7.2 Қышқыл-негізді титрлеу, әдістің мәні, қолданылуы

Қышқыл-негіздік титрлеу - қышқыл мен негіздің әсерлесуіне негізделген:

НА + МОН =МА+Н₂О не Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Титрант ретінде күшті қышқыл не күшті негіз қолданылады. Егер қышқылмен титрлесе, онда ацидиметрия деп, ал негізбен титрленсе – алкалиметрия деп аталады. Тура титрлеу әдісі арқылы қышқыл мен негіздің, не олардың құрамына кіретін элементтердің мөлшерін анықтайды.

Кері титрлеу әдісі арқылы кей тұздардың (М, кальций не аммоний тұздарының) мөлшерін анықтайды. Қышқыл-негіздік титрлеу арқылы заттың 0,10% массасын анықтайды, бұл әдіс 0,5% салыстырмалы қате жібереді.

Бұл әдісте қышқыл-негізді индикаторлар қолданылады:

1.Күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу;

2. Әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеу;

3. Күшті негізді күшті қышқылмен титрлеу;

4. Әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеу;

5. Әлсіз қышқылды әлсіз негізбен(не керісінше)титрлеу.

Бұл әдісті қолданып, тамақтық қышқылдардың (сірке қышқылының, лимон қышқылының, сүт қышқылы және алма қышқылдарының) мөлшерін анықтауға болады.

Заттың мөлшерін анықтау үшін бюреткадағы титранттан (қышқылдың, не негіздің стандартты ерітіндісі) анықталатын затқа индикатор түрі өзгергенше тамшылатылады. Күшті қышқыл мен күшті негіз әрекеттескенде эквивалент нүктеде рН7, әлсіз қышқылды күшті негізмен титрлегенде эквивалент нүкте рН>7(неге?), әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлегенде э.н. рН<7 болады (неге?).

CH₃COOH+NaOH CH₃COONa +H₂O

әлсіз қышқыл

CH₃COO^- + H₂O↔ CH₃COOH+ОН^- рН>7

NH₄OH + HCl NH₄Cl + H₂O

әлсіз негіз

NH₄⁺ + H₂O↔NH₄OH + H⁺ рН<7

HCl+NaOHNaCl + H₂O рН7

Қышқыл-негізді титрлеу кезінде индикаторды дұрыс таңдап алу қажет, себебі олар түстерін әртүрлі рН-да өзгертеді. Ол үшін титрлеу қисығын құру керек. Титрлеу қисығын құру үшін оны 4 бөлікке бөледі: а) титрлеуге дейінгі; б) титрлеу секірісінің басталуына дейінгі; в) титрлеудің секірісі және эквивалент нүктесін қосып; г) титрлеудің секірісінен кейінгі.

а) титрлеуге дейінгі бөлік үшін рН-ты титрленуге тиісті заттың (қышқылдың, негіздің) концентрациясы арқылы ( күшті электролиттер үшін) не диссоциация константасы (әлсіз электролиттер үшін) арқылы табады.

рН  -lg[H⁺] = -lgС _НА күшті қышқыл үшін

рОН  -lg[ОH^-] = -lgС _МОН күшті негіз үшін, рН14- рОН [H⁺]=К_су/ С_МОН

әлсіз қышқыл [H⁺] = √К_НА/ С_НА (7)

әлсіз негіз [H⁺] = К_су/√К _МОН С _МОН (8)

Титрлеудің осы 4 түріндегі рН-ты есептеуді қарастырайық:

I,II - күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу және күшті негізді күшті қышқылмен титрлеу (титрлеу қисықтары бір-біріне қарама-қарсы болады).

а) титрлеуге дейінгі рН-ты: рН  -lg[H⁺] = -lgС _НА ; рОН  -lg[ОH^-] = -lgС_МОН

рН 14- рОН

2. Эквивалент нүктесіне дейін рН мына формулалармен есептеледі:

[H⁺] = (V_НА-V_МОН)/V_НА+ V_МОН (9); [ОH^-] = (V_МОН- V_НА) С_МОН / V_МОН + V_НА (10)

2. Эквивалент нүктеде рН7

3. Эквивалент нүктеден кейін рН мына формулалармен есептеледі:

[H⁺] = К_су (V _НА + V _МОН)/ V _МОН (артық мөлшері) С_МОН(11)

[ОH^-]= К_су (V _МОН + V _НА)/ V _НА (артық мөлшері) С _НА(12)

III, IY - әлсіз қышқылды күшті негізбен ( не керісінше) титрлегендегі титрлеу қисығын құру үшін рН есептеу: рН-ты есептегенде Н⁺- концентрациясын ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына теңестіруге болмайды, себебі оның негізгі массасы иондалмаған молекула күйінде болады да тек аз бөлігі ғана Н⁺ ионы күйінде жүреді. Титрлеу қисығын құру үшін 3 формула қолданылады: а) титрлеуге дейінгі рН –ты есептеу, яғни әлсіз қышқыл ерітіндісіндегі; б) титрлеу процесі кезіндегі рН есептеу, яғни ерітіндіде әлсіз қышқыл мен оның тұзы болғанда; в) эквивалент нүктедегі рН-ты есептеу, яғни ерітіндіде тек әлсіз қышқыл мен күшті негіздің тұзы болғанда. Сонымен: а)қышқыл да ерітіндіде аздап диссоциацияға түсетіндіктен, оның диссоциация константасы – К_d. Н⁺ және An^- концентрациялары өзара тең, ал HAn концентрациясы ерітіндідігі қышқылдың жалпы концентрациясына тең, яғни C_HАn. (7) формуладан H⁺ - концентрациясын есептеп, рН табады: pH = 1/2 pK_HAn – 1/2 lg C_HAn (13), мұндағы pK_HАn = - lgK_HAn. б) тұз толық диссоциацияға түсетіндіктен,

C_An- = C_MeAn, олай болса, pH = pK_HAn – lg C_HAn/C_An- (14). Осы формула арқылы титрлеу қисығының ортадағы нүктелерін есептейді. в) MeAn әлсіз қышқыл мен күшті негіз тұзы гидролизге ұшырайтындықтан, эквивалент нүктедегі рН-ты, гидролиз реакциясының константасын жазып, К_су арқылы

pOH = 7 – 1/2 pK_HAn + 1/2lgC_An- (15) есептеп, рН = 14- рОН табады,

К_гидр. = К_Н2О/К_Нan . Эквивалент нүктедегі рН мәнін былай да есептеуге болады: рН = 7 + 1/2 pK_HAn + 1/2 lgC_An- (16)

Эквивалент нүктеге дейін титрлеу кезіндегі ерітінді буферлі қоспа болады, яғни қышқыл + қышқылдың тұзы, сондықтан титрлеу процесінде рН ақырын және біртіндеп өзгереді. Титрлеу қисығының секіріс облысының ерекше практикалық маңызы бар. Ол облыс 0,1мл титрленбеген әлсіз қышқыл қалған және 0,1 мл сілті ерітіндісінің артық мөлшері құйылған аралықтағы рН мәндерін қамтиды. Сонда секіріс басталатын нүктеде

рН = 4.76 – lg 0.1/99.9 = 4.76 – (-3) = 7.76; pK_HAc =4.76

Егер 0,1 н. сірке қышқылын (НАс) 0,1н. натрий гидроксидімен титрлесе, эквивалент нүктедегі рН = 7+4,76/2+1/2lg0,1=8,88 болады. Енді NaOH-тың артық мөлшері құйылғанда рН мәні ОН^- концентрациясы арқылы анықталады, яғни секіріс аяғында 0,1н. сілтінің 0,1мл –де 10^-4 моль/л ОН^- болады, онда рН = 10. Келесі нүктелер де сілтінің артық мөлшерімен анықталады. Сонымен секіріс нүктесі рН 7,76-10 аралығында, сондықтан индикатор ретінде тек фенолфталеин алынады, оның рТ=9. Сонымен, қышқыл әлсізірек болған сайын титрлеу қисығындағы рН-тың секіріс мәні де аз болады. Сол сияқты әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлегенде де титрлеу қисығындағы секіріс мәні аз болады, бұл жағдайлар индикатор таңдауының мүмкіндігін азайтады.

V - әлсіз қышқылды әлсіз негізбен(не керісінше) титрлеу кезінде тирлеу қисығын құрғанда қышқылдық бөлігі әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеуге, сілтілік бөлігі титрлеу қисығының әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеген бөлігіне сәйкес келеді. Ал эквивалент нүктедегі рН мәні тұз гидролизінің константасы арқылы анықталады:

К_гидр.= К_су/К_нег.К_қышқ. ;

К_гидр.= С_нег. С _қышқ. /С_тұз . Осы 2 формуланы пайдаланып,

рН = 7 + 1/2 pK_қышқ.- 1/2 рК_нег. Егер титрлеу қисығын сызса, рН секіріс мәні жоқ деуге болады, яғни индикатор таңдау өте қиын, сондықтан қышқыл-негіз титрлеу әдісінде ең болмаса бір электролит күшті болуы керек.

Титрлеу әдісінде ерітінділердің нормальды концентрациясы қолданылады.

Сонымен, титрлеу қисығына қарап мынандай қорытындылар жасауға болады:

1. Түсін тек рН=7 де өзгертетін индикаторды ғана таңдамауға болады. (HCl+NaOH – үшін э.н. рН=7 де болады).

2. Тым концентрациясы жоғары, не тым концентрациясы төмен ерітінділерді титрант ретінде алуға болмайды. Концентрациясы көп болса, титрлеу әдісінің қатесі көбейеді, концентрациясы аз болса, титрлеудің секірісі аз болады, сондықтан ерітінді концентрациясы 0,1н оптимальды деп есептеледі.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Титрлеуге қажет индикаторлар қалай таңдалады?

2. Титрлеу қисығын не үшін құрады?

3. Әлсіз қышқылды (НСN) күшті негізбен (KOH) титрлеу қисығын сызыңдар.

4. Әлсіз негізді (NH₄OH) күшті қышқылмен титрлеу қисығын құрыңдар.

5. Көп негізді қышқылдарды титрлеу қисығын құрыңдар.

6. Кері титрлеу әдісі қай уақытта қолданылады ?

7.Орын басу реакциясын қолданып титрлеуді қай жағдайда жүргізеді?

8 Титрлеу әдісінде қолданылатын есептеулерді көрсету керек

Дәріс № 8 . Қышқыл-негіздік индикаторлар

8.1. Қышқыл-негіздік индикаторлар

8.2 Тамақ өндірісінде қышқыл-негізді титрлеуді қолдану