2.3 Титриметрія(об’ємний аналіз)

Суть та класифікація. Вимоги до реакцій в титриметрії. Способи титрування: прямі та непрямі. Способи приготування стандартних розчинів. Техніка роботи. Методи визначення кінцевої точки титрування. Розрахунки в титриметрії.

Титриметрія - метод кількісного хімічного аналізу, який засновано на вимірюванні об’єму розчину реактиву точно відомої концентрації, яка необхідна для взаємодії з даною кількістю речовини, що визначається. Розчин реактиву точно відомої концентрації зветься стандартним, титрованим, робочим розчином, чи титрантом. Титрування – поступове, контролюємо додавання стандартного розчину к розчину, що аналізується, до досягнення точки еквівалентності (точки кінця титрування) – моменту у якому кількості речовин, що взаємодіють, еквівалентні.

В титриметрії в залежності від типу рівноваги реакцій, виділяють:

- кислотно-основне титрування(метод нейтралізації);

- окисно-відновне титрування(оксидиметрія, редоксиметрія);

- метод осадження(седиметрія);

- метод комплексоутворення.

Реакції, що використовуються у титрометрії, повинні відповідати таким вимогам: бути стехіометричними, перебігати швидко і бажано при кімнатній температурі, перебігати кількісно (константа рівноваги 10⁸), зайві речовини, які присутні у розчині, не повинні заважати титруванню, точка еквівалентності повинна фіксуватися тим чи іншим чином різко і точно.

В титриметрії також розрізняють:

- пряме титрування, коли аналізуєма речовина безпосередньо титрується стандартним розчином;

- зворотне (титрування по залишку) титрування, коли титрується(другим стандартним розчином) та частина допоміжного(першого) стандартного розчину, який береться у надлишку, що не взаємодіяла з аналізуємою речовиною;

- титрування замісника, коли титрується(другим стандартним розчином) речовина, що утворилася при взаємодії аналізуємого розчину з першим стандартним розчином, що береться в надлишку.

Стандартні розчини готують за точною наважкою, по установчим розчинам (якщо приготувати стандартний розчин за точною наважкою неможливо) і з фіксаналів (стандарт титри, нормо дози). При приготуванні стандартних розчинів за установчими речовинами спочатку готують стандартний розчин приблизної концентрації, а точну концентрацію встановлюють за розчином установчої речовини, який готують за точною наважкою.

Для титрування збирають установку яка складається з бюретки, штативу, воронки і конічної колби. Бюретка заповнюється стандартним розчином через воронку і цей розчин по краплям додають до розчину з речовиною, що визначається, і який знаходиться у колбі для титрування, до

досягнення точки кінця титрування. Витрачений об’єм реактиву V_ст.р., який пішов на титрування до точки еквівалентності, точно фіксується і використовується для визначення вмісту речовини.

Точку кінця титрування можна визначити такими засобами:

1.По зміненню кольору розчину, якщо аналізуєма речовина, титрант чи продукти реакції забарвлені (наприклад у перманганатометрії розчин перманганату калію має червоно-малиновий колір і при титруванні зайва крапля його забарвлює розчин у світло-рожевий колір, що свідчить про досягнення точки кінця титрування).

2.За допомогою речовин, які змінюють колір при досягненні певного значення якогось параметру, що змінюється в процесі титрування (наприклад при кислотно-основному титруванні це рН розчину). Такі речовини звуться індикаторами.

3.Інструментальними методами (потенціометричним, кулонометричним, фотометричним), будуючи і аналізуючи криву титрування.

Розрахункові формули методу титриметрії (пряме титрування) базуються на законі еквівалентів – кількість моль-еквівалентів визначаємої речовини дорівнює у точці еквівалентності кількості моль-еквівалентів стандартного розчину.

Запишемо еквівалентні концентрації визначаємої речовини і стандартного розчину:

N_в.р. = , N_ст.р. = ,

У точці еквівалентності:

;

;

; ;

;

де М – молярна маса речовини, г/моль;

М_е – молярна маса еквіваленту, г/мольекв;

N – еквівалентна концентрація, моль-екв./л;

Т_ст.р.- титр стандартного розчину, г/мл;

Т_{ст.р/в.р.}- титр стандартного розчину за визначаємою речовиною, г_в.р./мл_ст.р;

V_ст.р.-об'єм стандартного розчину у точці еквівалентності, мл;

V_в.р. - об'єм розчину визначаємої речовини, мл;

m_в.р. – кількість речовини, г;

g – наважка речовини, г;

V_a – об’єм аліквотної частини;

V_k – об’єм мірної колби;

N_т.ст.р. – теоретичне значення еквівалентної концентрації стандартного розчину;

К_ст.р. = N_ст.р./N_т.ст.р. – коефіцієнт на поправку концентрації стандартного розчину;

 - масова частка речовини, %.

При розрахунках титри і еквівалентні концентрації визначаються з чотирма значущими цифрами.

Ці формули використовуються і при розрахунках результатів титрування замісника.

Розрахунки за методом зворотного титрування виконуються за формулою:

, г,

де індекс ст.р.1 – відноситься до стандартного розчину, який узятий в надлишку, а індекс ст.р.2 – до стандартного розчину, який витрачено на титрування.

В процесі титрування при додаванні титранту відбувається змінення концентрації реагуючих речовин, яке супроводжується зміненням якого-небудь параметру. В кислотно-основному титруванні це змінення рН, в окисно-відновному – змінення окисно-відновного потенціалу розчину. Змінення аналітичного сигналу можливо зобразити графічно в залежності від кількості доданого стандартного розчину.

Рисунок 2.2 – Крива титрування

Лінія, яка зображує хід змінення якої-небудь властивості розчину у процесі титрування зветься кривою титрування(рисунок 2.2). Вона дозволяє простежити змінення властивості розчину у різні моменти титрування, встановити точку еквівалентності, об’єм стандартного розчину у точці еквівалентності – V_т.е. і правильно вибрати індикатор.

При будуванні кривої титрування визначають значення параметру, що змінюється, в залежності від концентрації розчину за відповідними розрахунковими формулами, які залежать від типу реакції, яка використовується. Розрахунок концентрації розчину у різні моменти титрування виконується наступним чином.

До початку титрування концентрація розчину дорівнює початковій концентрації аналізуємого розчину.

До точки еквівалентності у розчині відсутній титрант, а присутні речовина, що визначається, і продукт її взаємодії з титрантом. З додаванням титранту кількість речовини, що визначається, зменшується еквівалентно кількості титранту і в загальному вигляді концентрація речовини, що визначається, може бути розрахована за формулою:

,

де N_в.р^* – еквівалентна концентрація розчину речовини, що визначається, у даний момент, моль-екв./л;

N_в.р. – початкова еквівалентна концентрація розчину речовини, що визначається, моль-екв./л;

N_ст.р. – еквівалентна концентрація стандартного розчину, моль-екв./л;

V_ст.р.- об'єм доданого стандартного розчину, мл;

V_в.р. - об'єм розчину речовини, що визначається, мл;

В точці еквівалентності у розчині немає ні речовини, що визначається, ні титранту, а є лише продукти їх взаємодії.

Після точки еквівалентності у розчині будуть присутні лише титрант і продукти його взаємодії з речовиною, що визначалася, і концентрація розчину буде залежати від кількості доданого титранту - V_ст.р. і кількості речовини, що визначалася:

.

де N_ст.р.^* – еквівалентна концентрація речовини стандартного розчину у даний момент, моль-екв./л;

Контрольні питання до теми 2.3

3.1.Що таке титриметрія?

3.2.Який метод титрування засновано на протолітичній рівновазі?

3.3.Який метод титрування засновано на рівновагі розчин-осад?

3.4.Який метод титрування засновано на реакціях окислення-відновлення?

3.5.Який метод титрування засновано на рівновазі утворення комплексних сполук?

3.6Які вимоги до реакцій, які використовуються в титриметрії?

3.7.Установка і техніка роботи при титруванні.

3.8.При якому методу титрування титрант безпосередньо додають до розчину?

3.9.При якому методу титрування 1-ий стандартний розчин у надлишку додають до розчину аналізуємої речовини, а ту його кількість, що не прореагувала, знаходять титруючи залишок другим стандартним розчином?

3.10.При якому методу титрування 1-ий стандартний розчин у надлишку додають до розчину аналізуємої речовини, а другим стандартним розчином визначають кількість речовини, що утворилася, яка еквівалентна кількості визначаємої речовини?

3.11.Як готують стандартні розчини в титриметрії?

3.12.Якими засобами можна визначити точку кінця титрування?

3.13.На чому засновані розрахунки в титріметрії?

3.14.Що таке крива титрування? Що вона дозволяє визначити?

3.15.Як розраховується концентрація розчину у різні моменти титрування?