Индикаторы в методе кислотно-основного титрования

Признаком достижения точки эквивалентности служит приобретение раствором определенного значения рН. Поэтому для фиксирования точки эквивалентности к раствору прибавляют какой-либо индикатор, который меняет окраску в нужном диапазоне рН.

Теория индикаторов. а) Ионная теория. Индикаторы в методе кислотно-основного титрования представляют собой такие слабые органические кислоты или основания, у которых неионизированные молекулы и ионы имеют различную окраску.

Например, ионизацию лакмуса можно представить следующим уравнением:

HInd ↔ H⁺ + Ind^–

^{красный синий}

При растворении лакмуса в воде неионизированные молекулы его, присутствуя совместно с ионами, придают раствору промежуточный фиолетовый цвет. Если к этому раствору прибавить каплю кислоты, то Н⁺-ионы свяжут бόльшую часть анионов Ind^– в неионизированные молекулы HInd, и раствор покраснеет. Если к раствору лакмуса прибавить щелочь, то ее ОН^- -ионы будут связывать Н⁺-ионы индикатора в неионизированные молекулы Н₂О. В результате этого равновесие сместится в сторону накопления в растворе анионов Ind^–, и раствор посинеет.

Существуют индикаторы, у которых обе формы (молекулы и ионы) окрашены. Такие индикаторы называются двуцветными. Имеются также одноцветные индикаторы, у которых окрашена только одна из форм, другая бесцветна.

б) Хромофорная теория. Окраска органических соединений зависит от строения их молекул и измениться она может только в результате какой-либо внутримолекулярной перегруппировки, изменяющей строение индикатора. Окраска органических соединений объясняется наличием в молекулах особых атомных групп, называемых хромофорами (нитрогруппа O=N–, способная переходить в группу НО–N= и др.).

Кривые титрования

Важной характеристикой титриметрических методов являются кривые титрования. Они показывают графическую зависимость концентрации (логарифма концентрации, свойство раствора) участника реакции от объема добавленного титранта (степени оттитрованности).

Кривые титрования могут быть:

1. Рассчитанными. Расчет теоретических кривых проводят по данным о константе равновесия реакции, и исходным концентрациям реагирующих веществ. Такие кривые нужны для обоснованного выбора индикатора в данном титровании, который обеспечил бы необходимую точность определения.

2. Экспериментальными. Эти кривые получают, измеряя какое-либо свойство системы в ходе титрования (оптическую плотность, диффузионный ток, потенциал) в зависимости от объема добавленного титранта и строят соответствующий график (см. рис. 3-6). Такие кривые служат для определения точки эквивалентности.

Окислительно-восстановительное титрование (оксидиметрия), его разновидности

Методы окислительно-восстановительного титрования основаны на реакциях окисления и восстановления. Они объединяют различные объемно-аналитические определения, в основе которых лежат реакции передачи электронов от восстановителя к окислителю. Методами окисления-восстановления может быть количественно определено большинство элементов, обладающих переменной валентностью.

К методам окисления-восстановления относятся: перманганатометрия, йодометрия, хроматометрия, броматометрия, титанометрия, ванадометрия и некоторые другие. Название методов происходит от названия окислителя или восстановителя, применяемого в качестве рабочего раствора.

Кривые титрования окислительно-восстановительных реакций могут быть построены в координатах ионный показатель как функция объема добавленного титранта или в виде зависимости окислительно-восстановительного потенциала от объема добавленного рабочего раствора.

Окислительно-восстановительные методы дают возможность при помощи титрованных растворов окислителей количественно определять разнообразные восстановители: соединения двухвалентного олова, железа и марганца, иодиды, сульфиты, нитриты и т.д. При помощи титрованных растворов восстановителей можно определять разнообразные окислители: соединения трехвалентного железа, двухвалентной меди, хроматы и бихроматы, хлор, бром и т.д.

Йодометрия. При йодометрическом титровании происходит окислительно-восстановительная реакция, сопровождающаяся переходом элементарного йода в его ионную форму или обратно по реакции:

I₂+ 2e → 2I^- или 2I^-– 2e → I₂.

В первом случае элементарный йод I₂ присоединяет два электрона и восстанавливается до иодид-ионов I^-, во втором случае ионы I^- отдают 2 электрона и окисляются доэлементарной формы йода I₂.

Перманганатометрия. При перманганатометрии в качестве окислителя используется раствор перманганата калия KMnO₄.

Окисление может производиться в кислой, щелочной и нейтральных средах. Ионы в зависимости от характера среды восстанавливаются до разной валентности (см.рис.7 ). В кислой среде они восстанавливаются до Mn²⁺, а в щелочной и нейтральной – до MnO₂.

+8Н+ +5e +2Н2О +3e

Рис.7 – Схема восстановления ионов в зависимости от характера среды

Растворы, содержащие ионы окрашены в красно-фиолетовый цвет, растворы солей, содержащие ион Mn²⁺ –бесцветны. Поэтому при перманганатометрии раствор KMnO₄ служит не только рабочим раствором, но и индикатором.