Применение кислотно-основного титрования

Методы кислотно-основного титрования находят широкое применение в самых разных областях человеческой деятельности. Их используют для контроля технологических процессов в химической, пищевой, текстильной, металлургической и др. промышленности. При этом определяют содержание различных неорганических и органических кислот, солей, оснований, а также веществ, не обладающих кислотно-основными свойствами, но вступающих в реакцию с кислотами или основаниями.

В санитарно-гигиенической практике кислотно-основное титрование используют для определения карбонатной жёсткости воды, оценки качества продуктов питания: молока, творога, хлебобулочных изделий, в которых при хранении в результате порчи образуются органические кислоты.

В токсикологии, судебно-медицинской экспертизе этот метод используется для определения NH₃,CH₃COOH,HCN, фенолов, аминов и других ядовитых соединений кислотно-основного характера.

В фармацевтической промышленности, аптеках его применяют для определения концентрации в растворах ряда лекарственных препаратов кислотного или основного характера.

В биохимических исследованиях, клинической практике с помощью кислотно-основного титрования определяют буферную ёмкость биологических жидкостей, щелочной резерв крови и плазмы, кислотность желудочного сока. В последнем случае различают его активную и общую кислотность.

Активная кислотность обуславливается концентрацией в желудочном соке свободной соляной кислоты. Её определяют титрованием сока щелочью (NaOH) в присутствии индикатора метилового оранжевого. При этом изменение окраски наблюдается при значении рН, близком к четырем. К этому моменту практически вся свободнаяHClуспевает расходоваться.

Общая кислотность обуславливается не только концентрацией HCl, но и содержанием в желудочном соке связанной соляной кислоты в виде хлороводородных солей белков и некоторых других азотсодержащих соединений (их условно можно представить какR-NH₃Cl), а также наличием солейH₃PO₄, некоторых слабых органических кислот, диссоциация которых в присутствии сильной кислотыHClподавляется. Чтобы определить общее содержание всех вышеперечисленных компонентов (в том числе и свободнойHCl), желудочный сок титрируют щёлочью в присутствии индикатора фенолфталеина. В этих условиях, наряду сHCl, в реакцию со щёлочью вступят и все другие вещества.

При клинических анализах содержание соляной кислоты в желудочном соке (иначе - активную кислотность сока) и его общую кислотность измеряют в титриметрических единицах (ТЕ), т.е. числом см³0,1М р-раNaOH, затраченных на титрование 100 см³сока в присутствии в качестве индикатора метилового оранжевого или фенолфталеина, соответственно.

Нормальными показателями (натощак) являются: активная или свободная кислотность ≈20ТЕ, общая кислотность ≈40ТЕ. Таким образом, оба вида кислотности могут отличаться друг от друга в 2 раза.

Редоксиметрия Общая характеристика и классификация методов

Окислительно-восстановительным титрованием, или редоксиметрией, называют группу титриметрических методов анализа, основанных на использовании окислительно-восстановительных реакций.

Методы, в которых рабочими растворами являются окислители (KMnO₄,K₂Cr₂O₇,I₂и др.), называют иначеоксидиметрией.С их помощью определяют количественное содержание веществ, обладающих восстановительными свойствами.

Методы, в которых рабочими растворами или титрантами являются растворы восстановителей (аскорбиновой кислоты, гидразина, гидрохинона), называются редуктометрией.Они служат для количественного определения веществ, проявляющих окислительные свойства.

Следует отметить, что деление методов окислительно-восстановительного титрования на оксидиметрию и редуктометрию является условным, т.к. в рамках одного и того же метода в качестве титрантов могут быть использованы как восстановители, так и окислители. Так, например, в перманганатометрии рабочими растворами являются раствор KMnO₄ (окислитель) и раствор H₂C₂O₄ или Na₂C₂O₄ (восстановитель), а в иодометрии – раствор I₂ (окислитель) и раствор Na₂S₂O₃ (восстановитель).

Обычно названия методов редоксиметрии происходят от названия используемых в них рабочих растворов.Чаще всего применяют на практике следующие методы окислительно-восстановительного титрования:

а) перманганатометрию(титрант – растворKMnO₄);

б) иодометрию(титрант – растворI₂);

в) хроматометрию(титрант – растворK₂Cr₂O₇);

г) броматометрию(титрант – растворKBrO₃);

д) нитритометрию(титрант – растворNaNO₂).

Окислительно-восстановительные процессы лежат в основе горения топлива, коррозии металлов, электролиза, металлургии и т.д.

С окислительно-восстановительными реакциями связаны дыхание, обмен веществ, гниение и брожение, фотосинтез и нервная деятельность живых организмов. В связи с этим редоксиметрия является одним из важнейших методов физико-химического исследования в химии, биологии, физиологии и медицине.

Следует, однако, отметить, что реакции окисления-восстановления протекают сложнее, чем реакции нейтрализации или ионного обмена. Во многих случаях они осуществляются в несколько стадий и с участием не только двух основных реагентов (окислителя и восстановителя), но и других соединений: воды, кислот или щелочей. Это приводит к тому, что скорость многих окислительно-восстановительных реакций значительно ниже скорости ионообменных реакций.

При участии одних и тех же исходных веществ в зависимости от условий проведения реакции, рН реакционной среды возможно образование разных конечных продуктов, одновременное протекание нескольких параллельных реакций, обратимость происходящих процессов.

Таким образом, далеко не каждая окислительно-восстановительная реакция может быть использована в титриметрии.

Вещества, используемые в качестве титрантов в окислительно-восстановительном титровании, должны быть достаточно сильными окислителями или восстановителями, чтобы с хорошей скоростью, необратимо и количественно взаимодействовать с определяемым соединением. Для достижения данной цели при проведении анализа во многих случаях применяют различные дополнительные приемы: нагревание, введение в реакционную смесь катализаторов, создание соответствующей среды путём добавления определённого количества кислоты или щёлочи.

Недостатком применения сильных восстановителей в качестве титрантов является то, что их стандартные растворы необходимо в процессе хранения защищать от действия кислорода воздуха, а само титрование проводить в атмосфере инертного газа.