Способы приготовления рабочего раствора

Рабочие растворы и способы их приготовления.

Рабочим раствором называется раствор, с помощью ко­торого проводится титриметрическое определение, т. е. это раствор, которым титруют. Чтобы проводить опре­деление с помощью рабочего раствора, надо знать его точную концентрацию. Существуют два метода приго­товления титрованных растворов (растворов точно из­вестной концентрации):

Точная навеска, взятая на аналитических весах, растворяется в мерной колбе, т. е. готовится раствор, в котором точно известно количество растворенного веще­ства и объем раствора. В этом случае растворы называ­ются растворами с приготовленным титром.

Раствор готовится приблизительно нужной кон­центрации, а точную концентрацию определяют титро­ванием, имея другой раствор с приготовленным титром. Титрованные растворы, точную концентрацию которых находят в результате титрования, называются раство­рами с установленным титром.

Рабочие растворы, как правило, готовят приблизи­тельно нужной концентрации, а их точную концентра­цию устанавливают. Необходимо помнить, что титр растворов с течением времени меняется и его надо про­верять через определенные промежутки времени (от 1 до 3 недель; это зависит от вещества, из которого приго­товлен раствор). Поэтому, если рабочий раствор готовят по точно взятой навеске, то его титр соответствует приготовленному ограниченное время.

Одним из основных правил титриметрического анали­за является следующее: титры рабочих растворов нуж­но устанавливать в таких же условиях, в каких будет выполняться анализ.

Концентрацию рабочего раствора выражают Через нормальность (количество эквивалентов в 1 л раствора) или через титр. Титр раствора определяется количеством растворенного вещества в граммах, содержащегося в 1 мл раствора. Часто в аналитических лабораториях титры раствора пересчитывают непосредственно на оп­ределяемое вещество. Тогда титр раствора показывает, какому количеству граммов определяемого вещества соответствует 1 мл данного раствора.

Для определения точной концентрации рабочего рас­твора («установки титра») пользуются так называемым исходным веществом. Для этого из исходного вещества готовят в мерной колбе раствор точной концентрации по точно взятой навеске. Пипеткой отбирают отдельные порции раствора и титруют их. Можно брать отдельные навески исходного вещества и, растворив каждую из них в произвольном количестве воды, титровать весь полу­ченный раствор. Этот метод дает точные результаты, однако является более трудоемким. От качества исход­ного вещества зависит точность установки титра рабо­чего раствора, а следовательно, и точность всех после­дующих анализов. Поэтому исходное вещество должно удовлетворять следующим требованиям:

-Состав исходного вещества должен строго соот­ветствовать его химической формуле.

-Исходное вещество должно быть химически чис­тым; суммарное количество примесей не должно превы­шать 0,1 %.

-Исходное вещество должно быть устойчивым на воздухе, т. е. не должно быть гигроскопичным или изме­няться под в-лиянием кислорода воздуха или диоксида углерода.

-Исходное вещество должно быть устойчивым в растворе, т. е. не должно окисляться или разлагаться.

-Исходное вещество должно иметь возможно боль­шую эквивалентную массу, это уменьшает относительную ошибку при определении.

-Исходное вещество должно быть хорошо раство­римо в воде.

-Исходное вещество должно реагировать с раство­ром, титр которого устанавливается, по строго опреде­ленному уравнению и с большой скоростью.

Для установки титра рабочего раствора из исходного вещества готовят точный раствор по точно взятой навеске. Для этого нужное количество ве­щества отвешивают на аналитических весах. Можно от­весить точно рассчитанное количество, а можно взять количество, близкое к рассчитанному (но точно взве­шенное). В первом случае раствор будет точно задан­ной концентрации, а во втором — точная концентрация раствора рассчитывается. Взятую навеску аккуратно переносят через воронку в мерную колбу.

Мерная колба должна быть вымыта хромовой сме­сью до полной стекаемости, сполоснута много раз водой под краном и затем 3—4 раза дистиллированной водой. Воронка должна быть чистой, сухой и свободно входить в горло колбы.

Остатки вещества с часового стекла или бюкса тща­тельно смывают в воронку дистиллированной водой из промывалки. Затем обмывают внутренние стенки ворон­ки и, слегка приподняв ее, наружную часть трубки. Не­обходимо следить, чтобы общее количество воды, ис­пользованное для обмывания бюкса и воронки, занима­ло не более половины колбы.

Осторожным вращательным движением перемешива­ют содержимое колбы, пока навеска полностью не рас­творится. Затем доводят содержимое колбы до метки. Для этого из промывалки наливают дистиллированную

Воду примерно на 1 см ниже метки. Ставят колбу так, чтобы метка была на уровне глаз и осторожно, по кап­лям, добавляют воду до тех пор, пока нижняя часть ме­ниска не будет касаться метки на шейке колбы (рис. 30). Тщательно закрывают колбу пробкой и, перевора­чивая колбу, перемешивают раствор 12—-15 раз. Рас­творы для установки титра должны быть свежеприготов­ленными.

Для получения титрованных растворов часто пользу­ются так называемыми фиксаналами, представляющими собой запаянные стеклянные ампулы с точным количе­ством реактива. На каждой ампуле имеется надпись, по­казывающая, какое вещество и в каком количестве на­ходится в ампуле. Например: НС1 0,1 г-экв.

В мерную колбу вставляют воронку, также тщатель­но вымытую и сполоснутую дистиллированной водой (если в ампуле содержится не раствор, а сухое вещест­во, то воронка должна быть сухой). Затем в воронку вставляют специальный боек (обычно прилагается к коробке с фиксаналами), также сполоснутый дистилли­рованной водой. Ампулу протирают спиртом, чтобы уда­лить надпись и обмывают дистиллированной водой. За­тем ее вставляют в воронку так, чтобы она своим тонким вогнутым внутрь дном касалась бойка, приподнимают ее и слегка ударяют о конец бойка. При этом содер­жимое ампулы попадает через воронку в колбу (рис. 31). Сбоку или сверху в ампуле имеется углубление, в кото­ром пробивают отверстие стеклянной палочкой с заост­ренным концом. Через это отверстие промывают дистил­лированной водой из промывалки внутренние стенки ам­пулы. Промывать нужно много раз маленькими порция­ми. После этого споласкивают наружные стенки ампулы и выбрасывают ее. Ополаскивают воронку и боек, затем поднимают воронку и обмывают наружную часть трубки воронки. Обмывают верхнюю часть шейки мерной кол­бы. Производя все эти операции по промыванию, следят, чтобы количество воды в мерной колбе к концу всех операций не превысило 2/з объема колбы. Осторожно вращательным движением перемешивают содержимое колбы. Если фиксанал содержал сухое вещество, пере­мешивают до его полного растворения.

Затем дистиллированной водой доводят содержимое колбы до метки. Тщательно закрывают колбу пробкой и перемешивают раствор 12—15 раз.

Рабочие растворы йодометрии

Главными рабочими растворами йодометрии являются растворы йода и серноватистокислого натрия.

Таким образом, оба основных раствора йодометрии, в отличие от большей части растворов других методов, могут применяться при изменении концентрации водородных ионов в широких пределах — от сильнокислой среды до щелочной (рН 9).В качестве вспомогательного раствора (неопределенной нормальности) в йодометрии часто применяется раствор йодистого калия.

В методе йодометрии применяют два рабочих раствора.

Метод йодометрического определения кислот позволяет установить связь между рабочими растворами двух методов объемного анализа: методом нейтрализации и методом йодометрии.

возможна ли реакция между редокс парами

Положение редокс-пары в ряду определяется окислительно-восстановительным потенциалом. Последний определяют с помощью электрохимической ячейки, которая позволяет оценивать перенос электронов между двумя редокс-парами, находящимися в разных сосудах. Прохождение электрического тока в результате переноса электронов между двумя химическими частицами, находящимися в разных сосудах, осуществляется через проводник, т. е. химическая энергия трансформируется в электрическую.

В любой окислительно-восстановительной реакции принимают участие две сопряжённые окислительно-восстановительные пары, между которыми имеет место конкуренция за электроны, в результате чего протекают две полуреакции: одна связана с присоединением электронов, то есть восстановлением, другая — с отдачей электронов, то есть окислением.

Источник

Способы приготовления рабочих растворов

Рабочие растворы, с помощью которых в титриметрии определяют концентрации растворённых веществ, исследователь перед анализом должен приготовить сам. Они могут быть получены тремя способами.

1. Путём растворения точно рассчитанной (исходя из заданной концентрации) и взвешенной на специальных аналитических весах массы вещества в заданном объёме раствора. Соединения, которые используются для приготовления таких растворов, должны:

а)быть химически чистыми и не содержать посторонних примесей;

б)иметь постоянный состав,строго соответствующий их химической формуле;

в)быть устойчивыми при хранении как в чистом виде, так и в растворе, т.е. самопроизвольно не разлагаться и не взаимодействовать с окружающей средой (кислородом, углекислым газом, водяными парами и другими веществами, содержащимися в воздухе);

г)легко растворяться в Н₂О;

д)иметь большую молярную массу химического эквивалента (чем она больше, тем меньше ошибка при взвешивании).

Лишь немногие соединения удовлетворяют или почти удовлетворяют этим требованиям, поэтому число веществ, пригодных выступать в качестве первичных стандартов, ограничено.

Титранты, полученные данным способом, называются рабочими растворами с приготовленным титром или стандартными растворами.

2. При втором способе получения рабочих растворов рассчитанную навеску вещества взвешивают на технических весах, растворяют в известном объёме раствора, а затем его точную концентрацию путём титрования определяют или устанавливают с помощью стандартного раствора.

Такие титранты называются рабочими растворами с установленным титром, или стандартизированными растворами.

Вещества, которые используются для получения данных растворов, могут медленно разлагаться при хранении, взаимодействовать с окружающей средой, поэтому точно рассчитанную навеску взвесить практически не представляется возможным.

Например, многие кислоты (H₂SO₄, HNO₃, HCl) активно поглощают водяные пары из воздуха, а щёлочи взаимодействуют с содержащимся в нём углекислым газом.

Концентрацию рабочих растворов с установленным титром определяют непосредственно перед анализом.

При их хранении необходимо принимать все возможные меры, чтобы титр раствора не изменился. Однако даже при соблюдении самых тщательных мер предосторожности концентрацию такого рабочего раствора нужно проверять каждые 2-3 недели.

3. Рабочие растворы можно приготовить также из фиксаналов. Фиксанал (нормадоза или стандарт-титр) представляет собой выпускаемую химическим заводом или лабораторией запаянную стеклянную ампулу, содержащую строго определённое количество химического эквивалента вещества в сухом виде или в растворе. Чаще всего такая ампула содержит 0,1 и 0,01 моль химического эквивалента вещества и используется для приготовления 1 литра раствора. Для чего содержимое ампулы количественно переносится в соответствующую мерную колбу и разбавляется Н₂О до метки (рис. 4).

При этом сразу получается стандартный раствор.

Правила работы с мерной посудой при проведении
аналитических измерений

При проведении объёмно-аналитических измерений в титриметрии применяется специальная мерная посуда: мерные колбы, пипетки, бюретки, мерные цилиндры и пробирки. Работа с ней требует определённых навыков и умений. Для получения правильных результатов в объемном анализе все операции необходимо выполнять очень тщательно, используемая посуда должна быть чистой и соответствовать целям и задачам проводимых измерений.

Мерные колбы

Мерные колбы — этот тонкостенные плоскодонные круглые сосуды с длинным узким горлышком, на котором нанесена метка в виде тонкой кольцевой черты. Они бывают разной вместимости: от 25 мл до 2 л (рис. 3).

Рис. 3. Мерные колбы

Мерные колбы предназначены для приготовления растворов точной концентрации (т.е. стандартных растворов), а также для разбавления уже имеющихся растворов до указанных объёмов.

Сухие навески (в том числе содержимое фиксаналов) или имеющийся раствор (при его разбавлении) вносят в мерную колбу через воронку, смывая затем остаток вещества с воронки (и ополаскивая ампулу фиксанала) дистиллированной водой (рис. 4).

Рис. 4. Приготовление рабочего раствора из фиксанала

Для растворения внесённого вещества в колбу добавляют дистиллированную воду (примерно до половины её объёма). Вращательными движениями содержимое колбы тщательно перемешивают, пока не образуется однородный раствор. После этого добавляют через воронку очередную порцию воды, пока уровень жидкости не станет ниже круговой метки на горлышке колбы на 3-5 мм. Затем оставшуюся часть воды добавляют по каплям и доводят объём раствора точно до метки. Для правильного измерения объёма жидкости в мерной колбе (и в другой мерной посуде) необходимо, чтобы глаз наблюдателя и круговая метка на её горлышке находились в одной и той же горизонтальной плоскости (рис. 5).

Рис. 5. Отсчет уровня жидкости в сосуде при разных положениях глаза
2 — правильное положение глаза, 1, 3 – неправильное

Объём прозрачных жидкостей отмеривают по нижнему краю их мениска (который должен совпадать с круговой меткой колбы), а интенсивно окрашенных (например, раствор KMnO₄) – по верхнему.

Хранить полученный раствор в мерной колбе не рекомендуется. После приготовления его необходимо перенести в предназначенный для этих целей стеклянный сосуд, снабжённый хорошо притёртой стеклянной пробкой.

Пипетки

Пипетки предназначены для отбора небольших, точно отмеренных объёмов жидкости, и переноса их из одного сосуда в другой. Различают пипетки Мора, градуированные пипетки и автоматические пипетки, называемые иначе пипеточными дозаторами(рис. 6, 10).

Рис. 6. Пипетки: а – простая (пипетка Мора); б — градуированная.

Пипетки Мора представляют собой стеклянную трубочку с оттянутым носиком и с расширением в средней части. Они предназначены для отбора строго определённого объёма жидкости, который цифрой указан на одной из стенок расширения.

Градуированные пипетки предназначены для отмеривания различных небольших объёмов жидкости с помощью шкалы, нанесённой на их стенку. Они тоже представляют собой стеклянные трубки с оттянутым носиком.

Для отбора пипеткой Мора и градуированной пипеткой необходимого объёма жидкости и переноса его в другой сосуд поступают следующим образом:

1. На горлышко пипетки насаживают резиновую грушу, сжимают её до должного удаления воздуха. Затем пипетку помещают в сосуд с отбираемым раствором (как можно глубже, вплоть до касания носиком пипетки дна сосуда), отпускают грушу и ждут пока уровень жидкости в пипетке не поднимется на 3-4 см выше верхней нулевой отметки.

2. Снимают грушу. Быстро закрывают верхнюю часть пипетки (или её горлышко) указательным пальцем и, удерживая саму пипетку большим и средним пальцами, быстро достают её из сосуда с раствором (рис. 7).

Рис. 7. Как следует (а), и не следует (б) держать пипетку

Держа пипетку вертикально над поверхностью раствора, ослабляют нажим указательного пальца на её горлышко, так чтобы жидкость медленно падала из носика пипетки в раствор, пока нижняя часть её мениска (или верхняя, если раствор интенсивно окрашен) не сравняется с верхней нулевой меткой на стенке пипетки. После этого нажим на горлышко пипетки быстро усиливают до полного прекращения истечения жидкости (рис. 8).

Рис. 8. Положение пипетки при установлении мениска на уровне черты

Для удаления капли жидкости, оставшейся на внешней стороне носика пипетки, касаются им внутренней стенки сосуда с отбираемым раствором.

3. Пипетку переносят в другой сосуд (чаще всего в колбу для титрования) и, ослабив нажим указательного пальца, дают из неё вытечь нужному объёму жидкости (рис. 9 ).

Рис. 9. Выливание раствора из пипетки

В последнее время всё более широко применяются пипеточные дозаторы или автоматические пипетки. Это специальные устройства, которые позволяют точно отобрать нужный объём жидкости из раствора с помощью простого нажатия на кнопочное устройство, находящееся в их верхней части (рис.10).

Рис. 10. Пипеточный дозатор

Необходимый для отбора переменный объём жидкости устанавливается с помощью цифрового дисплея, расположенного на рукоятке пипетки. Перед работой с пипеточным дозатором необходимо внимательно прочитать инструкцию по его эксплуатации. Данные устройства являются более удобными по сравнению с пипетками Мора и градуированными пипетками, они позволяют быстрее осуществлять отбор заданного объёма жидкости и к настоящему времени превалируют в повседневной практике научных и исследовательских лабораторий. Единственным недостатком пипеточных дозаторов является их гораздо более высокая стоимость по сравнению с обычными стеклянными пипетками.

Бюретки

В титриметрии бюретки используются для постепенного прибавления с регулируемой скоростью одного раствора к другому с последующим измерением общего объёма расходованной при этом жидкости. Таким образом, с помощью бюреток непосредственно осуществляется сам процесс титрования.

Бюретка представляет собой узкую стеклянную трубку, на которую нанесена шкала делений (рис. 11).

В лабораторной практике обычно используются бюретки ёмкостью 25 – 50 мл (с ценой деления 0,1 мл). Для измерения малых объёмов жидкостей применяются бюретки емкостью от 1 до 5 мл (с ценой деления 0,01 мл). Такие бюретки называются микробюретками (рис. 12).

Рис. 12. Микробюретка с краном: 1 — деревянный штатив; 2 — микробюретка; 3 — трубкадля заполнения бюретки жидкостью; 4 — воронка; 5 — краны.

На нижнем конце бюретки находится стеклянный пришлифованный кран (рис.11 а), или небольшое овальное расширение, на которое плотно надевается резиновая трубка со стеклянным, оттянутым в капилляр, концом. Резиновая трубка зажимается металлическим зажимом или стеклянной бусиной, представляющей собой стеклянный шарик с диаметром немного больше внутреннего диаметра резиновой трубки (рис.11 б, в). Шарик помещается внутри трубки между концом бюретки и оттянутым стеклянным концом. Нажимая большим и указательным пальцами резиновую трубку возле шарика, образуют внутри узкий просвет, через который жидкость вытекает из бюретки с большей или меньшей скоростью (рис. 11 г).

У бюреток, снабжённых краном, кран смазывают очень тонким слоем вазелина, следя за тем, чтобы вазелин не попал в канал крана.

Перед титрованием бюретку нужно подготовить в работе. Для этого её тщательно моют, ополаскивают несколько раз дистиллированной H₂O, а затем раствором, которым она должна наполняться. Бюретку закрепляют в штативе в вертикальном положении, заполняют с помощью воронки нужным раствором до 2/3 её объёма. В кране или резиновой трубке и в наконечнике не должно оставаться пузырьков воздуха. Чтобы удалить их, нужно несколько раз быстро открыть и закрыть кран (зажим) и спустить жидкость сильной струёй.

В бюретках со стеклянным шариком для удаления воздуха отгибают вверх резиновую трубку с наконечником и нажимают на шарик. Жидкость выливается через загнутую кверху резиновую трубку и вытесняет из неё и наконечника весь воздух (рис. 13).

Рис. 13. Удаление воздуха из кончика бюретки

Убедившись в полном удалении воздуха, бюретку снова заполняют жидкостью – сначала выше нулевого деления, а затем, открыв кран либо зажим или надавив на шарик, точно до нулевого деления.

Отсчёты уровня светлых жидкостей производят по их нижнему мениску, а тёмных – по верхнему. При выполнении нескольких измерений в каждом из них все отсчёты делают аналогичным образом.

Источник