Загальні положення об’ємного (титриметричного) аналізу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальні положення об'ємного (титриметричного) аналізу

1. Сутність і особливості об'ємного аналізу

Раніше ми розглядали класифікацію методів кількісного аналізу за способом використання аналітичної реакції. Об'ємні методи відносяться до другої групи методів, які передбачають вимірювання кількості реактиву, який витрачається на реакцію з визначаємим компонентом

Х + R = Р

індикатор титрування еквівалентність

Реактив зручніше за все застосовувати у вигляді розчину точно відомої концентрації, причому вимірювати не його масу, а об'єм. Саме тому назва цієї групи методів - об'ємні методи.

Розчин реактиву точно відомої концентрації називають робочим титрованим розчином або просто робочим розчином. Концентрацію розчинів в об'ємному аналізі звичайно виражають кількістю молярних мас еквівалентів речовини в 1 л розчину, яка називається нормальністю. Так, наприклад, 0,1 - нормальний (скорочено 0,1н) розчин містить 0,1 любої речовини (4 г NaOH, 3,65 г. HCl тощо).

Основним рівнянням об'ємного аналізу є співвідношення

, звідки.

V_R визначають експериментально, шляхом поступового (по краплям) додавання робочого розчину до аналізуємого розчину. Цей процес називають титруванням. Саме тому об'ємний метод називають ще титриметричним.

Головне достоїнство об'ємного аналізу - швидкість визначення (порівняти з ваговим методом визначення, наприклад, Ba²⁺).

Інша позитивна сторона - можливість здійснення масовості аналізу. Приготувавши один раз робочий розчин можна здійснити велику кількість визначень.

Проте, необхідно мати на увазі деякі обмеження можливості застосування об'ємного аналізу: 1) взаємодія повинна іти в певних стехіометричних співвідношеннях; 2) реакції повинні іти швидко, інакше титрування здійснювати важко, а іноді неможливо.

2. Класифікація методів об'ємного аналізу за типом аналітичної реакції

Важливою позитивною стороною об'ємного аналізу є широкі можливості використання різноманітних хімічних реакцій (на відміну від вагового методу). На типах хімічних реакцій, які використовуються в об'ємному аналізі, і будується його класифікація. На цій основі об'ємні методи поділяються на чотири групи методів:

- методи кислотно-основного титрування (нейтралізації);

- методи окиснення-відновлення (оксидиметрія, редоксометрія);

- методи комплексоутворення;

- методи осадження.

Зрозуміло, що ці групи методів теж структуровані. Так, методи оксидиметрії включають в себе перманганатометрію, йодометрію, дихроматометрію, броматометрію, ванадатіометрію та інші.

3. Точка еквівалентності. Індикатори

Головне рівняння титриметрії справедливе лише за умови еквівалентності кількостей робочого розчину і аналізуємої речовини. Момент титрування, коли при поступовому приливанні робочого розчину його кількість стає еквівалентною кількості визначаємої речовини називається точкою еквівалентності.

Точка еквівалентності характеризується особливим співвідношенням концентрацій реагуючих речовин в розчині. Так, при титруванні сильної основи сильною кислотою точка еквівалентності настає при наступному співвідношенні:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

H + OH = H₂O

[H⁺] = [OH^-] = 10^-7 моль/л

а в методі осадження

AgNO₃ + NaOH = AgCl + NaNO₃

Ag⁺ + Cl^- = AgCl

[Ag⁺] = [Cl^-] = = =1*10^-5 моль/л

Для експериментального встановлення точки еквівалентності користуються індикаторами. Частіш за все застосовують різноманітні кольорові індикатори, тобто речовини, які змінюють своє забарвлення за концентрацій речовин у розчині, що титрується, можливо найбільш близьких до точки еквівалентності. Момент титрування, коли індикатор змінює своє забарвлення, називають точкою кінця титрування (пояснити).

Розрізняють наступні типи індикаторів, детально з якими ми познайомимось у відповідних частинах курсу:

- звичайні кольорові індикатори;

- забарвлені або незабарвлені осади;

- флуоресцентні індикатори;

- індикатори, які екстрагуються органічними розчинниками;

- фізико-хімічні індикатори;

- хемілюминісцентні індикатори.

4. Класифікація методів об'ємного аналізу за способом титрування

Окрім класифікації методів об'ємного аналізу за типом хімічної реакції, їх розрізняють за способом титрування. Розглянуті вище приклади відносяться до методів прямого титрування. Вони передбачають пряму взаємодію речовини робочого розчину з речовиною, що титрується.

Поряд з цим велике значення мають непрямі методи, з яких найважливішими є метод заміщення і метод залишків.

Метод заміщення застосовується тоді, коли неможливе пряме титрування (речовина не реагує з робочими розчинами, або реакція відбувається не в стехіометричних співвідношеннях, або, нарешті, неможливо підібрати індикатор). Так, наприклад, іони Ca²⁺ неможливо безросередньо титрувати ні кислотою або основою, ні окисниками або відновниками. Тому його спочатку зв'язують оксалат-іонами

Ca²⁺ + C₂O₄²⁺ = CaC₂O₄

виділяють щавлеву кислоту з осаду

CaC₂O₄ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂C₂O₄

і титрують останню робочим розчином перманганату

5 H₂C₂O₄ + 2MnO₄^- + 6H⁺ = 2 Mn²⁺ + 10CO₂ +8 H₂O

Очевидно, що в цих методах використовуються т. з. «спряжені» реакції. Із застосуванням методу заміщення ми стикнемось при подальшому вивченні курсу.

Метод залишків (зворотнє титрування) полягає в тому, що досліджувану речовину обробляють спочатку фіксованим надлишком першого робочого розчину, а потім залишок першого робочого розчину відтитровується другим робочим розчином. Приклад: карбонат кальцію може реагувати з соляною кислотою, тим не менш реакція йде повільно, особливо поблизу точки еквівалентності. Тому пряме титрування утруднене. Значно зручніше до наважки CaCO₃ додати певний надлишок HCl, нагріти, розчинити весь карбонат кальцію

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O (HCl надлишок)

а надлишок відфільтрувати другим робочим розчином лугу

HCl_надл + NaOH = NaCl + H₂O

Метод залишків застосовують тоді, коли пряма реакція йде повільно, або тоді, коли неможливо підібрати для прямого титрування підходяще середовище чи індикатори.

5. Точність титрування

Точність об'ємно-аналітичного визначення залежить від багатьох факторів. Одним із головних з них є точність виміру об'єму розчинів. Якщо користуватись звичайними бюретками, то точність виміру складає 0,05 мл і відносна похибка при затрачених на титрування 25 мл розчину складе

Якщо ж взяти 1 мл розчину, то похибка зросте в 25 раз

Легко підрахувати, що при користуванні мікробюретками з точністю відліку 0,01 мл відносна помилка визначення 0, 04% і 1%. Практичні висновки полягають в тому, щоб на титрування йшло не менше 10-20 мл титранта. При дефіциті матеріалу, що аналізується, слід користуватись бюретками з меншою ціною поділки (мікробюретки).

Інші джерела помилок полягають у тому, що точка еквівалентності не співпадає з точкою кінця титрування. Потрібно при виборі методу аналізу максимально зближати ці точки (приклад з титруванням оцтової кислоти NaOH рН=9, рТ_{лакмусу}= 7, рТ_ф-ф=9).

Третя група помилок пов'язана з характером зміни концентрацій реагуючих компонентів поблизу точки еквівалентності. Це питання буде розглянуто при розгляді кривих титрування методу нейтралізації.

6. Визначення нормальності робочих титрованих розчинів

Простіш за все приготувати робочий розчин шляхом зважування точної наважки чистого препарату і розчинення її у певному об'ємі. Проте така можливість випадає досить рідко (К₂С₂О₂, KBrO₃, NaCl).

Другий спосіб полягає в приготуванні з чистого препарату розчину приблизної концентрації і наступному її уточненні шляхом титрування розчином вихідної або стандартної речовини. Так, для установки нормальності робочого розчину HCl користуються перекристалізованою бурою , для NaOH і KMnO₄ -.

Третій спосіб полягає у приготуванні і установці концентрації робочих розчинів за фіксаналами (нормаль-титри).

В деяких випадках не вдається підібрати препарат вихідної речовини. Тому визначають нормальність розчинів ваговим способом.

7. Обчислення в об'ємному методі аналізу

Розрахунки в об'ємному аналізі зводяться, по-перше, до визначення маси наважки для приготування розчинів певної нормальності. Для цього необхідно визначати молярні маси еквівалентів (Е, г/моль).

Для визначення нормальності розчину аналізуємої речовини користуються основним рівнянням об'ємного аналізу

Знаючи приведений нормальний об'єм легко обчислити масу аналізуємої речовини, яка, що очевидно, дорівнює:

і масову частку цієї речовини у взятій на аналіз наважки g

, % або

При титруванні по залишку наведені формули дещо ускладнюються і будуть виведенні при розгляді прикладів застосування цього методу.

Размещено на Allbest.ru