ionokkal:

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

Működő megoldások szabványosítása A KMnO 4 nátrium-oxalátra vagy oxálsavra költ (frissen átkristályosítva és 105 °C-on szárítva).

Az elsődleges standardok moláris ekvivalens koncentrációjú oldatait használjuk TÓL TŐL(½ Na 2 C 2 O 4) \u003d 0,1000 vagy 0,05000 mol/l.

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

A titrimetriás analízis egy olyan módszer, amellyel az anyagok mennyiségét az egymással reakcióba lépő anyagok oldatainak térfogatának pontos mérésével határozzák meg.

Titer- az 1 ml-ben lévő anyag mennyisége. oldattal vagy azzal egyenértékű anyaggal. Például, ha a H 2 SO 4 titere 0,0049 g/ml, ez azt jelenti, hogy az oldat minden ml-e 0,0049 g kénsavat tartalmaz.

Az ismert titerű oldatot titráltnak nevezzük. Titrálás- a vizsgálati oldathoz vagy a titrált oldat ekvivalens mennyiségű aliquot részéhez való hozzáadásának folyamata. Ebben az esetben standard oldatokat használnak - rögzített csatornák- az anyag pontos koncentrációját tartalmazó oldatok (Na 2 CO 3, HCl).

A titrálási reakciónak meg kell felelnie a következő követelményeknek:

magas reakciósebesség;

a reakciónak be kell fejeződnie;

a reakciónak erősen sztöchiometrikusnak kell lennie;

megfelelő módszerrel kell rögzíteni a reakció végét.

HCl + NaOH → NaCl + H 2 O

A titrimetriás elemzés fő feladata nem csak a pontosan ismert koncentrációjú oldat (fixanal) alkalmazása, hanem az ekvivalenciapont helyes meghatározása is.

Az ekvivalenciapont rögzítésének többféle módja van:

A meghatározandó elem ionjainak belső színe szerint, például a mangán anion formájábanMNO 4 -

Tanúi anyag szerint

Példa: Ag + + Cl - "AgCl $

Ag + + CrO 4 "Ag 2 CrO 4 USD (világos narancssárga szín)

Kis mennyiségű sót K 2 CrO 4 adunk a lombikba, ahol a klórion meghatározásához szükséges (tanú). Ezután fokozatosan adagoljuk a vizsgálandó anyagot a bürettából, miközben először a kloridionok reagálnak, és fehér csapadék (AgCl) képződik, azaz PR AgCl.<< ПР Ag2Cr O4.

Így egy extra csepp ezüst-nitrát élénk narancssárga színt ad, mivel az összes klór már reagált.

III. Indikátorok használata: például a semlegesítési reakcióban sav-bázis indikátorokat használnak: lakmusz, fenolftalein, metilnarancs - szerves vegyületek, amelyek színt váltanak, amikor savas közegből lúgosra váltanak.

Mutatók- szerves színezékek, amelyek megváltoztatják a színüket, ha a közeg savassága megváltozik.

Sematikusan (a közbenső formák mellőzésével) az indikátor egyensúlya sav-bázis reakcióként ábrázolható

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

H2O
H++OH-

H + + H 2 O
H3O+

Az indikátor színátmeneti területét (pozíció és intervallum) befolyásolja minden olyan tényező, amely meghatározza az egyensúlyi állandót (ionerősség, hőmérséklet, idegen anyagok, oldószer), valamint az indikátor.

A titrimetriás elemzés módszereinek osztályozása.

sav-bázis titrálás (semlegesítés): ez a módszer meghatározza a sav vagy lúg mennyiségét a vizsgált oldatban;

kicsapás és komplexképzés (argentometria)

Ag + + Cl - "AgCl $

redox titrálás (redoximetria):

a) permanganatometria (KMnO 4);

b) jodometria (Y 2);

c) bromatometria (KBr03);

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

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

f) vanadometria (NH4VO3);

g) titanometria (TiCl 3) stb.