Индикаторы кислотно-основного титрования

При титровании необходимо установить объем рабочего раствора, эквивалентный объему раствора определяемого вещества. Для этой цели к исследуемому раствору приливают постепенно рабочий раствор до тех пор, пока не будет достигнуто эквивалентное соотношение. Этот момент титрования называют точкой эквивалентности. В эквивалентной точке концентрации главных реагирующих компонентов в растворе эквивалентны или, в простейшем случае, равны.

При титровании кислотами и основаниями пользуются различными методами установления точки эквивалентности. Наиболее широко для этой цели применяются индикаторы - различные органические вещества, представляющие собой слабые кислоты или основания, которые изменяют свою окраску в зависимости от рН раствора. Некоторые цветные индикаторы являются амфолитами, то есть обладают и кислотными, и основными свойствами.

Если обозначить индикатор – слабую кислоту символом HInd, а индикатор – слабое основание – IndOH, то можно записать уравнения электролитической диссоциации:

 

                   HInd                      Н⁺ + Ind^-      (а)

(недиссоциированная форма,    (диссоциированная форма,

окраска в кислой среде)             окраска в щелочной среде)

                   IndOH                               Ind⁺ + OH^-    (б)

(недиссоциированная форма,    (диссоциированная форма,

окраска в щелочной среде)        окраска в кислой среде)

Назначение индикаторов – изменять окраску в зависимости от величины рН титруемого раствора.

Требования к индикаторам:

1. Придание четкой окраски раствору.

2. Резкое изменение окраска растворов, определяемых присутствием индикатора, в узком интервале рН.

3. Обратимость окраски раствора в присутствии индикатора при изменении рН.

Значения рН для различных индикаторов представлено в таблице 1.

Таблица 1. Значения рН для различных индикаторов

Название индикатора	интервал перехода		Окраска		Показатель
		кислая	щелочная	нейтральная	рН
фенолфталеин	8.0-10.0	бесцветн	малин.	бесцветн.	9.00
метиловый оранжевый	3.1-4.4	розовый	желтый	оранжевый	3,75
метиловыйкрасный	4.4-6.2	красный	желтый	желтый	5,00
нейтральный красный	6.8-8.0	красный	желтый		7, 4
лакмус	5.0-8.0	красный	синий

 

Важнейшей характеристикой раствора является его состав. Количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя, называется концентрацией.

Рассмотрим некоторые способы выражения концентрации растворов.

Массовая доля или процентная концентрация компонента (ω) –отношение массы растворенного вещества к массе раствора, выраженное в долях или процентах:

 

где m _в  – масса растворенного вещества, г; m _р-р – масса раствора, г.

Молярная концентрация или молярность (С_М) равна числу моль растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Молярная концентрациявыражается в моль/л. Например, раствор, содержащий в 1 л 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным и обозначается 1 М; а раствор, содержащий в 1 л 0,1 моль растворенного вещества, называется децимолярным и обозначается 0,1 М. Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле:

    

 

где n _в – количество растворенного вещества, моль;

V _р-p – объем раствора, л;

m _в – масса растворенного вещества, г;

М _в – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

При одинаковой молярной концентрации равные объемы растворов различных веществ содержат одинаковое число молекул. Молярность легко вычислить, зная процентную концентрацию и плотность раствора.

    ω 10 ρ

С_М = ­­­________­­

    M _в

где ω – массовая доля вещества, %;

ρ – плотность раствора, см³;

М _в – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

 

Эквивалентная концентрация или нормальность (С _N) равна числу моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора и выражается в моль-экв/л. Раствор называется однонормальным, если в 1 л его содержится 1 моль-экв растворенного вещества (1н раствор); а если в 1 л раствора содержится 0,1 моль-экв растворенного вещества, он называется децинормальным (0,1н раствор). Нормальную концентрацию можно рассчитать по формуле:

 

 

где n _в – количество растворенного вещества, моль;

V _р-р – объем раствора, л;

m _в – масса растворенного вещества, г;

М _в – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

f – фактор эквивалентности.

Фактор эквивалентности f – число, показывающее, какая доля реальной или условной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода или одному электрону в данной реакции, т.е. доля, которую составляет эквивалент от молекулы, иона, атома или формульной единицы вещества.

Фактор эквивалентности можно рассчитать по следующим формулам:

f (оксида) = 1/(n _{Э ∙} В_Э)

где n _Э – число атомов элемента, образовавшего 1 молекулу оксида,

в_Э – валентность элемента.

Например, f (Cr ₂ O ₃) = 1/(2^.3) = 1/6

f (кислоты) = 1/ n (Н⁺)

где n (Н⁺) – число ионов водорода, входящих в состав одной молекулы кислоты.

Например, f (H ₂ SO ₄) = 1/2

f (основания) = 1/ n (ОН^–)

n (ОН^-) – число гидрокси-групп, входящих в состав 1 молекулы основания.

Например, f (Fe (OH)₃) = 1/3

f (соли) = 1/(n _{Ме ∙} в_Ме)

n _Ме – число молекул металла, входящих в состав 1 молекулы соли

в_Ме – валентность металла

Например, f (Fe ₂ (SO ₄)₃) = 1/(2^.3) = 1/6

Моляльная концентрация или моляльность (С _m) равна числу моль растворенного вещества в 1 кг растворителя. Ее можно рассчитать по формуле:

 

n _в – количество растворенного вещества, моль;

m _в – масса растворенного вещества, г;

M _в – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

m _р-ль – масса растворителя, кг.

Титр раствора (Т) – масса растворенного вещества (m_в, г) в 1 см³ (1 мл) раствора. Титр можно рассчитать по формуле:

                                                     Т = m_в / V_р-р