Svrha rada : sticanje vještina korištenja jedne od metoda kvantitativne analize - titrimetrijske, te učenje osnovnih tehnika za statističku obradu rezultata mjerenja.

Teorijski dio

Titrimetrijska analiza je metoda kvantitativne hemijske analize zasnovana na mjerenju zapremine rastvora reagensa sa tačno poznatom koncentracijom koja se troši da reaguje sa supstancom koja se utvrđuje.

Titrimetrijsko određivanje supstance vrši se titracijom – dodavanjem jedne od otopina drugoj u male porcije i odvojenim kapima uz stalno bilježenje (praćenje) rezultata.

Jedna od dva rastvora sadrži supstancu nepoznate koncentracije i predstavlja analizirani rastvor.

Druga otopina sadrži reagens tačno poznate koncentracije i naziva se radna otopina, standardna otopina ili titrant.

Zahtjevi za reakcije koje se koriste u titrimetrijskoj analizi:

1. Sposobnost da se fiksira tačka ekvivalencije, najčešće korišćena je posmatranje njene boje, koja se može promeniti pod sledećim uslovima:

Jedan od reaktanata je obojen, a obojeni reagens mijenja boju tokom reakcije;

Korištene tvari - indikatori - mijenjaju boju ovisno o svojstvima otopine (na primjer, ovisno o reakciji okoline).

2. Kvantitativni tok reakcije, do ravnoteže, karakteriziran odgovarajućom vrijednošću konstante ravnoteže

3. Dovoljna brzina hemijske reakcije, jer Izuzetno je teško fiksirati tačku ekvivalencije u sporim reakcijama.

4. Odsustvo nuspojava u kojima je nemoguće precizno izračunati.

Metode titrimetrijske analize mogu se klasifikovati prema prirodi hemijske reakcije koja je u osnovi određivanja supstanci: kiselo-bazna titracija (neutralizacija), taloženje, kompleksiranje, oksidacija-redukcija.

Rad sa rješenjima.

Odmjerne tikvice dizajniran za merenje tačne zapremine tečnosti. To su okrugle posude ravnog dna sa uskim dugim vratom, na kojima se nalazi oznaka do koje treba napuniti tikvicu (sl. 1).

Sl.1 Odmjerne tikvice

Tehnika pripreme rastvora u volumetrijskim tikvicom iz fiksanala.

Za pripremu otopine od fiksanala, ampula se razbije preko lijevka umetnutog u volumetrijsku tikvicu, sadržaj ampule se ispere destilovanom vodom; zatim ga otopiti u volumetrijskoj tikvici. Rastvor u volumetrijskoj tikvici se dovede do oznake. Nakon što se nivo tečnosti dovede do oznake, rastvor u tikvici se dobro promeša.

Birete To su tanke staklene cijevi gradirane u mililitrima (slika 2). Na donji, blago suženi kraj birete zalemljena je staklena slavina ili je pričvršćeno gumeno crijevo sa kuglastim ventilom i staklenim izljevom. Bireta se bira za rad u zavisnosti od zapremine rastvora koji se koristi u analizi.

Fig.2. Birete

Kako koristiti biretu

1. Bireta se ispere destilovanom vodom.

2. Bireta pripremljena za rad se fiksira okomito u postolju, pomoću levka, rastvor se sipa u biretu tako da njen nivo bude iznad nulte oznake.

3. Uklonite mjehuriće zraka sa donjeg produženog kraja birete. Da biste to učinili, savijte ga prema gore i otpustite tekućinu dok se sav zrak ne ukloni. Zatim se kapilara spušta prema dolje.

4. Nivo tečnosti u bireti je podešen na nultu podjelu.

5. Kada vršite titraciju, pritisnite gumenu cijev sa strane kuglice i ispustite tečnost iz birete u tikvicu, rotirajući je. Najprije se titrant u bireti izlijeva u tankom mlazu. Kada se boja indikatora na mjestu gdje kapi titranta počnu mijenjati, otopina se dodaje pažljivo, kap po kap. Titracija se prekida kada dođe do oštre promjene boje indikatora zbog dodavanja jedne kapi titranta i bilježi se količina potrošene otopine.

6. Na kraju rada, titrant se odvodi iz birete, bireta se ispere destilovanom vodom.

Metoda acidobazne titracije (neutralizacije).

Metoda kiselinsko-bazne titracije zasniva se na reakciji između kiselina i baza, tj. za reakcije neutralizacije:

H + + OH¯ = H 2 O

Prilikom obavljanja ovog zadatka koristi se kiselinsko-bazna metoda titracije, zasnovana na upotrebi reakcije neutralizacije:

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

Metoda se sastoji u postepenom dodavanju otopine sumporne kiseline poznate koncentracije u otopinu tvari koja se određuje - natrijum hidroksida. Dodavanje rastvora kiseline se nastavlja sve dok njegova količina ne postane ekvivalentna količini natrijum hidroksida koji reaguje sa njom, tj. dok se alkalija ne neutrališe. Trenutak neutralizacije određuje se promjenom boje indikatora dodanog u titrirani rastvor. Prema zakonu ekvivalenata prema jednačini:

C n (k-you) · V (k-you) = C n (alkalije) · V (alkalije)

C n (za vas) i C n (alkalija) – molarne koncentracije ekvivalenata reagujućih rastvora, mol/l;

V (ukupno) i V (alkalije) – zapremine reagujućih rastvora, l (ml).

C (NaOH) i - molarne koncentracije ekvivalentnog NaOH i H 2 SO 4 u reagujućim rastvorima, mol/l;

V(NaOH) i ) - zapremine reagujućih rastvora alkalija i kiselina, ml.

Primjeri rješavanja problema.

1. Za neutralizaciju 0,05 l rastvora kiseline utrošeno je 20 cm 3 0,5 N alkalnog rastvora. Koja je normalnost kiseline?

2. Koliko i koje supstance će ostati u višku ako se 120 cm 3 0,3 N rastvora kalijum hidroksida doda u 60 cm 3 0,4 N rastvora sumporne kiseline?

Rješenje problema određivanja pH otopine i koncentracija različitih tipova prikazano je u metodološkom priručniku.

EKSPERIMENTALNO

Od laboratorijskog asistenta primite tikvicu sa rastvorom lužine nepoznate koncentracije. Odmjerite uzorke od 10 ml analiziranog rastvora u tri konusne titracione tikvice koristeći graduirani cilindar. Dodajte 2-3 kapi indikatora metil narandže u svaku od njih. Otopina će postati žuta (metilnarandžasta je žuta u alkalnoj sredini i narandžasto crvena u kiseloj sredini).

Pripremite instalaciju za titraciju za rad (slika 3. Isperite biretu destilovanom vodom, a zatim je napunite rastvorom sumporne kiseline tačno poznate koncentracije (molarna koncentracija ekvivalenta H 2 SO 4 ). boca) iznad nulte podjele. Savijte gumenu cijev sa staklenim vrhom prema gore i, povlačeći gumu od staklene masline koja pokriva izlaz iz birete, polako otpustite tekućinu tako da nakon punjenja vrha u njoj ne ostanu mjehurići zraka. Višak rastvora kiseline iz birete ispustiti u zamjensku čašu, dok donji meniskus tekućine u bireti treba postaviti na nulu.

Stavite jednu od tikvica sa rastvorom lužine ispod vrha birete na list belog papira i pređite direktno na titraciju: jednom rukom polako ubacite kiselinu iz birete, a drugom neprekidno mešajte rastvor. kružno kretanje tikvice u horizontalnoj ravni. Na kraju titracije, otopinu kiseline treba ukapavati iz birete sve dok jedna kap ne pretvori otopinu u trajnu narandžastu boju.

Odredite zapreminu kiseline koja se koristi za titraciju, sa tačnošću od 0,01 ml. Brojite podjele birete duž donjeg meniskusa, dok oko treba biti u nivou meniskusa.

Ponovite titraciju još 2 puta, svaki put počevši od nulte podjele birete. Zabilježite rezultate titracije u tablici 1.

Izračunajte koncentraciju alkalne otopine koristeći formulu:

Tabela 1

Rezultati titracije rastvora natrijum hidroksida

Izvršiti statističku obradu rezultata titracije prema metodi opisanoj u dodatku. Rezultate statističke obrade eksperimentalnih podataka sumirajte u tabeli 2.

Tabela 2

Rezultati statističke obrade eksperimentalnih podataka titracije rastvora natrijum hidroksida. Vjerovatnoća pouzdanosti α = 0,95.

n			S x

Rezultat određivanja molarne koncentracije NaOH ekvivalenta u analiziranom rastvoru zapišite kao interval pouzdanosti.

PITANJA ZA SAMOKONTROLU

1. Rastvor kalijum hidroksida ima pH = 12. Koncentracija baze u otopini pri 100% disocijaciji je ... mol/l.

1) 0,005; 2) 0,01; 3) 0,001; 4) 1·10 -12; 5) 0,05.

2. Za neutralizaciju 0,05 l rastvora kiseline utrošeno je 20 cm3 0,5 N alkalnog rastvora. Koja je normalnost kiseline?

1) 0,2 n; 2) 0,5 n; 3) 1,0 n; 4) 0,02 n; 5) 1,25 n.

3. Koliko će i koje tvari ostati u višku ako se 125 cm 3 0,2 N rastvora kalijum hidroksida doda 75 cm 3 0,3 N rastvora sumporne kiseline?

1) 0,0025 g alkalije; 2) 0,0025 g kiseline; 3) 0,28 g lužine; 4) 0,14 g lužine; 5) 0,28 g kiseline.

4. Metoda analize zasnovana na određivanju povećanja tačke ključanja naziva se...

1) spektrofotometrijski; 2) potenciometrijski; 3) ebulioskopski; 4) radiometrijski; 5) konduktometrijski.

5. Odrediti procentualnu koncentraciju, molarnost i normalnost rastvora sumporne kiseline dobijene otapanjem 36 g kiseline u 114 g vode, ako je gustina rastvora 1,031 g/cm3.

1) 31,6 ; 3,77; 7,54 ; 2) 31,6; 0,00377; 0,00377 ;

3) 24,0 ; 2,87; 2,87 ; 4) 24,0 ; 0,00287; 0,00287;

5) 24,0; 2,87; 5,74.

Titrimetrijska analiza se zasniva na preciznom merenju količine reagensa utrošenog u reakciji sa supstancom koja se utvrđuje. Donedavno se ova vrsta analize obično nazivala volumetrijskom zbog činjenice da je u praksi najčešći način mjerenja količine reagensa mjerenje volumena otopine utrošene u reakciji. Danas se pod volumetrijskom analizom podrazumeva skup metoda zasnovanih na merenju zapremine tečne, gasovite ili čvrste faze.

Naziv titrimetrijski povezan je s riječju titar, što označava koncentraciju otopine. Titar pokazuje broj grama otopljene tvari u 1 ml otopine.

Titrirana ili standardna otopina je otopina čija je koncentracija poznata s velikom preciznošću. Titracija je dodavanje titrirane otopine ispitivanoj otopini kako bi se odredila točno ekvivalentna količina. Otopina za titriranje se često naziva radna otopina ili titrant. Na primjer, ako se kiselina titrira alkalijom, otopina lužine naziva se titrant. Tačka titracije kada je količina dodanog titranta hemijski ekvivalentna količini titrirane supstance naziva se tačka ekvivalencije.

Reakcije koje se koriste u titrimetriji moraju zadovoljiti sljedeće osnovne zahtjeve:

1) reakcija mora teći kvantitativno, tj. konstanta ravnoteže reakcije mora biti dovoljno velika;

2) reakcija mora teći velikom brzinom;

3) reakcija ne treba da bude komplikovana neželjenim reakcijama;

4) mora postojati način da se odredi kraj reakcije.

Ako reakcija ne zadovoljava barem jedan od ovih zahtjeva, ne može se koristiti u titrimetrijskoj analizi.

U titrimetriji postoje direktne, reverzne i indirektne titracije.

U metodama direktne titracije, analit direktno reagira s titrantom. Za izvođenje analize ovom metodom dovoljno je jedno radno rješenje.

Metode povratne titracije (ili, kako ih još nazivaju, metode titracije ostatka) koriste dva titrirana radna rastvora: glavni i pomoćni rastvor. Na primjer, povratna titracija jona klorida u kiselim otopinama je široko poznata. Analiziranom rastvoru hlorida prvo se dodaje poznati višak titriranog rastvora srebrnog nitrata (glavni radni rastvor). U tom slučaju dolazi do reakcije da se formira slabo rastvorljiv srebrni klorid.

Višak AgNO 3 koji nije izreagovao titrira se rastvorom amonijum tiocijanata (pomoćni radni rastvor).

Treći glavni tip titrimetrijskog određivanja je titracija supstituenta, ili titracija supstitucijom (indirektna titracija). U ovoj metodi, tvar koja se utvrđuje dodaje se poseban reagens koji s njom reagira. Jedan od produkta reakcije se zatim titrira radnom otopinom. Na primjer, tokom jodometrijskog određivanja bakra, namjerni višak KI se dodaje analiziranom rastvoru. Dolazi do reakcije 2Cu 2+ +4I - =2CuI+ I 2. Oslobođeni jod titrira se natrijum tiosulfatom.

Postoji i takozvana reverzna titracija, u kojoj se standardni rastvor reagensa titrira sa analiziranim rastvorom.

Proračun rezultata titrimetrijske analize zasniva se na principu ekvivalencije, prema kojem supstance međusobno reaguju u ekvivalentnim količinama.

Kako bi se izbjegle bilo kakve kontradikcije, preporučuje se da se sve kiselo-bazne reakcije svedu na jednu zajedničku bazu, koja može biti vodikov ion. U redoks reakcijama zgodno je povezati količinu reaktanta s brojem elektrona koje je supstanca prihvatila ili donirala u datoj polureakciji. Ovo nam omogućava da damo sljedeću definiciju.

Ekvivalent je stvarna ili fiktivna čestica koja se može vezati, osloboditi ili na drugi način biti ekvivalentna jednom vodikovom jonu u kiselo-baznim reakcijama ili jednom elektronu u redoks reakcijama.

Kada se koristi izraz "ekvivalent", uvijek je potrebno naznačiti na koju se specifičnu reakciju odnosi. Ekvivalent date supstance nije konstantna vrijednost, već ovisi o stehiometriji reakcije u kojoj sudjeluju.

U titrimetrijskoj analizi koriste se reakcije različitih tipova: - kiselinsko-bazna interakcija, kompleksiranje itd., koje zadovoljavaju zahtjeve za titrimetrijske reakcije. Vrsta reakcije koja se javlja tokom titracije čini osnovu za klasifikaciju titrimetrijskih metoda analize. Obično se razlikuju sljedeće metode titrimetrijske analize.

1. Metode acidobazne interakcije povezane su s procesom prijenosa protona:

2. Metode kompleksiranja koriste reakcije formiranja koordinacijskih spojeva:

3. Metode precipitacije zasnivaju se na reakcijama formiranja slabo rastvorljivih jedinjenja:

4. Oksidaciono-redukcione metode kombinuju veliku grupu redoks reakcija:

Neke titrimetrijske metode se nazivaju po tipu glavne reakcije koja se javlja tokom titracije ili po nazivu titranta (na primjer, u argentometrijskim metodama titrant je otopina AgNO 3, u permanganatometrijskim metodama - otopina KMn0 4 itd.).

Metode titracije odlikuju se visokom preciznošću: greška određivanja je 0,1 - 0,3%. Radna rješenja su stabilna. Za označavanje tačke ekvivalencije postoji skup različitih indikatora. Među titrimetrijskim metodama zasnovanim na reakcijama kompleksiranja, od najvećeg su značaja reakcije koje koriste kompleksone. Gotovo svi kationi formiraju stabilna koordinaciona jedinjenja sa kompleksonima, stoga su metode kompleksometrije univerzalne i primjenjive na analizu širokog spektra različitih objekata.

Metoda kiselinsko-bazne titracije zasniva se na reakcijskim reakcijama između kiselina i baza, odnosno reakcijama neutralizacije:

H + + OH - ↔ H 2 O

Radni rastvori metode su rastvori jakih kiselina (HCl, H 2 S, HNO3 itd.) ili jakih baza (NaOH, KOH, Ba(OH) 2 itd.). U zavisnosti od titranta, kiselo-bazna metoda titracije se deli na acidimetrija , ako je titrant kiseli rastvor, i alkalometrija , ako je titrant rastvor baze.

Radne otopine se uglavnom pripremaju kao sekundarne standardne otopine, jer polazni materijali za njihovu pripremu nisu standardni, a zatim se standardiziraju prema standardnim tvarima ili standardnim otopinama. Na primjer: otopine kiselina mogu se standardizirati prema standardne supstance- natrijum tetraborat Na 2 B 4 O 7 ∙10H 2 O, natrijum karbonat Na 2 CO 3 ∙10H 2 O ili standardni rastvori NaOH, KOH; i bazni rastvori - pomoću oksalne kiseline H 2 C 2 O 4 ∙H 2 O, jantarne kiseline H 2 C 4 H 4 O 4 ili standardnih rastvora HCl, H 2 SO 4, HNO 3.

Ekvivalentna tačka i krajnja tačka titracije. Prema pravilu ekvivalencije, titracija se mora nastaviti sve dok količina dodanog reagensa ne postane ekvivalentna sadržaju supstance koja se utvrđuje. Trenutak u toku procesa titracije kada količina standardne otopine reagensa (titranta) postane teoretski striktno ekvivalentna količini tvari koja se određuje prema određenoj jednačini kemijske reakcije naziva se tačka ekvivalencije .

Tačka ekvivalencije se određuje na različite načine, na primjer, promjenom boje indikatora dodanog titriranoj otopini. Trenutak u kojem dolazi do uočene promjene boje indikatora naziva se krajnja tačka titracije. Vrlo često se krajnja tačka titracije ne poklapa baš sa tačkom ekvivalencije. U pravilu se međusobno razlikuju za najviše 0,02-0,04 ml (1-2 kapi) titranta. Ovo je količina titranta koja je neophodna za interakciju sa indikatorom.

Opće odredbe titrimetrijske metode. U proizvodnim, ekološkim i naučnim aktivnostima stalno moramo saznavati sastav određenog proizvoda, sirovine, prirodnog ili vještačkog materijala. Ovi problemi se rješavaju korištenjem metoda analitička hemija. U ovom slučaju se može izvršiti kvalitativna analiza kada je dovoljno utvrditi prisustvo ili odsustvo određenih supstanci u analiziranom uzorku, ili kvantitativna analiza, kada saznaju koje supstance i u kojoj količini su uključene u sastav (u obliku glavne komponente ili kao nečistoća) analiziranog uzorka.

Jedna od najčešćih i najpreciznijih metoda kvantitativne hemijske analize je titrimetrijska metoda analize. Ovaj naziv označava da se prilikom implementacije metode izvršava proces titracija, koji se sastoji u postepenom dodavanju jednog rastvora određenoj zapremini drugog rastvora. Ovo koristi očiglednu činjenicu da se reakcija između dvije supstance nastavlja sve dok se jedna od njih ne potroši. Koristeći jednadžbu reakcije, možete izračunati količinu jednog od reaktanata ako znate koliko je drugog reaktanata reagiralo.

Titrimetrijska metoda kvantitativne analize zasniva se na preciznom mjerenju zapremina rastvora reagujućih supstanci od kojih je koncentracija jedne tačno poznata. (otopine sa poznatim koncentracijama nazivaju se standard*). Određena zapremina jednog rastvora titrirati drugo rešenje. Titracija se prekida kada se supstanca u rastvoru koji se titrira u potpunosti potroši kao rezultat tekuće reakcije. Ovaj trenutak se zove tačka ekvivalencije i odgovara činjenici da je količina supstance (broj molova) u dodanoj otopini ( titrante) postaje ekvivalentna količini supstance sadržane u titriranom rastvoru (trenutak dostizanja tačke ekvivalencije određuje se promjenom boje indikator- o indikatorima, vidi dolje).

Tehnika titracije. Indikatori. Za dodavanje titranta u rastvor koji se titrira, koristite biretu- uska i dugačka staklena cijev, na koju se nanosi stepen od desetinki mililitra (vidi sliku na prvoj stranici korica). Uređaj za otpuštanje na dnu birete omogućava vam da precizno kontrolišete brzinu dodavanja titranta (od mlaza do pojedinačnih kapi) i precizno merite zapreminu dodanog titranta. U laboratorijskoj praksi obično se koriste birete od 25 ml.

Određena količina titrirane otopine (u većini slučajeva je to testna otopina) se mjeri i prenosi u konusna boca. U njega se ulije i nekoliko kapi otopine indikatora. Titrant se postepeno dodaje rastvoru u tikvici iz birete (u većini slučajeva i u eksperimentima izvedenim u ovom radu, (ali ne uvek!) titrirani rastvor je test rastvor, a titrant je standard). Kada se dostigne tačka ekvivalencije, boja indikatora se menja, titracija se zaustavlja i zapremina dodanog titranta se meri na biretnoj skali, čija se vrednost zatim koristi za proračune.

Boja indikatora ovisi o koncentraciji tvari u otopini. Na primjer, boja indikatora koji se koriste u acidobazna titracija (metoda neutralizacije), ovisi o koncentraciji vodikovih jona u otopini:

Ako alkalnu otopinu titrirate kiselinom u prisustvu metil narandže, boja titrirane otopine će ostati žuta sve dok se alkalna komponenta potpuno ne neutralizira, što znači dostizanje točke ekvivalencije; indikator mijenja boju iz žute u narandžastu. Ako se doda i jedna kap viška kiseline, boja postaje crveno-ružičasta. U ovom slučaju kažu da je “rešenje pretitrirano”. U ovom slučaju, zapremina titranta izmerena biretom je veća od zapremine koja je stvarno potrebna za neutralizaciju; ovo unosi grešku u naredne proračune.

U titraciji, osim metode neutralizacije, postoje i druge metode koje koriste vlastite indikatore koji mijenjaju boju ovisno o prisutnosti bilo koje tvari u otopini.

Hemijski ekvivalent i molarna koncentracija ekvivalenta. Koje su količine supstanci jedna drugoj ekvivalentne određuje jednačina reakcije. Na primjer, u reakciji neutralizacije:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

1 mol alkalije i 1 mol kiseline reaguju bez ostatka. Ali kada natrijum hidroksid reaguje sa sumpornom kiselinom:

NaOH + ½H 2 SO 4 = ½ Na 2 SO 4 + H 2 O

Za neutralizaciju 1 mola alkalije dovoljno je ½ mola sumporne kiseline. Općenito je prihvaćeno da jedan mol HCl (kao i jedan mol NaOH) predstavlja jedan hemijski ekvivalent. Istovremeno, ½ mola sumporne kiseline takođe predstavlja jedan hemijski ekvivalent. Iz toga slijedi da se omjer u kojem tvari međusobno reagiraju bez ostatka mora izračunati ne brojem molova ovih tvari, već brojem njihovih molovi ekvivalenti. Dakle, da bi se izrazio sadržaj supstanci u rastvorima koji se koriste u titrimetriji, zgodno je koristiti koncentraciju (pogledati deo opšte hemije „Metode izražavanja koncentracija rastvora“), koja pokazuje koliko je molova ekvivalenta supstance su u jediničnoj zapremini (jedan litar) rastvora. Ovo je tzv molarni koncentracijski ekvivalent (WITH n, mol eq/l). Ranije se ova koncentracija zvala " normalna koncentracija"(jedinica mjere mEq/l), koji je trenutno isključen iz regulatornih dokumenata: GOST-ovi, metode itd. Međutim, ovo staro ime i dalje se široko koristi u praktičnom radu. U skladu s tim, karakteriziranje vrijednosti WITH n, i dalje kažu da rješenje ima određeno normalnost; na primjer, otopina s koncentracijom od 2 mol equiv/l naziva se binormalna, 1 mol equiv/l je normalna, 0,1 mol equiv/l je decinormalna i označava se kao 2 N, 1 N, 0,1 N, respektivno. itd. U ovom vodiču se također koriste takvi termini i oznake.

Koncept hemijskog ekvivalenta omogućava nam da uzmemo u obzir da jedan molekul neke supstance može biti ekvivalentan u reakciji sa dva, tri ili čak više molekula druge supstance. Hemijski ekvivalent supstance je količina (broj molova) ili masa ove supstance koja je u hemijskim reakcijama ekvivalentna (tj. dodaje, zamenjuje, oslobađa) 1 mol (ili 1 g) vodikovih jona N + ili atomski vodonik N. Za kiseline i baze vrijednost molarna masa hemijskog ekvivalenta M eq, izračunato iz molarna masa M uzimajući u obzir broj iona vodika koje je odcijepila molekula kiseline ili broj hidroksidnih iona koje je odcijepila bazna molekula tijekom disocijacije:

; .

Dakle, oni pokazuju koja je masa ukupne mase mola supstance ekvivalentna u reakciji na jedan mol jednostruko nabijenih jona. Slično, kada se pronađe molarna masa hemijskog ekvivalenta pojedinačnog jona, molarna (ili atomska) masa jona se deli sa njegovim nabojem z, računajući kolika je masa po jediničnom naboju:

Proračun ekvivalentne molarne mase jona magnezija i kalcija dat je u pododjeljku 1.1. kada se razmatraju jedinice mjerenja tvrdoće.

Proračun koncentracije analizirane otopine. Očigledno, što je veća zapremina standardnog rastvora titranta V standard potrošen da bi se dostigla tačka ekvivalencije i veća je koncentracija ovog titranta C standard (u daljem tekstu govorimo samo o normalnoj koncentraciji, dakle indeks "n" u oznaci C n se može izostaviti), veća je koncentracija Cx analiziranog titriranog rastvora, tj. pri izračunavanju ispada da
Cx ~ C std · V std. Istovremeno, što se više titranta mora potrošiti, to se uzima više početne titrirane otopine; da se ovo uzme u obzir prilikom izračunavanja Cx proizvod zapremine i koncentracije utrošenog titranta treba da bude povezan sa zapreminom titrirane otopine Vx:

1.4.2. Određivanje karbonatne tvrdoće vode

Da bi se odredila karbonatna tvrdoća, određena zapremina ispitne vode titrira se standardnim rastvorom hlorovodonične kiseline u prisustvu indikatora metil narandže. U ovom slučaju dolazi do reakcija s hidrokarbonatima:

Ca(HCO 3) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2CO 2 + 2H 2 O;

Mg(HCO 3) 2 + 2HCl = MgCl 2 + 2CO 2 + 2H 2 O;

i karbonati:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O;

MgCO 3 + 2HCl = MgCl 2 + CO 2 + H 2 O.

Kada se dostigne tačka ekvivalencije, kada su svi karbonati i bikarbonati reagovali, indikator menja boju iz žute u narandžastu.

1.4.3. Određivanje ukupne tvrdoće vode

Prilikom određivanja ukupne tvrdoće koristi se metoda titracije koja se naziva kompleksometrijska metoda, jer koristi supstance sa opštim nazivom kompleksoni. Jedan od najčešće korišćenih kompleksona je
Trilon B(ovo je naziv robne marke pod kojim je ovaj hemijski proizvod prvi put objavljen). To je derivat organske kiseline, čija molekula sadrži dva atoma vodika koji se mogu zamijeniti atomima metala. Bez razmatranja strukture molekula Trilon B, koristimo njegov opšteprihvaćeni simbol: H 2 Y.

Definicija se zasniva na činjenici da ioni kalcija i magnezija formiraju rastvorljiva kompleksna jedinjenja sa Trilonom B:

Ca 2+ + H 2 Y → + 2H + ;

Mg 2+ + H 2 Y → + 2H + .

Kao indikatori koriste se reagensi koji proizvode karakteristično obojena jedinjenja sa ionima koji se određuju. Kada se dostigne tačka ekvivalencije, kada se skoro svi ioni Ca 2+ i Mg 2+ vežu za Trilon B u komplekse i njihova koncentracija u rastvoru naglo opadne, boja rastvora se menja. Titracija se mora obaviti u blago alkalnom mediju (da se vežu nastali vodikovi joni), stoga se pored indikatora koristi i tzv. puferski rastvor, što osigurava konstantnu pH vrijednost (prilikom ove titracije dodajte puferski rastvor amonijaka, koji održava konstantan pH unutar 8...10 jedinica).

EKSPERIMENTALNO

1. Koristeći metodu kiselinsko-bazne titracije, odredite karbonatnu tvrdoću vode iz slavine.

2. Koristeći metodu kompleksometrijske titracije, odredite ukupnu tvrdoću vode iz slavine.

3. Na osnovu eksperimentalnih podataka doneti zaključak o stepenu tvrdoće ispitivane vode i izračunati vrednost konstantne tvrdoće.

Eksperiment 1. Određivanje karbonatne tvrdoće

U dvije konusne tikvice (mjereći mjernim cilindrom) sipajte 100 ml probne (česme) vode, dodajte
5-6 kapi otopine indikatora metil narandže. Jedna od tikvica je kontrolna tikvica, tj. koristi se za uočavanje promene boje rastvora u drugoj tikvici tokom titracije. Zabilježite početni nivo titranta u bireti.

Prije titracije provjerite da li u bireti ima dovoljno otopine i da je stakleni izljev potpuno napunjen tekućinom. Mjehurići zraka iz izljeva se istiskuju mlazom tekućine okretanjem cijevi izljeva prema gore pod uglom od oko 45°. Izlaz birete je gumena cijev sa staklenom kuglom unutra. Kako biste omogućili da tečnost iscuri, palcem i kažiprstom lagano povucite zid cijevi od kuglice tako da se između njih stvori razmak. Napunite biretu kroz lijevak, nakon čega se lijevak uklanja iz gornje rupe; Ako se to ne uradi, preostali rastvor može da iscuri iz levka tokom titracije i merenje zapremine će biti netačno.

Ako je potrebno, dodajte rastvor titranta u biretu, dovodeći nivo na nultu podelu. Dodati 0,1 N iz birete u drugu tikvicu. otopina klorovodične kiseline dok se boja indikatora ne promijeni iz žute u narančastu (rezultirajuća boja se prije može nazvati breskvama).

Površina tečnosti u bireti izgleda kao široka konkavna traka ( meniskusa). Vrijednosti na skali se očitavaju duž donjeg ruba meniskusa. Titrant iz birete se najprije ulije prilično brzo, neprestano miješajući sadržaj tikvice rotacijskim pokretima. Lopta se pritisne lijevom rukom, a tikvica se drži i miješa desnom rukom. Titracija se vrši stojeći! Boja rastvora se posmatra stavljanjem lista belog papira ispod tikvice radi boljih uslova posmatranja. Kako se titracija bliži kraju, o čemu se može suditi po pojavi ružičastog „oblačića” u sredini tikvice, koji odmah nestaje daljim mešanjem, titrant se dodaje kap po kap. Otopina bi trebala promijeniti boju uz dodatak jedne određene kapi; u ovom trenutku ružičasti "oblak" neće nestati, već će se proširiti po cijeloj otopini.

Kako bi se osiguralo da nema značajnih slučajnih grešaka pri izvođenju titracije i pri mjerenju volumena titrirane otopine, titracija se ponavlja dva do tri puta i izračunava se prosječna vrijednost V standard, koji se naknadno koristi za proračune.

Zabilježite nivo otopine u bireti i izračunajte volumen titranta koji se koristi za titraciju kao razliku između konačnog i početnog očitanja. Ponovite titraciju (možete koristiti „kontrolnu tikvicu“). Izračunajte zapreminu standardnog rastvora kao prosek rezultata dve titracije. Izračunajte karbonatnu tvrdoću vode koja se proučava (u mmol eq/l) koristeći formulu:

Gdje WITH HCl je molarna koncentracija ekvivalenta (normalnosti) otopine klorovodične kiseline; V HCl je zapremina hlorovodonične kiseline koja se koristi za titraciju; V mol eq/l To mmol eq/l.

Eksperiment 2. Određivanje ukupne tvrdoće

Titracija se vrši u prisustvu indikatora " hrom tamno plava" Sipajte 25 ml vode za ispitivanje u konusnu tikvicu i dodajte destilovanu vodu do ukupne zapremine od 100 ml (mjerite cilindrom). Dodati 5 ml rastvora pufera amonijaka i
5-7 kapi tamnoplave otopine indikatora hroma; u tom slučaju otopina poprima vinskocrvenu boju.

Zabilježite početni nivo titranta u bireti. Ako je potrebno, dodajte rastvor titranta u biretu, dovodeći nivo na nultu podelu. Iz birete kap po kap dodati 0,1 N. Trilon B otopina dok se boja otopine ne promijeni iz vinskocrvene u plavkasto-jorgovanu.

Za razliku od titracije u prvom eksperimentu, gdje se reakcija odvija gotovo trenutno, interakcija Trilona B sa kalcijumom i magnezijumom zahtijeva određeni vremenski period. Da se ne bi propustio trenutak dostizanja tačke ekvivalencije, titrant se dodaje od samog početka titracije u odvojenim kapima u intervalu od dvije do tri sekunde, pažljivo promatrajući mijenja li se boja titrirane otopine. Ako brže dodate titrant, onda će dio toga završiti u već titriranoj otopini, koja još nije imala vremena promijeniti boju; Kao rezultat, otopina će biti pretitrirana, a volumen korišten za titraciju će biti precijenjen.

Zabilježite nivo otopine u bireti i izračunajte volumen titranta koji se koristi za titraciju kao razliku između konačnog i početnog očitanja. Ponovite titraciju. Izračunajte zapreminu standardnog rastvora kao prosek rezultata dve titracije. Izračunajte ukupnu tvrdoću W ukupne vode koja se proučava (u mmol eq/l) koristeći formulu:

Gdje WITH TrB - molarna koncentracija ekvivalenta (normalnosti) rastvora Trilona B; V TrB - zapremina trilona B koji se koristi za titraciju; V istraživanje - zapremina vode koja se ispituje; 1000 - faktor konverzije iz mol eq/l To mmol eq/l.

Na osnovu dobijenih podataka doneti zaključak o stepenu tvrdoće ispitivane vode.

Zanemarujući doprinos karbonata vrijednosti trajne tvrdoće i uz pretpostavku da se u ovom slučaju privremena tvrdoća vode poklapa sa karbonatnom tvrdoćom, tj. Zh ugljikohidrat = Zh vr, izračunajte trajnu tvrdoću vode iz razlike između ukupne i privremene tvrdoće.

F post = F general – F vrijeme.

KONTROLNI ZADATAK

1. 1 litar vode sadrži 36,47 mg jona magnezijuma i 50,1 mg jona kalcijuma. Kolika je tvrdoća vode?

3. Kolika je karbonatna tvrdoća vode ako 1 litar sadrži 0,292 g magnezijum bikarbonata i 0,2025 g kalcijum bikarbonata?

TEST PITANJA

1. Koje komponente određuju tvrdoću prirodne vode?

2. Jedinice mjerenja tvrdoće. Gradacija prirodnih voda prema stepenu tvrdoće.

3. Koja tvrdoća se naziva karbonatna, nekarbonatna, privremena, trajna i zašto? Koje komponente određuju svaki od navedenih tipova krutosti?

4. Štetni efekti tvrdoće vode.

5. Reagens metode za eliminisanje različitih vrsta tvrdoće vode (napisati jednačine za odgovarajuće reakcije).

6. Šta su jonski izmjenjivači? Klasifikacija jonskih izmjenjivača prema različitim kriterijima. Procesi jonske izmjene. Razni oblici
joniti.

7. Odsoljavanje i omekšavanje vode metodom jonske izmjene.

8. Dva pristupa hemijskoj analizi. Suština titrimetrijske metode analize.

9. Operativna tehnika i uređaji koji se koriste pri izvođenju titrimetrijske metode analize.

10. Formula za izračunavanje koncentracije analiziranog rastvora u titrimetrijskoj analizi.

11. Korišćeni reagensi i indikatori i jednačine hemijskih reakcija pri određivanju karbonatne i ukupne tvrdoće vode.

Main

1. Korovin N.V. Opšta hemija: udžbenik. za tehničku smjer i posebne univerziteti - M.: Više. škola, 2007. - 556 str. (takođe prethodna izdanja)

2. Glinka N. L. Opšta hemija: udžbenik. priručnik za univerzitete. - M.: Integral-PRESS, 2008. - 728 str. (takođe prethodna izdanja)

3. Drobaševa T. I. Opšta hemija: udžbenik. za fakultete i univerzitete. - Rostov n/d: Phoenix, 2007. - 448 str.

4. Glinka N. L. Zadaci i vježbe iz opšte hemije: udžbenik.
dodatak za nehemijske univerzitetske specijalnosti. - M.: Integral-PRESS, 2006. - 240 str. (takođe prethodna izdanja)

5. Lidin R. A. Problemi iz neorganske hemije: udžbenik. priručnik za hemijsku tehnologiju. univerziteti / R. A. Lidin, V. A. Moločko, L. L. Andreeva; edited by R. A. Lidina. - M.: Više. škola, 1990. - 319 str.

Dodatni

6. Ahmetov N. S. Opšta i neorganska hemija: udžbenik. za univerzitete - M.: Vyssh. škola, ur. Centar "Akademija", 2001. - 743 str. (takođe prethodna izdanja)

7. Khomchenko I. G. Opšta hemija: udžbenik. za nehemijske univerziteti -
M.: Novi val; ONIX, 2001. - 463 str.

Edukativno izdanje

Laboratorijska radionica

U dva dela

Sastavio Valerij Tarasovič Fomičev,
Oleg Aleksandrovič Kuznječikov, Vera Anatoljevna Andronova i drugi.

Layout O.A. Kuznečikov

Potpisano za objavljivanje 25.01.10. Format 60x84/16.

Offset papir. Sito štampa. Tip slova Times.

Academic ed. l. 4.80. Uslovno pećnica l. 5.58. Tiraž 200 primjeraka. Naredba br. 104

Državna obrazovna ustanova
visoko stručno obrazovanje

"Volgogradski državni univerzitet za arhitekturu i građevinarstvo"

Štampano u potpunosti u skladu sa originalom koji su predstavili autori
u operativnom sektoru štampe CIT

400074, Volgograd, ul. Akademicheskaya, 1

hemija

LABORATORIJSKI PRAKTIKUM

U dva dela

dio 2

Volgograd 2010

* obračun masa jednog molskog ekvivalenta supstancu ili pojedinačni ion (ponekad jednostavno kažu "hemijski ekvivalent" i koriste oznaku E), vidi dalje u materijalu za laboratorijski rad "Tvrdoća vode" (str. 90-91)

*bubbling (bubbling) - propuštanje gasa (ili pare) kroz sloj tečnosti, koji se obično dovodi preko razvodnog uređaja sa velikim brojem malih rupa (bubbler) u donjem delu aparata

*Cazimir Fajans (1887-1975) - američki fizikalni hemičar; N. P. Peskov (1880-1940) sovjetski fizikalni hemičar, autor monografije „Fizičko-hemijske osnove koloidne nauke“ (1934)

*Hans Schulze (1853-1892) - njemački hemičar, William Hardy (1864-1934) - engleski biolog; proučavala stabilnost koloidnih rastvora

* da pojednostavimo prezentaciju, ovde i dalje se ne smatra da MgCO 3 reaguje sa toplom vodom da nastane magnezijum hidroksid i kada se voda prokuva, dolazi do razlaganja magnezijum bikarbonata prema reakciji:
Mg(HCO 3) 2 = Mg(OH) 2 ↓ + 2CO 2

*prema ranije prihvaćenoj terminologiji mEq/l

* vidi napomenu na str. 80

* lignin je polimerno jedinjenje koje čini 20-30% mase drveta; u industriji se dobija kao otpad od proizvodnje celuloze

*takođe koristite termin titrirani rastvori, budući da se za sve otopine koje se koriste u titrimetriji vrijednost koncentracije uvijek može utvrditi titracijom s drugom odgovarajućom standardnom otopinom

Povezane informacije.

Napunjen titrantom do nulte oznake. Ne preporučuje se titracija počevši od drugih oznaka, jer biretna skala može biti neujednačena. Radnim rastvorom birete se pune kroz levak ili pomoću posebnih uređaja ako je bireta poluautomatska. Krajnja tačka titracije (ekvivalentna tačka) određena je indikatorima ili fizičko-hemijskim metodama (električna provodljivost, prenos svetlosti, potencijal indikatorske elektrode, itd.). Rezultati analize se izračunavaju na osnovu količine radnog rastvora korišćenog za titraciju.

Vrste titrimetrijske analize

Titrimetrijska analiza može se zasnivati na različitim vrstama hemijskih reakcija:

acidobazna titracija - reakcije neutralizacije;
redoks titracija (permanganatometrija, jodometrija, hromatometrija) - redoks reakcije;
taložna titracija (argentometrija) - reakcije koje se javljaju sa stvaranjem slabo topljivog spoja, dok se koncentracije precipitiranih iona u otopini mijenjaju;
kompleksometrijska titracija - reakcije zasnovane na stvaranju jakih kompleksnih spojeva metalnih jona sa kompleksonom (obično EDTA), dok se koncentracije metalnih jona u titriranom rastvoru menjaju.

Vrste titracije

Postoje direktne, reverzne i supstituentne titracije.

At direktna titracija Rastvor titranta (radni rastvor) dodaje se u malim porcijama u rastvor supstance koja se određuje (alikvot ili uzorak, supstanca koja se titrira).

At povratna titracija Najprije se u otopinu tvari koja se određuje dodaje poznati višak posebnog reagensa, a zatim titrira njegov ostatak koji nije ušao u reakciju.

At supstitucijska titracija U otopinu analita prvo se dodaje poznati višak posebnog reagensa, a zatim se titrira jedan od produkta reakcije između analita i dodanog reagensa.

Vidi također

Linkovi

Wikimedia Foundation.

2010.

Laboratorijski rad br.8

TITRIMETRIJANA ANALIZA

Svrha rada: upoznavanje sa osnovama titrimetrijske analize, proučavanje osnovnih metoda i tehnika titracije.

TEORIJSKI DIO. 1. Suština titrimetrijske analize

Osnovni koncepti.

Titrimetrijska (volumetrijska) analiza je jedna od najvažnijih vrsta kvantitativne analize. Njegove glavne prednosti su tačnost, brzina izvođenja i mogućnost upotrebe za određivanje širokog spektra supstanci. Određivanje sadržaja tvari u titrimetrijskoj analizi provodi se kao rezultat reakcije točno poznate količine jedne tvari s nepoznatom količinom druge, nakon čega slijedi izračunavanje količine tvari koja se određuje pomoću jednadžbe reakcije . Reakcija koja se javlja mora biti stehiometrijska, odnosno tvari moraju reagirati striktno kvantitativno, prema koeficijentima u jednadžbi. Samo ako je ovaj uslov ispunjen, reakcija se može koristiti za kvantitativnu analizu. Glavna operacija titrimetrijske analize je titracija – postepeno miješanje tvari dok se reakcija ne završi. Obično se rastvori supstanci koriste u titrimetrijskoj analizi. Tokom titracije, rastvor jedne supstance se postepeno dodaje rastvoru druge supstance sve dok supstance potpuno ne reaguju. Rastvor koji se sipa zove se titrant , naziva se otopina kojoj se dodaje titrant titrirani rastvor. Zapremina titrirane otopine koja se titraciji naziva se alikvotni dio ili

alikvotni volumen. Ekvivalentna tačka , je tačka tokom titracije kada su reaktanti u potpunosti reagovali. U ovom trenutku su u ekvivalentnim količinama

odnosno dovoljno da se reakcija odvija u potpunosti, bez ostatka. Za titraciju se koriste otopine sa tačno poznatim koncentracijama koje se nazivaju standard ili titrirano

. Postoji nekoliko tipova standardnih rješenja. je rastvor sa tačno poznatom koncentracijom, pripremljen tačnim vaganjem supstance. Supstanca za pripremu primarnog standarda mora imati određeni sastav i biti određenog stepena čistoće. Sadržaj nečistoća u njemu ne bi trebao prelaziti utvrđene standarde. Često, za pripremu standardnih otopina, tvar se podvrgava dodatnom pročišćavanju. Prije vaganja, tvar se suši u eksikatoru preko sredstva za sušenje ili drži na povišenoj temperaturi. Uzorak se izvaže na analitičkoj vagi i rastvori u određenoj zapremini rastvarača. Dobijeni standardni rastvor ne bi trebalo da menja svoja svojstva tokom skladištenja. Standardne otopine se čuvaju u dobro zatvorenim posudama. Po potrebi se štite od direktne sunčeve svjetlosti i izlaganja visokim temperaturama. Standardne otopine mnogih tvari (HCl, H2SO4, Na2B4O7 itd.) mogu se čuvati godinama bez promjene koncentracije.

Zbog činjenice da je priprema supstance za pripremu standardnog rastvora dugotrajan i radno intenzivan proces, hemijska industrija proizvodi tzv. fiksni kanali. Fixanal je staklena ampula u kojoj je zatvoren određeni dio tvari. Ampula se razbije, a supstanca se kvantitativno prenese u volumetrijsku tikvicu, a zatim se volumen tečnosti dovede do oznake. Upotreba fiksacijskih kanala uvelike pojednostavljuje proces i skraćuje vrijeme pripreme standardnog rastvora.

Neke supstance je teško dobiti u hemijski čistom obliku (na primjer, KMnO4). Zbog sadržaja nečistoća često je nemoguće uzeti tačan uzorak supstance. Osim toga, otopine mnogih tvari mijenjaju svoja svojstva tokom skladištenja. Na primjer, alkalne otopine mogu apsorbirati ugljični dioksid iz zraka, zbog čega se njihova koncentracija vremenom mijenja. U ovim slučajevima koriste se sekundarni standardi.

Sekundarni standard je rastvor supstance sa tačno poznatom koncentracijom, koja se utvrđuje prema primarnom standardu. Sekundarni standardi (npr. rastvori KMnO4, NaOH itd.) se čuvaju pod istim uslovima kao i primarni standardi, ali se njihova koncentracija periodično proverava u odnosu na standardne rastvore tzv. vezivnih supstanci.

2. Metode i vrste titracije.

Tokom procesa titracije, alikvot rastvora se obično uzima u tikvicu, a zatim mu se dodaje rastvor titranta iz birete u malim porcijama dok se ne postigne tačka ekvivalencije. U tački ekvivalencije, mjeri se volumen titranta koji je utrošen za titriranje otopine. Titracija se može izvesti na nekoliko načina.

Direktna titracija je to rješenje analita A titrirati standardnim rastvorom titranta IN. Metoda direktne titracije koristi se za titriranje rastvora kiselina, baza, karbonata itd.

At obrnuto titriranje alikvota standardnog rastvora IN titrirano sa rastvorom analita A. Reverzna titracija se koristi ako je analit nestabilan u uslovima pod kojima se titracija izvodi. Na primjer, oksidacija nitrita kalijevim permanganatom događa se u kiseloj sredini.

NO2- + MnO2- + 6H+ ® NO3- + Mn2+ + 3H2O

Ali sami nitriti su nestabilni u kiseloj sredini.

2NaNO2 + H2SO4 ® Na2SO4 + 2HNO2

Stoga se standardna otopina permanganata, zakiseljena sumpornom kiselinom, titrira otopinom nitrita, čiju koncentraciju treba odrediti.

Povratna titracija koristi se u slučajevima kada direktna titracija nije primenljiva: na primer, zbog veoma niskog sadržaja analita, nemogućnosti određivanja tačke ekvivalencije, kada je reakcija spora, itd. Tokom povratne titracije na alikvot analita A uliti u tačno izmerenu zapreminu standardnog rastvora supstance IN uzeti u višku. Nereagiran višak supstance IN određuje se titracijom sa standardnim rastvorom ekscipijenta WITH. Na osnovu razlike u početnoj količini supstance IN i njegovu količinu preostalu nakon reakcije, odredite količinu supstance IN, koji je reagovao sa supstancom A, iz koje se izračunava sadržaj supstance A.

Indirektna titracija standard titracija po supstituentu. Na osnovu činjenice da se ne titrira supstanca koja se utvrđuje, već produkt njene reakcije sa pomoćnom supstancom WITH.

Supstanca D moraju se formirati striktno kvantitativno u odnosu na supstancu A. Odredivši sadržaj produkta reakcije D titracija sa standardnim rastvorom supstance IN, Pomoću jednačine reakcije izračunava se sadržaj analita A.

Reakcije koje se koriste u titrimetrijskoj analizi moraju biti strogo stehiometrijske, teći prilično brzo i, ako je moguće, na sobnoj temperaturi. Ovisno o vrsti reakcije koja se javlja, razlikuju se:

acidobazna titracija, koji se zasniva na reakciji neutralizacije.

redoks titracija, na osnovu redoks reakcija.

kompleksometrijska titracija, na osnovu reakcija kompleksiranja.

3. Acid-bazna titracija.

Osnova kiselinsko-bazne titracije je reakcija neutralizacije između kiseline i baze. Kao rezultat reakcije neutralizacije nastaju sol i voda.

HAn + KtOH ® KtAn + H2O

Reakcija neutralizacije se događa gotovo trenutno na sobnoj temperaturi. Kiselo-bazna titracija se koristi za određivanje kiselina, baza i mnogih soli slabih kiselina: karbonata, borata, sulfita itd. Ovom metodom se mogu titrirati mješavine različitih kiselina ili baza, određujući sadržaj svake komponente posebno.

Kada se kiselina titrira bazom ili obrnuto, dolazi do postepene promene kiselosti medijuma, što se izražava pH vrednošću. Voda je slab elektrolit koji se disocira prema jednadžbi.

H2O ® H+ + OH-

Umnožak koncentracije vodikovih iona i koncentracije hidroksilnih jona je konstantna vrijednost i naziva se jonski proizvod vode.

https://pandia.ru/text/78/441/images/image002_110.gif" width="165" height="25 src="> (1)

U neutralnom okruženju koncentracije vodikovih iona i hidroksidnih jona su jednake i iznose 10-7 m/l. Jonski proizvod vode ostaje konstantan kada se u vodu doda kiselina ili baza. Kada se doda kiselina, koncentracija vodikovih iona se povećava, što dovodi do pomaka u disocijacijskoj ravnoteži vode ulijevo, što rezultira smanjenjem koncentracije hidroksidnih iona. Na primjer, ako je = 10-3 m./l., onda = 10-11 m./l. Jonski proizvod vode će ostati konstantan.

Ako povećate koncentraciju alkalija, koncentracija hidroksidnih iona će se povećati, a koncentracija vodikovih iona će se smanjiti, ionski proizvod vode će također ostati konstantan. Na primjer, = 10-2, = 10-12

pH vrijednost se naziva negativni decimalni logaritam koncentracije vodikovih jona.

pH = - log. (2)

Na osnovu jednačine (1) možemo zaključiti da je u neutralnom okruženju pH = 7.

pH = - log 10-7 = 7.

U kiseloj pH sredini< 7, в щелочной рН >7. Formula za pOH se izvodi na sličan način iz jednačine (1).

pOH = - log = 14 – pH. (3)

Tokom kiselinsko-bazne titracije, pH otopine se mijenja sa svakom porcijom dodanog titranta. U tački ekvivalencije, pH dostiže određenu vrijednost. U ovom trenutku, titracija mora biti zaustavljena i mora se izmjeriti volumen titranta koji se koristi za titraciju. Da biste odredili pH na tački ekvivalencije, izgradite titraciona kriva– grafikon zavisnosti pH rastvora od zapremine dodanog titranta. Krivulja titracije se može konstruirati eksperimentalno mjerenjem pH u različitim točkama titracije, ili izračunati teoretski korištenjem formula (2) ili (3). Kao primjer, razmotrite titraciju jake kiseline HCl sa jakom bazom NaOH.

Tabela 1. Titracija 100 ml 0,1 M rastvora HCl sa 0,1 M rastvorom NaOH.

nNaOH (mol)	nHCl (mol) reagovao.	nHCl preostali u otopini (mol)




1,00 10-2	1,00 10-2

Kako se alkalija dodaje kiseloj otopini, količina kiseline se smanjuje, a pH otopine se povećava. U tački ekvivalencije, kiselina je potpuno neutralizirana alkalijom i pH = 7. Reakcija otopine je neutralna. Daljnjim dodavanjem alkalija pH otopine se određuje viškom NaOH. Prilikom dodavanja 101 i 110 ml. Višak lužine otopine NaOH iznosi 1 odnosno 10 ml. Količina NaOH u ove dvije tačke, na osnovu formule za molarnu koncentraciju otopine, jednaka je molu i 1 10-3 mola, respektivno.

Na osnovu formule (3) za titrirani rastvor sa viškom lužine od 1 i 10 ml. imamo pH vrijednosti 10 odnosno 11 Na osnovu izračunatih pH vrijednosti konstruišemo krivulju titracije.

Krivulja titracije pokazuje da je na početku titracije pH otopine određen prisustvom klorovodične kiseline u otopini i neznatno se mijenja kada se doda alkalna otopina. Blizu tačke ekvivalencije dolazi do oštrog skoka pH kada se doda vrlo mala količina alkalija. U tački ekvivalencije, u otopini su prisutne samo sol i voda. Sol jake baze i jake kiseline ne podleže hidrolizi i stoga je reakcija rastvora neutralna pH = 7. Daljnjim dodavanjem alkalija dolazi do povećanja pH rastvora, koji se takođe blago menja u zavisnosti od zapremine. dodanog titranta, kao na početku titracije. U slučaju titracije jakih kiselina sa jakim bazama i obrnuto, tačka ekvivalencije se poklapa sa tačkom neutralnosti rastvora.

Prilikom titriranja slabe kiseline sa jakom bazom, uočava se nešto drugačija slika. Slabe kiseline u rastvorima ne disociraju u potpunosti i u rastvoru se uspostavlja ravnoteža.

HAn ® H+ + An-.

Konstanta ove ravnoteže naziva se konstanta disocijacije kiseline.

(4)

Kako se slaba kiselina ne disocira u potpunosti, koncentracija vodikovih iona ne može se svesti na ukupnu koncentraciju kiseline u otopini, kao što je to bio slučaj kod titracije jake kiseline. (6)

Kada se rastvor alkalija doda rastvoru slabe kiseline, u rastvoru nastaje so slabe kiseline. Zovu se otopine koje sadrže slab elektrolit i njegovu sol puferske otopine. Njihova kiselost ne zavisi samo od koncentracije slabog elektrolita, već i od koncentracije soli. Koristeći formulu (5), možete izračunati pH puferskih otopina.

SKtAn – koncentracija soli u puferskom rastvoru.

KD – konstanta disocijacije slabog elektrolita

CHAN je koncentracija slabog elektrolita u otopini.

Puferske otopine imaju svojstvo održavanja određene pH vrijednosti kada se dodaju kiselina ili baza (otuda i njihov naziv). Dodavanje jake kiseline puferskoj otopini dovodi do istiskivanja slabe kiseline iz njene soli i, posljedično, do vezivanja vodikovih iona:

KtAn + H+ ® Kt+ + HAn

Kada se doda jaka baza, potonja se odmah neutralizira slabom kiselinom prisutnom u otopini da nastane so,

HAn + OH-® HOH + An-

što takođe dovodi do stabilizacije pH rastvora pufera. Puferske otopine se široko koriste u laboratorijskoj praksi u slučajevima kada je potrebno stvoriti okruženje sa konstantnom pH vrijednošću.

Kao primjer, razmotrite titraciju od 100 ml. 0.1M. rastvor sirćetne kiseline CH3COOH, 0,1M. rastvor NaOH.

Kada se lužina doda otopini octene kiseline, dolazi do reakcije.

CH3COON + NaOH ® CH3COONa + H2O

Iz jednačine reakcije je jasno da CH3COOH i NaOH reaguju u omjeru 1:1, pa je količina kiseline koja je reagirala jednaka količini lužine sadržane u izlivenom titrantu. Količina formiranog natrijum acetata CH3COONa je takođe jednaka količini alkalija koja je dodata u rastvor tokom titracije.

U tački ekvivalencije, octena kiselina je potpuno neutralizirana i natrijum acetat je prisutan u otopini. Međutim, reakcija rastvora na tački ekvivalencije nije neutralna, jer natrijum acetat, kao so slabe kiseline, podleže hidrolizi na anionu.

CH3COO - + H+OH- ® CH3COOH + OH-.

Može se pokazati da se koncentracija vodikovih iona u otopini soli slabe kiseline i jake baze može izračunati pomoću formule.

0 " style="border-collapse:collapse;border:none">

CH3COOH je reagovao.

CH3COOH ostaje u rastvoru

1,00 10-2

0 ,100

Koristeći dobijene podatke, konstruišemo krivulju titracije slabe kiseline sa jakom bazom.

Krivulja titracije pokazuje da se tačka ekvivalencije pri titriranju slabe kiseline sa jakom bazom ne poklapa sa točkom neutralnosti i leži u području alkalne reakcije rastvora.

Krivulje titracije vam omogućavaju da precizno odredite pH otopine u tački ekvivalencije, što je važno za određivanje krajnje točke titracije. Određivanje tačke ekvivalencije može se obaviti instrumentalno, direktnim mjerenjem pH otopine pomoću pH metra, ali češće se za ove svrhe koriste acido-bazni indikatori. Indikatori su po svojoj prirodi organske tvari koje mijenjaju boju ovisno o pH okoline. Sami indikatori su slabe kiseline ili baze koje se reverzibilno disociraju prema jednadžbi:

NInd ® H+ + Ind-

Molekularni i jonski oblik indikatora imaju različite boje i transformišu se jedan u drugi pri određenoj pH vrijednosti. Opseg pH u kojem indikator mijenja boju naziva se interval prijelaza indikatora. Za svaki indikator, prijelazni interval je strogo individualan. Na primjer, indikator metil crvenog mijenja boju u pH rasponu = 4,4 – 6,2. Na pH< 4,4 индикатор окрашен в красный цвет, при рН >6.2, žute boje. Fenolftalein je bezbojan u kiseloj sredini, ali u opsegu pH = 8 – 10 poprima grimiznu boju. Za odabir pravog indikatora potrebno je uporediti njegov prelazni interval sa pH skokom na krivulji titracije. Interval prijelaza indikatora trebao bi se, ako je moguće, podudarati sa pH skokom. Na primjer, pri titriranju jake kiseline sa jakom bazom, uočava se pH skok u rasponu od 4-10. Ovaj interval uključuje prelazne intervale indikatora kao što su metil crveno (4,4 - 6,2), fenoftalein (8 - 10), lakmus (5 - 8). Svi ovi indikatori su pogodni za utvrđivanje tačke ekvivalencije u ovoj vrsti titracije. Indikatori kao što su alizarin žuta (10 – 12), timol plava (1,2 – 2,8) su u ovom slučaju potpuno neprikladni. Njihova upotreba će dati potpuno netačne rezultate analize.

Prilikom odabira indikatora poželjno je da promjena boje bude što kontrastnija i oštrija. U tu svrhu ponekad se koriste mješavine različitih indikatora ili mješavine indikatora s bojama.

3. Oksidaciono-redukciona titracija.

(redoksimetrija, oksidometrija.)

Redox metode uključuju široku grupu metoda titrimetrijske analize zasnovane na pojavi redoks reakcija. Redox titracije koriste se različita oksidirajuća i redukcijska sredstva. U ovom slučaju moguće je odrediti redukcione agense titracijom sa standardnim rastvorima oksidacionih sredstava, i obrnuto, određivanjem oksidatora standardnim rastvorima redukcionih sredstava. Zbog širokog spektra redoks reakcija, ova metoda omogućava određivanje velikog broja različitih supstanci, uključujući i one koje ne pokazuju direktno redoks svojstva. U potonjem slučaju koristi se povratna titracija. Na primjer, prilikom određivanja kalcija, njegovi ioni talože oksalat - ion

Ca2+ + C2O42- ® CaC2O4¯

Višak oksalata se zatim titrira sa kalijum permanganatom.

Redox titracija ima niz drugih prednosti. Redoks reakcije se dešavaju prilično brzo, što omogućava da se titracija izvrši za samo nekoliko minuta. Mnogi od njih se javljaju u kiselim, neutralnim i alkalnim sredinama, što značajno proširuje mogućnosti korištenja ove metode. U mnogim slučajevima, fiksiranje tačke ekvivalencije moguće je bez upotrebe indikatora, jer su rastvori titranta koji se koriste su obojeni (KMnO4, K2Cr2O7) i na tački ekvivalencije se boja titrirane otopine menja od jedne kapi titranta. Glavne vrste redoks titracije razlikuju se po oksidacionom agensu koji se koristi u reakciji.

Permanganatometrija.

U ovoj metodi redoks titracije, oksidaciono sredstvo je kalijum permanganat KMnO4. Kalijum permanganat je jako oksidaciono sredstvo. Sposoban je da reaguje u kiselim, neutralnim i alkalnim sredinama. U različitim sredinama, oksidaciona sposobnost kalijum permanganata nije ista. Najizraženije je u kiseloj sredini.

MnO4- + 8H+ +5e ® Mn+ + 4H2O

MnO4- + 2H2O + 3e ® MnO2¯ + 4OH-

MnO4- + e ® MnO42-

Permanganatometrijskom metodom se može odrediti širok spektar supstanci: Fe2+, Cr2+, Mn2+, Cl-, Br-, SO32-, S2O32-, NO2,- Fe3+, Ce4+, Cr2O72+, MnO2, NO3-, ClO3-, itd. Mnogi organski supstance: fenoli, amino šećeri, aldehidi, oksalna kiselina itd.

Permanganatometrija ima mnoge prednosti.

1. Kalijum permanganat je jeftina i lako dostupna supstanca.

2. Rastvori permanganata su grimizno obojeni, tako da se tačka ekvivalencije može utvrditi bez upotrebe indikatora.

3. Kalijum permanganat je jako oksidaciono sredstvo i stoga je pogodan za određivanje mnogih supstanci koje nisu oksidirane drugim oksidantima.

4. Titracija sa permanganatom se može izvesti sa različitim reakcijama medija.

Permanganatometrija također ima neke nedostatke.

1. Kalijum permanganat je teško dobiti u hemijski čistom obliku. Zbog toga je teško pripremiti standardno rješenje na temelju preciznog vaganja tvari. Za titraciju se koriste sekundarni permanganatni standardi, čija se koncentracija utvrđuje korištenjem standardnih otopina drugih tvari: (NH4)2C2O4, K4, H2C2O4 itd., koje se nazivaju tvari za vezivanje.

2. Rastvori permanganata su nestabilni i tokom dugotrajnog skladištenja mijenjaju koncentraciju, što se mora periodično provjeravati u odnosu na rastvore tvari za vezivanje.

3. Oksidacija mnogih supstanci sa permanganatom na sobnoj temperaturi teče sporo i za izvođenje reakcije potrebno je zagrijavanje otopine.

Jodometrija.

Kod jodometrijske titracije, oksidant je jod. Jod oksidira mnoge redukcione agense: SO32-, S2O32-, S2-, N2O4, Cr2+, itd. Ali oksidaciona sposobnost joda je mnogo manja od permanganata. Jod je slabo rastvorljiv u vodi, pa se obično rastvara u rastvoru KI. Koncentracija standardnog rastvora joda se postavlja standardnim rastvorom natrijum tiosulfata Na2S2O3.

2S2O32- + I2 ® S4O62- + 2I-

Za jodometrijsko određivanje koriste se različite metode titracije. Supstance koje se lako oksidiraju jodom titriraju se direktno standardnim rastvorom joda. Ovako definišu: CN-, SO32-, S2O32-, itd.

Supstance koje se teže oksidiraju jodom titriraju se metodom povratne titracije: otopini tvari koja se utvrđuje dodaje se višak otopine joda. Nakon što se reakcija završi, višak joda titrira se standardnim rastvorom tiosulfata. Indikator u jodometrijskoj titraciji je obično škrob, koji sa jodom daje karakterističnu plavu boju, po čijem se izgledu može suditi o prisustvu slobodnog joda u rastvoru.

Mnoga oksidirajuća sredstva određuju se indirektnom jodometrijskom titracijom: oksidirajućoj otopini se dodaje određena zapremina standardnog rastvora kalijum jodida, oslobađa se slobodni jod, koji se zatim titrira standardnim rastvorom tiosulfata. Cl2, Br2, O3, KMnO4, BrO32- itd. određuju se metodom indirektne titracije.

Prednosti jodometrijske metode.

1. Jodometrijska metoda je vrlo precizna i superiornija u preciznosti u odnosu na druge metode redoks titracije.

2. Rastvori joda su obojeni, što u nekim slučajevima omogućava određivanje tačke ekvivalencije bez upotrebe indikatora.

3. Jod je visoko rastvorljiv u organskim rastvaračima, što mu omogućava da se koristi za titraciju nevodenih rastvora.

Jodometrija također ima neke nedostatke.

1. Jod je isparljiva supstanca i tokom titracije može se izgubiti zbog isparavanja. Zbog toga jodometrijsku titraciju treba izvesti brzo i, ako je moguće, na hladnom.

2. Jodidni joni se oksidiraju atmosferskim kiseonikom, zbog čega se jodometrijska titracija mora izvršiti brzo.

3. Definisati pojmove: primarni standard, sekundarni standard, titrant, zapremina alikvota, titracija.

4. Koje vrste titrimetrijskih analiza postoje, na čemu se zasniva njihova klasifikacija?

5. Navedite glavne vrste redoks titracije. Dajte kratak opis permanganatometrije i jodometrije.

6. Šta se naziva tačka ekvivalencije? Koje metode postoje za njegovo utvrđivanje i koje su od njih korištene u ovom laboratorijskom radu?

7. Za šta se koriste krivulje titracije? Koji su principi njihove konstrukcije u acidobaznoj i redoks titraciji?