4.3.3. Индикаторы титриметриметрических методов анализа
Индикаторы – это органические вещества,способные изменять свою окраску в зависимости от условий проведения реакции . В каждом методе титриметрического анализа используют определенные индикаторы. Например, в методе кислотно-основного тирования используют кислотно-основные индикаторы, представляющие собой слабые органические кислоты (или слабые основания),у которых недиссоциированные молекулы и образуемые ими ионы имеют разную окраску. Поэтому они носят общее название кислотно-основных индикаторов.
В окислительно-восстановительном титровании применяют так называемые редокс-индикаторы , которые являются окислительно-восстановительными системами и изменяют окраску при переходе восстановленной формы в окисленную и наоборот.
Точку эквивалентности в комплесометрических методах определяют при помощи индикаторов-комплексообразователей, которые являются органическими красителями и образуют с катионами металлов окрашенные комплексные соединения.
4.3.4. Принцип эквивалентности
Одним из основных понятий в аналитической химии является понятие об эквивалентности реагирующих веществ в химической реакции. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах. На этом принципе основан расчет результатов титриметрического анализа.
Если определяемое вещество А реагирует с раствором титранта В по уравнению
νА А + νВ В → Продукты реакции (4.1)
то эквивалентными массами этих веществ будут νА М(А) и νВ М(В), где М(А) и М(В) – молярные массы веществ А и В, а νА и νВ – стехиометрические коэффициенты или стехиометрические реакции.
Уравнению (1) можно придать вид
А + (νВ / νА)В → Продукты реакции,
где νА > νВ означает, что одна частица вещества А будет эквивалентна (νВ / νА) частицы вещества В.
Отношение (νВ / νА) обозначают символом fэкв (В) и называют фактором эквивалентности вещества В:
fэкв (В) = νВ .
νА
Фактор эквивалентности является безразмерной величиной, равной или меньше единицы.
Величину fэкв (В)В называют эквивалентом или эквивалентной формой В.
Однако для расчета фактора эквивалентности и эквивалента необходима фиксированная основа, так как одного стехиометрического уравнения реакции для проведения расчета не всегда бывает достаточно. Такой основой в реакциях кислотно-основного взаимодействия является ион водорода, а в окислительно-восстановительных- электрон. Это позволяет дать следующее определение.
Фактор эквивалентности - это число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества Х эквивалента одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной реакции окисления-восстановления.
Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалента одному иону водорода или в данной реакции окисления-восстановления - одному электрону.
Например, в реакции
NaOH + 1/2 H2 SO4 = 1/2 Na2 SO4 + H2O
fэкв (NaOH) = 1; fэкв(H2 SO4)= 1/2.
Эквивалент серной кислоты в этой реакции будет
fэкв(H2 SO4) H2 SO4 = 1/2 H2 SO4.
Для реакции
H3 PO4 + KOH = K + H2 PO4 + H2O (4.2)
fэкв (H3 PO4) = 1; fэкв (H3 PO4) H3 PO4 = H3 PO4,
а для реакции
H3 PO4 + 2 KOH = КH2 PO4 +2 H2O (4.3)
fэкв (H3 PO4) = 1/2; fэкв (H3 PO4) H3 PO4 = 1/2 H3 PO4.
В реакции (4.2) эквивалентом фосфорной кислоты является H3PO4, а в реакции (4.3) – условная частица 1/2 H3 PO4.
MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 5 H2O
fэкв(KMnO4) = 1,5; fэкв(KMnO4)KMnO4 = 1/5 KMnO4 ,
т.е. эквивалентом является условная частица 1/5 KMnO4. но в полуреакции
MnO4- + 4H+ + 3e- = MnO2 + 2H2O
fэкв(KMnO4) = 1,3; fэкв(KMnO4)KMnO4 = 1/3 KMnO4 ,
Фактор эквивалентности и эквивалент данного вещества являются не постоянными величинами, а зависят от стехиометрии реакции, в которой они принимают участие.
Важное значение в титриметрическом анализе имеет понятие о молярной массе эквивалента.
Молярной массой эквивалента вещества Х называют массу одного моля эквивалента этого вещества, равную произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества Х:
M(fэквX · M(X)) = fэкв(X) · M(X).
Отношение количества вещества эквивалента в растворе к объему раствора называют молярной концентрацией эквивалента:
Например, c(1/2 H2SO4) =0,1 моль экв/л.
Раствор, содержащий 1 моль эквивалентов вещества Х в 1 л, называют одномолярным раствором эквивалента этого вещества. Наряду с обозначением размерности концентрации моль экв/л допускается сокращение «н.». например, 1 н. H2SO4, т.е. 1 моль/л 1/2 молекулы H2SO4. При указании молярной концентрации эквивалента следует приводить конкретную реакцию, в которой данной раствор применяется, или фактор эквивалентности.
Например, можно записать: c(1/2 H2SO4) в кислотно-основной реакции 1 М H2SO4; fэкв(H2SO4)=1/2.
Наряду с молярной концентрацией эквивалента в титриметрическом анализе используют и другие способы выражения концентрации раствора молярную концентрацию эквивалента с поправочным коэффициентом, титр, титр по определяемому веществу (условный титр).