Использование потенциометрического анализа при определении галогенидов в водных растворах различного состава

Размещено на http://allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Оренбургский государственный университет»

Использование потенциометрического анализа при определении галогенидов в водных растворах различного состава

Пономарева П. А., Аманов П. Ч.,

Юдин А. А., Новикова А. Е.

Контроль состояния объектов окружающей среды, в том числе анализ природных вод на содержание неорганических веществ является важной составляющей экологического мониторинга и проводится различными физико-химическими методами, среди которых электрохимические методы занимают одно из ведущих мест из-за простоты, дешевизны, возможности автоматизации операций [1].

Потенциометрия является одним из наиболее широко применяемых методов в аналитической и физической химии для определения различных физико-химических величин, определения концентрации веществ в растворах, в автоматических непрерывных методах контроля различных технологических процессов (потенциометрические датчики-преобразователи).

Одним из методов потенциометрии является потенциометрическое титрование - использование потенциометрии для наблюдения за ходом реакции титрования и нахождения точки эквивалентности. Достоинством потенциометрического титрования является высокая точность и воспроизводимость определений. Так как определение выполняется с помощью объективных точных данных приборов, то исключается визуальная ошибка при нахождении точки эквивалентности. С помощью потенциометрического титрования можно определять содержание компонентов в окрашенных растворах, анализировать близкие по свойствам вещества без предварительного разделения. Благодаря этому значительно сокращаются трудоемкие операции разделения, осаждения, промывания, прокаливания и т.д., увеличивается скорость выполнения анализа сложных смесей [2]. Основным титриметрическим методом для определения галогенид-ионов (хлоридов, бромидов, иодидов) является осадительное титрование нитратом серебра (аргентометрия) [3].

В потенциометрии при выполнении осадительного титрования обычно используют электроды, потенциал которых является функцией концентрации ионов, принимающих участие в реакциях осаждения.

Величина скачка потенциала в точке эквивалентности зависит от величины произведения растворимости образующегося труднорастворимого соединения. Чем меньше величина ПР, тем более резко происходит изменение величины потенциала в точке эквивалентности. Так, величина ПР(AgCl) = 1,78·10^-10, ПР(AgBr) = 5,3·10^-13, ПР(AgI) = 8,3·10^-17 [4], следовательно, существует возможность проводить одновременное потенциометрическое титрование хлоридов, бромидов и иодидов раствором нитрата серебра. На кривой титрования ожидается три перегиба, наиболее резкое изменение потенциала будет при образовании иодида серебра, наиболее плавное - при образовании хлорида серебра. Оттитровываться галогениды будут в следующем порядке: иодид-ионы, бромид-ионы, хлорид-ионы.

Целью данной работы является совместное количественное определение хлорид-, бромид- и иодид-ионов в модельных водных растворах методом осадительного титрования с определением точки эквивалентности потенциометрическим способом.

Объект исследования: модельные водные растворы галогенид-ионов различного состава.

Для решения поставленной цели были определены следующие задачи:

1) осуществить титрование модельных растворов хлорид-,бромид- и иодид-ионов по отдельности, определить индексы крутизны скачков титрования и вычислить относительную ошибку определения;

2) осуществить титрование галогенид-ионов при их совместном присутствии, определить индексы крутизны скачков титрования, вычислить относительную ошибку определения.

В качестве модельных растворов использовались 0,1 н растворы хлорида калия, бромида калия и иодида калия. Раствор титранта - 0,1 н AgNO₃. Используемая система электродов: индикаторный электрод - серебряный, электрод сравнения - хлорсеребряный. Используемый для регистрации потенциала прибор: иономер Экотест-2000.

Процесс титрования нитратом серебра можно описать следующим образом:

Kt⁺Hal^- + Ag⁺NO₃^- = AgHalv + Kt⁺NO₃^-.

Для серебряного электрода

E = E⁰ + RT/F ln[Ag⁺]

или

E = E⁰ + 0,059 lg[Ag⁺]

[Ag⁺] · [Hal^-] = ПР_AgHal

[Ag⁺] = ПР_AgHal/[Hal^-].

Подставив в уравнение Нернста вместо концентрации ионов полученное выражение, получим

E = E⁰ + 0,059lg(ПР_AgHal/[Cl^-])

Обозначив

E⁰ + 0,059lg(ПР_AgHal) = E?

получим

E = E? - 0,059lg[Hal^-]

следовательно, электрод из металлического серебра поведет себя как индикаторный на галогенид-ионы.

Значения E? для различных используемых галогенид-ионов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения потенциалов E? для галогенид-ионов

Аликвота для титрования галогенидов по отдельности составляла 20 мл. Кривые титрования представлены на рисунке 1. Для обработки кривых использовалась интерполяция значений при помощи кубических сплайнов. Конечная точка определялась по экстремуму производной.

Рисунок 1 - Кривые титрования галогенид-ионов

Затраченные объемы титранта, относительная ошибка, индексы крутизны скачков титрования (ИКСТ) и ЭДС в точке эквивалентности указаны в таблице 2.

Величина дискриминационной ошибки зависит от крутизны скачка титрования: чем она больше, тем меньше случайная погрешность.

Индекс крутизны скачка титрования рассчитывали по следующей формуле:

потенциометрический титрование галогенид серебро

Таблица 2 - Результаты титрования галогенид-ионов осадительным титрованием с потенциометрической регистрацией точки эквивалентности

Исходя из полученных данных видно, что ошибки определения незначительны. Титрование галогенид-ионов при совместном присутствии дает кривую титрования следующего вида (рисунок 2). Аликвота каждого раствора галогенид-ионов равна 10 мл.

Рисунок 2 - Кривая титрования смеси хлорид-, бромид- и иодид-ионов

Затраченные объемы титранта, относительная ошибка, индексы крутизны скачков титрования (ИКСТ) и ЭДС в точке эквивалентности указаны в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты титрования галогенид-ионов осадительным титрованием с потенциометрической регистрацией точки эквивалентности

Из полученных данных видно, что при совместном определении иодидов, бромидов и хлоридов величина относительной ошибки возрастает от первого к третьему скачкам титрования. Это может быть связано с совместным осаждением галогенидов нитратом серебра.

Таким образом, в ходе данной работы была экспериментально установлена возможность совместного определения галогенид-ионов в водной среде потенциометрическим титрованием. Для уменьшения ошибки определения необходимо создать условия, препятствующие совместному осаждению галогенидов. При отсутствии такой возможности следует проводить контрольный опыт и вносить в результаты определений соответствующие поправки.

Список литературы

1.Слепченко, Г. Б. Электрохимический контроль качества вод (обзор) / Г. Б. Слепченко [и др.]. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов - №3. - 2009. - С. 59.

2.Ломакина, Н. П. Электрохимические методы анализа. Методическая разработка к лабораторному практикуму по физико-химическим методам исследования / Н. П. Ломакина [и др.]. - Оренбург: ОрПИ, 1979. - С. 47 - 50.

3.Жебентяев, А. И. Аналитическая химия. Химические методы анализа / А. И. Жебентяев, А. К. Жерносек, И. Е. Талуть. - Москва: ИНФРА-М, 2014. - С. 430 - 431.

4.Лурье, Ю. Ю. Справочник по аналитической химии / Ю. Ю. Лурье. - Москва: Химия, 1979. - С. 92 - 93.

Размещено на Allbest.ru