Титриметриялық анализдің негіздері



Дата19.03.2020
өлшемі24.96 Kb.
Титриметриялық анализдің негіздері

Титриметриялық анализде анықталатын затпен реакцияға жұмсалған концентрациясы дәл белгілі реагент ерітіндісінің көлемі өлшенеді. Концентрациясы дәл белгілі ерітінділер титрленген ерітінділер деп аталады.

Анықталатын зат ерітіндісіне реагенттің титрленген ерітіндісін (жұмысшы ерітінді немесе титрант) біртіндеп қосу титрлеу деп аталады.

Титриметриялық анализ химиялық реакцияға негізделген, сондықтан эквиваленттер заңына бағынады. Қосылған титрант мөлшері анықталатын зат мөлшеріне эквивалентті болған мезгілді, яғни реакцияның соңын эквиваленттік нүкте (ЭН) деп атайды.

ЭН-ді анықтау үшін индикаторлар қолданылады. Бірақ индикатор түсі дәл эквиваленттік нүктеде емес, бір артық тамшы титрант қосқанда өзгереді. Сол мезгіл титрлеудің соңғы нүктесі (ТСН) деп аталады.

ЭН мен ТСН бір-бірімен сәйкес келмеуі әдістің жүйелік қателігін немесе индикаторлық қателікті береді.

Титриметриялық анализде кез келген реакцияны пайдалануға болмайды. Реакция келесі 4 талаптың барлығына толығымен сай болуы керек:

1. реакция толық және стехиометриялық қатынаста жүруі керек (тепе-теңдік константасының шамасы жоғары болуы керек);

2. реакция жылдам жүруі керек;

3. ерітіндіде қосалқы реакциялар жүрмеуі керек;

4. реакцияның соңын (ЭН-ді ) анықтаудың жолы болуы керек.

Қолданылатын реакция түріне байланысты титриметриялық анализдің4 әдісі бар:

1. қышқылдық-негіздік титрлеу (нейтралдау әдісі немесе протолитометрия) – нейтралдау реакциясына негізделген;

2. тотығу-тотықсыздану әдісі (редоксиметрия) – тотығу-тотықсыздну реакциясына негізделген;

3. комплекс түзу әдісі (комплексометрия) – комплекс түзу реакциясына негізделген;

4. тұндыра титрлеу (седиметрия) – тұнба түзу реакциясына негізделген.

Орындау принципіне байланысты келесі титрлеу тәсілдері болады: тура титрлеу, кері титрлеу, ығыстыра титрлеу.

Тура титрлеуде анықталатын зат титрантпен тікелей әрекеттеседі,бір ғана титрант қажет, бұл тәсіл ең жиі пайдаланады.Кері титрлеуде екі титрант қажет: негізгі және қосымша. Анықталатын зат ерітіндісінебелгілі және артық мөлшерде негізгі титрант қосады.Оның қалдық мөлшерін қосымша титрантпен титрлейді.Ығыстыра титрлеуде анықталатын затқа артық мөлшерде арнайы реагент қосады, сонан соң реакция нәтижесінде түзілген өнімді титрлейді.Соңғы екі тәсілді тура титрлеу мүмкін болмаса ғана пайдаланады, мысалы, егер тура реакция баяу жүрсе, толық жүрмесе, нәтижесінде ұшқыш қосылыстар түзілсе және т.с.с.)

Орындау техникасына байланысты титрлеудің 2 тәсілі бар: пипеттеу тәсілі және жеке өлшемелер тәсілі.

Пипеттеу тәсілінде анықталатын зат өлшемесін өлшегіш колбада ерітіп, әрбір титрлеу үшін сол ерітіндіден аликвота (яғни дәл өлшенген көлем) алады.Жеке өлшемелер тәсілінде әрбір титрлеу үшін заттың жеке өлшемесін өлшеп алып,біраз суда ерітіп, титрлейді. Бұл тәсіл сирек пайдаланады, мысалы, анықталатын зат ерітіндісі тұрақсыз болса.

Стандартты және стандартталған ерітінділер

Титрленген ерітінділердің 2 түрі болады: стандартты (дайындалған) және стандартталған (анықталған).



Стандартты ерітінділерді дайындау үшін заттың дәл өлшемесін көлемі белгілі өлшегіш колбада ерітіп, сосын титрін есептейді. Мұндай ерітінділерді тек стандартты заттардан дайындайды. Стандартты заттар шектеулі, оларға келесі талаптар қойылады:

· өте таза болуы керек;

· құрамы химиялық формуласына дәл сәйкес болуы керек;

· ауада сақтағанда құрамы өзгермеуі керек.

Стандартты заттарға мына заттар жатады: Na2B4O7•10H2O‚ K2Cr2O7‚ H2C2O4•2H2O, NaCl.

Кейде стандартты ерітіндіні фиксаналдан жасайды. Фиксанал (немесе стандарт-титр) деп ішінде құрғақ зат немесе ерітіндінің дәл мөлшері бар заводта дайындалып, аузы бекітілген шыны ампула. Фиксаналдың ішінде стандартты емес те зат болуы мүмкін.



Стандартталған ерітіндіні концентрациясын жуықтап дайындайды, сонан соң оны стандартты ерітіндімен титрлеп, концентрациясын дәл есептейді. Мұндай анықтауды стандарттау деп атайды.

Қазіргі кезде стандартты және стандартталған ерітінділерді сәйкесінше біріншілік және екіншілік стандарт деп атайды.



Қышқылдық-негіздік титрлеу әдісі

Қышқылдық негіздік титрлеу әдісі нейтралдау реакциясына негізделген:

H+ + OH- ↔ H2O немесе 2H2O↔H3O+ + OH-

Әдістің екі варианты бар:

Егер титрант қышқыл болса, әдіс ацидиметриялық титрлеу деп аталады. Қышқылмен күшті және әлсіз негіздерді, күшті негіздердің гидролизденетін тұздарын титрлеуге болады.Егер титрант сілті болса, әдіс алкалиметриялық титрлеу деп аталады. Сілтімен күшті және әлсіз қышқылдарды, күшті қышқылдардың гидролизденетін тұздарын титрлейді.Титрлеу барысында ерітінді рН-ы өзгереді. Эквиваленттік нүктені анықтау үшін рН өзгерісін көрсететін индикаторлар қажет.Ерітіндінің ортасына (немесе рН –қа байланысты) өз түсін өзгерте алатын индикаторлар қышқылдық – негіздік индикаторлар немесе рН- индикаторлар деп аталады. Мұндай индикаторларға келесі талаптар қойылады:

· Түс өзгерісі айқын болуы керек;

· Түс өзгерісі жіңішке рН интервалында байқалуы керек;

· Түс өзгерісі қайтымды болуы керек;

· Түсі бір артық тамшы титрант қосқанда өзгеруі керек.

Бұл талаптарға сай индикаторлар көп емес. Индикаторды дұрыс таңдау үшін индикаторлар теориясын жақсы білу керек.

Индикаторлардың 3 теориясы бар:

· иондық теория

· хромофорлық теория

· иондық-хромофорлық теория

Индикаторлар белгілі рН шамаларының арасында түсін өзгертеді. Оны индикатордың түс өзгерту интервалы деп атайды. Титрлеудің соңғы нүктесінде индикаторлардың түсі белгілі бір рН шамасына сәйкес келеді, сол шаманы индикатордың титрлеу көрсеткіші рТ деп атайды. Ол шамамен түс өзгерту интервалының ортасында болады. Индикатордың түс өзгерту интервалына температура, иондық күш, еріткіштің табиғаты т.б. әсер етеді. Кейде түс өзгерісін айқындау үшін аралас индикаторлар немесе индикатордың бояғышпен қоспасын пайдаланады.

Кері титрлеу әдісі арқылы кей тұздардың (мысалы, кальций не аммоний тұздарының) мөлшерін анықтайды. Қышқыл-негіздік титрлеу арқылы заттың 0,10% массасын анықтайды, бұл әдіс 0,50% салыстырмалы қате жібереді.

Бұл әдісте қышқыл-негізді индикаторлар қолданылады. Қышқыл-негізді титрлеуде мына титрлеу түрлері қолданылады:

1. Күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу;

2. Әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеу;

3. Күшті негізді күшті қышқылмен титрлеу;

4. Әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеу;

5. Әлсіз қышқылды әлсіз негізбен(не керісінше)титрлеу.

Бұл әдісті қолданып, тамақтық қышқылдардың (сірке қышқылының, лимон қышқылының, сүт қышқылы және алма қышқылдарының) мөлшерін анықтауға болады.

Заттың мөлшерін анықтау үшін бюреткадағы титранттан (қышқылдың, не негіздің стандартты ерітіндісі) анықталатын затқа индикатор түрі өзгергенше тамшылатылады. Күшті қышқыл мен күшті негіз әрекеттескенде эквивалент нүктеде рН = 7, әлсіз қышқылды күшті негізмен титрлегенде эквивалент нүкте рН > 7 (неге?), әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлегенде э.н. рН<7 болады (неге?).

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

әлсіз қышқыл

CH3COO+ H2O↔ CH3COOH + ОН, рН>7

NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O

әлсіз негіз

NH4+ H2O↔NH4OH + H, рН<7

HCl + NaOH = NaCl + H2O рН = 7

күшті күшті

қышқыл негіз

Н+ ОН= Н2О, рН = 7
Қышқыл-негізді титрлеу кезінде индикаторды дұрыс таңдап алу қажет, себебі олар түстерін әр түрлі рН-да өзгертеді. Ол үшін титрлеу қисығын құру керек. Титрлеу қисығын құру үшін оны 4 бөлікке бөледі:

1. Титрлеуге дейінгі;

2. Титрлеу секірісінің басталуына дейінгі;

3. Титрлеудің секірісі және эквивалент нүктесін қосып;

4. Титрлеудің секірісінен кейінгі.

1. Титрлеуге дейінгі бөлік үшін рН-ты титрленуге тиісті заттың (қышқылдың, негіздің) концентрациясы арқылы (күшті электролиттер үшін) не диссоциация константасы (әлсіз электролиттер үшін) арқылы анықтайды.

рН = - lg[H+] = - lgСНА күшті қышқыл үшін

рОН = - lg[ОH-] = - lgСМОН күшті негіз үшін, рН=14- рОН;

әлсіз қышқыл [H+] = √КНА∙СНА

әлсіз негіз [H+] = Ксу/√КМОН ×СМОН

Титрлеудің осы 5 түріндегі рН-ты есептеуді қарастырса:

I, IIІ – күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу және күшті негізді күшті қышқылмен титрлеу (титрлеу қисықтары бір-біріне қарама-қарсы болады).

1. Титрлеуге дейінгі рН-ты: рН = - lg[H+] = - lgСНА;

рОН = - lg[ОH-] = - lgСМОН; рН = 14- рОН формулалары арқылы анықтайды.

2. Эквивалент нүктесіне дейін рН мына формулалармен есептеледі:

[H+] = (VНА-VМОН)∙СНА/VНА+ VМОН

[ОH-] = (VМОН-VНА)×СМОН /VМОН +VНА

3. Эквивалент нүктеде рН = 7

4. Эквивалент нүктеден кейін рН мына формулалармен есептеледі:

[H+] = Ксу (VНА + VМОН)/VМОН (артық мөлшері)×СМОН

[ОH-] = Ксу (VМОН + VНА)/VНА (артық мөлшері)×С НА



II, IV – әлсіз қышқылды күшті негізбен (не керісінше) титрлегендегі титрлеу қисығын құру үшін рН есептеу: рН-ты есептегенде Н+- концентрациясын ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына теңестіруге болмайды, себебі оның негізгі массасы иондалмаған молекула күйінде болады да тек аз бөлігі ғана Н(ОН-) ионы күйінде жүреді. Титрлеу қисығын құру үшін 3 формула қолданылады:

1. Титрлеуге дейінгі рН-ты есептеу, яғни әлсіз қышқыл ерітіндісіндегі;

2. Титрлеу процесі кезіндегі рН есептеу, яғни ерітіндіде әлсіз қышқыл мен оның тұзы болғанда;

3. Эквивалент нүктедегі рН-ты есептеу, яғни ерітіндіде тек әлсіз қышқыл мен күшті негіздің тұзы болғанда.



V - әлсіз қышқылды әлсіз негізбен (не керісінше) титрлеу.

Сонымен:

а) әлсіз қышқылда ерітіндіде аздап диссоциацияға түсетіндіктен, оның диссоциация константасы болады – Кd. Нжәне An- концентрациялары өзара тең, ал HAn концентрациясы ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына тең, яғни CHАn.

(9) формуласынан [H+] = √КНА∙СНА, H- концентрациясын есептеп,

рН-ты (12) формула бойынша табады:

pH = 1/2pKHAn – 1/2lgCHAn, мұндағы pKHАn = - lgKHAn.

б) тұз толық диссоциацияға түсетіндіктен,

CAn- = CMeAn, олай болса, pH = pKHAn – lg CHAn/CAn- Осы формула арқылы титрлеу қисығының ортадағы нүктелерін есептейді.

в) MeAn әлсіз қышқыл мен күшті негіз тұзы гидролизге ұшырайтындықтан, эквивалент нүктедегі рН-ты, гидролиз реакциясының константасын жазып, Ксу арқылы

pOH = 7 – 1/2 pKHAn + 1/2lgCAn- есептеп, рН = 14− рОН табады,

Кгидр. = КсуНАn екені белгілі. Эквивалент нүктедегі рН мәнін былай да есептеуге болады: рН = 7 + 1/2pKHAn + 1/2lgCAn-.

Эквивалент нүктеге дейін титрлеу кезіндегі ерітінді буферлі қоспа болады, яғни қышқыл + сол қышқылдың тұзы, сондықтан титрлеу процесінде рН ақырын және біртіндеп өзгереді. Титрлеу қисығының секіріс облысының ерекше практикалық маңызы бар. Ол облыс 0,1мл титрленбеген әлсіз қышқыл қалған және 0,1мл сілті ерітіндісінің артық мөлшері құйылған аралықтағы рН мәндерін қамтиды. Сонда секіріс басталатын нүктеде

рН = 4,76 – lg0,1/99,9 = 4,76 – (−3) = 7,76 болады, pKHAc = 4,76.

Егер 0,1н сірке қышқылын (НАс) 0,1н натрий гидроксидімен титрлесе, эквивалент нүктедегі рН = 7 + 4,76/2 + 1/2lg0,1 = 8,88 болады. Енді NaOH-тың артық мөлшері құйылғанда рН мәні ОНконцентрациясы арқылы анықталады, яғни секіріс аяғында 0,1н сілтінің 0,1мл-де 10-4 моль/л ОНболады, онда рН = 10. Келесі нүктелер де сілтінің артық мөлшерімен анықталады. Сонымен секіріс нүктесі рН 7,76-10 аралығында, сондықтан индикатор ретінде тек фенолфталеин алынады, оның рТ = 9. Сонымен, қышқыл әлсізірек болған сайын титрлеу қисығындағы рН-тың секіріс мәні де аз болады. Сол сияқты әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлегенде де титрлеу қисығындағы секіріс мәні аз болады, бұл жағдайлар индикатор таңдауының мүмкіндігін азайтады.

V - әлсіз қышқылды әлсіз негізбен (не керісінше) титрлеу кезінде тирлеу қисығын құрғанда қышқылдық бөлігі әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеуге, сілтілік бөлігі титрлеу қисығының әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеген бөлігіне сәйкес келеді. Ал эквивалент нүктедегі рН мәні тұз гидролизінің константасы арқылы анықталады: Кгидр.= Ксунег.Кқышқ.;

Кгидр.= Снег.× С қышқ. тұз. Осы 2 формуланы пайдаланып, рН анықталады:

рН = 7 + 1/2p Kқышқ. – 1/2рКнег.. Егер титрлеу қисығын сызса, рН секіріс мәні жоқ деуге болады, яғни индикатор таңдау өте қиын, сондықтан қышқыл-негіз титрлеу әдісінде ең болмаса бір электролит күшті болуы керек.

Титрлеу әдісінде ерітінділердің нормальды концентрациясы қолданылады.

Сонымен, титрлеу қисығына қарап мынандай қорытындылар жасауға болады:

1. Түсін тек рН = 7 де өзгертетін индикаторды ғана таңдамауға болады.

(HCl + NaOH – үшін э.н. рН = 7 де болады).



2. Тым концентрациясы жоғары, не тым концентрациясы төмен ерітінділерді титрант ретінде алуға болмайды. Концентрациясы көп болса, титрлеу әдісінің қатесі көбейеді, концентрациясы аз болса, титрлеудің секірісі аз болады, сондықтан ерітінді концентрациясы 0,1н оптимальды деп есептеледі.

Достарыңызбен бөлісу:




©melimde.com 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет
Сабақтың тақырыбы
Сабақтың мақсаты
бойынша жиынтық
Сабақ тақырыбы
жиынтық бағалау
ғылым министрлігі
рсетілетін қызмет
Жалпы ережелер
тоқсан бойынша
қызмет стандарты
бекіту туралы
бағалауға арналған
Сабақ жоспары
Әдістемелік кешені
Қазақстан республикасы
тоқсанға арналған
жиынтық бағалаудың
туралы хабарландыру
жиынтық бағалауға
арналған жиынтық
бағалау тапсырмалары
арналған тапсырмалар
білім беретін
республикасы білім
Қазақстан республикасының
бағалаудың тапсырмалары
мерзімді жоспар
Қазақстан тарихы
пәнінен тоқсанға
Жұмыс бағдарламасы
арналған әдістемелік
біліктілік талаптары
әкімінің аппараты
Қазақ әдебиеті
туралы анықтама
Мектепке дейінгі
мамандығына арналған
нтізбелік тақырыптық
қойылатын жалпы
жалпы біліктілік
Конкурс туралы
мемлекеттік әкімшілік
болып табылады
оқыту әдістемесі
жалпы конкурс
Реферат тақырыбы
қатысушыларға қойылатын
Қазақстан облысы
әдістемелік ұсыныстар
әдістемелік кешені
тақырыптық жоспар