8.2 Подгруппа скандия

Подгруппа скандия - это элементы побочной подгруппы третьей группы периодической системы: скандий Sc, иттрий Y, лантан La и актиний Ас. Актиний неустойчивый элемент, которого в природе ничтожно мало. Содержание скандия, иттрия и лантана составляет 10^-4 10^-3%. Это рассеянные элементы, встречающиеся в виде примесей примерно в 250 минералах. Источник их получения - минерал монацит, который является смесью фосфатов этих элементов.

Извлечение скандия, иттрия и лантана из руд проводится по сложной технологии многостадийного обогащения, вскрытия и разделения, конечными продуктами являются оксиды, хлориды или фториды. Получение металлов проводится восстановлением оксидов или фторидов магнием или кальцием.

Приведем некоторые свойства элементов этой подгруппы:

Элемент	Sc	Y	La
Валентные электроны	3d14s2	4d15s2	5d16s2
Радиус атома, нм	0,164	0,181	0,187
Ионизационный потенциал, эВ	6,56	6,22	5,58
Электродный потенциал, В	-2,08	-2,37	-2,52

 СПЕЦИФИКА  ХИМИИ КАК НАУКИ

 Для человека одной из важнейших естественных наук является химия - наука о составе, внутреннем строении и превращении вещества, а также о механизмах этих превращений.

«Химия - наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения». Она изучает природу и свойства различных химических связей, энергетику химических реакций, реакционную способность веществ, свойства катализаторов и т.д.

Химия всегда была нужна человечеству для того, чтобы получать из природных веществ материалы со свойствами, необ­ходимыми для повседневной жизни и производства. Получение таких веществ - производственная задача, и, чтобы ее реализо­вать, надо уметь осуществлять качественные превращения ве­щества, т. е. из одних веществ получать другие. Чтобы этого добиться, химия должна справиться с теоретической проблемой генезиса (происхождения) свойств вещества.

Таким образом, основанием химии выступает двуединая проблема - получение веществ с заданными свойствами (на достижение ее направлена производственная деятельность человека) и выявление способов управления свойствами вещества (на реализацию этой задачи направлена научно-исследовательская работа ученых).

Эта же проблема является одновременно и системообразующим началом химии

Классификация методов анализа

Аналити́ческая хи́мия — раздел химии, изучающий химический состав и отчасти структуру веществ; имеет целью определение химических элементов или групп элементов, входящих в состав веществ.^[1] Предмет её как науки — совершенствование существующих и разработка новых методов анализа, поиск возможностей их практического применения, исследование теоретических основ аналитических методов.

В зависимости от задач, аналитическая химия подразделяется на качественный анализ, нацеленный на определение того, что или какие вещества, в какой форме находится в образце, иколичественный анализ, нацеленный на определение сколько данного вещества (элементов, ионов, молекулярных форм и др.) находится в образце.

Определение элементного состава материальных объектов называют элементным анализом. Установление строения химических соединений и их смесей на молекулярном уровне называют молекулярным анализом. Одним из видов молекулярного анализа химических соединений является структурный анализ, направленный на исследование пространственного атомного строения веществ, установление эмпирических формул, молекулярных масс и др. В задачи аналитической химии входит определение характеристик органических, неорганических и биохимических объектов. Анализ органических соединений по функциональным группам называют функциональным анализом.

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Титриметрический (объемный) анализ — один из разделов количественного анализа, основанный на точном измерении объема раствора реагента (титранта), вступившего в химическую реакцию с определяемым веществом. Концентрация раствора реагента должна быть точно известна. Раствор реагента (титранта) с точно известной концентрацией называют стандартным, или титрованным рабочим раствором.

Наиболее важной операцией титриметрического анализа является титрование — процесс постепенного прибавления титрованного рабочего раствора к определяемому веществу. Титрование продолжают до тех пор, пока количество титранта не станет эквивалентным количеству реагирующего с ним определяемого вещества.

Момент титрования, когда титрант добавлен в количестве, эквивалентном определяемому веществу, называется точкой эквивалентности. Следует отметить, что на практике часто определяют не точку эквивалентности, а конечную точку титрования. Эти точки часто не совпадают, но близки. Конечную точку титрования можно определять по изменению окраски раствора, по изменению физико-химических свойств титруемого раствора или же при помощи индикатора. Чаще всего для ее определения вводят индикатор («свидетель») — вспомогательное вещество. Его действие сводится к тому, что по окончании реакции между титруемым веществом и титрантом в присутствии небольшого избытка титранта индикатор претерпевает изменения, видимые на глаз (меняет окраску раствора или осадка, образует осадок).

В ряде случаев при титровании можно обходиться без индикаторов (безындикаторное титрование). Например, конечную точку титрования в пер-манганатометрии устанавливают в результате окрашивания, которое возникает при добавлении лишней капли окрашенного раствора титранта КМп04 (безындикаторный метод).

Химические реакции, применяемые в титриметрических методах анализа, должны отвечать следующим требованиям:

> реакция должна протекать с достаточной скоростью и быть практически необратимой;

> взаимодействие между исследуемым веществом и титрантом должно происходить стехиометрично, с четким фиксированием конечной точки титрования;

> не должны протекать побочные реакции;

> в растворе должны отсутствовать вещества, мешающие ходу основной реакции или фиксированию конечной точки титрования.

23

Достоинства титриметрических методов анализа: быстрота проведения, высокая точность, простота используемой аппаратуры, возможность определения нескольких веществ в анализируемой пробе, возможность автоматизации процесса титрования.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Титриметрические методы классифицируют по типам реакций, лежащих в их основе, по титранту и по способу титрования.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПО ТИПАМ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Методы кислотно-основного титрования

Эти методы основаны на использовании реакции нейтрализации:

Н30+ + ОН" ^ 2Н20

Н+ + ОН" ^ Н20

Их применяют для определения кислот, оснований и солей, которые при гидролизе создают кислую или щелочную реакцию среды.

Методы осадительного титрования

В этих методах исследуемое вещество при взаимодействии с титран-том образует малорастворимое соединение. Например, галогенид-ионы Hal-определяют титрованием стандартным раствором AgNO3:

Ag+ + НаГ ^ AgHalJ где Hal-являются Cl-; Br-; I-.

Методы комплексиметрического титрования

Эти методы основаны на образовании слабоионизированных комплексов титранта с исследуемым веществом. Например, галогенид-ионы Hal- определяют титрованием стандартным раствором Hg(NO3)2 (меркуриметрия):

Hg2+ + 2НаГ ^ [HgHal2]

где Hal- являются Cl-; Br-; I-.

Методы окислительно-восстановительного титрования (редокс-методы)

Эти методы основаны на окислительно-восстановительных реакциях, протекающих между определяемым веществом и титрантом.

В зависимости от свойств используемого титранта методы окислительно-восстановительного титрования подразделяют на оксидиметрию и редукто-метрию.

Оксидиметрия — метод определения восстановителей путем титрования их стандартными растворами окислителей. Например, в перманганатометрии

24

в качестве титранта используют раствор калия перманганата, в броматомет-рии — раствор калия бромата, в хроматометрии — раствор калия хромата (дихромата).

Редуктометрия — метод определения окислителей путем титрования их стандартными растворами восстановителей. Например, в феррометрии используют стандартные растворы солей железа (II), в гидразинометрии в качестве титранта используют раствор гидразина гидрохлорида, в аскорбино-метрии — раствор аскорбиновой кислоты.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПО ТИТРАНТУ

Это более широкий способ классификации титриметрических методов. Название метода происходит от названия титранта.

В методах кислотно-основного титрования: если титрантом является кислота, то метод называется ацидиметрией; если титрант — основание, то метод называется алкалиметрией.

В методах осаждения: при титровании раствором AgNO3 метод называется аргентометрией, при титровании раствором Hg2(NO3)2 — меркурометрией.

В методах комплексообразования: при титровании раствором трилона Б (то есть комплексона III) метод называется трилонометрией (комплексоно-метрией), при титровании раствором Hg(NO3)2 — меркуриметрией.

В методах окислительно-восстановительного титрования: при титровании раствором калия перманганата KMnO4 метод называется перманганатомет-рией, при титровании раствором KBrO3 — броматометрией, при титровании раствором NaNO2 — нитритометрией.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПО СПОСОБУ ТИТРОВАНИЯ

Прямое титрование

Способ прямого титрования состоит в том, что к определенному объему раствора определяемого вещества прибавляют по каплям титрант до достижения конечной точки титрования.

Обратное титрование (титрование по остатку)

Этот способ используют в тех случаях, когда определяемое вещество является летучим или реакция между титрантом и определяемым веществом протекает медленно, а также в случаях, когда для прямого титрования невозможно подобрать индикатор. К определяемому веществу добавляют избыток титранта, взаимодействующего с этим веществом. После прохождения химической реакции остаток титранта оттитровывают вторым титрантом.

Заместительное титрование

Этот способ используют в случаях, если анализируемое вещество не реагирует с титрантом или реагирует нестехиометрично. К определяемому веществу прибавляют вспомогательный реагент, с которым оно образует новое

25

соединение (заместитель) в эквивалентных количествах. Концентрацию последнего определяют прямым титрованием.

ВЫЧИСЛЕНИЯ В ТИТРИМЕТРИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТИТРИМЕТРИИ

Укажем основные термины и понятия, которые применяют при расчетах в количественном анализе.

Моль — это количество вещества, которое содержит столько реальных или условных частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода-12. Пользуясь понятием «моль», необходимо указывать, какие конкретно реальные или условные частицы имеются в виду. Реальные частицы — это атомы, ионы, электроны или молекулы. Условные частицы — это доли молекул, ионов и тому подобное, например: 1/6 молекулы K2Cr2O7; 1/2 молекулы H2C2O4; 1/5 молекулы KMnO4. В Государственной фармакопее СССР XI издания за моль приняты условные частицы, которые равны эквиваленту (см. ниже), а в Государственной фармакопее Украины и в Европейской фармакопее за моль приняты частицы, отвечающие формульной массе. Количество вещества n (число молей) записывают следующим образом:

n(NaOH) = 1 моль; n(1/6K2Cr2O7) = 1 моль.

Молярная масса вещества X — масса одного моля этого вещества, обозначается символом M(X):

M (X) = m(X) n(X) '

где m(X) — масса вещества, г; n(X) — количество вещества (число молей этого вещества).

Основной единицей молярной массы вещества в системе СИ есть кг/моль, однако на практике чаще используют размерность г/моль. Например, молярные массы иона Fe2+, HCl, 1/2 молекулы I2 приравнивают соответственно: M(Fe2+) = 55,847 г/моль; М (HCl) = 36,461 г/моль; М(У212) = 126,9096 г/моль.

Эквивалентом называют некоторую реальную или условную частицу (у. ч.), которая может присоединять, высвобождать или любым другим способом взаимодействовать с одним ионом водорода, гидроксид-ионом и другим одновалентным элементом в кислотно-основных реакциях или же с одним электроном — в окислительно-восстановительных реакциях. Используя термин «эквивалент», необходимо указывать, к какой реакции он относится, так как его величина при этом может изменяться.

Фактор эквивалентности Уэкв(Х) — это число, которое указывает на то, какая доля условной части вещества X эквивалентна одному иону водорода (гид-роксид-иону или атому другого одновалентного элемента) в данной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.

26

Фактор эквивалентности не является постоянной величиной и зависит от конкретной реакции с участием данного вещества. Например, в полуреакциях:

Мп0- + 4Н+ + 3е -9 Мп025 + 2Н20

/Экв(КМп04) = Уз;

МпО- + 8Н+ + 5е -9 Мп2+ + 4Н20

/экв(КМп04) = !/5.

Молярная масса эквивалента Ем вещества X — масса одного моля эквивалентов этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности ./Экв(Х) и молярной массы М(Х) этого вещества:

Ем (X) = /эквРО-М (X).

Например, Ем(КМп04) = 1/5 • М(КМп04).

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Молярная концентрация растворенного вещества с(Х) — это количество растворенного вещества X, которое содержится в 1 дм3 (1 л) раствора.

В системе СИ основная единица молярной концентрации раствора — моль/м3, на практике используют моль/дм3 или моль/л. В ГФУ молярную концентрацию растворов 1 моль/л называют одномолярной концентрацией и обозначают буквой М.

с = 1М = 1 моль/дм3; 2М = 2 моль/дм3; 0,1М = 0,1 моль/дм3.

Молярную концентрацию вещества X в растворе обозначают символом с(Х) и рассчитывают по формуле:

= МХ) =   т(Х) ,

v }       УМ (X) • V где «(X) — количество вещества X, моль; V — объем раствора, дм3.

Молярная концентрация вещества-эквивалента в растворе с(/Экв(X)X) — это отношение количества вещества-эквивалента в растворе п(/.ю^^) = п(Х)- М/Ем к объему V этого раствора:

С(/экв(X)X) = «АЫ^ = «^УЖ.

Молярную концентрацию вещества-эквивалента обозначают так же, как и молярную концентрацию: 1М; 0,1М; 0,01М. Раньше эту концентрацию называли нормальностью и обозначали: 1 н. или Ш; 0,1 н. или 0,Ш и т. д.

Для того чтобы отличить молярную концентрацию от молярной концентрации вещества-эквивалента, при символе с необходимо указать долю формульной массы, принятой за моль: с(КМп04) = 0,02М; с(1/5КМп04) = 0,1М.

Для перевода молярной концентрации вещества-эквивалента в молярную концентрацию необходимо ее величину умножить на /,кв:

с (У5КМп04)-1/5 =с (КМп04).

Если нормальные концентрации растворов отличаются, то верно уравнение:

01- У1 = У2.

27

Титр — это выраженная в граммах масса растворенного вещества, содержащегося в одном кубическом сантиметре раствора. Титр ТА (размерность — г/см3) вычисляют как отношение массы растворенного вещества mA, г, к объему раствора V, см3:

T     = mA

ta     v .

Титр титранта по определяемому веществу ТТ/о — выраженная в граммах масса исследуемого вещества, которая эквивалентна 1 см3 (взаимодействующая с 1 см3) титранта теоретической молярности (размерность — г/см3):

c    . е

Т _ теор М

т/о _    1000 ,

где стеор — теоретическая молярная концентрация вещества-эквивалента в растворе титранта, моль/дм3; ЕМ —молярная масса эквивалента исследуемого вещества, г/моль.

Например, титр раствора 0,1 моль/дм3 NaOH по HCl обозначают Т(0,1М NaOH/HCl).

Массовая доля — это выраженная в граммах масса растворенного вещества, содержащегося в 100 г раствора.

РАСТВОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТИТРИМЕТРИИ

Основным раствором в титриметрическом анализе является стандартный (титрованный) раствор — титрант, с помощью которого определяют содержание вещества в исследуемой пробе, так как его концентрация установлена с достаточной точностью (±0,2 \%).

Существует два способа приготовления титрованных растворов:

1. На аналитических весах берут точную навеску вещества, растворяют ее в мерной колбе в небольшом количестве воды и доводят до метки дистиллированной водой. Приготовленный этим способом раствор называется первичным стандартным раствором, или раствором с приготовленным титром. Первичные стандартные растворы готовят только из стандартных веществ, отвечающих ряду требований:

> вещество должно легко получаться в химически чистом виде, точно соответствовать химической формуле;

> быть устойчивым при хранении как в сухом виде, так и в растворе;

> хорошо растворяться в воде или в другом растворителе, если используется метод неводного титрования;

> по возможности должно иметь большую молярную массу.

Этим способом можно приготовить титрованные растворы таких веществ, как К2Сг207, КБг03, Н2С204, Ш2Б407 и др.

2. Некоторые вещества трудно получить в чистом виде из-за их большой гигроскопичности, окисляемости кислородом воздуха или способности взаи

28

модействовать с углекислым газом. Например, щелочи (№ОН, КОН) помимо воды содержат примеси соответствующих карбонатов и гидрокарбонатов вследствие поглощения СО2 из воздуха. В этом случае готовят раствор приблизительной концентрации — несколько большей, чем необходимо по расчетам. Титр полученного раствора устанавливают с помощью стандартных веществ или стандартных растворов других веществ. Приготовленный таким образом раствор титранта называют вторичным стандартным раствором, или раствором с установленным титром.

Для приготовления титрованных растворов часто используют фиксаналы. Фиксанал, или стандарт-титр, представляет собой запаянную стеклянную ампулу, содержащую точно определенное количество вещества в сухом виде или растворе. Чаще всего в ампуле содержится 0,1 моль вещества. Для приготовления титрованного раствора ампулу разбивают, ее содержимое количественно переносят в мерную колбу необходимой вместимости (обычно 1 л), разбавляют дистиллированной водой, доводят до метки и тщательно перемешивают.

Установку титра вторичного стандартного раствора по стандартным веществам можно выполнять двумя способами:

1) способом отдельных навесок;

2) способом пипетирования.

Способ отдельных навесок. На аналитических весах взвешивают отдельные, близкие по величине навески стандартного вещества (массу навески рассчитывают с учетом минимального объема титранта, который позволяет выполнять отмеривания с достаточной точностью — 0,2 \%; этот объем при работе с макробюреткой равен 20 мл), растворяют их в удобном для титрования объеме воды и титруют стандартным раствором.

Способ пипетирования. Рассчитанную навеску стандартного вещества взвешивают на аналитических весах, количественно переносят в мерную колбу, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора водой до метки. Аликвоту приготовленного таким образом раствора пипеткой переносят в коническую колбу и титруют стандартным раствором.

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ В ТИТРИМЕТРИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

Способ отдельных навесок

1. При расчете массы навески тнхч, г, стандартного вещества, которое берут для стандартизации титранта с учетом его молярной массы эквивалента Ем, г/моль, используют формулу:

т =   С   '    ^шп ' ЕМ

нхч        1000 ,

где Утп — объем титрованного раствора, см3 (около 20 см3); с — теоретическая молярная концентрация титранта, моль/дм3.

29

С    ■ Е

Если учесть, что те1р000 М _ ТТ/о — титр титранта по определяемому веществу, то указанная формула будет иметь вид:

тн. х. ч = ТТ/о ^   ^ш1п .

2. Массу навески тн исследуемого вещества, которую необходимо взять для титрования, рассчитывают по формуле:

т    _    С   ■ ■   Ем ■   100 ТТ/о ^ ^ 100

где Кш1п —объем титрованного раствора, см3 (приблизительно 20 см3); м — ориентировочная массовая доля определяемого вещества в образце,\%; с — теоретическая молярная концентрация титранта, моль/дм3; ЕМ — молярная масса эквивалента, г/моль.

3. Расчет молярной конценрации с титранта после титрования навески стандартного вещества тн х ч, г, проводят по формуле:

Мн. х. ч ■ 1000 Ем ■ V

где V — объем титрованного раствора, пошедший на титрование навески, см3.

Массовую долю м, \%, определяемого вещества в анализируемом образце рассчитывают по формулам:

а) при прямом и заместительном титровании

С

~     с ■ V ■ Ем ■ 100 ~     Т ■ К ■ V ■ 100

м, \% = -ааа  М- или     м,\% = -;

1000 ■ тн тн

б) обратном титровании

„      (су - С2V2) ■ Ем ■ 100 у     Т1 ■ (ВД - K2V2) ■ 100

м, \% =       1--м- или м,\% -    141 1      2 2/

" 1 /Л /Л /Л "

1000■ тн т

н

где с1 и с2 — молярные концентрации титрантов 1 и 2 соответственно, моль/дм3; V1 и V2 — объемы растворов титрантов 1 и 2 соответственно, см3; К1 и К2 — коэффициенты поправки к молярной концентрации титрантов 1 и 2, рассчитываемые по общей формуле:

с V

К _ практ _ практ

= ~с   _ V .

теор теор

Способ пипетирования

1. При расчете массы навески «V х ч, г, стандартного вещества, необходимой для стандартизации титранта с учетом его молярной массы эквивалента Ем, г/моль, используют формулу:

30

с • v   ■ е ■ v

т _   ^   r min г м. к

1000 ■ Vn

где Vnm — объем титрованного раствора, см3 (приблизительно 20 см3); Vi.к — вместимость мерной колбы, в которой растворена навеска химически чистого вещества, см3; Vn — вместимость пипетки, которую используют для отмеривания аликвоты раствора, см3.

При использовании титра титранта по определяемому веществу формула будет иметь вид:

T   ^ V   ■ V

m _    T/о   r min    г м. к

V

2. Массу навески тн, г, определяемого вещества рассчитывают по формуле:

т   с • Уп1п • Ем • Vм к • 100         т тТ1о • Vmin • Vм. к • юо

тн =-Тпп пъг   К- или тн = —-7}-,

1000 • Vп • м Vп • м

где Vmin — объем титрованного раствора, см3 (приблизительно 20 см3); ^ к — вместимость мерной колбы, в которой растворена навеска химически чистого вещества, см3; VI — вместимость пипетки, которую используют для отмеривания аликвоты раствора, см3.

3. Молярную концентрацию титранта с, моль/дм3, рассчитывают по формуле:

с = тн. х. ч • У: • 1000

где V — объем титрованного раствора, израсходованный на титрование аликвоты раствора стандартного вещества, см3; ¥м_ к — вместимость мерной колбы, в которой растворена навеска химически чистого вещества, см3; V: — вместимость пипетки, которую используют для отмеривания аликвоты раствора, см3.

Массовую долю м, \%, определяемого вещества в исследуемом образце рассчитывают по формулам:

а) при прямом и заместительном титровании

м,\% = с^ ^ ^ к100   или  м,\% = Тт/о ^ V ^ Vм. * К 100 ,

1000 ■ тн • ^ Vп

где V — объем титрованного раствора, израсходованный на титрование, см3;

б) обратном титровании

\%   (с^~ C2V2) • Ем • Vм.к • 100 ' 1000 • тн • V,

31

\%     Тт/о ■ (KV - K2V2) ■ VM,K ■ 100 или w,\%

т • у,

где У — объем добавленного в избытке титрованного раствора 1, см3; У2 — объем титрованного раствора 2, израсходованный на титрование, см3.

При установлении молярной концентрации титранта по титрованному раствору известной концентрации (стандартному раствору) расчеты ведут по формуле:

с2 = —-1

где с! — молярная концентрация стандартного раствора, моль/дм3; У — объем стандартного раствора, см3; У2 — объем раствора, молярную концентрацию которого определяют, см3.

При определении массы вещества в граммах в объеме раствора в мерной колбе расчеты ведут по формулам:

а) при прямом и заместительном титровании

г/у   = с ■ У ■ Ем ■ Ум.к   или г/У    =  Тт/о ' К ' У ' Ум к ; м к        1000 ^ У м к У ;

п п

б) обратном титровании

г/У        =      (с,У.- С2У2)  ^ Ем ^ Ум.к =     IV (К,К - ^ Ум.к

1000 ■ Vn м к Vn '

Расчеты в титриметрическом анализе при использовании растворов с молярной концентрацией отличаются от расчетов с использованием молярной концентрации вещества-эквивалента. Если для титрования используются растворы с молярной концентрацией, то в расчетных формулах Ем необходимо заменить на s • M(X), где s — это стехиометрическое отношение, определяемое по уравнению реакции, М(Х) — молярная масса определяемого вещества X.

Стехиометрическое отношение показывает, какое количество определяемого вещества реагирует с одним молем титранта.

Например, при титровании Na2CO3 титрованным раствором HCl протекает реакция:

Na2CO3 + 2HCl--        2NaCl + H2CO3

В данном случае s = 0,5/1 = 0,5 (на один моль Н+-ионов приходится 0,5 моль CO2--ионов). Массовую долю Na2CO3 следует рассчитывать по формуле:

VhcI ■ 0,5 ■ MNa2CO3 ■ 100

1000 ■ тн

32

Для расчета титра титрованного раствора НС1 по №2С03 используют формулу:

т =   Стеор '   0,5   ' М№2С03

1 НС1/№2С03 =

1000

ТЕХНИКА РАБОТЫ. МЕРНАЯ ПОСУДА

В титриметрии используют специальную посуду для точного измерения растворов: бюретки, мерные колбы и пипетки. При вспомогательных операциях применяют посуду для приблизительного измерения объемов: цилиндры и мензурки.

Бюретки, в которые помещают раствор титранта, в зависимости от назначения бывают разных размеров и конструкций. Обычная лабораторная бюретка (макробюретка) представляет собой стеклянную цилиндрическую градуированную трубку с суженым концом, на который надет резиновый переходник с оттянутой стеклянной трубочкой.

Резиновый переходник стягивают зажимом или в нее помещают стеклянный шарик. Если нажимать резинку в области шарика, то между шариком и резиновой трубкой образуются узкие каналы, через которые и вытекает стандартный раствор. Иногда суженый конец бюретки снабжен стеклянным краном.

С помощью бюреток измеряют точный объем раствора, израсходованный на титрование. Объем раствора определяют по разности уровней до и после титрования.

В лабораторной практике обычно используют бюретки вместимостью 25,00 и 50,00 мл. Градуировка бюретки начинается сверху, где находится начало отсчета — нулевое деление. Большие деления бюретки соответствуют миллилитрам, малые деления — десятым долям миллилитра. При отсчетах оценивают сотые части миллилитра: при этом расстояние между соседними делениями мысленно делят на пять частей. Для точных отсчетов уровень глаз должен находиться на уровне мениска жидкости. Если в бюретке содержится бесцветный раствор, то отсчет проводится по нижней границе мениска, если окрашенный, — по верхней. Отсчет по бюретке проводят с точностью ±0,02 мл. Градуируют бюретки на выливание.

Пипетки. Это узкие длинные трубки с расширением посередине. На верхней узкой части трубки пипетки наносится черточка, ограничивающая определенный объем. На пипетке указаны вместимость и температура, при которой происходила калибровка. Применяют также цилиндрические пипетки, которые градуированы так, как и бюретки.

Мерные колбы представляют собой колбы с длинными узкими шейками. На шейке нанесена круговая метка, до которой необходимо заполнять колбу. На колбе указывают ее вместимость и температуру калибровки. Мерные колбы различаются по вместимости: 25,00; 50,00; 100,00; 200,00; 250,00; 500,00; 1000,00; 2000,00 мл.

33

ТОЧНОСТЬ АНАЛИЗА

В титриметрическом анализе основными операциями являются взвешивание навески исследуемого вещества и отмеривание объема титранта. Обычно приемлемая относительная ошибка титриметрического анализа составляет ±0,2 \%. Поэтому с не меньшей точностью необходимо выполнять и указанные выше операции. Абсолютная ошибка АХ отмеривания объемов с помощью макробюреток (25,00; 50,00 см3) с ценой деления 0,1см3 составляет ±0,04 см3 . Исходя из этого, рассчитывают минимальный объем X, см3, который можно отмерить с ошибкой, не превышающей ±0,2 \%, по формуле:

X = — • 100, А

где А = 0,2 \% — относительная ошибка отмеривания. Подставив численные значения, получаем:

X = ±°104 • 100 = 20 см3. ±0,2

Как правило, в титриметричном анализе установить непосредственно точку эквивалентности практически невозможно. Обычно устанавливают конечную точку титрования (КТТ). Это можно сделать двумя методами: инструментальным или визуальным.

Способы установления конечной точки титрования При использовании инструментальных методов КТТ устанавливается с помощью приборов, путем измерения изменения различных физических свойств титруемых растворов, например, потенциалов, оптической плотности, удельной электропроводности и т.д. При этом определяемых КТТ максимально приближена или совпадает с точкой эквивалентности. Визуальные методы фиксирования КТТ разделяют на безиндикаторные и индикаторные. В безиндикаторных методах КТТ определяют с появлением или исчезновением окраску титранту или раствора, титруют. В индикаторных методам к анализируемой жидкой пробы добавляют индикатор, который придает ей определенную окраску, и дальше титруют до резкого изменения этого окраску. Титриметрический анализ имеет ряд преимуществ над другими методами анализа - это простота оборудования; скорость выполнения анализа; возможность автоматизации процесса; достаточно высокая точность (относительная погрешность определения 0,01-0,1%).