Титриметричні методи аналізу

Титрометричні (об'ємні) методи кількісного аналізу засновані на точ­ному вимірюванні об'єму розчину реагенту (титранту), який вступає в хі­мічну реакцію з досліджуваною речовиною. Концентрація титранта повинна бути точно відомого.

В процесі титрування до розчину досліджуваної речовини невеликими порціями додають розчин титранту. По мірі додавання нової порції титранта концентрація досліджуваної речовини зменшується, а продуктів реакції збільшується.

Момент, коли титрант додано у кількості, на практиці частіше фіксують точку закінчення реакції або кінцеву точку титрування, яка, в певній мірі, наближається до точки еквівалентно­сті,

В хімічних методах аналізу її визначають візуально за аналітичним ефектом (зміна кольору, помутніння розчину, тощо). Часто для визначення точки еквівалентності в реакційну суміш додають допоміжні речовини - індикатори. В фізико-хімічних методах аналізу кінцеву точку титрування визначаючи за різкою зміною вимірюваної фізичної величини (рН, елект­ропровідності тощо) в процесі титрування.

Хімічні реакції, що застосовуються в титри метричному аналізі, по­винні відповідати наступним вимогам:

• реакція повинна відбуватися з достатньою швидкістю і бути, прак­тично, незворотньою;

• взаємодія між досліджуваною речовиною і титрантом повинна відбуватись стехіометрично, з чітким фіксуванням кінцевої точки титрування;

 • в розчині не повинно бути речовин, що заважають перебігу основ­ної реакції, або фіксуванню кінцевої точки титрування.

Переваги титрометричних методів аналізу: швидкість визначення, простота обладнання, висока точність, можливість автоматизації процесу аналізу.

Титрометричні методи класифікуються за типом реакції, яка лежить в основі методу, та за способом титрування.

Класифікація титрометричних методів аналізу

за типом хіміч­них реакцій

1.. Методи кислотно-основного титрування

Ці методи засновані на використанні реакції нейтралізації. Їх застосо­вують для визначення кислот, основ та солей, які, внаслідок гідролізу, утворюють кислу або лужну реакцію середовища.

2. Методи осаджувального титрування.

В цих методах досліджувана речовина при взаємодії з титрантом виді­ляється з розчину у вигляді малорозчинної сполуки.

3.  Методи комплексиметричного титрування.

Методи комплексиметричного титрування засновані на утворенні слабкоіонізованих комплексів титранту з досліджуваною речовиною.

4. Методи окисноно-відновного титрування (редокс-методи).

Вони засновані на окислювально-відновних реакціях, що відбувають­ся між певною речовиною і титрантом.

Класифікація титрометричних методів

 за способом титрування

1. Пряме титрування

Спосіб прямого титрування полягає в тому, що до певного об'єму розчину визначаємої речовини додають по краплям титрант в присутності індикатора до досягнення кінцевої точки титрування.

2. Зворотне титрування (титрування за залишком)

До розчину досліджуваної речовини додають точно виміряний над­лишок допоміжного титранту, який взаємодіє з речовиною. Після завер­шення реакції, надлишок титранта, що не прореагував, визначають прямим тигруванням другим титрантом. Метод використовують у випадках, коли реакція перебігає повільно, досліджувана речовина летка або не можна пі­дібрати індикатор для прямою титрування.

Наприклад, концентрацію розчину NН₃ визначають зворотним титру­ванням за причиною його леткості. До відповідного об'єму розчину аміаку додають надлишок титрованого розчину хлороводневої кислоти, залишок якого потім відтитровують розчином нагрію гідроксиду.

3. Непряме (замісникове) титрування

До розчину досліджуваної речовини додають допоміжний реагент, з яким вона утворює нову сполуку (замісник) в кількості, еквівалентній досліджуваній речовині.

  Приготування титрантів

Основним розчином в титрометричному аналізі є стандартний (титро­ваний) розчин — титрант, за допомогою якого визначають вміст речовини и досліджуваній пробі. Розрізняють два види розчинів з точно відомою концентрацією - розчини з розрахованим і встановленим титрами.

Розчини з розрахованим титром готують так: точну наважку речовини, зважену на аналітичних терезах, вносять у мірну колбу і після розчинення до­водять об'єм розчину водою до риски. Знаючи масу наважки і об’єм  одержа­ною розчину, обчислюють точну концентрацію робочого розчину. Цим методом готують розчини речовин, які можна легко одержати в чисто­му вигляді. Склад цих речовин має точно відповідати певній формулі і не змі­нюватись у процесі зберігання, наприклад, К₂Сr₂0₇, NaCІ, H₂C₂0₄.

Однак, розчини багатьох речовин, наприклад. сульфатної кислоти або нат­рій гідроксиду, цим методом виготовити неможливо. У таких випадках спочат­ку готують розчин з приблизною концентрацією, а після того його стандартизують, тобто встановлюють точну концентрацію. Розчини, виготовлені за такою методикою, називають   розчинами з установленим титром.

Приготування розчинів титрантів вимагає додержання особливих пра­вил, ретельності та акуратності в роботі.

Спосіб приготування титранту залежить від властивостей вихідної ре­човини, з якої готують стандартний розчин. Існує декілька способів приготування титрованих розчинів.

Приготування первинних стандартних розчинів

Найбільш простим є наступний спосіб: на аналітичних терезах беруть точну наважку речовини, розчиняють її в мірній колбі і розбавляють до мі­тки дистильованою водою. Приготовлений цим способом розчин назива­ють первинним стандартним розчином, або розчином з приготованим титром. Первинні стандартні розчини готують тільки із стандартних речо­вин, що відповідають наступним вимогам:

• речовина повинна легко одержуватись в хімічно-чистому вигляді, мати відомий склад, який точно відповідає хімічній формулі і не змінюватись в процесі зберігання;

• бути стійкою при зберіганні, як в сухому вигляді, так і в розчині;

• речовина повинна добре розчинятися у воді (або в іншому розчин­нику);

• мати, по можливості, велику молярну масу, що зменшує помилки при зважуванні наважки.

Таким способом можна приготувати титровані розчини з хімічно чис­тих речовин: К₂Сг₂0₇, Na₂B₄0₇ тощо.

Приготування вторинних стандартних розчинів.

  Деякі речовини важко одержати в чистому вигляді внаслідок їх леткості, великої гігроско­пічності, взаємодії з киснем повітря або здібності поглинати вуглекислий газ з повітря. Наприклад, луги (NaOH, КОН), крім гігроскопічної вологи містять до­мішки відповідних карбонатів (Na₂C0₃, К₂СО₃) внаслідок поглинання С0₂ з повітря. В цьому випадку готують розчин наближеної концентрації, де­кілька більшої, ніж необхідно за розрахунками. Концентрацію одержаного розчину встановлюють за допомогою стандартних речовин або другого стандартного розчину.

Приготовлений таким чином розчин титранта називається вторинним стандартним розчином, або розчином з встановленим титром.

Установку точної концентрації вторинного стандартного розчину за стандартними речовинами проводять двома способами:

Приготування титрантів з "фіксаналу"

Для приготування титрова­них розчинів часто використовують "фіксанали". Фіксанал, або стандарт-титр, являє собою заплавлену скляну ампулу, яка містить точно визначену кількість речовини в сухому вигляді або розчині. Частіш за все в ампулі міститься 0,1 моль речовини. Для приготування титрованого розчину ам­пулу розбивають, її вміст кількісно переносять в мірну колбу необхідного об'єму, розбавляють свіжопрокип'яченою і охолодженою дистильованою водою, доводять до мітки і ретельно перемішують.  

Вимірювання об 'ємів розчинів

Для точного вимірюваним об'ємів розчинів застосовують спеціальний мірний посуд— бюретки, піпетки та мірні колби. Для приблизного вимі­рювання об'ємів використовують циліндри і мензурки.

Бюретка являє собою довгу циліндричну градуйо­вану трубку з краном або іншим затвором. За її допомогою вимірюють точний об'єм розчину, що витра­тили на титрування. Об'єм розчину визначається за різ­ницею рівней до і після титрування. В лабораторній практиці при роботі за макрометодом використовують бюретки місткістю 25,00; 50,00 см³. Градуйовка бюретки починається зверху, де знаходиться початок відліку - нульове ділення. Велике ділення бюретки відповідає 1 см, мале ділення - 0,1 см. Для точних відліків око повинно знаходитись на рівні меніску рідини. Якщо в бюретці міститься безбарвний або слабозабарвлений роз­чин, то відлік проводиться по нижній межі меніску, якщо забарвлений – по верхній. Вимиту дистильованою водою бюретку тричі ополіскують невеликою кількістю розчину титранта. Перед кожним титруванням бюретку поповнюють розчином до нульової поділки. Необхідно, щоб звужений кінець бюретки не містив пухирців повітря і був повністю заповнений розчином. Для видалення повітря гумовий затвор перегинають, піднімаючи бюретки вгору і відкривають зажим — пухирці повітря витискується розчином. Помістивши рівень нульової відмітки на рівень ока, випускають. рідину з бюретки, доки їй межа меніску не співпаде з нульовою поділкою.  Для попередження розбризку рідини, що титрують, або втрат робочого розчину, кінець бюретки повинен  бути опущений на 1-2 см в шийку колби для титрування.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 13

КИСЛОТНО-ОСНОВНЕ ТИТРУВАННЯ

 (МЕТОД НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ)

В основі методу кислотно-основною титрування лежить реакція нейтралізації.

Стандартними розчинами (титрантами) методу є 0,1М розчини НСІ, Н₂SO₄, КОН. Речовини, з яких ці розчини, не стандартні, тому що луги, поглинають з повітря СО₂, містять домішки відповідних карбонатів, а розчини концентрованих кислот леткі речовини, тому з них готують вторинні стандартні розчини. Точну концентрацію титрантів встановлюють за стандартними речовинами, або при титруванні розчинами відомої концентрації.

Стандартизацію розчинів кислот проводять:

• за    стандартними    речовинами:    натрію    тетраборатом або натрію карбонатом;

• за    стандартними    розчинами лугів,

Стандартизацію розчинів лугів проводять:

• за стандартними речовинами: щавлевою і янта­рною кислотою;

• за стандартними    розчинами соляної та сульфатної| кислот.

Визначення кінцевої точки титрування

Кінцеву точку титрування в методі нейтралізації визначають за допомогою кислотно-основних індикаторів.

Для титрування придатні індикатори, інтервал переходу яких повніс­тю або частково знаходиться у межах стрибка титрування, тобто, індика­тори, рТ яких входить у межі стрибка титрування.

Методом кислотно-основного титрування можна визначити:

• сильні кислоти та основи;

• слабкі кислоти та основи (Kд не менше, ніж 5-10^-7);

• солі, які гідролізуються;

• органічні сполуки з кислими або основними властивостями.

 Даним методом можна визначити не тільки індивідуальні речовини, а також суміш різних за силою кислот (основ), суміш солей, які гідролізую­ться, а також суміші солей і кислот (основ).