Титриметрический анализ Общая характеристика метода
Титриметрия(от франц.titre- качество, характеристика и греч.metrеo– измеряю),совокупность методов количественного анализа, основанных на точном измерении количества реагента, израсходованного на реакцию с определяемым веществом.
Наибольшее применение титриметрия получила для определения концентраций веществ в растворах. В этом случае она называется иначе объёмным анализом. В основе титриметрического (объёмного) анализа лежит закон эквивалентов.
При проведении анализа используют два раствора. Один из них называется анализируемым, илиисследуемым. Он содержит в своём составе определяемое вещество Х неизвестной концентрации.
Второй раствор, называемый рабочим раствором, илититрантом, содержит реагент Хт, способный в стехиометрическом соотношении и необратимо взаимодействовать с веществом исследуемого раствора.
Молярная концентрация химического эквивалента вещества в рабочем растворе известна с большой точностью.
В ходе анализа к точно отмеренному объёму одного из растворов (рабочего или исследуемого), содержащему соответствующее число молей химического эквивалента растворённого вещества, с помощью бюретки постепенно (по каплям) добавляют второй раствор. Этот процесс называется иначе титрованием. При этом вещества исследуемого и рабочего растворов начинают друг с другом взаимодействовать, образуя соответствующие конечные продукты.
Добавление второго раствора, или процесс титрования, прекращают, когда исходные вещества расходуются полностью, и в реакционной смеси будут присутствовать только продукты реакции. Суммарный объём добавленного по каплям второго раствора легко определяется по шкале, нанесённой на бюретку. Согласно закону эквивалентов, в нём будет содержаться такое же число молей эквивалентов растворённого вещества, как и в объёме первого раствора. Математически это можно записать следующим образом:
c[1/z*(X1)]·V1 = c[1/z*(X2)]·V2
где V1 и V2 – объёмы исследуемого и рабочего растворов, соответственно; c[1/z*(X1)]·и c[1/z*(X2)] – молярные концентрации эквивалентов веществ исследуемого и рабочего растворов, соответственно.
В приведённом выше уравнении мы не знаем только c[1/z*(X1)], которую можем теперь рассчитать следующим образом:
Момент полного расходования в результате реакции веществ рабочего и исследуемого растворов называется иначе точкой эквивалентности.
На практике во многих случаях определяют не точку эквивалентности, а конечную точку титрования, которая должна максимально совпадать с точкой эквивалентности для получения минимальной погрешности титрования. Определение конечной точки титрования является важнейшей задачей в титриметрии.
Фиксировать её можно визуально по изменению окраски реакционной среды или инструментально по достаточно резкому изменению какой-либо физической характеристики раствора, зависящей от концентрации в нём определяемого вещества, а именно: окислительно-восстановительного потенциала, оптической плотности, электрической проводимости, количества электричества и т.п.
Соответственно, различают потенциометрическое, фотометрическое, кондуктометрическое, кулонометрическое титрования.
Процесс титрования сопровождается изменением в системе концентраций реагента, определяемого вещества и продуктов реакции. Это удобно изобразить графически в виде так называемой кривой титрованияв координатах: концентрация определяемого вещества (или пропорциональная ей какая-либо физическая характеристика раствора) – объём добавленного титранта (рис. 40, 41).
Рис. 40. Изменение с(н+) при титровании сильной кислоты сильным основанием
Иногда по оси ординат откладывают значения lgс/(1/zХ) (или величины, пропорциональной ей), получая так называемую логарифмическую кривую титрования (рис. 54)
Кривые титрования строят на основании экспериментально измеренных значений какого-нибудь свойства реакционной системы в зависимости от объёма добавленного титранта. Они служат для определения точки эквивалентности, в области которой измеряемое свойство раствора обычно изменяется резко и скачкообразно.
Рис. 41. Кривая титрования 100,0 мл 0,1 М FeS04раствором 0,02 МKМnO4при с(н+) - 1,0 моль/дм3. Е – окислительно-восстановительный потенциал системы
В титриметрическом анализе используют разные виды классификации. Как было показано выше, в зависимости от способа определения точки эквивалентности различают титрование с цветными индикаторами, потенциометрическое, фотометрическое, кондуктометрическое, кулонометрическое, амперометрическое титрования.
В зависимости от типа химической реакции, протекающей между веществами исследуемого и рабочего растворов, различают: кислотно-основное титрование(в основе его лежит реакция нейтрализации, протекающая между соответствующими кислотой и основанием),окислительно-восстановительное титрование, либо оксидиметрия(используется окислительно-восстановительная реакция),комплексонометрическое титрование, или комплексонометрия(основана на реакциях, сопровождающихся образованием малодиссоциирующих комплексных соединений либо ионов),титрование по методу осаждения(используется реакция, сопровождающаяся образованием малорастворимого соединения).
В зависимости от того, какое вещество входит в состав рабочего раствора (титранта), различают: перманганатометрию (KMnO4),иодометрию (I2),дихроматометрию(K2Cr2O7),аргентометрию(AgNO3),меркуриметрию(Hg(NO3)2,ацидиметрию (титрантом является раствор кислоты),алкалиметрию(титрантом является раствор щёлочи).
Титриметрический анализ возник в середине XVIIIвека сначала как один из методов промышленного контроля, а затем очень быстро развился в самостоятельный раздел химической науки. Он отличается малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления, высокой точностью и скоростью исполнения. В настоящее время титриметрия широко применяется при контроле технологических процессов, в научных исследованиях, медицине, биохимических и санитарно-гигиенических определениях.
Например, в клинической практике титриметрию используют для определения кислотности желудочного сока и других биологических жидкостей, щелочного резерва крови и плазмы, содержания в тканях и биологических жидкостях ионов металлов: K+,Ca2+,Mg2+и др.