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).
