Тема: Титриметричний (об'ємний) та комплексонометричний методи аналізу
Охорона праці під час виконання аналізів титриметричним методом
Титрометричний, або об'ємний метод аналізу відрізняється від вагового аналізу за суттю і методикою роботи. У ваговому аналізі вимірюють масу продукту реакції (кількість реактиву-осаджувача має другорядне значення). В об'ємному аналізі вимірюють об'єм розчину реактиву відомої концентрації, що витрачено на взаємодію з йоном, який визначають, і за рівнянням реакції обчислюють кількість речовини. В об'ємному аналізі виготовлення робочих розчинів і точне вимірювання об'єму розчинів має основне значення. Розчин реактиву відомої концентрації називається робочим, або титрованим розчином (титр виражається числом грамів речовини в 1 мл розчину).Титрування — це процес добавляння робочого розчину до розчину речовини, яку визначають.
Титрують до досягнення точки еквівалентності, тобто моменту, коли кількість реактиву, яка є в об'ємі робочого розчину, стане еквівалентною кількості речовини, яку визначають. Точку еквівалентності встановлюють за допомогою речовин, здатних змінювати свій колір після введення робочого розчину в еквівалентній кількості. Такі речовини називають індикаторами.
Практично неможливо підібрати індикатор, який показував би кінець титрування в точці еквівалентності. Тому момент титрування, коли індикатор змінює своє забарвлення, називається кінцевою точкою титрування. Кінцева точка титрування завжди відрізняється від точки еквівалентності. Чим більше ці точки різняться між собою, тим більша помилка титрування. Необхідно підбирати такий індикатор і умови титрування, щоб кінцева точка титрування була якнайближчою до точки еквівалентності. Особливості об'ємного аналізу порівняно з ваговим такі:
В об'ємному аналізі робочий розчин добавляють у точно еквівалентній кількості (у ваговому вводять надлишок реактиву-осаджувача).
В об'ємному аналізі використовують не тільки реакції осадження (як це має місце у ваговому аналізі), а й реакції окислення відновлення, комплексоутворення та інші.
Нормальність розчину – це розчин в якому міститься певна кількість грамів еквівалентів розчиненої речовини на 1 л.
Поняття про криві титрування
Різка зміна рН середовища при титруванні називається скачком титрування. Розрізняють три способи титрування:
Титрування сильної кислоти лугом – в точці еквівалентності рН=7, індикатори: метиловий оранжевий, метиловий червоний, фенолфталеїн.
Титрування слабкої кислоти сильною основою - точці еквівалентності рН>7 (лужне), індикатор фенолфталеїн.
Титрування слабкої основи сильною кислотою - точці еквівалентності рН<7 (кисле, слабко-кисле), індикатори: метиловий червоний, метиловий оранжевий.
| Назва індикатора | Інтервал переходу рН | Колір при зміні середовища |
| Метиловий оранжевий | 3,0 – 4,4 | Розово-червоний – оранжево-жовтий |
| Конго червоний | 3,0 – 5,2 | Синьо-фіолетовий - червоний |
| Метиловий червоний | 4,4 – 6,2 | Червоний – жовтий |
| Лакмус | 5,0 – 8,0 | Червоний – синій |
| Нейтрально червоний | 6,8 – 8,0 | Червоний – жовтий |
| Бромтимоловий | 6,0 – 7,6 | Жовтий - синій |
| Фенолфталеїн | 8,2 – 10,0 | Безколірний – червоно-фіолетовий |
| Тимолфталеїн | 9,4 – 10,6 | Безколірний - синій |
Реакції, що використовуються в титриметричному аналізі, вимоги до них
Залежно від типу хімічної реакції, що лежить в основі визначення, методи об'ємного аналізу поділяють на:
метод нейтралізації або кислотно-основного титрування;
методи окиснення — відновлення (перманганатометрія, йодометрія, броматометрія, хроматометрія);
методи осадження і комплексоутворення.
Хімічні реакції в об'ємному аналізі мають відповідати певним вимогам:
а)реакції повинні відбуватися стехіометрично, тобто згідно з рівнянням;
б)робочий розчин реактиву повинен реагувати тільки з речовиною, яку визначають, тобто не повинно відбуватися побічних реакцій;
в)реакції між робочим розчином і розчином речовини, яку визначають, мають відбуватися швидко.
Умови титрування: робоче місце повинно бути підготовлене і добре освітлене; на основу штативу із закріпленою бюреткою розміщуємо лист білого паперу; бюретку закріплюють вертикально у штативі, титрують невеликими порціями; кран бюретки відкривають лівою рукою, колбу тримають правою і обертальними рухами повністю перемішуємо вміст колби; якщо робочий розчин безбарвний, то відлік ведуть по нижньому меніску, а якщо забарвлений – по верхнім краям меніску; титрування проводять не менше п’яти разів, доки відхилення не перевищуватиме 0,1 мл.
Методи встановлення точки еквівалентності
Точка еквівалентності при титруванні в якій кількості речовини даного титр анту хімічно еквівалентна кількості титрованої речовини, називають точкою еквівалентності. Розрізняють такі методи визначення точки еквівалентності:
Візуальні – за допомогою спеціальних індикаторів; за забарвленням самих реагуючих речовин, що змінюють свій колір після ТЕ.
Фізико-хімічні або інструментальні – за допомогою потенціометрів чи інших приладів.
Загальні способи титрування поділяються на:
Пряме титрування (найбільш поширене) – досліджуваний розчин титрують робочим розчином до досягнення ТЕ (змінюється колір індикатора).
Зворотнє (обернене) титрування – це спосіб, який передбачає додавання надлишку робочого розчину з наступним титруванням цього залишку.
Непряме (титрування замісника) – проводиться у випадку коли речовина, що аналізується не взаємодіє з робочим розчином, або взаємодіє у нестихіометричному відношенні. У цьому випадку речовину, що аналізують за допомогою певних реагентів переводять у сполуку, що титрується робочим розчином.
Вимірювання об’ємів розчинів, посуд для вимірювання об’ємів
Для точного вимірювання об’ємів розчинів використовують вимірювальний посуд: колби, піпетки, бюретки.
Мірні колби мають подовжені шийки малого діаметру з пришліфованими скляними пробками. На шийці знаходиться риска до якої заповнюється колба. Колби калібровані при 20̊ С – це означає, що об’єм розчину налитий в колбу до риски відповідає зазначеному об’ємі колби лише за 20˚ С. Вони мають об’єми 100, 200, 250, 500, 1000 мл.
Піпетки – призначенні для точного відбирання певного об’єму розчину. Об’єм вилитого розчину дорівнює номінальній місткості піпетки (вказана на піпетці). Вони бувають циліндричні із розширенням:
циліндричні – мають поділки по всій її довжині, і використовуються для приблизного вимірювання об’єму розчинів;
піпетки з розширенням – точніші і більш поширені. Вони випускаються на 1, 2, 5, 10, 25, 50 мл. Піпетки ємкістю менше 1 мл – мікропіпетки.
Бюретки – призначені для титрування. Довга скляна трубка однакового діаметру по всій довжині з краном чи гумовим затвором із нанесеними поділками, що дозволяють виміряти об’єм розчину з точністю до 0,02-0,03 мл. Бюретки калібровані на виливання, різні за розмірами і об’ємами 10, 20, 25, 50, 100 мл. Кожна маленька поділка відповідає 0,1 мл. Нульова поділка розміщується у верхній частині бюретки.
Приготування стандартних розчинів за точною наважкою вихідних речовин, а також іншого титрованого розчину, за фіксаналом
Виготовлення титрованих (робочих) розчинів проводять безпосереднім зважуванням потрібної кількості препарату і розчинення взятої наважки в певному об’ємі розчинника. Титр такого розчину визначається діленням наважки вихідної речовини на об’єм розчину, що її містить. Хімічні сполуки, придатні для виготовлення титрованих розчинів безпосереднім зважуванням препарату називають вихідними речовинами. Як вихідні речовини застосовують: дихромат калію, буру, хлорид натрію, бромат калію, оксалат натрію. Вихідні речовини повинні відповідати таким вимогам:
мати склад, який відповідає їхнім хімічним формулам;
бути стійкими;
мати велику молярну масу еквівалента.
У зв’язку з тим, що більшість речовин не задовольняють цим вимогам (не є вихідними) доводиться застосовувати методи встановлення концентрації розчинів:
установлення концентрації робочих розчинів за розчином вихідної речовини;
установлення концентрації робочих розчинів за іншими робочими розчинами;
стандарт-титр чи фіксанали;
стандартні зразки.
Виготовлення розчинів з точної наважки - найпростіший і найточніший виготовлення розчинів відомої концентрації полягає безпосередньо в зважуванні потрібної кількості речовини і розчинення взятої наважки в певному об’ємі розчинника. Титр такого розчину визначають діленням наважки вихідної речовини на об’єм розчину.
Приготування розчинів установленої концентрації за розчинами вихідних речовин. Цей метод найбільш поширений. Він полягає в тому, що вибирають вихідну речовину, яка реагує з розчином концентрація, якого ми встановлюємо. Для цього готують розчин вихідної речовини точно відомої концентрації, а робочий розчин готують приблизної концентрації. Для цього наважку речовини зважують на технічних вагах і розчиняють у потрібному об’ємі води, яку вимірюють теж приблизно. Потім відбирають точний об’єм вихідної речовини і титрують його робочим розчином. Обчислюють точну концентрацію за формулою:
Сек (роб. роз) = Сек (вихідної реч)*V(вихідної реч) / V(роб. роз)
Приготування розчинів вихідної речовини шляхом стандартних титрів (фіксаналів). Стандартний-титр – це точна наважка сухої вихідної речовини, чи точно виміряна кількість розчину речовини відомої концентрації, яка вміщена в запаяну склянку, ампулу. Для виготовлення робочого розчину розбивають ампулу і кількісно переносять речовину у мірну колбу місткістю 1 л.