Способы титрования аналитическая химия

Титриметрия. Посуда, титрованные растворы, способы и методы

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

ТИТРИМЕТРИЯ

• 3.1. Основные понятия титриметрии
• 3.2. Химическая лабораторная посуда и ее назначение
• 3.3. Приготовление титрованных растворов
• 3.4. Основные способы и методы титрования
• 3.5. Кислотно-основное титрование
  • 3.5.1. Основные понятия кислотно-основного титрования
  • 3.5.2. Индикаторы метода кислотно-основного титрования. Теории индикаторов
  • 3.5.3. Техника титрования
• 3.6. Оксидиметрия
  • 3.6.1. Основные понятия методов оксидиметрии
  • 3.6.2. Перманганатометрия
  • 3.6.3. Йодометрия
  • 3.6.4. Хроматометрия
• 3.7. Комплексонометрия
• 3.8. Осадительное титрование
• 3.9. Методы разделения и концентрирования

Основные понятия титриметрии

Титриметрический анализ основан на точном измерении реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Раньше этот вид анализа называли объемным, так как в расчетах используют объем раствора, пошедшего на реакцию. Титриметрия отличается от гравиметрии малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления. Титриметрический анализ в отношении скорости выполнения дает огромное преимущество по сравнению с гравиметрическим, являющимся, однако, наиболее точным химическим методом анализа.

Титриметрия возникла в середине XVIII века. Многие ученые внесли вклад в ее развитие. У. Льюис (1767) дал определение понятия «точки насыщения», т. е. точки эквивалентности. Благодаря работам Ж. Гей-Люссака титриметрия превратилась из метода анализа в самостоятельный раздел науки. Э. Мор разработал много методик по данному виду анализа, написал учебник по химико-аналитическому методу титрования (1856); В. Оствальд и А. Ганч развили теорию индикаторов (1894).

Титриметрия широко применяется в настоящее время для научных исследований и при контроле технологических процессов.

Титрованный раствор — раствор, титр которого точно известен. От слова «титр» в титриметрическом анализе происходит ряд терминов, например «титрование». Титр — число граммов или миллиграммов растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора. Например, выражение «титр H2S04 равен 0,0049 г/мл» означает, что каждый миллилитр данного раствора серной кислоты содержит 0,0049 г H2SO4 . Титр обозначается буквой Т с указанием формулы соответствующего вещества. В данном случае; T H2SO4 = 0,0049 г/мл.

Титруемое вещество — вещество, количество которого определяется непосредственно в процессе титрования.

Титрант — вещество, вступающее в реакцию с титруемым веществом. Концентрация стандартного раствора титранта должна быть определена перед началом анализа с точностью не менее трех значащих цифр после запятой.

Аликвота — объем раствора, точно отмеренный при помощи калиброванной пипетки.

Титрование — прибавление титрованного раствора к анализируемому с целью определения точно эквивалентного его количества. Отсюда ясно, что при титровании необходимо достаточно точно установить момент наступления эквивалентности или, как говорят, фиксировать точку эквивалентности.

Реакция, используемая в титриметрическом анализе, должна протекать количественно, т. е. должны выполняться следующие условия:

• ● константа равновесия должна быть достаточно велика;
• ● реакция должна протекать с большой скоростью;
• ● реакция не должна осложняться побочными реакциями;
• ● должен быть способ определения точки эквивалентности.

Если не выполняется хотя бы одно условие, то метод титриметрии непригоден. Для этого метода необходимо:

• 1) использовать мерную посуду для точного определения объемов растворов;
• 2) использовать титрованный или стандартный раствор;
• 3) подобрать способ фиксации точки эквивалентности.

В титриметрии концентрации растворов веществ выражают в молях эквивалентов вещества в одном кубическом дециметре или в одном литре раствора. Нормальная концентрация, используемая в аналитической химии, учитывает то, что эквиваленты веществ для разных реакций различаются, поэтому следует указывать (в скобках) фактор эквивалентности. Например, 0,1н КМnО4 (f экв = 1/5).

Молярная масса эквивалента имеет размерность г×моль –1 . Молярная масса эквивалента равна молярной массе вещества, умноженной на fэкв. Молярная масса вещества численно равна сумме относительных молярных масс атомов, входящих в его состав.

В полуреакции восстановления участвуют 5 электронов, следовательно, f экв (КМnО4) = 1/5, а эквивалент перманганата калия равен 1/5 молярной массы КМnО4.

Химическая лабораторная посуда и ее назначение

Для точного определения объемов используются бюретки, пипетки и мерные колбы (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Мерная посуда а — цилиндры; б — мерные колбы; в — химический стакан; г — бюретки с краном; д — пипетка Мора

Бюретка — цилиндрическая трубка с суженым концом, к которому с помощью резинового шланга присоединена стеклянная трубка с оттянутым кончиком. На резиновый шланг надет зажим, либо вставлен в него стеклянный шарик. Если для титрования применяют агрессивные для резины растворы, то используют полностью стеклянную бюретку (пермангонатометрия). Бюретка градуиронана на миллилитры и десятые их доли. В титриметрии используют бюретки объемами 10, 25 и 50 мл. Заполненная раствором бюретка имеет вогнутую поверхность (мениск). По правилам показания по бюретке берут по нижнему краю мениска; глаз должен находиться на уровне этого нижнего края (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Правила определения результатов исследований

Показания по бюретке могут быть с существенными погрешностями. Такие погрешности являются источником ошибок в объемном анализе.

Бюретка должна быть тщательно промыта и обезжирена (хромовой смесью — смесь концентрированной серной кислоты и бихромата калия или смесью раствора перманганата калия со щелочью). Затем бюретку многократно промывают водопроводной водой, 2−3 раза — дистиллированной водой и 2−3 раза — небольшими порциями раствора, которым заполняют бюретку для анализа. Затем заполняют бюретку раствором для титрования через воронку. При промывании бюретки нельзя затыкать ее сверху пальцами, так как пальцы никогда не бывают химически чистыми.

Пипетка используется для измерения точного объема раствора для метода титриметрии. Это стеклянная длинная узкая трубка с расширением или без него в середине. В верхней узкой части пипетки имеется черта, до которой и нужно заполнять пипетку раствором 5, 10, 20, 25, 50, 100 мл. На пипетке указана ее вместимость и температура, при которой градуирована пипетка. При необходимости используют измерительные пипетки (с градуировкой). Такие пипетки особенно необходимы для работы с небольшими объемами растворов (до 5 мл).

Пипетку моют так же, как и бюретку. Заполняют пипетку с использованием груши или специального приспособления. Можно использовать микродозатор для небольших объемов растворов. Однако показания микродозатора нужно время от времени сверять с показаниями стеклянной пипетки. Мерная стеклянная колба (рис. 3.3) — это сосуд с длинным горлом, на котором черта указывает объем раствора в колбе (50 ,100, 500, 1000 мл).

Рис. 3.3. Мерные стеклянные колбы

Используют мерные колбы для приготовления титрованных, стандартных растворов, а также для их разбавления. Моют колбы так же, как пипетки и бюретки, но не споласкивают рабочим раствором. Вначале раствор заливают через воронку в колбу, а затем доводят объем до черты прикапыванием воды из пипетки. Правило заполнения — по нижнему мениску.

Калибровка объемов мерной посуды идет при температуре 20–25 о С, точное значение температуры приготовления растворов указано на ней.

Приготовление титрованных растворов

Большая разница значений температур, при которых идет приготовление растворов, недопустима. Есть вещества, которые можно растворить только в горячей воде. Например, бура Na2B4O7 ∙10H2O. Растворение ее ведут в горячей воде, в половине объема, затем охлаждают до комнатной температуры и доводят объем водой до метки.

Существуют два способа приготовления титрованных растворов.

Первый способ — по точной массе. Берут навеску вещества, взвешивают на аналитических весах, растворяют в мерной колбе, считают титр раствора T = m V, гсм 3 . При этом:

• — вещество должно быть химически чистым;
• — состав должен строго соответствовать формуле;
• — вещество должно быть устойчивым в твердом и растворенном состояниях.

Вещество, удовлетворяющее указанным требованиям, называется первичным стандартом.

Второй способ — с установленным веществом. Если вещество не удовлетворяет требованиям, указанным выше, то используют установочные вещества. Например, для установления точной концентрации раствора NaOH используют в качестве установочного вещества щавелевую кислоту Na2C2O4 ∙2H2O, для соляной кислоты — буру Na2B4O7 ∙10H2O. Очень удобно использовать фиксаналы, выпускаемые промышленностью.
Фиксанал — запаянные ампулы с веществом для приготовления, как правило, 1 л раствора концентрации 0,1 н.

Основные способы и методы титрования

1. Способ прямого титрования. Определяемое вещество непосредственно реагирует с титрантом. Например, для определения концентрации кислоты ее титруют щелочью.

2. Способ обратного титрования (или титрование по остатку). Для этого способа необходимы два рабочих раствора, в раствор определяемого вещества вносят избыток основного рабочего раствора, а остаток оттитровывают вспомогательным рабочим раствором.

Например, в кислый раствор хлорида добавляют
AgNO 3 Ag + + Cl – = AgCl.

Затем избыток серебра оттитровывают роданидом Ag+ + CSN – = AgCSN.

3. Титрование по замещению, или косвенное титрование. К определяемому веществу (например, Cu +2) добавляют специальный реагент (I −) для проведения реакции, образовавшийся йод оттитровывают тиосульфатом натрия. Конец реакции определяют по крахмальному индикатору (исчезновение синей окраски).

Титрование проводят по следующим правилам:

• — титрование раствора проводят медленно;
• — каждое титрование начинают при полном заполнении бюретки;
• — на титрование должно идти 10–20 мл раствора;
• — измерения объемов идет до 0,03 мл, второй знак после запятой оценивается на глаз.

Различают методы титриметрического анализа по типу основной реакции, протекающей при титровании. Выделяют следующие методы титриметрического анализа кислотно-основное взаимодействие, реакция нейтрализации; окисление-восстановление (оксидиметрия); комплексообразование; осаждение.

Расчеты в титриметрии основаны на законе эквивалентов. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах. Поэтому наиболее удобный способ выражения концентрации — нормальная концентрация. Объемы [V(A) и V(B)] и нормальные концентрации реагирующих веществ [С_N(А) и C_N(В)] в точке эквивалентности выражается соотношением

С_N(А) и V(A) известны, а V(B) был определен после титрования раствором (А). Тогда:

Масса вещества m(B), содержащего в объеме V(B), находится по формуле:

Методы разделения и концентрирования

Процесс разделения состоит в выделении компонентов, составляющих исходную смесь. Процесс концентрирования состоит в увеличении концентрации микрокомпонентов в пробе анализируемого вещества. Концентрирование является частным случаем разделения. Эти методы чрезвычайно многочисленны и разнообразны. Методы разделения гомогенных и гетерогенных систем отличаются друг от друга по своей сущности.

Система — совокупность находящихся во взаимодействии веществ, обособленных мысленно или фактически.

Компонент — составная часть системы.

Фаза — однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела. Гомогенная система состоит из одной фазы (например, истинный раствор). Гетерогенная система состоит из двух и более фаз (например, вода + лед, раствор + осадок).

Разделение гетерогенных систем происходит следующими методами:

1. Фильтрация — движение через пористую перегородку жидкости или газа, часто сопровождающееся отложением или осаждением на ней взвешенных твердых частей.
2. Центрифугирование — разделение в поле центробежных сил, возникающих при вращении ротора центрифуги.
3. Флотация — выделение из суспензий и разделение твердых частиц, основанное на различии в их смачиваемости.
4. Седиментация — разделение дисперсных систем под действием силы тяжести с отделением взвешенной фазы в виде осадка или «сливок».

Для разделения гомогенных систем используют следующие методы:

1. Осаждение — необходимый компонент выделяется в осадок при протекании химической реакции.
2. Испарение — метод построен на различии давления пара компонентов смеси при данной температуре (дистилляция, сублимация, возгонка, ректификация, отгонка).
3. Сорбционные методы — основаны на различном поглощении газов, паров или растворенных веществ жидкими или твердыми поглотителями (сорбентами).
4. Экстракционные методы — выделение, разделение и концентрирование веществ, заключающиеся в разделении компонентов между двумя несмешивающимися фазами.

Источник

Методы титриметрического анализа. Типы титрования. Аналитическая химия

Методы титриметрического анализа подразделяют по варианту титрования и по тем химическим реакциям, которые выбраны для определения вещества (компонента). В современной химии выделяют количественный и качественный анализ.

Виды классификации

Методы титриметрического анализа подбирают к конкретной химической реакции. В зависимости от типа взаимодействия, существует подразделение титриметрического определения на отдельные виды.

• Окислительно-восстановительное титрование; метод базируется на изменении степени окисления у элементов в веществе.
• Комплексообразование представляет собой сложную химическую реакцию.
• Кислотно-основное титрование предполагает полную нейтрализацию взаимодействующих веществ.

Нейтрализация

Кислотно-основное титрование позволяет определять количество неорганических кислот (алкалиметрия), а также вычислять основания (ацидиметрия) в искомом растворе. По данной методике определяют вещества, реагирующие с солями. При использовании органических растворителей (ацетона, спирта) стало возможным определение большего количества веществ.

Комплексообразование

В чем сущность метода титриметрического анализа? Предполагается определение веществ путем осаждения искомого иона в качестве малорастворимого соединения либо его связывание в малодиссоциированный комплекс.

Редоксиметрия

Окислительно-восстановительное титрование основывается на реакциях восстановления и окисления. В зависимости от используемого титрованного раствора реагента в аналитической химии выделяют:

• перманганатометрию, которая базируется на использовании перманганата калия;
• йодометрию, которая основывается на окислении йодом, а также восстановлении иодид-ионами;
• бихроматометрию, в которой используют окисление бихроматом калия;
• броматометрию, основанную на окислении броматом калия.

Окислительно-восстановительные методы титриметрического анализа включают в себя и такие процессы, как цериметрия, титанометрия, ванадометрия. Они предполагают окисление либо восстановление ионов соответствующего металла.

По способу титрования

Существует классификация методов титриметрического анализа в зависимости от способа титрования. При прямом варианте титруют определяемый ион выбранным раствором реагента. Процесс титрования в методе замещения основан на определении точки эквивалентности при наличии неустойчивых химических соединений. Титрование по остатку (обратный метод) используют в том случае, когда трудно подобрать индикатор, а также при медленном протекании химического взаимодействия. К примеру, при определении карбоната кальция навеска вещества обрабатывается избыточным количеством титрованного раствора соляной кислоты.

Значение анализа

Все методы титриметрического анализа предполагают:

• точное определение объема одного либо каждого из реагирующих химических веществ;
• присутствие титрованного раствора, благодаря которому выполняется процедура титрования;
• выявление результатов анализа.

Титрование растворов является основой аналитической химии, поэтому важно рассмотреть основные операции, выполняемые при проведении эксперимента. Данный раздел тесно связан с повседневной практикой. Не имея представлений о наличии в сырье либо продукте главных компонентов и примесей, трудно планировать технологическую цепочку в фармацевтической, химической, металлургической промышленности. Основы аналитической химии применяются для решения сложных экономических вопросов.

Методы исследования в аналитической химии

Данная отрасль химии представляет собой науку об определении компонента либо вещества. Основы титриметрического анализа – методы, используемые для проведения эксперимента. С их помощью исследователь делает вывод о составе вещества, количественном содержании в нем отдельных частей. Также можно в ходе аналитического анализа выявить степень окисления, в которой находится составная часть изучаемого вещества. При классификации методов аналитической химии учитывают, какое именно действие предполагается выполнять. Для измерения массы получаемого осадка используется гравиметрический метод исследования. При анализе интенсивности раствора необходим фотометрический анализ. По величине ЭДС путем потенциометрии определяют составные компоненты исследуемого препарата. Кривые титрования наглядно демонстрируют проводимый эксперимент.

Подразделение аналитических методов

В случае необходимости в аналитической химии используют физико-химические, классические (химические), а также физические методики. Под химическими методами принято понимать титриметрический и гравиметрический анализ. Обе методики являются классическими, отработанными, широко используются в аналитической химии. Весовой (гравиметрический) метод предполагает определение массы искомого вещества либо его составных компонентов, которые выделяют в чистом состоянии, а также в виде нерастворимых соединений. Объемный (титриметрический) способ анализа основан на определении объема реактива, израсходованного на химическую реакцию, взятого в известной концентрации. Существует подразделение химических и физических методов на отдельные группы:

• оптические (спектральные);
• электрохимические;
• радиометрические;
• хроматографические;
• масс спектрометрические.

Специфика титриметрического исследования

Данный раздел аналитической химии предполагает измерение количества реагента, который требуется для проведения полной химической реакции с известным количеством искомого вещества. Суть методики состоит в том, что к раствору исследуемого вещества прибавляют по каплям реактив с известной концентрацией. Добавление его продолжается до тех пор, пока количество его не будет эквивалентно количеству определяемого вещества, реагирующего с ним. Данный метод позволяет проводить с высокой скоростью количественные вычисления в аналитической химии.

В качестве основоположника методики рассматривают французского ученого Гей-Люсака. Вещество либо элемент, определяемое в данном образце, именуют определяемым веществом. В числе их могут быть ионы, атомы, функциональные группы, связанные свободные радикалы. Реагентами называют газообразные, жидкие, твердые вещества, которые вступают в реакцию с определенным химическим веществом. Процесс титрования заключается в подливании одного раствора к другому при постоянном смешивании. Обязательным условием для успешного осуществления процесса титрования является применение раствора с установленной концентрацией (титранта). Для проведения расчетов используют нормальность раствора, то есть количество грамм-эквивалентов вещества, которое содержится в 1 литре раствора. Кривые титрования строят после проведения расчетов.

Химические соединения или элементы взаимодействуют между собой в четко определенных весовых количествах, соответствующих их грамм-эквивалентам.

Варианты приготовления титрованного раствора по навеске исходного вещества

В качестве первого способа приготовления раствора с заданной концентрацией (определенным титром) можно рассмотреть растворение навески точной массы в воде либо ином растворителе, а также разбавление приготовленного раствора до необходимого объема. Титр полученного реактива можно установить по известной массе чистого соединения и по объему готового раствора. Такую методику используют для приготовления титрованных растворов тех химических веществ, получить которые можно в чистом виде, состав которых не меняется при продолжительном хранении. Для взвешивания используемых веществ применяют бюксы с закрытыми крышками. Такой способ приготовления растворов не подходит для веществ, обладающих повышенной гигроскопичностью, а также для соединений, которые вступают в химическое взаимодействие с оксидом углерода (4).

Вторая технология приготовления титрованных растворов применяется на специализированных химических предприятиях, в специальных лабораториях. Она базируется на использовании отвешенных в точных количествах твердых чистых соединениях, а также на применении растворов с определенной нормальностью. Помещают вещества в стеклянные ампулы, затем их запаивают. Те вещества, которые находятся внутри стеклянных ампул, именуют фиксаналами. При непосредственном проведении эксперимента ампула с реактивом разбивается над воронкой, которая имеет пробивное устройство. Далее весь компонент переносится в мерную колбу, затем путем добавления воды получают необходимый объем рабочего раствора.

Для титрования также используется определенный алгоритм действий. Бюретка наполняется готовым рабочим раствором до нулевой отметки так, чтобы в нижней ее части не оказалось пузырьков воздуха. Далее отмеряют пипеткой анализируемый раствор, затем его помещают в коническую колбу. Добавляют в нее и несколько капель индикатора. Постепенно к готовому раствору по каплям добавляют из бюретки рабочий раствор, следят за изменением окраски. При появлении устойчивого цвета, который не исчезает через 5-10 секунд, судят о завершении процесса титрования. Далее приступают к расчетам, вычислению объема израсходованного раствора с заданной концентрацией, делают выводы по проведенному эксперименту.

Заключение

Титриметрический анализ позволяет определять количественный и качественный состав анализируемого вещества. Данный метод аналитической химии необходим для различных отраслей промышленности, его используют в медицине, фармацевтике. При выборе рабочего раствора обязательно учитывают его химические свойства, а также способность образовывать с изучаемым веществом нерастворимые соединения.

Источник