1. Общая характеристика титриметрических методов анализа

Титриметрические методы анализа основаны на установлении точки эквивалентности аналитической химической реакции. Количество определяемого элемента или его соединения находят по расходу стандартного раствора реагента – титранта (по его объему или массе), вступившего в химическую реакцию с определяемым элементом или соединением на основе законов стехиометрии.

1.1. Требования к химическим реакциям титрования

1. Реакция должна быть строго стехиометричной, не должно быть побочных реакций с участием определяемого вещества (А) или титранта (R), т.е. должно сохраняться постоянное количественное отношение между А и R (а/b = const).

2. Реакция должна протекать количественно, практически до конца. В точке эквивалентности полнота протекания реакции должна быть не менее 99,99 %. Это означает, что константа равновесия реакции титрования должна быть велика (К  10⁶).

3. Реакция должна протекать с большой скоростью (желательно при комнатной температуре), т.е. состояние равновесия должно достигаться практически мгновенно.

4. Должен существовать способ определения окончания реакции (точки эквивалентности). Экспериментально конец титрования устанавливают по изменению цвета индикатора или какого-либо физико-химического свойства раствора (рН, Е_Ox/Red и т.д.). Эта точка, называемая конечной точкой титрования (КТТ), в общем случае не совпадает с теоретически рассчитанной точкой эквивалентности.

Титрование – это процесс постепенного прибавления раствора титранта с известной концентрацией к раствору определяемого компонента с фиксацией точки эквивалентности, т.е. момента количественного протекания реакции (теоретическая конечная точка титрования или точка эквивалентности (ТЭ)). После добавления каждой порции титраната в растворе устанавливается равновесие реакции титрования:

аА + bR = сP

определяемое титрант продукт

вещество реакции

Характер изменения концентраций всех участников реакции в ходе титрования представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Изменение концентраций всех участников реакций в процессе титрования: С_Р – концентрация продукта реакции, С_А – концентрация определяемого вещества, С_R – концентрация титранта, V (m) – объем (масса) титранта

1.2. Классификация реакций, применяемых в титриметрии

В титриметрии используют реакции всех типов – с переносом протона (кислотно-основные реакции), электрона (окислительно-восстановительные реакции), электронных пар с образованием донорно-акцепторных связей (реакции комплексообразования), а также процессы осаждения.

1. Кислотно-основное титрование (протолитометрия).

В общем виде реакцию можно записать как:

НА + В ⇄ ВH⁺ + А^

кислота 1 основание 2 кислота 2 основание 1

Например, частный случай: титрование сильной кислоты сильным основанием:

H⁺ + OH^ = H₂O, K_w = 10^-14

K_равн. = 1/K_w ~ 10¹⁴

2. Комплексометрическое титрование (комплексометрия).

Например, титрование комплексоном III:

Ca²⁺ + H₂Y^2- = CaY^2- + 2H⁺, K_равн. = _CaY ~ 10¹¹

3. Окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия).

Например, перманганатометрия:

5Fe²⁺ + MnO₄^ + 8H⁺ = 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O,

4. Осадительное титрование (седиметрия).

Hапример, аргентометрия:

Ag⁺ + Cl^ = AgCl, ПР ~ 10^-10, K_равн. = 1/ПР ~ 10¹⁰

В дальнейшем рассматриваются все методы, кроме последнего, который близок к гравиметрии.