Metoder for titrimetrisk analyse er delt inn i henhold til titreringsalternativet og i henhold til de kjemiske reaksjonene som er valgt for å bestemme stoffet (komponenten). I moderne kjemi er det kvantitative og

Typer klassifisering

Titrimetriske analysemetoder velges for en spesifikk kjemisk reaksjon. Avhengig av type interaksjon er det en inndeling av titrimetrisk bestemmelse i separate typer.

Analysemetoder:

• Redokstitrering; Metoden er basert på å endre oksidasjonstilstanden til grunnstoffer i et stoff.
• Kompleksdannelse er en kompleks kjemisk reaksjon.
• Syre-base titrering innebærer fullstendig nøytralisering av de reagerende stoffene.

Nøytralisering

Syre-base titrering lar deg bestemme mengden av uorganiske syrer (alkalimetri), samt beregne baser (acidimetri) i ønsket løsning. Ved hjelp av denne metoden bestemmes stoffer som reagerer med salter. Ved bruk av organiske løsemidler (aceton, alkohol) ble det mulig å bestemme et større antall stoffer.

Kompleksering

Hva er essensen av den titrimetriske analysemetoden? Det antas at stoffer bestemmes ved utfelling av det ønskede ion som en dårlig løselig forbindelse eller binding av den til et lett dissosiert kompleks.

Redoksimetri

Redokstitrering er basert på reduksjons- og oksidasjonsreaksjoner. Avhengig av den titrerte reagensløsningen som brukes i analytisk kjemi, skilles følgende:

• permanganatometry, som er basert på bruk av kaliumpermanganat;
• jodometri, som er basert på oksidasjon med jod, samt reduksjon med jodidioner;
• bikromatometri, som bruker oksidasjon med kaliumbikromat;
• bromometri basert på oksidasjon av kaliumbromat.

Redoksmetoder for titrimetrisk analyse inkluderer også prosesser som cerimetri, titanometri og vanadometri. De involverer oksidasjon eller reduksjon av ioner av det tilsvarende metallet.

Ved titreringsmetode

Det er en klassifisering av titrimetriske analysemetoder avhengig av titreringsmetoden. I den direkte versjonen titreres ionet som bestemmes med den valgte reagensløsningen. Titreringsprosessen i substitusjonsmetoden er basert på å bestemme ekvivalenspunktet i nærvær av ustabile kjemiske forbindelser. Titrering etter rest (omvendt metode) brukes når det er vanskelig å velge en indikator, samt når den kjemiske reaksjonen går sakte. For eksempel, når kalsiumkarbonat bestemmes, behandles en prøve av stoffet med en overflødig mengde titrert

Analyseverdi

Alle metoder for titrimetrisk analyse antar:

• nøyaktig bestemmelse av volumet av en eller hver av de reagerende kjemikaliene;
• tilstedeværelsen av en titrert løsning, takket være hvilken titreringsprosedyren utføres;
• identifikasjon av analyseresultater.

Titrering av løsninger er grunnlaget for analytisk kjemi, så det er viktig å vurdere de grunnleggende operasjonene som utføres når du utfører et eksperiment. Denne delen er nært knyttet til hverdagspraksis. Uten å ha noen anelse om tilstedeværelsen av hovedkomponenter og urenheter i et råmateriale eller et produkt, er det vanskelig å planlegge en teknologisk kjede i farmasøytisk, kjemisk og metallurgisk industri. Grunnleggende om analytisk kjemi brukes på komplekse økonomiske spørsmål.

Forskningsmetoder i analytisk kjemi

Denne grenen av kjemi er vitenskapen om å bestemme en komponent eller substans. Grunnleggende om titrimetrisk analyse - metoder som brukes for å utføre eksperimentet. Med deres hjelp trekker forskeren en konklusjon om sammensetningen av stoffet og det kvantitative innholdet av enkeltdeler i det. Det er også mulig, under analytisk analyse, å identifisere oksidasjonstilstanden der komponenten av stoffet som studeres befinner seg. Når de klassifiserer kjemi, tar de hensyn til nøyaktig hvilken handling som skal utføres. For å måle massen til det resulterende sedimentet, brukes en gravimetrisk forskningsmetode. Når man analyserer intensiteten til en løsning, er fotometrisk analyse nødvendig. Basert på EMF-verdien bestemmes komponentene i testmedikamentet ved potensiometri. Titreringskurver viser tydelig at eksperimentet blir utført.

Avdeling for analytiske metoder

Om nødvendig bruker analytisk kjemi fysiokjemiske, klassiske (kjemiske) og fysiske metoder. Kjemiske metoder er vanligvis forstått som titrimetrisk og gravimetrisk analyse. Begge metodene er klassiske, utprøvde og mye brukt i analytisk kjemi. innebærer å bestemme massen av det ønskede stoffet eller dets bestanddeler, som er isolert i ren tilstand, så vel som i form av uløselige forbindelser. Den volumetriske (titrimetriske) analysemetoden er basert på å bestemme volumet av reagenset som forbrukes i en kjemisk reaksjon, tatt i en kjent konsentrasjon. Det er en inndeling av kjemiske og fysiske metoder i separate grupper:

• optisk (spektral);
• elektrokjemiske;
• radiometrisk;
• kromatografisk;
• massespektrometrisk.

Spesifikasjoner for titrimetrisk forskning

Denne grenen av analytisk kjemi innebærer å måle mengden reagens som kreves for å utføre en fullstendig kjemisk reaksjon med en kjent mengde av det ønskede stoffet. Essensen av teknikken er at et reagens med kjent konsentrasjon tilsettes dråpevis til en løsning av teststoffet. Tilsetningen fortsetter til mengden er ekvivalent med mengden av analytten som reagerer med den. Denne metoden gir mulighet for høyhastighets kvantitative beregninger i analytisk kjemi.

Den franske forskeren Gay-Lusac regnes som grunnleggeren av teknikken. Stoffet eller grunnstoffet som bestemmes i denne prøven kalles stoffet som bestemmes. Disse kan inkludere ioner, atomer, funksjonelle grupper og bundne frie radikaler. Reagenser er gassformige eller flytende stoffer som reagerer med et bestemt kjemisk stoff. Titreringsprosessen innebærer å tilsette en løsning til en annen med konstant blanding. En forutsetning for vellykket implementering av titreringsprosessen er bruken av en løsning med en spesifisert konsentrasjon (titrant). For å utføre beregninger bruker de antall gramekvivalenter av stoffet i 1 liter løsning. Titreringskurver er konstruert etter beregninger.

Kjemiske forbindelser eller grunnstoffer interagerer med hverandre i klart definerte vektmengder som tilsvarer deres gramekvivalenter.

Alternativer for å tilberede en titrert løsning ved bruk av en veid del av utgangsstoffet

Som den første metoden for å tilberede en løsning med en gitt konsentrasjon (en viss titer), kan du vurdere å løse opp en prøve av den nøyaktige massen i vann eller et annet løsningsmiddel, samt å fortynne den tilberedte løsningen til ønsket volum. Titeren til det resulterende reagenset kan bestemmes av den kjente massen til den rene forbindelsen og volumet av den ferdige løsningen. Denne teknikken brukes til å fremstille titrerte løsninger av de kjemiske stoffene som kan oppnås i ren form, hvis sammensetning ikke endres under langtidslagring. For å veie stoffene som brukes, brukes flasker med lukket lokk. Denne metoden for å tilberede løsninger er ikke egnet for stoffer som er svært hygroskopiske, samt for forbindelser som reagerer kjemisk med karbonmonoksid (4).

Den andre teknologien for fremstilling av titrerte løsninger brukes på spesialiserte kjemiske anlegg og i spesielle laboratorier. Den er basert på bruk av faste rene forbindelser veid i nøyaktige mengder, samt på bruk av løsninger med en viss normalitet. Stoffene legges i glassampuller og forsegles deretter. De stoffene som er inne i glassampullene kalles fixans. Under selve eksperimentet brytes ampullen med reagenset over en trakt som har en stanseanordning. Deretter overføres hele komponenten til en målekolbe, deretter oppnås det nødvendige volumet arbeidsløsning ved å tilsette vann.

En viss handlingsalgoritme brukes også til titrering. Byretten fylles med den tilberedte arbeidsløsningen til null-merket slik at det ikke er luftbobler i den nedre delen. Deretter måles den analyserte løsningen med en pipette, deretter plasseres den i en konisk kolbe. Legg til noen dråper indikator til den. Tilsett arbeidsløsningen gradvis dråpe for dråpe fra en byrett til den tilberedte løsningen og overvåk fargeendringen. Når det kommer en stabil farge som ikke forsvinner etter 5-10 sekunder, vurderes titreringsprosessen å være fullført. Deretter begynner de beregninger, beregner volumet av løsningen som er konsumert med en gitt konsentrasjon, og trekker konklusjoner basert på eksperimentet som ble utført.

Konklusjon

Titrimetrisk analyse lar deg bestemme den kvantitative og kvalitative sammensetningen av det analyserte stoffet. Denne metoden for analytisk kjemi er nødvendig for ulike bransjer; den brukes i medisin og farmasøytiske produkter. Når du velger en arbeidsløsning, må du ta hensyn til dens kjemiske egenskaper, samt evnen til å danne uløselige forbindelser med stoffet som studeres.

Laboratoriearbeid nr. 8

TITRIMETRIAN ANALYSE

Formålet med arbeidet: å bli kjent med det grunnleggende innen titrimetrisk analyse, å studere de grunnleggende metodene og teknikkene for titrering.

TEORETISK DEL

1. Essensen av titrimetrisk analyse. Enkle konsepter.

Titrimetrisk (volumetrisk) analyse er en av de viktigste typene kvantitativ analyse. Dens viktigste fordeler er nøyaktighet, utførelseshastighet og muligheten til å brukes til å bestemme et bredt utvalg av stoffer. Bestemmelse av innholdet av et stoff i titrimetrisk analyse utføres som et resultat av reaksjonen av en nøyaktig kjent mengde av ett stoff med en ukjent mengde av et annet, etterfulgt av beregning av mengden av stoffet som bestemmes ved hjelp av reaksjonsligningen. Reaksjonen som oppstår må være støkiometrisk, det vil si at stoffer må reagere strengt kvantitativt, i henhold til koeffisientene i ligningen. Bare hvis denne betingelsen er oppfylt kan reaksjonen brukes til kvantitativ analyse.

Hovedoperasjonen til titrimetrisk analyse er titrering– gradvis blanding av stoffer til reaksjonen er fullført. Vanligvis brukes løsninger av stoffer i titrimetrisk analyse. Under titrering tilsettes en løsning av ett stoff gradvis til en løsning av et annet stoff inntil stoffene reagerer fullstendig. Løsningen som helles kalles titrant, kalles løsningen som titranten tilsettes titrert løsning. Volumet av en titrert løsning som utsettes for titrering kalles alikvot del eller alikvot volum.

Ekvivalenspunkt er punktet under titrering når reaktantene har reagert fullstendig. På dette tidspunktet er de i tilsvarende mengder , dvs. tilstrekkelig til at reaksjonen forløper fullstendig, uten rester.

For titrering brukes løsninger med nøyaktig kjente konsentrasjoner, som kalles standard eller titrert. Det finnes flere typer standardløsninger.

Primær standard er en løsning med en nøyaktig kjent konsentrasjon, fremstilt ved nøyaktig veiing av stoffet. Stoffet for fremstilling av primærstandarden må ha en viss sammensetning og være av en viss grad av renhet. Innholdet av urenheter i det bør ikke overstige etablerte standarder. Ofte, for å tilberede standardløsninger, gjennomgår stoffet ytterligere rensing. Før veiing tørkes stoffet i en ekssikkator over et tørkemiddel eller holdes ved forhøyet temperatur. Prøven veies på en analytisk vekt og løses opp i et visst volum løsemiddel. Den resulterende standardløsningen bør ikke endre egenskapene under lagring. Standardløsninger oppbevares i tett lukkede beholdere. Om nødvendig er de beskyttet mot direkte sollys og eksponering for høye temperaturer. Standardløsninger av mange stoffer (HCl, H2SO4, Na2B4O7, etc.) kan lagres i årevis uten å endre konsentrasjonen.

På grunn av det faktum at å tilberede et stoff for å tilberede en standardløsning er en lang og arbeidskrevende prosess, produserer den kjemiske industrien såkalte. faste kanaler. Fixanal er en glassampull der en viss del av stoffet er forseglet. Ampullen brytes, og stoffet overføres kvantitativt til en målekolbe, og deretter bringes væskevolumet til merket. Bruken av fikseringskanaler forenkler prosessen betydelig og reduserer forberedelsestiden til standardløsningen.

Noen stoffer er vanskelige å få tak i i kjemisk ren form (for eksempel KMnO4). På grunn av urenhetsinnholdet er det ofte umulig å ta en nøyaktig prøve av et stoff. I tillegg endrer løsninger av mange stoffer egenskapene deres under lagring. For eksempel er alkaliløsninger i stand til å absorbere karbondioksid fra luften, som et resultat av at konsentrasjonen deres endres over tid. I disse tilfellene brukes sekundære standarder.

Sekundær standard er en løsning av et stoff med en nøyaktig kjent konsentrasjon, som er etablert i henhold til primærstandarden. Sekundære standarder (for eksempel løsninger av KMnO4, NaOH, etc.) lagres under samme forhold som primære standarder, men deres konsentrasjon kontrolleres med jevne mellomrom mot standardløsninger av de såkalte herdende stoffene.

2. Metoder og typer titrering.

Under titreringsprosessen tas vanligvis en alikvot av løsningen i en kolbe, deretter tilsettes titrantløsningen fra en byrett i små porsjoner til ekvivalenspunktet er nådd. Ved ekvivalenspunktet måles volumet titrant som forbrukes for å titrere løsningen. Titrering kan utføres på flere måter.

Direkte titrering er at løsningen av analytten EN titrer med standard titreringsløsning I. Den direkte titreringsmetoden brukes til å titrere løsninger av syrer, baser, karbonater, etc.

På omvendt titrering av en alikvot av en standardløsning I titreres med en løsning av analytten EN. Omvendt titrering brukes hvis analytten er ustabil under forholdene titreringen utføres under. For eksempel skjer oksidasjon av nitritter med kaliumpermanganat i et surt miljø.

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

Men nitritt i seg selv er ustabilt i et surt miljø.

2NaNO2 + H2SO4® Na2S04 + 2HNO2

Derfor titreres en standardløsning av permanganat, surgjort med svovelsyre, med en løsning av nitritt, hvis konsentrasjon skal bestemmes.

Tilbake titrering brukes i tilfeller der direkte titrering ikke er aktuelt: for eksempel på grunn av et svært lavt innhold av analytten, manglende evne til å bestemme ekvivalenspunktet, når reaksjonen er langsom osv. Under tilbaketitrering til en alikvot av analytten EN hell i et nøyaktig målt volum av en standardløsning av stoffet I tatt i overkant. Ureagert overskuddsstoff I bestemmes ved titrering med en standardløsning av hjelpestoffet MED. Basert på forskjellen i den opprinnelige mengden av stoffet I og mengden som gjenstår etter reaksjonen, bestemme mengden av stoffet I, som reagerte med stoffet EN, som stoffinnholdet er beregnet på grunnlag av EN.

Indirekte titrering eller titrering med substituent. Basert på det faktum at det ikke er stoffet som bestemmes som titreres, men produktet av dets reaksjon med hjelpestoffet MED.

Substans D må dannes strengt kvantitativt i forhold til stoffet EN. Etter å ha bestemt innholdet av reaksjonsproduktet D titrering med en standardløsning av stoffet I, Ved hjelp av reaksjonsligningen beregnes innholdet av analytten EN.

Reaksjoner som brukes i titrimetrisk analyse må være strengt støkiometriske, gå relativt raskt og om mulig ved romtemperatur. Avhengig av typen reaksjon som oppstår, er det:

Syre-base titrering, som er basert på en nøytraliseringsreaksjon.

Redokstitrering, basert på redoksreaksjoner.

Kompleksometrisk titrering, basert på komplekseringsreaksjoner.

3. Syre-base titrering.

Grunnlaget for syre-basetitrering er nøytraliseringsreaksjonen mellom en syre og en base. Som et resultat av nøytraliseringsreaksjonen dannes salt og vann.

HAN + KtOH® KtAn + H2O

Nøytraliseringsreaksjonen skjer nesten øyeblikkelig ved romtemperatur. Syre-base titrering brukes til å bestemme syrer, baser og mange salter av svake syrer: karbonater, borater, sulfitter osv. Ved å bruke denne metoden kan blandinger av forskjellige syrer eller baser titreres, og bestemme innholdet av hver komponent separat.

Når en syre titreres med en base eller omvendt, skjer det en gradvis endring i surheten til mediet, som uttrykkes ved pH-verdien. Vann er en svak elektrolytt som dissosieres i henhold til ligningen.

H2O® H+ + OH-

Produktet av konsentrasjonen av hydrogenioner og konsentrasjonen av hydroksylioner er en konstant verdi og kalles ionisk produkt av vann.

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

I et nøytralt miljø er konsentrasjonene av hydrogenioner og hydroksydioner like og utgjør 10-7 m/l. Det ioniske produktet av vann forblir konstant når en syre eller base tilsettes til vann. Når en syre tilsettes, øker konsentrasjonen av hydrogenioner, noe som fører til en forskyvning i dissosiasjonslikevekten til vann til venstre, noe som resulterer i en reduksjon i konsentrasjonen av hydroksydioner. For eksempel, hvis = 10-3 m./l., så = 10-11 m./l. Det ioniske produktet av vann vil forbli konstant.

Hvis du øker konsentrasjonen av alkali, vil konsentrasjonen av hydroksidioner øke, og konsentrasjonen av hydrogenioner vil avta, det ioniske produktet av vann vil også forbli konstant. For eksempel = 10-2, = 10-12

PH verdi kalles den negative desimallogaritmen til hydrogenionkonsentrasjonen.

pH = - log. (2)

Basert på ligning (1), kan vi konkludere med at pH = 7 i et nøytralt miljø.

pH = - log 10-7 = 7.

I et surt pH-miljø< 7, в щелочной рН >7. Formelen for pOH er avledet på samme måte fra ligning (1).

pOH = - log = 14 - pH. (3)

Under syre-base titrering endres pH i løsningen med hver porsjon tilsatt titreringsmiddel. Ved ekvivalenspunktet når pH en viss verdi. På dette tidspunktet må titreringen stoppes og volumet titrant som brukes til titrering må måles. For å bestemme pH ved ekvivalenspunktet, bygg titreringskurve– graf over avhengigheten av pH i løsningen av volumet tilsatt titrant. Titreringskurven kan konstrueres eksperimentelt ved å måle pH på ulike punkter i titreringen, eller beregnes teoretisk ved å bruke formlene (2) eller (3). Som et eksempel kan du vurdere titreringen av en sterk syre HCl med en sterk base NaOH.

Tabell 1. Titrering av 100 ml 0,1 M HCl-løsning med 0,1 M NaOH-løsning.

	nNaOH (mol)	nHCl (mol) reagerte.	nHCl som er igjen i løsning (mol)
	1,00 10-2	1,00 10-2

Når alkali tilsettes til en sur løsning, synker mengden syre og pH i løsningen øker. Ved ekvivalenspunktet er syren fullstendig nøytralisert av alkaliet og pH = 7. Reaksjonen til løsningen er nøytral. Ved ytterligere tilsetning av alkali bestemmes løsningens pH av overskuddsmengden av NaOH. Ved tilsetning av 101 og 110 ml. Overskudd av alkali i NaOH-løsning er henholdsvis 1 og 10 ml. Mengden av NaOH på disse to punktene, basert på formelen for den molare konsentrasjonen av løsningen, er lik henholdsvis mol og 1 10-3 mol

Basert på formel (3) for en titrert løsning med et overskudd av alkali på 1 og 10 ml. vi har pH-verdier på henholdsvis 10 og 11. Basert på de beregnede pH-verdiene konstruerer vi en titreringskurve.

Titreringskurven viser at ved begynnelsen av titreringen bestemmes løsningens pH av tilstedeværelsen av saltsyre i løsningen og endres litt når en alkaliløsning tilsettes. Nær ekvivalenspunktet oppstår et kraftig hopp i pH når en svært liten mengde alkali tilsettes. Ved ekvivalenspunktet er bare salt og vann tilstede i løsningen. Saltet av en sterk base og en sterk syre gjennomgår ikke hydrolyse og derfor er reaksjonen til løsningen nøytral pH = 7. Ytterligere tilsetning av alkali fører til en økning i pH i løsningen, som også endres litt avhengig av volumet av den tilsatte titreringen, som ved begynnelsen av titreringen. Ved titrering av sterke syrer med sterke baser og omvendt, faller ekvivalenspunktet sammen med løsningens nøytralitetspunkt.

Ved titrering av en svak syre med en sterk base, observeres et litt annet bilde. Svake syrer i løsninger dissosieres ikke fullstendig og likevekt etableres i løsningen.

HAN® H+ + An-.

Konstanten til denne likevekten kalles syredissosiasjonskonstanten.

(4)

Siden en svak syre ikke dissosieres fullstendig, kan ikke konsentrasjonen av hydrogenioner reduseres til den totale konsentrasjonen av syren i løsningen, slik tilfellet var ved titrering av en sterk syre. (6)

Når en løsning av alkali tilsettes til en løsning av en svak syre, dannes et salt av den svake syren i løsningen. Løsninger som inneholder en svak elektrolytt og dens salt kalles bufferløsninger. Surheten deres avhenger ikke bare av konsentrasjonen av den svake elektrolytten, men også av konsentrasjonen av salt. Ved å bruke formel (5) kan du beregne pH i bufferløsninger.

СKtAn – saltkonsentrasjon i bufferløsningen.

KD – dissosiasjonskonstant for en svak elektrolytt

CHАn er konsentrasjonen av en svak elektrolytt i løsning.

Bufferløsninger har egenskapen til å opprettholde en viss pH-verdi når en syre eller base tilsettes (derav navnet). Tilsetning av en sterk syre til en bufferløsning resulterer i fortrengning av den svake syren fra saltet, og følgelig i binding av hydrogenioner:

KtAn + H+ ® Kt+ + HAN

Når en sterk base tilsettes, blir sistnevnte umiddelbart nøytralisert av den svake syren som er tilstede i løsningen for å danne et salt,

HAN + OH-® HOH + An-

som også fører til stabilisering av pH i bufferløsningen. Bufferløsninger er mye brukt i laboratoriepraksis i tilfeller hvor det er nødvendig å skape et miljø med konstant pH-verdi.

Som et eksempel, vurder titreringen på 100 ml. 0,1 millioner eddiksyreløsning CH3COOH, 0,1M. NaOH-løsning.

Når alkali tilsettes til en løsning av eddiksyre, oppstår en reaksjon.

CH3COON + NaOH® CH3COONa + H2O

Fra reaksjonsligningen er det klart at CH3COOH og NaOH reagerer i et forhold på 1:1, derfor er mengden syre som reagerte lik mengden alkali inneholdt i den hellede titranten. Mengden natriumacetat CH3COONa som dannes er også lik mengden alkali tilsatt løsningen under titrering.

Ved ekvivalenspunktet er eddiksyre fullstendig nøytralisert og natriumacetat er tilstede i løsning. Imidlertid er reaksjonen av løsningen ved ekvivalenspunktet ikke nøytral, siden natriumacetat, som et salt av en svak syre, gjennomgår hydrolyse ved anionet.

CH3COO - + H+OH-® CH3COOH + OH-.

Det kan vises at konsentrasjonen av hydrogenioner i en løsning av et salt av en svak syre og en sterk base kan beregnes ved hjelp av formelen.

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

CH3COOH reagerte.

CH3COOH gjenstår i løsningen

1,00 10-2

1,00 10-2

0 ,100

Ved å bruke de oppnådde dataene konstruerer vi en titreringskurve av en svak syre med en sterk base.

Titreringskurven viser at ekvivalenspunktet ved titrering av en svak syre med sterk base ikke sammenfaller med nøytralitetspunktet og ligger i området for løsningens alkaliske reaksjon.

Titreringskurver lar deg nøyaktig bestemme pH til en løsning ved ekvivalenspunktet, som er viktig for å bestemme endepunktet for titreringen. Bestemmelse av ekvivalenspunktet kan gjøres instrumentelt, direkte måling av pH i løsningen ved hjelp av et pH-meter, men oftere brukes syre-base-indikatorer for disse formålene. Indikatorer er i sin natur organiske stoffer som endrer farge avhengig av pH i miljøet. Selve indikatorene er svake syrer eller baser som dissosierer reversibelt i henhold til ligningen:

НInd ® H+ + Ind-

De molekylære og ioniske formene til indikatoren har forskjellige farger og forvandles til hverandre ved en viss pH-verdi. pH-området som indikatoren endrer farge innenfor kalles indikatorovergangsintervallet. For hver indikator er overgangsintervallet strengt individuelt. For eksempel endrer den metylrøde indikatoren farge i pH-området = 4,4 – 6,2. Ved pH< 4,4 индикатор окрашен в красный цвет, при рН >6.2, i gult. Fenolftalein er fargeløst i et surt miljø, men i pH-området = 8 – 10 får det en karmosinrød farge. For å velge riktig indikator er det nødvendig å sammenligne overgangsintervallet med pH-hoppet på titreringskurven. Indikatorovergangsintervallet bør om mulig falle sammen med pH-hoppet. For eksempel, når du titrerer en sterk syre med en sterk base, observeres et pH-hopp i området 4-10. Dette intervallet inkluderer overgangsintervallene til indikatorer som metylrødt (4,4 - 6,2), fenolftalein (8 - 10), lakmus (5 - 8). Alle disse indikatorene er egnet for å etablere ekvivalenspunktet i denne typen titrering. Indikatorer som alizarin gul (10 – 12), tymolblå (1,2 – 2,8) er helt uegnet i dette tilfellet. Bruken av dem vil gi helt feil analyseresultater.

Når du velger en indikator, er det ønskelig at fargeendringen er så kontrast og skarp som mulig. For dette formål brukes noen ganger blandinger av forskjellige indikatorer eller blandinger av indikatorer med fargestoffer.

3. Oksidasjon-reduksjon titrering.

(redoksimetri, oksidimetri.)

Redoksmetoder inkluderer en bred gruppe titrimetriske analysemetoder basert på forekomsten av redoksreaksjoner. Redokstitreringer bruker forskjellige oksidasjons- og reduksjonsmidler. I dette tilfellet er det mulig å bestemme reduksjonsmidler ved titrering med standardløsninger av oksidasjonsmidler, og vice versa, bestemme oksidasjonsmidler med standardløsninger av reduksjonsmidler. På grunn av det store utvalget av redoksreaksjoner gjør denne metoden det mulig å bestemme et stort antall forskjellige stoffer, inkludert de som ikke direkte viser redoksegenskaper. I sistnevnte tilfelle brukes tilbaketitrering. For eksempel, når man bestemmer kalsium, utfeller dets ioner oksalat - et ion

Ca2+ + C2O42-® CaC2O4¯

Overskuddet av oksalat titreres deretter med kaliumpermanganat.

Redokstitrering har en rekke andre fordeler. Redoksreaksjoner oppstår ganske raskt, slik at titrering kan utføres på bare noen få minutter. Mange av dem forekommer i sure, nøytrale og alkaliske miljøer, noe som betydelig utvider mulighetene for å bruke denne metoden. I mange tilfeller er det mulig å fikse ekvivalenspunktet uten bruk av indikatorer, siden titrantløsningene som brukes er farget (KMnO4, K2Cr2O7) og ved ekvivalenspunktet endres fargen på den titrerte løsningen fra én dråpe titrant. Hovedtypene av redokstitreringer kjennetegnes av oksidasjonsmidlet som brukes i reaksjonen.

Permanganatometri.

I denne redokstitreringsmetoden er oksidasjonsmidlet kaliumpermanganat KMnO4. Kaliumpermanganat er et sterkt oksidasjonsmiddel. Den er i stand til å reagere i sure, nøytrale og alkaliske miljøer. I forskjellige miljøer er oksidasjonsevnen til kaliumpermanganat ikke den samme. Det er mest uttalt i et surt miljø.

MnO4- + 8H+ +5e® Mn+ + 4H2O

MnO4- + 2H2O + 3e® MnO2¯ + 4OH-

MnO4- + e ® MnO42-

Den permanganatometriske metoden kan bestemme en lang rekke stoffer: Fe2+, Cr2+, Mn2+, Cl-, Br-, SO32-, S2O32-, NO2,- Fe3+, Ce4+, Cr2O72+, MnO2, NO3-, ClO3- osv. Mange organiske stoffer: fenoler, aminosukker, aldehyder, oksalsyre, etc.

Permanganatometry har mange fordeler.

1. Kaliumpermanganat er et billig og lett tilgjengelig stoff.

2. Permanganatløsninger er farget crimson, så ekvivalenspunktet kan etableres uten bruk av indikatorer.

3. Kaliumpermanganat er et sterkt oksidasjonsmiddel og egner seg derfor til bestemmelse av mange stoffer som ikke oksideres av andre oksidasjonsmidler.

4. Titrering med permanganat kan utføres med forskjellige reaksjoner av mediet.

Permanganatometry har også noen ulemper.

1. Kaliumpermanganat er vanskelig å få tak i i kjemisk ren form. Derfor er det vanskelig å tilberede en standardløsning basert på en nøyaktig veiing av stoffet. For titrering brukes sekundære permanganatstandarder, hvis konsentrasjon fastsettes ved bruk av standardløsninger av andre stoffer: (NH4)2C2O4, K4, H2C2O4, etc., som kalles herdende stoffer.

2. Permanganatløsninger er ustabile og under langtidslagring endrer de konsentrasjonen, som med jevne mellomrom må kontrolleres mot løsninger av de herdende stoffene.

3. Oksidasjon av mange stoffer med permanganat ved romtemperatur går sakte og oppvarming av løsningen er nødvendig for å utføre reaksjonen.

Jodometri.

Ved jodometrisk titrering er oksidasjonsmidlet jod. Jod oksiderer mange reduksjonsmidler: SO32-, S2O32-, S2-, N2O4, Cr2+ osv. Men oksidasjonsevnen til jod er mye mindre enn permanganat. Jod er dårlig løselig i vann, så det er vanligvis oppløst i en KI-løsning. Konsentrasjonen av en standard jodløsning settes med en standardløsning av natriumtiosulfat Na2S2O3.

2S2O32- + I2 ® S4O62- + 2I-

For jodometrisk bestemmelse brukes ulike titreringsmetoder. Stoffer som lett oksideres av jod titreres direkte med en standard jodløsning. Dette er hvordan de definerer: CN-, SO32-, S2O32-, etc.

Stoffer som er vanskeligere å oksidere med jod, titreres ved hjelp av tilbaketitreringsmetoden: et overskudd av jodløsning tilsettes løsningen av stoffet som bestemmes. Etter at reaksjonen er fullført, titreres overskudd av jod med en standard tiosulfatløsning. Indikatoren i jodometrisk titrering er vanligvis stivelse, som gir en karakteristisk blå farge med jod, ved utseendet som man kan bedømme tilstedeværelsen av fritt jod i løsningen.

Mange oksidasjonsmidler bestemmes ved indirekte jodometrisk titrering: et visst volum av en standard kaliumjodidløsning tilsettes til oksidasjonsløsningen, fritt jod frigjøres, som deretter titreres med en standard tiosulfatløsning. Cl2, Br2, O3, KMnO4, BrO32- osv. bestemmes ved den indirekte titreringsmetoden.

Fordeler med den jodometriske metoden.

1. Den jodometriske metoden er svært nøyaktig og overlegen i nøyaktighet i forhold til andre redokstitreringsmetoder.

2. Jodløsninger er farget, noe som gjør det i noen tilfeller mulig å bestemme ekvivalenspunktet uten bruk av indikatorer.

3. Jod er svært løselig i organiske løsningsmidler, noe som gjør at det kan brukes til titrering av ikke-vandige løsninger.

Jodometri har også noen ulemper.

1. Jod er et flyktig stoff og under titrering kan det gå tapt på grunn av fordampning. Derfor bør jodometrisk titrering utføres raskt og om mulig i kulde.

2. Jodidioner oksideres av atmosfærisk oksygen, av denne grunn må jodometrisk titrering utføres raskt.

3. Definer begrepene: primær standard, sekundær standard, titrant, alikvotvolum, titrering.

4. Hvilke typer titrimetriske analyser finnes, hva er klassifiseringen basert på?

5. List opp hovedtypene redokstitrering. Gi en kort beskrivelse av permanganatometry og jodometri.

6. Hva kalles ekvivalenspunktet? Hvilke metoder finnes for å etablere det, og hvilke av dem ble brukt i dette laboratoriearbeidet?

7. Hva brukes titreringskurver til? Hva er prinsippene for deres konstruksjon i syre-base og redoks titreringer?

I titrimetrisk analyse gjøres den kvantitative bestemmelsen av et stoff basert på volumet av en løsning med kjent konsentrasjon brukt på reaksjonen med et bestemt stoff.

Prosessen med å bestemme innholdet av et stoff eller den nøyaktige konsentrasjonen av en løsning ved volumetriske analytiske midler kalles titrering. Denne viktigste operasjonen av titrimetrisk analyse består i det faktum at en annen løsning med en nøyaktig kjent konsentrasjon sakte tilsettes til testløsningen i en mengde tilsvarende mengden av forbindelsen som bestemmes.

Volumene av løsninger som reagerer kvantitativt med hverandre er omvendt proporsjonale med de normale konsentrasjonene av disse løsningene:

V 1 = N 2 eller V 1 x N 1 = N 2 x V 2 V 1 x N 1 = V 2 x N 2

Hvor V er volumet av den reagerende løsning, l; N – konsentrasjon, n.

Denne posisjonen ligger til grunn for titrimetrisk analyse. For å bestemme konsentrasjonen av en av løsningene, er det nødvendig å vite de nøyaktige volumene til de reagerende løsningene, den nøyaktige konsentrasjonen til den andre løsningen, og øyeblikket når de to stoffene vil reagere i ekvivalente mengder. Betingelsene for titrimetrisk bestemmelse er:

a) nøyaktig måling av volumer av reagerende stoffer;

b) fremstilling av løsninger med nøyaktig kjent konsentrasjon, ved hjelp av hvilke titrering utføres, den s.k. arbeidsløsninger (titraner)(ofte kalles slike løsninger med kjent konsentrasjon standard (titrert);

c) bestemme slutten av reaksjonen.

Titrimetrisk bestemmelse tar mye kortere tid enn gravimetrisk bestemmelse. I stedet for mange langvarige operasjoner med gravimetrisk analyse (sedimentering, filtrering, veiing, etc.), involverer titrimetrisk bestemmelse bare én operasjon - titrering.

Nøyaktigheten av titrimetriske bestemmelser er noe mindre enn nøyaktigheten til gravimetrisk analyse, men forskjellen er liten, derfor prøver de der det er mulig å utføre bestemmelsen med en raskere metode.

For at en bestemt reaksjon skal tjene som grunnlag for titrering, må den tilfredsstille en rekke krav.

1. Reaksjonen må foregå kvantitativt etter en bestemt ligning uten bireaksjoner. Du må være trygg. At det tilsatte reagenset utelukkende brukes på reaksjonen med stoffet som bestemmes.

2. Slutten av reaksjonen bør registreres nøyaktig slik at mengden reagens er

tilsvarende mengden av stoffet som bestemmes. Beregningen av analyseresultater er basert på ekvivalensen av de reagerende stoffene.

3. Reaksjonen må foregå med tilstrekkelig hastighet og være praktisk talt irreversibel. Det er nesten umulig å nøyaktig fikse ekvivalenspunktet for langsomme reaksjoner.

TITRERINGSMETODER

Etter titreringsmetoden skilles det mellom direkte, omvendt eller indirekte titrering (substitusjonsmetode).

Ved direkte titrering tilsettes titranten direkte til løsningen av analytten. For å utføre analyse ved hjelp av denne metoden er én fungerende løsning tilstrekkelig. For eksempel, for å bestemme en syre, kreves det en arbeidsløsning av et alkali, og for å bestemme et oksidasjonsmiddel kreves det en løsning av et reduksjonsmiddel.

Under tilbaketitrering tilsettes et kjent volum arbeidsløsning, tatt i overskudd, til løsningen av analytten. Etter dette titreres resten av den første arbeidsløsningen med en annen arbeidsløsning og mengden reagens som reagerte med analytten beregnes. For eksempel, for å bestemme kloridioner, tilsettes et kjent volum av AqNO 3-løsning tatt i overskudd til den analyserte kloridløsningen. Det oppstår en reaksjon

Aq + +Cl = AqCl↓.

Overskuddet av AqNO 3-løsningen bestemmes ved bruk av en annen arbeidsløsning - ammoniumtiocyanat NH 4 SCN:

Aq + + SCN - = AqSCN↓.

Ved indirekte titrering tilsettes et overskudd av et reagens til løsningen som analyseres, som reagerer med stoffet som bestemmes. Et av reaksjonsproduktene bestemmes deretter ved titrering. For eksempel, for å bestemme blåsyre, tilsett en løsning av AqNO 3 i overskudd. Det oppstår en reaksjon

HCN + AqNO3 = AqCN↓ + HNO3

Salpetersyre bestemmes deretter enkelt ved å bruke en arbeidsløsning av alkalisk NaOH:

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H 2 O

I dette tilfellet erstattes den svake blåsyren i ekvivalente mengder med den sterke.

3. KLASSIFISERING AV TITRIMETRIMETODER

ANALYSE

I titrimetrisk analyse brukes reaksjoner av ulike typer (syre-base-interaksjon, kompleksdannelse, etc.), som tilfredsstiller kravene til titrimetriske reaksjoner. Noen titrimetriske metoder er navngitt etter typen hovedreaksjon som oppstår under titrering eller navnet på titreringen (for eksempel ved argentometriske metoder er titranten en AqNO 3-løsning, i permanganometriske metoder - en KMnO 4-løsning, etc.) Iht. til metoden for å fikse ekvivalenspunktet, skilles titreringsmetoder med fargeindikatorer, metoder for potensiometrisk titrering, konduktometriske, fotometriske, etc. Ved klassifisering i henhold til typen hovedreaksjon som oppstår under titrering, skilles vanligvis følgende metoder for titrimetrisk analyse:

1. Syre-base titreringsmetoder basert på reaksjoner knyttet til protonoverføringsprosessen:

H + + OH - = H 2 O, CH 3 COOH + OH - = CH 3 COO - + H 2 O,

CO32- + H+ = HCO-3;

2. kompleksdannelsesmetoder som bruker reaksjoner for dannelse av koordinasjonsforbindelser (for eksempel kompleksometri):

Mg2+ + H2V2- = MgV2_ + 2H+

Hvor V 2 = CH 2 – N /

׀ / CH 2 – COO-

3. Utfellingsmetoder basert på reaksjoner av dannelse av dårlig løselig

tilkoblinger:

Aq + + Cl - + AqCl↓ (argentometri),

Hg 2 2+ + 2 Cl - = Hg 2 Cl 2 ↓ (kvikksølvometri);

4.metoder for redokstitrering. basert

på redoksreaksjoner (oksidimetri):

MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H20 (permanganatometry);

2S 2 O 3 2- + 1 2 = S 4 O 6 2- + 2 1 - (jodometri);

5NO - 2 + 2MnO4 - + 6H + + 5NO - 3 + 2Mn2+ +3H20 (nitrometri);

3SbCl4- + Br - 3 + 6H + + 6Cl - = 3SbCl6- + Br _ + 3H20 (bromatometry).

En lang rekke reaksjoner brukes i titrimetri. Avhengig av hvilken reaksjon som ligger til grunn for titreringen, skilles følgende metoder for titrimetrisk analyse.

Syre-base metoder, som er basert på nøytraliseringsreaksjonen:

H + + OH - → H 2 O

Denne metoden bestemmer mengden syrer, baser og noen salter.

Oksidasjonsreduksjonsmetoder(oksidimetri). Disse metodene er basert på oksidasjons-reduksjonsreaksjoner. Ved å bruke en løsning av et oksidasjonsmiddel bestemmes mengden av et stoff som er et reduksjonsmiddel og omvendt.

Nedbørs- og kompleksdannelsesmetoder er basert på utfelling av ioner i form av tungtløselige forbindelser og på binding av ioner til et lett dissosiert kompleks.

Følgende skilles ut: titreringsmetoder:

direkte, når det under titrering oppstår en reaksjon mellom analytten og titranten;

det motsatte, til når et åpenbart overskudd, men nøyaktig målt volum av en løsning med kjent konsentrasjon tilsettes til løsningen som skal bestemmes og overskuddet av reagens titreres med en titrant;

substituent titrering når produktet av reaksjonen av analytten med et hvilket som helst reagens titreres med en titrant.

TITRANTER

Titrant er løsningen som brukes for titrimetrisk bestemmelse, dvs. titreringsløsning. For å utføre bestemmelse ved hjelp av en titrant, må du vite den nøyaktige konsentrasjonen. Det er to metoder for å tilberede titrerte løsninger, dvs. løsninger med nøyaktig kjent konsentrasjon.

1. En nøyaktig prøve tatt på en analytisk vekt løses opp i en målekolbe, d.v.s. Det fremstilles en løsning hvor mengden av oppløst stoff og volumet av løsningen er kjent. I dette tilfellet kalles løsningene løsninger med forberedt titer.

2. Løsningen tilberedes til omtrent ønsket konsentrasjon, og den nøyaktige konsentrasjonen bestemmes ved titrering, med en annen løsning med den preparerte titeren. Titrerte løsninger, hvis nøyaktige konsentrasjon er funnet som et resultat av titrering, kalles løsninger med en satt titer.

Titranter fremstilles vanligvis til omtrentlig ønsket konsentrasjon, og deres eksakte konsentrasjon bestemmes. Det må huskes at titeren av løsninger endres over tid og må kontrolleres med visse intervaller (fra 1 til 3 uker, avhengig av stoffet som løsningen er tilberedt av). Derfor, hvis titranten er fremstilt fra en nøyaktig tatt prøve, tilsvarer dens titer den som kun er tilberedt i en begrenset periode.

En av reglene for titrimetrisk analyse er følgende: titranttitre må settes under de samme forholdene som analysen skal utføres under.

For å bestemme den nøyaktige konsentrasjonen av titranten ("titerinnstilling." eller standardisering), bruk den såkalte start- eller settstoff.

Nøyaktigheten for å bestemme titranttiteren, og følgelig nøyaktigheten til alle påfølgende analyser avhenger av egenskapene til det etablerende stoffet. Installasjonsstoffet må tilfredsstille følgende krav.

Overensstemmelse mellom sammensetningen av et stoff og dets kjemiske formel.

Kjemisk renhet - den totale mengden urenheter bør ikke overstige 0,1% - Stabilitet i luft, d.v.s. karbondioksid.

Stabilitet i løsning (oksiderer eller dekomponerer ikke).

Kanskje en stor ekvivalent masse reduserer den relative feilen i bestemmelsen.

God løselighet i vann.

Evnen til å reagere med en løsning, hvis titer er etablert i henhold til en strengt definert ligning og ved høy hastighet.

For å stille inn titranttiteren fra stivningsstoffet tilbered en nøyaktig løsning ved å bruke en nøyaktig tatt prøve. Løsningen tilberedes i en målekolbe. Målekolben skal vaskes med en kromblanding til den renner helt av, skylles mange ganger med vann fra springen og deretter 3 til 4 ganger med destillert vann. Trakten skal være ren, tørr og passe fritt inn i kolbens hals.

En prøve av det herdende stoffet veies på en analytisk vekt i en veieflaske. Du kan veie ut nøyaktig beregnet mengde, eller du kan ta en mengde nær den beregnede mengde, men nøyaktig veid. I det første tilfellet vil løsningen ha nøyaktig den spesifiserte konsentrasjonen, og i det andre beregnes den nøyaktige konsentrasjonen.

Prøven som tas overføres forsiktig gjennom en trakt til en målekolbe. Restene fra flasken vaskes grundig inn i en trakt med destillert vann fra skyllingen. Deretter vasker de innerveggene til trakten og, løfter den litt, vasker den ytre delen av røret. Det er nødvendig å sikre at den totale mengden vann som brukes til å vaske begerglasset og trakten, ikke opptar mer enn halvparten av kolben. Bruk en forsiktig rotasjonsbevegelse og rør innholdet i kolben til prøven er fullstendig oppløst. Bruk deretter destillert vann fra vaskemaskinen for å bringe innholdet i kolben til merket. For å gjøre dette, hell vann ca. 1 cm under merket. Plasser kolben slik at merket er i øyehøyde og tilsett forsiktig vann dråpe for dråpe til den nedre delen av menisken berører merket på kolbens hals (fig. 1). Lukk flasken forsiktig med en propp, og snu den og rør løsningen 12-15 ganger. Løsninger for titrering må være nylaget.

For å få titrerte løsninger bruker de ofte faste kanaler, som er forseglede glassampuller med nøyaktig veide reagenser. Hver ampulle har en inskripsjon som viser hvilket stoff og i hvilken mengde det er i ampullen.

En trakt settes inn i målekolben, også vasket grundig og skylles med destillert vann. Hvis ampullen ikke inneholder en løsning, men et tørt stoff, bør trakten være tørr. Deretter settes en spesiell glassstift (vanligvis inkludert i esken med fester) inn i trakten, også skylt med destillert vann. Ampullen tørkes med etylalkohol for å fjerne inskripsjonen og vaskes med destillert vann. Deretter føres den inn i trakten slik at den berører støteren med sin tynne, innover buede bunn, løft den og treffer enden av støteren lett. I dette tilfellet går innholdet i ampullen inn i kolben gjennom en trakt (fig. 2). Det er en fordypning på siden eller toppen av ampullen, hvor et hull er stanset med en glassstang med spiss ende. Gjennom dette hullet vaskes ampullens indre vegger med destillert vann fra vaskemaskinen. Du må skylle mange ganger i små porsjoner. Etter dette skylles ampullens yttervegger og ampullen kastes. Skyll trakten og spikeren, løft deretter trakten og vask den ytre

Del av et traktrør. Vask toppen av halsen på målekolben. Når du utfører alle disse vaskeoperasjonene, sørg for at vannmengden i målekolben ved slutten av alle operasjoner ikke overstiger 2-3 ganger volumet til kolben. Rør forsiktig om innholdet i kolben med en roterende bevegelse. Hvis fixanalen inneholdt en tørr substans, rør den til den er helt oppløst. Bruk deretter destillert vann for å bringe innholdet i kolben til merket. Lukk flasken forsiktig og rør løsningen 12-15 ganger.

For å fastslå titranten til titranten, tas separate porsjoner av løsningen med en pipette og titreres. Du kan også ta separate veide porsjoner av utgangsstoffet og, etter å ha oppløst hver av dem i en vilkårlig mengde vann, titrere hele den resulterende løsningen. Denne metoden gir mer nøyaktige resultater enn den første, men er for arbeidskrevende. Derfor, i laboratoriet, praktisk talt når de utfører analyser, bruker de den første metoden.

5. BESTEMME PUNKTET FOR EKVIVALENS OG AVSLUTNING

REAKSJONER

Ved titrering skal det ikke brukes et overskudd av reagenset, men en mengde tilsvarende mengden av stoffet som bestemmes. En nødvendig betingelse for å bestemme innholdet av et stoff titrimetrisk er den nøyaktige bestemmelsen av øyeblikket når reaksjonen mellom det titrerte stoffet og titranten avsluttes, det vil si fiksering av punktet ekvivalens. Jo mer nøyaktig slutten av reaksjonen bestemmes, desto mer nøyaktig vil analyseresultatet være.

For å bestemme slutten av en reaksjon brukes spesielle reagenser, såkalte indikatorer. Virkningen av indikatorer koker vanligvis ned til det faktum at etter fullføringen av reaksjonen mellom det titrerte stoffet og titranten i nærvær av et lite overskudd av sistnevnte, gjennomgår de endringer og endrer fargen på løsningen eller bunnfallet. Når så mye titrant er tilsatt fra byretten at det observeres en merkbar endring i fargen på den titrerte løsningen, sies det at titreringen er oppnådd. sluttpunkt for titrering.

I de fleste tilfeller tilsettes indikatorer til en løsning av teststoffet og titrering skjer i nærvær av indikatoren. Disse er de såkalte interne indikatorer. I noen tilfeller gjør de det annerledes: mens titreringen fortsetter, tas en dråpe av løsningen fra den titrerte løsningen med en kapillær, som en dråpe av en indikator tilsettes på en porselensplate. Dermed skjer reaksjonen med indikatoren utenfor den titrerte løsningen. Indikatorene som brukes i dette tilfellet kalles eksterne.

Det er separate indikatorer for hver titrimetrisk metode. Ved syre-basetitrering endrer indikatorer farge når pH i løsningen endres. I nedbørmetoder bestemmes ekvivalenspunktet av opphør av sedimentdannelse. Indikatorene som brukes i disse metodene danner et sterkt farget bunnfall eller løsning med et overskudd av titrant. Noen ganger, hvis du titrerer med en farget løsning, for eksempel en KMnO 4-løsning, kan slutten av titreringen sees uten en indikator, siden den første dråpen titrant som ikke reagerer med et bestemt stoff endrer fargen på titrert løsning.

Titrimetrisk analyse

Metodens historie og prinsipp

Titrimetrisk analyse (titrimetri) er den viktigste kjemiske analysemetoden. Det oppsto på 1700-tallet, først som en empirisk måte å teste kvaliteten på ulike materialer, som eddik, brus og blekeløsninger. Ved overgangen til 1700- og 1800-tallet ble byretter og pipetter oppfunnet (F. Decroisille). Av spesiell betydning var verkene til J. Gay-Lussac, som introduserte de grunnleggende vilkårene for denne metoden: titrering, titrering og andre avledet fra ordet "tittel". Titer er massen av oppløst stoff (i gram) i en milliliter løsning. På Gay-Lussacs tid ble analyseresultatene beregnet ved bruk av titere. Imidlertid viste titeren som en måte å uttrykke konsentrasjonen av en løsning på å være mindre praktisk enn andre egenskaper (for eksempel molare konsentrasjoner), derfor i moderne kjemianalyse er beregninger ved bruk av titere ganske sjeldne. Tvert imot, ulike termer avledet fra ordet "tittel" brukes veldig mye.

På midten av 1800-tallet oppsummerte den tyske kjemikeren K. Mohr alle de titrimetriske metodene skapt på den tiden og viste at grunnlaget for enhver metode er det samme prinsippet. En løsning med en nøyaktig kjent konsentrasjon av reagens R (titrant) tilsettes alltid til prøveløsningen som inneholder komponenten X som skal bestemmes. Denne prosessen kalles titrering. Når du utfører en titrering, overvåker analytikeren fremdriften til den kjemiske reaksjonen mellom X og den tilsatte R. Når ekvivalenspunktet (eq.) nås, når antall mol ekvivalenter av den innførte R er nøyaktig lik antall mol ekvivalenter av stoffet X som er tilstede i prøven, stoppes titreringen og volumet titrant forbrukes er målt. I det øyeblikket titreringen avsluttes kalles titreringens sluttpunkt (e.t.t.), er den, i likhet med t.eq., uttrykt i volumenheter, vanligvis i milliliter. I det ideelle tilfellet er V t.t.t = V t.eq. , men i praksis oppnås ikke en eksakt match av forskjellige årsaker; titreringen fullføres litt tidligere eller omvendt litt senere enn t.eq. oppnås. Naturligvis bør titreringen utføres slik at forskjellen mellom V t.eq. og V k.t.t. ville være så liten som mulig.

Siden massen eller konsentrasjonen av X beregnes fra volumet titrant brukt på titrering av prøven (i henhold til V c.t.t.), ble titrimetri tidligere kalt volumetrisk analyse. Dette navnet brukes ofte i dag, men begrepet titrimetrisk analyse mer nøyaktig. Faktum er at operasjonen med gradvis tilsetning av reagenset (titrering) er karakteristisk for enhver teknikk av denne typen, og forbruket av titranten kan vurderes ikke bare ved å måle volumet, men også på andre måter. Noen ganger veies tilsatt titrant (måling av masse på en analytisk vekt gir mindre relativ feil enn måling av volum). Noen ganger måles tiden det tar før titranten introduseres (med konstant injeksjonshastighet).

Siden slutten av 1800-tallet begynte titrimetriske teknikker å bli brukt i forskning, fabrikker og andre laboratorier. Ved hjelp av den nye metoden var det mulig å bestemme milligram og til og med mikrogram mengder av en lang rekke stoffer. Den utbredte bruken av titrimetri ble forenklet av metodens enkelhet, lave kostnader og allsidighet til utstyret. Titrimetri begynte å bli brukt spesielt mye på 50-tallet av det 20. århundre, etter at den sveitsiske analytikeren G. Schwarzenbach skapte en ny versjon av denne metoden (kompleksometri). Samtidig begynte en utbredt bruk av instrumentelle metoder for å overvåke c.t.t. På slutten av 1900-tallet avtok betydningen av titrimetri noe på grunn av konkurransen fra mer sensitive instrumentelle metoder, men i dag er titrimetri fortsatt en svært viktig analysemetode. Den lar deg raskt, enkelt og nøyaktig bestemme innholdet av de fleste kjemiske elementer, individuelle organiske og uorganiske stoffer, det totale innholdet av stoffer av samme type, samt generelle sammensetningsindikatorer (vannhardhet, melkefettinnhold, surhet av petroleum Produkter).

Teknikk for titrimetrisk analyse

Prinsippet for metoden vil bli tydeligere etter at teknikken for implementeringen er beskrevet. Så la dem gi deg en alkaliløsning med ukjent konsentrasjon, og din oppgave er å fastslå den nøyaktige konsentrasjonen. For dette trenger du reagensløsning, eller titrant- et stoff som reagerer kjemisk med et alkali, og konsentrasjonen av titranten må være nøyaktig kjent. For å fastslå konsentrasjonen av alkali bruker vi åpenbart en syreløsning som titrant.

1. Bruk en pipette, velg det nøyaktige volumet av den analyserte løsningen - det kalles alikvot. Vanligvis er alikvotvolumet 10-25 ml.

2. Overfør en alikvot til en titreringskolbe, fortynn med vann og tilsett en indikator.

3. Fyll byretten med titrantløsning og utfør titrering er sakte, dråpevis tilsetning av titrant til en alikvot av testløsningen.

4. Vi fullfører titreringen i det øyeblikket indikatoren endrer farge. Dette øyeblikket kalles endepunkt for titrering – k.t.t. K.t.t. faller som regel sammen med øyeblikket når reaksjonen mellom analytten og titranten er fullført, dvs. nøyaktig tilsvarende mengde titrant tilsettes til alikvoten - dette øyeblikket kalles ekvivalenspunkt, dvs. Dermed d.v.s. og k.t.t. - dette er to kjennetegn ved samme øyeblikk, den ene er teoretisk, den andre er eksperimentell, avhengig av den valgte indikatoren. Derfor er det nødvendig å velge indikatoren riktig slik at c.t.t. falt mest mulig sammen med t.e.

5. Mål volumet titrant brukt til titrering og beregn konsentrasjonen av testløsningen.

Typer titrimetrisk analyse

Titrimetriske metoder kan klassifiseres etter flere uavhengige kriterier: nemlig: 1) etter type reaksjon mellom X og R, 2) etter metoden for titrering og beregning av resultater, 3) etter metoden for overvåking av ekv.

Klassifisering etter type kjemisk reaksjon- det viktigste. La oss huske at ikke alle kjemiske reaksjoner kan brukes til titrering.

For det første, som i andre kjemiske metoder, må komponenten som skal bestemmes (analytten) reagere kvantitativt med titranten.

For det andre er det nødvendig at reaksjonslikevekten etableres så raskt som mulig. Reaksjoner der, etter tilsetning av neste porsjon titrant, krever etablering av likevekt minst flere minutter, er vanskelige eller til og med umulige å bruke i titrimetri.

For det tredje må reaksjonen tilsvare en enkelt og tidligere kjent støkiometrisk ligning. Hvis en reaksjon fører til en blanding av produkter, vil sammensetningen av denne blandingen endres under titreringen og avhenge av reaksjonsbetingelsene. Det vil være svært vanskelig å fikse ekvivalenspunktet, og resultatet av analysen vil være unøyaktig Kombinasjonen av disse kravene oppfylles av protolyse (nøytraliserings)reaksjoner, mange kompleksdannelse og oksidasjons-reduksjonsreaksjoner, samt enkelte utfellingsreaksjoner. Følgelig skiller titrimetrisk analyse:

Nøytraliseringsmetode

kompleksometri,

Redoksmetriske metoder

Nedbørsmetoder.

Innenfor hver metode skilles dens individuelle varianter ut (tabell 1). Navnene deres kommer fra navnene på reagensene som brukes i hvert alternativ som titrant (permanganatometri, jodometri, kromatometri, etc.).

Tabell 1.

Klassifisering av titrimetriske teknikker i henhold til typen kjemisk reaksjon som brukes

Reaksjon	Metode	Reagens (titrant)	Metodealternativ	Bestemte stoffer
Protolyse	Nøytraliseringsmetode	H Cl, HClO 4, HNO 3	Acidimetri	Os ny
		KOH, NaOH, etc.	Alkalimetri	Syrer
Kompleksitet-utdanning	Kompleksometri	EDTA	Kompleksometri	Metaller og deres forbindelser
			Fluoridometri, cyanidometri	Noen metaller, organiske stoffer
Oksidasjon-reduksjon	Redoksmetri	KMnO4 K 2 C r 2 O 7	Permanganatometri kromatometri	Restauratører
		KJ og Na2S2O3	Jodometri	Reduksjonsmidler, oksidasjonsmidler, syrer
		Askorbinsyre	Askorbinometri	Oksidasjonsmidler
Nedbør	Sedimetri	AgNO3	Argentometri	Halogenider
		Hg 2 (NO 3) 2	Merkurimetri
		KSCN	Rhodanometri	Noen metaller
		Ba(NO3)2	Bariemetri	Sulfater

Klassifisering etter titreringsmetode. Vanligvis er det tre metoder: direkte, revers og substitusjonstitrering. Direkte titrering innebærer direkte tilsetning av titrant til prøveløsningen. Noen ganger brukes en annen rekkefølge av blandingsreagenser - en prøveløsning der de ønsker å bestemme konsentrasjonen av X tilsettes gradvis til en kjent mengde R; men dette er også en direkte titrering. I begge tilfeller beregnes analyseresultatene ved å bruke de samme formlene basert på ekvivalentloven.

ν X = ν R

hvor ν X og ν R er antall mol av ekvivalenter X og R. Beregningsformler basert på forholdet, samt eksempler på beregninger, vil bli gitt nedenfor.

Direkte titrering er en praktisk og vanligste type titrimetri. Det er mer nøyaktig enn andre. Tross alt oppstår det hovedsakelig tilfeldige feil ved måling av volum av løsninger, og i denne titreringsmetoden måles volumet kun én gang, men direkte titrering er ikke alltid mulig. Mange reaksjoner mellom X og R går ikke raskt nok, og etter tilsetning av neste porsjon av titranten har ikke likevekt tid til å etablere seg i løsningen. Noen ganger er direkte titrering ikke mulig på grunn av bivirkninger eller mangel på en passende indikator. I slike tilfeller brukes mer komplekse revers- eller substitusjonstitreringsskjemaer. De involverer minst to kjemiske reaksjoner.

Tilbake titrering utført i henhold til en to-trinns ordning:

X + R 1 = Y 1

R1 + R2 = Y2

Hjelpereagens R 1 introduseres i en nøyaktig kjent mengde. Volumet og konsentrasjonen av løsningen R1 velges slik at R1 forblir i overskudd etter fullføring av reaksjonen. Den ureagerte delen av R1 titreres deretter med titrant R2. Et eksempel kan være permanganatometrisk titrering av organiske stoffer. Det er ikke mulig å titrere mange stoffer "direkte" med permanganat på grunn av langsom oksidasjon og av andre grunner. Men du kan først tilsette en kjent (overskytende) mengde KMnO 4 til prøven som analyseres, surgjøre og varme opp den resulterende løsningen. Dette vil føre til fullstendig og rask fullføring av oksidasjonen av organiske stoffer. Deretter titreres det gjenværende permanganatet med et aktivt reduksjonsmiddel, for eksempel en løsning av SnCl 2 eller FeSO 4 .

Beregning av resultatene av tilbaketitrering utføres basert på det åpenbare forholdet:

ν X =ν R 1 - ν R 2

Siden volumene i dette tilfellet måles to ganger (først volumet av reagensløsningen R1, deretter volumet av titranten R2), er den tilfeldige feilen i analyseresultatet litt høyere enn ved direkte titrering. Den relative feilen i analysen øker spesielt sterkt med et lite overskudd av hjelpereagenset, når ν R 1 ≈ν R 2 .

Klassifisering etter kontrollmetode t.eq. Flere slike metoder er kjent. Det enkleste er indikatorløs titrering, det vanligste er titrering med fargeindikatorer, og det mest nøyaktige og sensitive er instrumentelle titrimetrialternativer.

Indikatorløs titrering er basert på bruk av reaksjoner som er ledsaget av en endring i de synlige egenskapene til den titrerte løsningen. Som regel har en av reagensene (X eller R) en synlig farge. Fremdriften av en slik reaksjon overvåkes uten spesielle instrumenter og uten tilsetning av indikatorreagenser. Fargeløse reduksjonsmidler titreres således i et surt medium med en fiolett løsning av et oksidasjonsmiddel - kaliumpermanganat (KMnO 4). Hver del av den tilsatte titranten vil umiddelbart bli misfarget, og bli til Mn 2+ ioner under påvirkning av reduksjonsmidlet. Dette vil fortsette til t.eq. Imidlertid vil den aller første "ekstra" dråpen titrant gjøre den titrerte løsningen rosa-fiolett; fargen vil ikke forsvinne selv når løsningen røres. Når en vedvarende farge vises, stoppes titreringen og volumet av titrant som forbrukes måles ( V k.t.t.). Slutten av titreringen kan oppdages ikke bare ved utseendet av farge i den titrerte løsningen, som i eksemplet som er vurdert, men også ved misfarging av den tidligere fargede prøveløsningen, så vel som ved utseendet av et bunnfall, dets forsvinning, eller en endring i utseende. Indikatorløs titrering brukes ganske sjelden, siden bare noen få reaksjoner er ledsaget av en endring i de synlige egenskapene til løsningen.

Instrumentell titrering. Fremdriften av reaksjonen mellom X og R kan overvåkes ikke bare "med øyet" (visuelt), men også ved hjelp av instrumenter som måler noen fysiske egenskaper ved løsningen. Alternativer for instrumentell titrimetri skilles ut avhengig av hvilken egenskap ved løsningen som kontrolleres. Du kan bruke hvilken som helst egenskap avhengig av den kvalitative og kvantitative sammensetningen av den titrerte løsningen. Du kan nemlig måle den elektriske ledningsevnen til en løsning (dette alternativet kalles konduktometrisk titrering), potensialet til indikatorelektroden nedsenket i den titrerte løsningen ( potensiometrisk titrering), lysabsorpsjon av den titrerte løsningen ( fotometrisk titrering), etc. Titrering kan stoppes når en viss forhåndsvalgt verdi av egenskapen som måles er nådd. For eksempel titreres en syreløsning med en alkali til pH = 7. Men oftere gjør de det annerledes - den valgte egenskapen til løsningen måles gjentatte ganger (eller til og med kontinuerlig) når titranten introduseres, ikke bare før , men også etter forventet temperatur eq Basert på dataene som er oppnådd, plottes en grafisk avhengighet av den målte egenskapen på volumet av tilsatt titrant ( titreringskurve). Nær ekvivalenspunktet observeres en skarp endring i sammensetningen og egenskapene til den titrerte løsningen, og et hopp eller knekk registreres på titreringskurven. For eksempel et hopp i potensialet til en elektrode nedsenket i en løsning. Plasseringen av t.eq. vurderes ved posisjonen til bøyningen på kurven. Denne typen analyser er mer arbeidskrevende og tidkrevende enn konvensjonell titrering, men gir mer nøyaktige resultater. I én titrering er det mulig å bestemme de individuelle konsentrasjonene av en rekke komponenter.

Mer enn et dusin varianter av instrumentell titrimetri er kjent. Den amerikanske analytikeren I. Kolthoff spilte en viktig rolle i deres opprettelse. De tilsvarende teknikkene er forskjellige i egenskapen til løsningen som måles, i utstyret som brukes og i analytiske evner, men de er alle mer følsomme og selektive enn indikatorbaserte eller indikatorfrie visuelle titrimetrialternativer. Instrumentell kontroll er spesielt viktig når indikatorer ikke kan brukes, for eksempel ved analyse av grumsete eller intenst fargede løsninger, samt ved bestemmelse av mikrourenheter og ved analyse av blandinger. Instrumentell titrimetri krever imidlertid å utstyre laboratoriet med spesielle instrumenter, fortrinnsvis selvregistrerende eller helautomatiserte, noe som ikke alltid er økonomisk gjennomførbart. I mange tilfeller kan ganske nøyaktige og pålitelige resultater oppnås på en enklere og billigere måte, basert på bruk av indikatorer.

Bruke indikatorer. En liten mengde av en spesiell reagens kan tilsettes til den titrerte prøven på forhånd - indikator. Titreringen må stoppes i det øyeblikket indikatoren endrer sin synlige farge under påvirkning av den innførte titreringen; dette er sluttpunktet for titreringen. Det er viktig at fargeendringen ikke skjer gradvis, som et resultat av å tilsette bare én "ekstra" dråpe titrant. I noen tilfeller endrer ikke indikatoren sin farge, løselighet eller karakter av luminescens. Imidlertid brukes slike indikatorer (adsorpsjon, fluorescerende, kjemiluminescerende, etc.) mye sjeldnere enn fargeindikatorer. En endring i farge på en hvilken som helst indikator oppstår på grunn av den kjemiske interaksjonen mellom indikatoren og titranten, noe som fører til overgangen av indikatoren til en ny form.Indikatoregenskapene må vurderes mer detaljert.

Indikatorer

I analytiske laboratorier brukes flere hundre fargeindikatorer av ulike typer (syre-base, metallokrom, adsorpsjon, etc.). En gang i tiden ble tinkturer hentet fra planter brukt som indikatorer - fra fiolette blomster eller fra en spesiell type lav (lakmus). R. Boyle var den første som brukte slike indikatorer. For tiden brukes ikke naturlige indikatorer, siden de alltid er en blanding av forskjellige stoffer, så overgangen til fargen deres er ikke tydelig uttrykt. Moderne indikatorer er spesielt syntetiserte individuelle organiske forbindelser. Som regel er indikatorer forbindelser av den aromatiske serien, hvis molekyler inneholder flere funksjonelle grupper (substituenter).Mange slike forbindelser er kjent, men bare noen av dem kan brukes som fargeindikatorer. Den foreslåtte indikatoren må oppfylle en rekke krav:

· indikatoren skal oppløses godt, og gi løsninger som er stabile under lagring;

· I løsning må indikatoren eksistere i flere former, forskjellige i molekylstruktur. Det må etableres en mobil kjemisk likevekt mellom formene. For eksempel går den sure formen til indikatoren inn i den grunnleggende formen (og omvendt), den oksiderte formen til den reduserte formen (og vice versa); en metallokrom indikator binder seg reversibelt til et kompleks med metallioner, etc.;

· fargeindikatoren må være intens absorbere lys i det synlige området av spekteret. Fargen på løsningen bør kunne skjelnes selv ved svært lave konsentrasjoner (10 -6 - 10 -7 mol/l). I dette tilfellet vil det være mulig å introdusere svært små mengder indikator i den titrerte løsningen, noe som bidrar til å oppnå mer nøyaktige analytiske resultater;

· forskjellige former for indikatoren må være forskjellige i fargen, det vil si i absorpsjonsspekteret i det synlige området. I dette tilfellet vil en kontrasterende fargeovergang observeres under titrering.For eksempel er fargeovergangen til indikatoren fra rosa til smaragdgrønn godt synlig for øyet. Det er mye vanskeligere å fikse sluttpunktet for titrering (e.t.t.) ved overgangsfargen rosa eller oransje eller fiolett. Det er veldig viktig hvor forskjellige absorpsjonsspektrene til de to formene av indikatoren er. Hvis en av indikatorformene maksimalt absorberer lys med bølgelengde λ 1, og den andre med bølgelengde λ 2, så karakteriserer forskjellen ∆λ = λ 1 - λ 2 kontrasten til fargeovergangen. Jo større ∆λ, jo bedre blir fargeovergangen til indikatoren oppfattet av øyet. For å øke den visuelle kontrasten til en fargeovergang, brukes noen ganger blandinger av forskjellige indikatorer eller et fremmed inert fargestoff tilsettes indikatoren;

· overgangen av indikatoren fra en form til en annen når sammensetningen av løsningen endres skal skje veldig raskt, i løpet av en brøkdel av et sekund;

· overgangen må være forårsaket av en enkelt faktor, den samme for alle indikatorer av denne typen. En endring i fargen på en syre-base-indikator bør derfor ikke oppstå på grunn av reaksjoner av en annen type, for eksempel ved interaksjon med oksidasjonsmidler, eller metallioner, eller proteiner! Tvert imot bør redoksindikatorer endre fargen bare på grunn av interaksjon med oksidasjonsmidler og reduksjonsmidler, og dette bør skje ved et visst potensial spesifikt for hver redoksindikator. Fargen på disse indikatorene og overgangspotensialet bør ikke avhenge av pH i løsningen. Dessverre er overgangspotensialet til mange redoksindikatorer i praksis avhengig av pH.

For å svekke påvirkningen av sideprosesser, blir indikatoren noen ganger ikke introdusert i den titrerte løsningen, men tvert imot, under titreringen, tas en dråpe av den titrerte løsningen periodisk, blandet på et urglass med en dråpe av indikatoren løsning og observert hvilken farge som oppnås. Denne teknikken tillater bruk av irreversibelt reagerende indikatorer. Det er mer praktisk å jobbe med en "ekstern indikator" hvis du bløtlegger papiret på forhånd.

Sluttpunktet for titreringen, bestemt av fargeovergangen til indikatoren, faller kanskje ikke sammen med ekvivalenspunktet. Mismatch V k.t.t. Og V t.eq fører til en systematisk feil i analyseresultatet. Størrelsen på feilen bestemmes av arten av indikatoren, dens konsentrasjon og sammensetningen av den titrerte løsningen.

Prinsippet for å velge indikatorer er veldig enkelt og universelt : overgangskarakteristikken til indikatoren (pT titreringsindeks, overgangspotensial, etc.) må samsvare med forventet sammensetning av den titrerte løsningen ved ekvivalenspunktet. Således, hvis en analytiker titrerer en vandig løsning av en sterk syre med en sterk base, vil løsningen ved ekvivalenspunktet ha en pH = 7. Derfor er det nødvendig å bruke en syre-base-indikator som endrer farge ved omtrentlig pH 7 (bromtymolblått etc.) Nødvendig informasjon om pT - titreringsindikatorer for indikatorer av ulike typer finnes i referanselitteraturen.

Beregning av titrimetriske analyseresultater

Det anbefales ikke å beregne resultatene av titrimetrisk analyse direkte fra reaksjonsligningen, for eksempel ved bruk av proporsjoner. Denne "skole"-metoden for å løse beregningsproblemer er irrasjonell og gir som regel ikke den nødvendige nøyaktigheten. Resultatene av titrimetrisk analyse beregnes ved å bruke en av flere ferdige algebraiske formler utledet på grunnlag av ekvivalentloven. De første dataene vil være volumet forbrukt titrant (i milliliter) og titrantkonsentrasjon (i mol/liter); de må fastsettes med den nødvendige nøyaktigheten.

Beregningsmetoden er ikke avhengig av typen kjemisk reaksjon som oppstår under titrering og metoden for å kontrollere ekvivalenspunktet (indikator, enhet, etc.). Valget av beregningsformel bestemmes av hvilken titreringsmetode (direkte, revers, substitusjon) som brukes under analysen. Ved valg av formel bør det skilles mellom to tilfeller: a) beregning av konsentrasjonen av løsning X, b) bestemmelse av massefraksjon av komponenten (prosent av X i prøven).

Beregningsformlene ser enklest ut hvis konsentrasjonene av komponenten som bestemmes og titranten er uttrykt som antall mol av deres ekvivalenter per liter av de tilsvarende løsningene, dvs. bruk konsentrasjonen av komponenten som bestemmes ( N x ) og titrant (NT ), uttrykt som antall mol ekvivalenter per liter løsning. Tidligere ble disse konsentrasjonene kalt normale. Nå anbefales ikke dette begrepet, men i praksis brukes det veldig mye, spesielt innen redoksmetri. Men i kompleksometri og noen andre metoder, der 1 mol av analytten X alltid reagerer med 1 mol titrant, faller de normale konsentrasjonene sammen med de vanlige molare konsentrasjonene ( C x og C T ), og derfor er det ikke nødvendig å bruke normale konsentrasjoner og ekvivalenter ved beregning av resultatene.

I motsetning til vanlige molare konsentrasjoner, bestemmes den normale konsentrasjonen under hensyntagen til kjemien til reaksjonen som skjer under titreringen. Det er nyttig å huske at den normale konsentrasjonen av X i en løsning enten er lik dens molare konsentrasjon eller overskrider den flere (2,3,4...) ganger, avhengig av hvor mange protoner (eller elektroner) som er involvert i reaksjon, per partikkel X. Når man skriver reaksjonsligningen, bestemmer ekvivalenter og beregner normale konsentrasjoner, bør man ta hensyn til forholdene titreringen foregår under, og til og med valg av indikator.

Vekttitrert Xatdirekte titrering lik (i mg):

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

hvor E x - molar masse av ekvivalenten til X, tilsvarende ett proton (i syre-basereaksjoner), ett elektron (i redoksreaksjoner), en ligand (i kompleksdannelsesreaksjoner), etc. V T – titrantvolum (i ml). I kompleksometri beregnes massen til analytten (i mg) best ved å bruke en formel som inkluderer mengden M x -molar masse X:

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

Fra (4.11) følger det at massefraksjonen av X i prøven, uttrykt i %, er lik:

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

hvor m S - prøvens masse i mg Vanligvis er resultatet av titrering ikke avhengig av vannvolumet prøven ble oppløst i før titrering, og dette volumet er ikke tatt med i beregningene. Hvis du ikke titrerer hele prøven, men bare noe av den (en alikvot), må du ta hensyn til en ekstra koeffisient TIL , lik forholdet V 0 - volum av løsningen som denne prøven ble overført til og som alikvoter ble tatt fra, til V aliq - volumetrisk alikvot:

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

Ved beregning konsentrasjoneri henhold til metoden for direkte (eller substitusjon) titrering, brukes en enkel formel som følger direkte av ekvivalentloven:

N x . Vx=NT. VT (5).

analyse, men i fabrikklaboratorier bruker de også andre beregningsmetoder.

Utarbeidelse av arbeidsløsninger i titrimetri

Arbeidsløsninger med nøyaktig kjent konsentrasjon brukt i titrimetrisk analyse fremstilles på flere måter:

· ved nøyaktig veiing av det kjemiske reagenset tatt på en analytisk balanse. Denne prøven løses opp i en liten mengde løsemiddel, og deretter justeres volumet av den resulterende løsningen til merket i en målekolbe. De resulterende løsningene kalles standard, og de tilsvarende reagensene kalles primære standarder. Bare noen få stoffer kan være primære standarder - de må være rene kjemikalier med konstant og nøyaktig kjent sammensetning, faste ved romtemperatur, stabile i luft, og ikke hygroskopiske eller flyktige. Eksempler inkluderer kaliumdikromat, komplekson III, oksalsyre. Tvert imot, fra en prøve er det umulig å tilberede en standardløsning av saltsyre (“saltsyre”-reagensen er en væske med en unøyaktig kjent sammensetning), jern(III)klorid (oksiderer raskt i luft), natriumhydroksid (hygroskopisk) og mange andre stoffer.

· fra faste kanaler. Dette begrepet refererer til en forseglet glassampull som inneholder en viss mengde reagens, vanligvis 0,1000 molekvivalenter. Fixaner tilberedes på fabrikken. Hvis du i laboratoriet kvantitativt overfører innholdet av fixanal til en 1000 ml målekolbe og bringer det til merket med løsemiddel, vil du få en liter nøyaktig 0,1000 N løsning. Tilberedning av fikseringsløsninger sparer ikke bare analytikerens tid, men lar en også tilberede løsninger med nøyaktig kjente konsentrasjoner fra stoffer som ikke har komplekset av egenskaper som kreves for primære standarder (for eksempel fikseringsløsninger av saltsyre, ammoniakk eller jod) .

· i henhold til en tilnærmet kjent veid del av det kjemiske reagenset tatt på en teknisk skala. Denne prøven er oppløst i en tilnærmet kjent mengde løsemiddel. Deretter utføres en ekstra operasjon - standardisering av den resulterende løsningen. For eksempel titreres en nøyaktig veid porsjon av et annet stoff (primær standard) med den resulterende løsningen. Du kan gjøre det på en annen måte: ta et kjent volum (alikvot) av den tilberedte løsningen og titrer den med en passende standardløsning Basert på volumet som brukes til titrering, beregnes den nøyaktige konsentrasjonen av den tilberedte løsningen. Slike løsninger kalles standardiserte. For eksempel standardiseres en KOH-løsning ved å bruke en veid porsjon oksalsyre eller ved å bruke en fast løsning av saltsyre. Hvis et stoff i laboratoriet er tilgjengelig i form av en konsentrert løsning med tilnærmet kjent konsentrasjon (for eksempel saltsyre), så i stedet for å veie det, måles et visst forhåndsberegnet volum av den konsentrerte løsningen. Dette krever kunnskap om densiteten til den opprinnelige løsningen. Deretter, som i forrige tilfelle, blir den resulterende løsningen standardisert.

Konsentrasjonen av oppløsninger bør ikke endres spontant under lagring. I dette tilfellet kan forhåndstilberedte (standard eller standardiserte) løsninger brukes til titreringer uten ytterligere operasjoner. Det skal bemerkes at jo mer fortynnet løsningen er, desto mindre stabil er den under lagring (hydrolyse av det oppløste stoffet, dets oksidasjon med oksygenluft, adsorpsjon på den indre overflaten av glass, etc.). Derfor er arbeidsløsninger med lave konsentrasjoner som regel ikke tilberedt på forhånd. De tilberedes kun etter behov, på bruksdagen. For å gjøre dette fortynnes de originale (standard, faste eller standardiserte) løsningene med et rent løsningsmiddel i et nøyaktig kjent antall ganger (vanligvis fortynnes løsningen 5 eller 10 ganger i en operasjon). Hvis det kreves enda flere fortynnede løsninger, gjentas denne operasjonen. For eksempel, fra en 0,1 M løsning tilberedes 0,01 M, fra det - 0,001 M, etc.

Forberedelse av løsninger med nøyaktig kjente konsentrasjoner krever bruk av et helt sett med spesielle måleredskaper som gjør at volumer kan måles med den nødvendige nøyaktigheten. Disse er målekolber, pipetter og byretter. Håndbøkene for laboratoriearbeid gir beskrivelser av måling av glass og regler for arbeid med det.

Titreringsmetoder

Metode for separate prøver og metode for alikvoter. For å redusere påvirkningen av tilfeldige feil, blir titreringer vanligvis gjentatt flere ganger og deretter gjennomsnittet av resultatene. Gjentatte analyser kan utføres på to forskjellige måter: ved metoden for individuelle prøver eller ved alikvotmetoden. Begge metodene brukes både for standardisering av arbeidsløsninger og for direkte analyse av virkelige objekter.

Metode for individuelle prøver, som det fremgår av navnet, antar at flere deler av det analyserte materialet tas for titrering. Massene deres skal være omtrent like. Prøvestørrelsen velges under hensyntagen til ønsket titrantforbruk per titrering (ikke mer enn volumet av byretten) og under hensyntagen til titrantkonsentrasjonen.

La tre veide porsjoner oksalsyre tas, hvis masse er angitt i tabell 2. Basert på dataene for hver titrering beregnes KOH-konsentrasjonen (separat!). Deretter beregnes gjennomsnittet av konsentrasjonene. Volumene brukt på titrering av forskjellige porsjoner kan ikke beregnes som gjennomsnitt!

Tabell 2. Et eksempel på beregning av analyseresultater ved bruk av metoden til enkeltprøver

Henge nummer	Vekt vekt, mg	Titrantvolum, ml	Funnet konsentrasjon av KOH, mol/l
	95,7	14,9	0,102
	106,9	16,2	0,105
	80,8	12,7	0,101
Gjennomsnittlig analyseresultat C KOH = 0,103 mol/l

Alikvottitreringsmetode (eller pipetteringsmetode) er basert på titrering av flere individuelle alikvoter - små volumer av testløsningen, valgt ved bruk av pipetter.

Metoden for individuelle porsjoner og alikvottitreringsmetoden brukes ikke bare for direkte titrering, som vist i eksemplene gitt, men også for revers og substitusjonstitrering. Ved valg av titreringsmetode bør det tas i betraktning at metoden for enkeltprøver gir mer nøyaktige resultater, men den er mer arbeidskrevende og krever et større volum av beregninger. Derfor er det bedre å bruke metoden for individuelle porsjoner for å standardisere arbeidsløsninger, og for serieanalyser å bruke den raskere metoden for alikvoter.

Form på titreringskurver

Logaritmiske titreringskurver representerer en grafisk avhengighet av logaritmen til likevektskonsentrasjonen til en av reagensene på volumet av tilsatt titrant. I stedet for logaritmen av konsentrasjon, er pH-verdien til løsningen (hydrogenverdi) vanligvis plottet på den vertikale aksen. Andre lignende indikatorer brukes også (for eksempel pAg = - log), så vel som verdien av de fysisk-kjemiske egenskapene til den titrerte løsningen, som lineært avhenger av logaritmene til likevektskonsentrasjoner. Et eksempel kan være elektrodepotensial (E).

Hvis løsningen bare inneholder ett stoff som reagerer med titranten, og reaksjonen er beskrevet av en enkelt kjemisk ligning (det vil si at den ikke skjer trinnvis), vil et nesten vertikalt snitt kalles titreringshopp . Tvert imot, deler av kurven er langt fra tilsvarende. nær horisontal. Et eksempel er avhengigheten av pH til løsningene av volumet V av tilsatt titrant, vist i fig. 1

Figur 1. Type titreringskurver

Jo høyere hopphøyden på titreringskurven er, desto mer nøyaktig kan ekvivalenspunktet fastsettes.

Syre-base titrering (nøytraliseringsmetode)

Prinsippet for metoden

Nøytraliseringsmetoden er basert på syre-base (protolytiske) reaksjoner. Under denne titreringen endres pH-verdien til løsningen. Syre-base-reaksjoner er mest egnet for titrimetrisk analyse: de fortsetter i henhold til strengt definerte ligninger, uten sideprosesser og med svært høy hastighet. Samspillet mellom sterke syrer og sterke baser fører til høye likevektskonstanter. For å oppdage c.t.t. Det er en praktisk og godt studert metode - bruk av syre-base-indikatorer. Instrumentelle metoder kan også brukes, de er spesielt viktige ved titrering av ikke-vandige, uklare eller fargede løsninger.

Nøytraliseringsmetoden inkluderer to alternativer - acidimetri(titrant - sterk syreløsning) og alkalimetri(titrant er en løsning av en sterk base). Disse metodene brukes henholdsvis for bestemmelse av baser og syrer, inkludert ioniske og multiprotiske. Evnen til å titrere sterke protolytter bestemmes av deres konsentrasjon; titrering er mulig hvis C x> 10 - 4 M Under denne titreringen skjer følgende reaksjon i en vandig løsning:

H 3 O + + OH - ® 2H2O

Titrering av svake syrer og svake baser i vandige løsninger følger følgende skjemaer:

HA+ÅH - ® H 2 O (alkalimetri)

B+H30+ ® NV + + H 2 O (acidimetri)

Eksempler på praktiske anvendelser av syre-base titrering:

· bestemmelse av surheten til matvarer, jordsmonn og naturlig vann (alkalimetrisk titrering av vandige løsninger med fenolftalein-indikator);

· bestemmelse av surheten til petroleumsprodukter (alkalimetrisk titrering av ikke-vandige løsninger med instrumentell kontroll av c.t.t.);

· bestemmelse av karbonater og bikarbonater i mineraler og byggematerialer (acidimetrisk titrering av vandige løsninger med to indikatorer);

· bestemmelse av nitrogen i ammoniumsalter og organiske stoffer (Kjeldahl-metoden). I dette tilfellet spaltes organiske nitrogenholdige stoffer ved koking med konsentrert svovelsyre i nærvær av kvikksølvsalter, ammoniakknitrogen destilleres av ved påvirkning av en alkali ved oppvarming, ammoniakk absorberes med en standardløsning av HCl, tatt inn i overskudd. Deretter titreres den ureagerte delen av HCl med alkali i nærvær av metyloransje-indikatoren. Denne teknikken bruker både substitusjonsprinsippet og tilbaketitreringsmetoden.

Fungerende løsninger.For acidimetrisk titrering av vandige løsninger brukes følgende som titreringsmidler: løsninger av sterke syrer (HCl, sjeldnere HNO 3 eller H 2 SO 4). I alkalimetri titranter - løsninger av NaOH eller KOH. De oppførte reagensene har imidlertid ikke egenskaper som gjør det mulig å tilberede standardløsninger fra dem bare ved å veie dem nøyaktig. Derfor er faste alkalier hygroskopiske og inneholder alltid karbonat-urenheter. Når det gjelder HCl og andre sterke syrer, er utgangsreagensen ikke et rent stoff, men en løsning med en upresist kjent konsentrasjon. Derfor, i nøytraliseringsmetoden, tilberedes først en løsning med en tilnærmet kjent konsentrasjon, og deretter standardiseres den. Syreløsninger standardiseres ved bruk av vannfritt natriumkarbonat Na 2 CO 3 (soda) eller natriumtetraborat Na 2 B 4 O 7 . 10H20 (boraks). Boraks reagerer med vann når det oppløses:

B 4 O 7 2– +3H 2 O=2H 3 VO 3 + 2VO 2 –

Det resulterende metaboratet er en ganske sterk base. Det titreres med syre:

VO 2 – + H 3 O + = H 3 VO 3.

Åpenbart er molmassen til boraks ekvivalent M(½ Na 2 B 4 O 7 . 10H20) = 190,71 g/mol. Høy molar masseekvivalent er en fordel med boraks som primær standard. Alkaliløsninger er standardisert ved bruk av kaliumhydroftalat. Hydroftalatmolekylet inneholder et mobilt proton og har egenskapene til en svak syre:

Benzosyre C 6 H 5 COOH og oksalsyre H 2 C 2 O 4 brukes ofte som standarder . 2H 2 O og andre svake organiske syrer (faste, rene, stabile stoffer). Standard 0,1000 M løsninger av syrer og baser i laboratorier fremstilles vanligvis fra fiksanaler. Den tilberedte syreløsningen kan brukes til å standardisere alkaliløsningen, og omvendt. Standardiserte syreløsninger er stabile og kan lagres uten endring i uendelig lang tid. Alkaliløsninger er mindre stabile; det anbefales å lagre dem i voksede eller fluoroplastiske beholdere for å forhindre interaksjon med glass. Det må tas i betraktning at alkaliløsninger absorberer CO 2 fra luften, under lagring beskyttes de med et rør fylt med brent kalk eller sodakalk.

Ris. 2. Sterke syrenøytraliseringskurver.

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

For å oppdage c.t.t. med en fargeindikator er det nødvendig at hopphøyden er større enn bredden på indikatorovergangsintervallet. Sistnevnte er vanligvis omtrent to pH-enheter.

Høyden på hoppet i nøytraliseringskurven for svake syrer avhenger av styrken til syren (verdien av dens syrekonstant, eller pK a ). Nemlig, jo svakere syre (jo større pK a-verdi), jo mindre skal, alt annet like, være høyden på hoppet.

1 - saltsyre, 2 - eddiksyre (pKa = 4,8), 3 - blåsyre (pKa = 9,2).

Hopphøyden bør være større enn bredden på indikatorovergangssonen, som vanligvis er 2 pH-enheter. Derfor til Som i tilfellet med sterke elektrolytter, titreringskriterium svak protolitt med 1 % feil kan utledes fra betingelsen ∆p Н ±1 % ≥ 2. For en vandig løsning av en svak syre får vi det nødvendige kriteriet i følgende form:

R TILen+ s MED≤ 8

Når p C = 2 kritisk verdi p K a er lik 6. Med andre ord, hvis syren er veldig svak, og dens pK EN mer enn 6, så er det umulig å titrere det nøyaktig med fargeindikatorer.

Titrering av blandinger av protolitter og multiprotonprotolitter. I blandede løsninger undertrykker sterke syrer protolysen til svakere. Det samme observeres i løsninger som inneholder en blanding av baser av forskjellig styrke.Når en titrant tilsettes til en slik blanding, titreres først den sterkere protolytten, og først deretter reagerer den svakere med titranten. Antall hopp observert i titreringskurven til en blanding avhenger imidlertid ikke bare av antall tilstedeværende protolytter, men også av de absolutte verdiene til de tilsvarende surhets- (basisitets-) konstantene, så vel som deres forhold. Surhets- (eller basicitets-) konstantene til komponentene i blandingen må avvike med mer enn 10 4 ganger, bare i dette tilfellet vil tydelig uttalte titreringshopp bli observert separat på titreringskurven, og den relative feilen ved å bestemme hver komponent vil ikke overstige 1%. Kriteriet for muligheten for separat titrering av protolytter er den såkalte "regelen om fire enheter":

(6)

Multiprotonprotolytter reagerer med titranter trinnvis, først i det første trinnet, deretter i det andre osv. hvis de tilsvarende surhetskonstantene er forskjellige i henhold til betingelse (6) Ved beregning av nøytraliseringskurver kan multiprotonprotolytter betraktes som blandinger av forskjellige elektrolytter. .

Som et eksempel, la oss analysere muligheten

Fig.5. Titreringskurve for en blanding av karbonat- og bikarbonationer med en løsning HCl.

pH-verdiene der fargeovergangene til indikatorene observeres, er angitt.

Ved titrering av en blanding av to sterke syrer, en blanding av to like svake syrer, eller en blanding av to baser med lignende p TILb Det er ikke to separate hopp i titreringskurven. Imidlertid er det fortsatt fullt mulig å bestemme konsentrasjonen av komponentene i slike blandinger separat. Disse problemene løses med hell ved å bruke differensierende ikke-vandige løsningsmidler.

Syre-base indikatorer og deres valg

For å oppdage c.t.t. i nøytraliseringsmetoden brukes tradisjonelt syre-base-indikatorer - syntetiske organiske fargestoffer, som er svake syrer eller baser og endrer synlig farge avhengig av pH i løsningen Eksempler på noen (oftest brukt i laboratorier) syre-base-indikatorer er gitt i tabell 3. Struktur- og egenskapsindikatorer er gitt i oppslagsverk. De viktigste egenskapene til hver syre-base-indikator er overgangsintervall Og titreringsindeks (pT). Overgangsintervallet er sonen mellom to pH-verdier, som tilsvarer grensene til sonen der en blandet farge på indikatoren observeres. Dermed vil en observatør karakterisere en vandig løsning av metyloransje som ren gul - ved pH< 3,1 и как чисто красный при рН >4.4, og mellom disse grenseverdiene observeres en blandet rosa-oransje farge av forskjellige nyanser. Bredden på overgangsintervallet er vanligvis 2 pH-enheter. Eksperimentelt bestemte indikatorovergangsintervaller er i noen tilfeller mindre enn eller mer enn to pH-enheter. Dette er spesielt forklart av øyets forskjellige følsomhet for forskjellige deler av det synlige spekteret. For ensfargede indikatorer avhenger bredden på intervallet også av konsentrasjonen av indikatoren.

Tabell 3

De viktigste syre-base-indikatorene

Indikator	Overgangsintervall ΔрН Ind		R TILen(Bakre)	Fargeforandring
Metyloransje				Rød - gul
Bromokresol grønn				Gul - blå
Metylrød				Rød - gul
Bromokresol lilla				Gul - lilla
Bromtymol blå				Gul - blå
Fenol rød				Gul - rød
Tymol blå
Fenolftalein				Fargeløs - rød

Når du kjenner til egenskapene til forskjellige indikatorer, kan du teoretisk velge dem på en god måte for å oppnå korrekte analyseresultater. Følg følgende regel: overgangsintervallet til indikatoren skal ligge i hoppområdet på titreringskurven.

Når du velger indikatorer for titrering av svake protolytter, er det nødvendig å ta hensyn til at t.eq. og titreringshoppet flyttes til et svakt alkalisk miljø ved titrering av en syre og til et lett surt miljø ved titrering av en base. Derfor, For titrering av svake syrer er indikatorer som endrer farge i et svakt alkalisk miljø (for eksempel fenolftalein) egnet, og for titrering av en svak base, indikatorer som endrer farge i et svakt surt miljø (for eksempel metyloransje

Det er en annen egenskap ved hver syre-base-indikator - dette er titreringsindeks ( pT ). Dette er navnet på pH-verdien der observatøren tydeligst merker en endring i fargen på indikatoren, og det er i dette øyeblikket titreringen anses som fullført. Åpenbart er pT = pH K.T.T. . Når vi velger en passende indikator, må vi bestrebe oss på at pT-verdien er så nær som mulig den teoretisk beregnede verdien pH T.EKV .. Vanligvis er pT-verdien nær midten av overgangsintervallet. Men pT er en dårlig reproduserbar verdi. Ulike personer som utfører samme titrering med samme indikator vil oppnå vesentlig forskjellige pT-verdier. I tillegg avhenger pT-verdien av rekkefølgen på titreringen, det vil si retningen på fargeendringen. Ved titrering av syrer og baser med samme indikator pT-verdier vil variere litt. For enfargede indikatorer (fenolftalein, etc.), avhenger pT-verdien også av konsentrasjonen av indikatoren.

Fylt med titrant til nullmerket. Det anbefales ikke å titrere fra andre merker, siden byrettskalaen kan være ujevn. Byrettene fylles med arbeidsløsningen gjennom en trakt eller ved hjelp av spesielle enheter hvis byretten er halvautomatisk. Sluttpunktet for titrering (ekvivalenspunkt) bestemmes av indikatorer eller fysisk-kjemiske metoder (elektrisk ledningsevne, lystransmisjon, indikatorelektrodepotensial, etc.). Analyseresultatene beregnes basert på mengden arbeidsløsning som brukes til titrering.

Typer titrimetrisk analyse

Titrimetrisk analyse kan være basert på forskjellige typer kjemiske reaksjoner:

• syre-base titrering - nøytraliseringsreaksjoner;
• redokstitrering (permanganatometri, jodometri, kromatometri) - redoksreaksjoner;
• utfellingstitrering (argentometri) - reaksjoner som oppstår med dannelsen av en lett løselig forbindelse, mens konsentrasjonene av utfelte ioner i løsningen endres;
• kompleksometrisk titrering - reaksjoner basert på dannelse av sterke komplekse forbindelser av metallioner med et komplekson (vanligvis EDTA), mens konsentrasjonene av metallioner i den titrerte løsningen endres.

Typer titrering

Det er direkte, omvendt og substituent titreringer.

• På direkte titrering En titreringsløsning (arbeidsløsning) tilsettes i små porsjoner til løsningen av stoffet som skal bestemmes (en alikvot eller prøve, stoffet som titreres).

• På tilbake titrering Først tilsettes et kjent overskudd av et spesielt reagens til løsningen av stoffet som bestemmes, og deretter titreres resten som ikke har kommet inn i reaksjonen.

• På substitusjonstitrering Et kjent overskudd av en spesiell reagens tilsettes først til løsningen av analytten, og deretter titreres et av reaksjonsproduktene mellom analytten og den tilsatte reagensen.

se også

Linker

Wikimedia Foundation. 2010.