Тема 5 Кислотно-основне титрування

Кислотно-основне титрування ґрунтується на реакціях переносу протонів або електронних пар від однієї реагуючої частинки до іншої частинки у розчині. Основна реакція методу:

Н⁺ + ОН^– = Н₂О

Методом кислотно-основного титрування можна визначати основні класи неорганічних сполук (оксиди, кислоти, основи, солі), а також органічні сполуки – електроліти та неелектроліти.

Робочими розчинами в методі кислотно-основної взаємодії є розчини кислотних гідроксидів (Н₂SO₄) та речовин з кислотною властивістю водних розчинів (НСl), а також сильних основних гідроксидів (NaOH, KOH) – лугів. Тому розрізняють ацидиметричне (титрант кислота) та алкаліметричне (титрант луг) титрування. Основними прийомами кислотно-основного титрування є пряме, зворотне або обернене (титрування залишку) та титрування замісника. Способи виконання операцій: а) піпетування; б) окремих наважок.

Як первинні стандартні (установочні) речовини в кислотно-основному титруванні використовують: Na₂B₄O₇10H₂O (буру), H₂C₂O₄2H₂O (оксалатну кислоту), Na₂CO₃ (натрій карбонат), Na₂C₂O₄ (натрій оксалат), (CH₂COOH)₂ (бурштинову кислоту) у вигляді сухих речовин або їх водних розчинів. У методах кислотно-основного титрування точка еквівалентності не супроводжується видимим зовнішнім ефектом. Тому для її визначення використовують індикатори або фізико-хімічні методи.

Індикатори в кислотно-основному титруванні

Індикатори – це органічні сполуки, які змінюють свою будову і фізичні властивості (колір) залежно від зміни величини рН середовища. Тому такі індикатори називають кислотно-основними або рН-індикаторами (наприклад, лакмус, фенолфталеїн, метиловий оранжевий та ін.). Іонна теорія індикаторів (Оствальд, 1894): індикатори – це слабкі органічні кислоти або основи, тому при зміні величини рН розчину зміщується рівновага дисоціації індикатора, що обумовлює зміну його забарвлення.

У випадку лакмусу:

HInd  H⁺ + Ind^–

червоний синій

колір колір

У водному розчині лакмусу встановлюється динамічна рівновага між недисоційованими молекулами та іонами, тому лакмус має фіолетове забарвлення. За аналогією з кислотним індикатором можна пояснити зміну забарвлення основного індикатора:

IndОН  Ind⁺ + ОН^–

Додавання кислоти зміщує рівновагу у правий бік – з’являється забарвлення іонів; додавання основи зміщує рівновагу вліво – з’являється колір недисоційованих молекул індикатора.

Хромофорна теорія індикаторів (Ганч, 1905): забарвлення органічних сполук пояснюється наявністю в їх молекулах особливих атомних груп, які мають кратні зв’язки і називаються хромофорами (–N=O, –N=N–, C=O). Колір індикаторів посилюють групи –NH₂, –OH, –OCH₃, –N(CH₃)₂, які називають ауксохромами.

Зміна кольору індикатора – це наслідок внутрішньомолекулярного перегрупування, в результаті якого змінюється будова молекули індикатора. Перегрупування залежить від величини рН розчину і є оборотним процесом таутомерного перетворення. Таким чином, індикатор може перебувати у двох таутомерних формах і, залежно від величини рН середовища, одна форма індикатора може переходити в іншу.

Іонно-хромофорна теорія індикаторів (об’єднана): у розчинах індикаторів є два типи рівноважних станів – іонізація молекул індикатора та рівновага таутомерних форм. Зміна кольору індикатора – це наслідок зміни співвідношення кількостей речовин молекулярної та іонної форм індикатора, яка відбувається під впливом кислот і основ, та появи чи зникнення хромофорних груп або їх взаємного перетворення.