Теоретические основы объемного анализа

ТИТРОВАНИЕ – это процесс постепенного добавления титранта к анализируемой пробе, продолжающийся до точки эквивалентности.

ТОЧКА ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ (момент эквивалентности) – это момент, когда количество вещества эквивалента в добавленном растворе титранта становится равным количеству эквивалента анализируемого вещества.

ТИТРАНТ – это раствор точно известной концентрации, применяемый для титрования.

Существует два способа приготовления титрантов:

1) взвешенную на аналитических весах точную навеску вещества растворяют в мерной колбе и доводят объем раствора водой до метки. Зная массу растворенного вещества (m) и объем полученного раствора (V), можно вычислить его титр: Т = m/V. Титранты, приготовленные таким образом, называются стандартными растворами и для их получения применимы только те вещества, которые удовлетворяют следующим требованиям:

а) вещество должно быть химически чистым, т.е. должно содержать посторонних примесей не более 0,05-0,1%;

б) состав вещества должен строго соответствовать формуле;

в) вещество должно быть устойчивым при хранении и в твердом виде и в растворе;

2) если вещества не удовлетворяют этим требованиям, то сначала готовят раствор приблизительно нужной концентрации, а затем устанавливают его точную концентрацию, титруя стандартным раствором. Такие титранты называются стандартизированными или рабочими растворами.

РЕАКЦИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТИТРИМЕТРИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

К реакциям, используемым в титриметрическом анализе, предъявляют определенные требования:

1) реакция должна быть практически необратимой (К > 10⁸);

2) Реакция должна протекать в строгом соответствии с уравнением химической реакции, без побочных продуктов;

3) реакция должна протекать достаточно быстро;

4) должен существовать надежный способ фиксирования точки эквивалентности. Фиксирование точки эквивалентности может осуществляться химическими (использование индикатора) и физико-химическими методами (потенциометрически, кондуктометрически, фотокалориметрически и т.д.).

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Разнообразные методы титриметрического анализа можно классифицировать по типу используемых реакций и по способу проведения анализа.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПО ТИПУ РЕАКЦИИ

Титриметрический

анализ

Кислотно-основное Оксиди- Осадительное Комплексо-

титрование метрия титрование нометрия

Реакции нейтра- Окислитель- Реакции, со- Реакции ком-

лизации но-восстано- провождающи- плексообра-

вительные еся образова- зования

реакции нием осадка

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПО СПОСОБУ ТИТРОВАНИЯ

Титриметрический

анализ

Прямое Обратное Косвенное

титрование титрование титрование

Сущность прямого титрования заключается в постепенном прибавлении титранта непосредственно к раствору анализируемого вещества до достижения точки эквивалентности.

Сущность обратного титрования заключается в добавлении к анализируемому раствору точно известного избытка титранта с последующим определением его остатка, не вступившего в реакцию, с помощью второго титранта.

Сущность косвенного титрования заключается в добавлении к анализируемому веществу избытка реагента, вступающего с ним в реакцию, с последующим определением количества продукта реакции путем титрования.

МЕТОД КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ (нейтрализации)

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ: К методу кислотно-основного титрования относят все определения, в основе которых лежит реакция:

Н⁺ + OH‾ → H₂O

По этому методу, пользуясь титрантом какой-либо кислоты, выполняют количественное определение щелочей (ацидиметрия) или, пользуясь титрантом щелочи, количественно определяют кислоты (алкалиметрия). При помощи этого метода проводят ряд других определений, например, определения некоторых солей, имеющих подобно Na₂CO₃ и Na₂B₄O₇, сильнощелочную реакцию вследствие гидролиза и потому титрующихся кислотами. Кислотно-основное титрование позволяет решать многие задачи, возникающие при клиническом анализе биологических жидкостей, как при постановке диагноза, так и при лечении больных. Определение кислотности желудочного сока, буферной емкости крови и спинномозговой жидкости – примеры использования кислотно-основного титрования в клинической практике. Кроме того, при помощи метода нейтрализации можно анализировать лекарственные вещества, устанавливать доброкачественность продуктов питания (например, молока). Большое значение имеет рассматриваемый метод при санитарно-гигиенической оценке объектов окружающей среды. Промышленные стоки могут содержать как кислые, так и щелочные продукты. Закисление или защелачивание природных водоемов и почвы может привести к необратимым последствиям, в связи с чем контроль кислотно-основного баланса чрезвычайно важен.

Основными титрантами в методе нейтрализации являются растворы кислот (HCl или H₂SO₄) и растворы щелочей (NaOH или KOH).

В качестве стандартных веществ, при установке титров кислот чаще всего применяют декагидрат натрия тетрабората Na₂B₄O₇∙10H₂O или декагидрат натрия карбоната. Для установки титра щелочей чаще всего пользуются щавелевой кислотой H₂C₂O₄∙2H₂O или янтарной кислотой H₂C₄H₄O₄.

Реакции между кислотами и основаниями не сопровождаются, как правило, какими-либо внешними эффектами, поэтому для фиксирования точки эквивалентности приходится использовать специальные вещества – индикаторы.

Кислотно-основные индикаторы – слабые кислоты или основания, степень ионизации которых определяется концентрацией катионов водорода в растворе. Для индикатора-кислоты HInd в водном растворе существует равновесие:

HInd ↔ Н⁺ + Ind‾

Молекулярная HInd и ионная Ind‾-формы индикатора имеют разную окраску. Таким образом, концентрация ионов Н влияет на соотношение концентраций HInd и Ind‾, что, в свою очередь, определяет характер или яркость окраски. Индикаторы изменяют свою окраску не скачкообразно, а плавно, т.е. в определенном интервале значений pH, называемом интервалом перехода.

Таблица

Кислотно-основные индикаторы

Название индикатора	Интервал перехода окраски, рН	Окраска
		Кислая среда	Щелочная среда
Метилоранж	3,1 – 4,4	Розовая	Желтая
Лакмус	5,0 – 8,0	Красная	Синяя
Фенолфталеин	8,0 – 10,0	Бесцветная	Малиновая

В аналитической практике при титровании сильных кислот сильным основанием чаще других применяют метилоранж и фенолфталеин; при титровании слабого основания сильной кислотой – метилоранж; при титровании слабой кислоты сильным основанием – фенолфталеин. При наличии в растворе двух кислот, двух оснований или двух гидролизующихся солей фиксируют две точки эквивалентности при помощи двух индикаторов.

6. вопросы ДЛЯ САМОконтроля знаний:

1) Методы количественного анализа: весовой (гравиметрический); объемный (титриметрический).

2) Основные понятия объемного анализа: титрование, титрант, точка эквивалентности.

3) Требование к реакциям, применяемым в титриметрическом анализе.

4) Классификация методов титриметрического анализа.

5) Метод кислотно-основного титрования (метод нейтрализации).

6) Какие факторы определяют выбор индикатора при кислотно-основном титровании?

7) Какие стандартные растворы применяются при кислотно-основном титровании?

8) В чем заключается сущность прямого титрования?