Понятие о титриметрии. Понятие о титриметрии, способы выражения концентрации Титриметричекий анализ

• Название: Понятие о титриметрии, способы выражения концентрации Титриметричекий анализ
• Дата: 03.11.2022
• Размер: 206.91 Kb.
• Имя файла: Понятие о титриметрии.docx
• Тип: Документы; #768861

Понятие о титриметрии, способы выражения концентрации

Титриметричекий анализ применяется для количественного определения многих лекарственных веществ. Этот метод основан на точном измерении количества реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Для  титриметрического анализа используют титрованные растворы.

Титрованными растворами называют предназначенные для целей титриметрического анализа растворы титрантов точно известной концентрации, выраженной молярностью, титром или титром по определяемому веществу.

Молярность - выраженное в молях количество растворенного вещества, содержащееся в одном литре раствора. Количество вещества в молях - это количество вещества, эквивалентное числу молей ионов водорода или числу молей электронов в соответствующих реакциях. Молярность вычисляется как отношение количества растворенного вещества к объему раствора

(моль/л).

Титр - выраженная в граммах масса растворенного вещества, содержащаяся в одном миллилитре раствора. Вычисляют титр как отношение массы растворенного вещества к объему раствора (г/мл).

Титр титранта по определяемому веществу - выраженная в граммах масса определяемого вещества, эквивалентная одному миллилитру данного титранта. Вычисляют титр исходя из молярности или титра гаранта с учетом стехиометрических коэффициентов уравнения химической реакции, протекающей при титровании, и молярных масс реагирующих веществ (размер-

ность - г/мл).

Титр по определяемому веществу (Т) вычисляют по формуле:



Молярная масса эквивалента вещества (Э) - это произведение массы

одного моля этого вещества на фактор эквивалентности (fэ) или «условную

частицу» (УЧ):

Э = fэ·М.м.

Фактор эквивалентности вещества (fэ) или условная частица (УЧ) - это число, обозначающее, какая доля молекулярной массы вещества эквивалентна одному электрону в данной реакции окисления-восстановления, одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции, одному заряду в

данной осадительной реакции.

Например, в реакции окисления-восстановления:



 Титрованные растворы готовят, растворяя массу химически чистого вещества в определенном объеме свежепрокипяченной и охлажденной воды очищенной или другого растворителя, а также из фиксанала. Если вещество нельзя получить в достаточно чистом виде или его концентрация меняется при хранении раствора, то готовят раствор несколько большей концентрации, чем необходимо по расчету.

     Титр полученного раствора устанавливают по стандартному титрованному раствору (фиксаналу) или по точной массе другого химически чистого вещества, устойчивого при хранении. Полученный раствор при установке титра отбирают пипеткой и обязательно проводят контрольный опыт.

      Концентрацию определяют  (М, моль/л) вычисляют двумя способами:

Способ 1 - по точной массе химически чистого вещества с помощью формулы:



Способ 2 - по титрованному раствору известной концентрации с помощью формулы:

Разведение и укрепление растворов

         Для приготовленных титрованных растворов вычисляют поправочный коэффициент (К), представляющий собой отношение реально полученной концентрации тированного раствора (М) к теоретически заданной концентрации:   К=М/М₀

        Поправочный коэффициент (К) должен находиться в пределах от 0,98 до 1,02. При отклонении величины К от указанных пределов титрованные растворы необходимо, соответственно, укреплять или разбавлять. В случае необходимости разбавления титрованного раствора (К>1,02) из рассчитанной величины К вычитают 1,0 и полученную разность умножают на объем приготовленного раствора (V, мл). Полученный результат соответствует количеству растворителя ( мл), которое необходимо прибавить к приготовленному раствору для доведения К до требуемого значения:

Хмл = ( К - 1,0 )·V

Для укрепления титрованного раствора (К<0,98) из 1,0 вычитают рассчитанную величину К и полученную разность умножают на массу исходного вещества (m), взятую для приготовления необходимого объема титрованного раствора:

Xr = ( l,0 - K )·m

После добавления рассчитанного количества растворителя или исходного вещества проводят повторное определение поправочного коэффициента. При соответствии К требованиям ГФ титрованный раствор может быть использован в титриметрическом анализе.

Приготовление индикаторов

   Индикаторы - химические вещества, которые в титриметрическом анализе позволяют установить (визуальным или инструментальным методом), что к титруемому веществу прибавлено эквивалентное количество титранта.

   В зависимости от химических реакций, лежащих в основе титриметрических методов,  различают индикаторы: кислотно-основные (для водных и неводных сред); металлохромные (для комплексонометрии); адсорбционные (образующие осадки); окислительно-восстановительные.

  Индикаторные смеси и водные 0,4% растворы индикаторов готовят из соответствующих химических веществ классификации «х.ч.» и «ч.д.а.». Для приготовления раствора массу соответствующего индикатора, взятую с точностью до 0,001 г, растворяют в мерной колбе. Если готовят раствор в 0,02 М растворе гидроксида натрия, то навеску индикатора предварительно растирают в ступке с указанным раствором, а затем переносят в мерную колбу.   

        1. Метиловый красный - 0,2%-ный раствор (метилрот; диметиламиноазобензол-о-карбоновая кислота). Реактив представляет собой блестящие темно-фиолетовые кристаллы или красно-бурый порошок. В воде нерастворим; растворим в спирте. Переход окраски от красной к желтой наступает в интервале pH 4,2-6,2.  0,2 г индикатора растворяют в 60 мл спирта и добавляют 40 мл воды.

        2. Метиловый оранжевый - 0,1%-ный раствор (метилоранждиметиламиназобензол сульфонат натрия) - оранжево-желтый порошок или листочки. Нерастворим в спирте, легкорастворим в горячей воде. Переход окраски от красной к желтой в интервале pH 3,0-4,4. 0,1 г индикатора растворяют в 100 мл воды. 

       3. Фенолфталеин - 1%-ный раствор. Мелкокристаллический порошок белого (или слегка кремового цвета) растворяется в спирте и нерастворим в воде. Переход окраски от бесцветной к красной в интервале pH 8,2-10,0. 1 г индикатора растворяют в 100 мл 96%-ного спирта. 

      4. 10%-ный раствор хромата калия (K₂CrO₄). 10 г реактива отвешивают с точностью до 0,01 г и растворяют в 90 мл дистиллированной воды. 

       5. 1%-ный раствор крахмала. 1 г растворимого крахмала растирают в ступке с небольшим количеством холодной воды, полученную кашицу выливают в 100 мл кипящей дистиллированной воды. Кипятят, пока раствор не станет прозрачным.

   Индикаторы, индикаторные смеси и растворы индикаторов хранят в защищенном от света месте. Индикаторные растворы и растворы смешанных индикаторов хранят в банках или флаконах оранжевого стекла.

Основные понятия титриметрии

Титриметрический анализ основан на точном измерении объема стандарт­ного раствора реагента (титранта), израсходованного на реакцию с определяе­мым веществом.

Раствор титранта должен быть стандартизирован. Под стандартизацией рас­твора титранта понимают установление его точной концентрации с относитель­ной погрешностью, обычно не превышающей 0,1 %.

В титриметрическом (объемном) анализе основным методом является тит­рование. Титрованием называется процесс добавления из бюретки каплями раствора известной концентрации к раствору определяемой концентрации до достижения точки эквивалентности, которую устанавливают при помощи ин­дикатора или прибора. Титрованные (стандартизированные) растворы – это растворы точно известной концентрации, выраженной в титрах. Титр раство­ра – это количество вещества в граммах, содержащееся в 1 см³ раствора.

В зависимости от способа приготовления различают титрованные растворы приготовленные и установленные.

Первичные стандарты. Соединения, состав которых строго соответ­ствует химической формуле, химически чистые, устойчивые при хранении (как в твердом виде, так и в растворе) обладают большой молярной массой эквива­лента. Их называют стандартными исходными веществами (первичными стан­дартами) для установки титра других рабочих растворов.

Навеску отвешивают на аналитических весах в весовом стаканчике (бюксе) с точностью до 0,0001 г, переносят в мерную колбу определенной вместимости, смывая навеску со стенок стаканчика и воронки небольшим количеством рас­творителя, растворяют (количество растворителя до 1/3 вместимости колбы), выдерживают 0,5 ч в термостате при 20 °С, а затем объем раствора доводят до метки и тщательно перемешивают.

Титрованные растворы, полученные из точной навески вещества, называют приготовленными.

Стандартными веществами для установления титра растворов кислот слу­жат тетраборат (Nа₂В₄О₇ • 10Н₂О) и карбонат натрия (Nа₂СО₃), щелочей – ща­велевая (Н₂С₂О₄ • 2Н₂О) и янтарная [СО₂Н(СН₂)₂СО₂Н)] кислоты.

Растворением навески исходного вещества получают стандартный раствор для установки титра рабочих растворов.

Приготовляя титрованный раствор из навески, не стремятся получить стро­го определенную нормальность (или титр), а вычисляют поправку к нормаль­ности раствора.

Пример. При приготовлении 100 см³ 0,1 н раствора, взяли навеску карбоната на­трия (Na₂СО₃) 0,5308 г. Теоретически рассчитанная навеска в этом случае должна быть равна 0,5300 г. Тогда поправочный коэффициент будет иметь следующую вели­чину:

к = взятая навеска / рассчитанная навеска = 0,5308 / 0,5300 – 1,00151.

Следовательно, приготовленный раствор в 1,00151 раза концентрированнее строго децинормального.

Поправочный коэффициент иначе называют фактором нормальности или просто поправкой к нормальности раствора.

Вторичные стандарты

Установленные растворы (вторичные стандарты). В качестве рабочих титрованных растворов чаще всего используют минеральные кислоты, щелочи, перманганат калия, тиосульфат натрия (гипосульфит). Все эти вещества не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стандартным веществам (их точные растворы нельзя готовить из навески). Поэтому приблизительные коли­чества таких веществ (навеска взвешивается на технических весах или отмеря­ется мерным цилиндром) растворяют в необходимом объеме воды и титруют раствором подходящего стандартного вещества (первичного стандарта). По затраченным объемам и известной концентрации исходного раствора вычисляют нормальность и титр устанавливаемого раствора. Так, нормальность раствора едкого натра устанавливают по стандартному раствору щавелевой кислоты, а нормальность соляной кислоты – по исходному раствору тетрабората натрия.

Растворы, титр которых находят не по точной навеске, а устанавливают по тому или иному стандартному веществу, называют установленными или стан­дартизированными.

Этот метод очень удобен, так как при нем не требуется устанавливать титр каждого рабочего раствора по исходному веществу. Любой стандартный рас­твор дает возможность последовательно установить титры всех необходимых рабочих растворов, однако он менее точен, так как при этом суммируются по­грешности, допускаемые в процессе установки отдельных титров, и поэтому приготовление исходного титрованного раствора всегда требует особой тща­тельности. Чтобы уменьшить погрешности, титр рабочего титрованного раство­ра устанавливают, по возможности, в таких же условиях, какие будут при вы­полнении анализа. Для установки титра и выполнения анализа следует пользо­ваться одной и той же мерной посудой (предварительно прокалиброванной).

Если титрованный раствор используют при разной температуре, то следует вводить температурную поправку. Изменение температуры на 10 ºС изменяет k на 0,02.

Методы приготовления стандартных растворов

Метод отдельных навесок. Рассчитывают навеску стандартного вещества исходя из того, что на ее титрование будет израсходовано 18...20 см³ титранта. На аналитических весах «методом отсыпания» отмеряют три навески. Для это­го взвешивают чистый сухой бюкс с такой массой анализируемого вещества, ко­торая достаточна для трех навесок, и записывают его массу. Затем снимают бюкс с весов и легким постукиванием указательного пальца правой руки отсы­пают примерно третью часть содержимого в коническую колбу. Бюкс при этом располагают над центром горлышка колбы. После этого возвращают его в вер­тикальное положение и вновь взвешивают. Если навеска меньше требуемой, по­вторным отсыпанием добиваются, чтобы она была в указанных пределах. На­веску выше рассчитанной отбрасывают, колбу моют и навеску берут заново.

В каждую колбу приливают приблизительно по 20 см³ дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения стандартного вещества, вводят 1...2 капли индикатора и титруют. По бюретке делают отсчет объема стандарти­зируемого раствора и записывают в журнал. Рассчитывают молярную концен­трацию титранта для каждой навески стандартного вещества и расхождение ме­жду наибольшим и наименьшим результатами (в %). Если расхождение не пре­вышает 0,2...0,3 %, то берут среднее значение из трех результатов. В случае большего расхождения взвешивают еще одну навеску стандартного вещества, титруют ее, находят четвертый результат и снова проверяют сходимость значе­ний молярной концентрации.

Метод пипетирования. Рассчитывают навеску стандартного вещества, необ­ходимую для приготовления заданного объема раствора первичного стандарта концентрации (как правило, близкой к молярной концентрации титранта). Взвешенную на аналитических весах навеску количественно переносят в мер­ную колбу через воронку, смывая навеску из стаканчика струей воды из промывалки. По окончании растворения объем раствора доводят до метки и переме­шивают. Аликвоту (определенную часть 1/5, 1/10 и т. д.) полученного раствора отбирают пипеткой, предварительно ополоснутой этим раствором. При стан­дартизации раствора титрование проводят не менее трех раз. Если объемы, за­траченные на титрование, совпадают между собой в пределах 0,2...0,3 %, то бе­рут среднее значение и рассчитывают молярную концентрацию титранта. В случае большого расхождения проводят повторное титрование.

В практике технического анализа титрованные растворы приготовляют из фиксаналов или стандарт-титров. Фиксанал – это количество вещества в запа­янной стеклянной ампуле, необходимое для приготовления 1 дм³точно 0,1 н или 0,01 н раствора. Промышленно выпускаются фиксаналы с различными ра­бочими веществами как в виде растворов (серная и соляная кислота, едкий натр и едкое кали), так и сухие (перманганат калия, карбонат или оксалат натрия и др.). В каждой коробочке с фиксаналами имеется стеклянный боек и стеклян­ная палочка.

Содержимое ампулы количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм³ (или 0,5 дм³, если это указано специально) и доводят водой до метки. Для этого в горлышко колбы вставляют воронку и вкладывают стеклянный боек, о который и разбивает­ся дно ампулы. Затем стеклянной палочкой пробива­ют отверстие в верхней части ампулы и дают содержи­мому ее полностью вытечь или высыпаться (рис. 2.12) в колбу. Через образовавшееся отверстие ампулу и во­ронку тщательно ополаскивают водой и доводят объем раствора в колбе до метки.

Хранение титрованных растворов

Титрованные растворы должны быть свежими. Титр после хранения следу­ет проверять. Титрованные растворы, на которые действует свет (например, раствор серебра), следует хранить в темных бутылях. Титр растворов марганцевокислого калия, а также веществ, способных изменяться при контакте с возду­хом или стеклом, следует устанавливать не ранее, чем через 3...4 дня после при­готовления. Титрованные растворы щелочей лучше хранить в бутылях, покры­тых изнутри парафином и защищать их от действия диоксида углерода воздуха хлоркальциевой трубкой с натронной известью. Все бутыли с титрованными растворами должны иметь надпись с указанием вещества, нормальности, по­правки, даты приготовления раствора и проверки титра.

Водные растворы следует готовить только на дистиллированной воде. Нель­зя наливать сразу все нужное количество воды в колбу. Точный объем жидкости можно получить только при температуре, при которой была калибрована колба. Перед использованием раствора следует установить его концентрацию или по­правку. Все растворы следует готовить только в хорошо вымытой посуде. Нель­зя путать пробки от посуды, содержащей растворы разных веществ. Растворы щелочей следует готовить очень концентрированными, отстаивать, фильтро­вать, а затем разбавлять. Растворы, за исключением точных, после приготовле­ния фильтруют.