Теоретичні основи аналітичної хімії (стр. 10 )

Аналітичні терези призначенні для порівнювання маси зважуваних предметів з відомою масою важків.

Правила користування аналітичними терезами:

1.Аналітичні терези найкраще встановлювати в окремій ваговій кімнаті, вікна якої виходять на північ.

2.У ваговій кімнаті не можна курити, зберігати кислоти або правдити будь-які хімічні операції, пов’язані з виділенням газів.

3.Аналітичні терези треба встановлювати на мармурову дошку, покладену на кронштейни, які вмуровані в капітальну цегляну стіну.

4.Аретираналітичних терезів після зважування обов’язково треба піднімати, щоб запобігти передчасному спрацюванні ребер призм.

5.Важки і зважувані предмети можна класти на шальки терезів і знімати з них тільки при піднятому аретирі. Важки кладуть ближче до центра шальки.

6.Під час зважування і визначення положення стрілки на шкалі треба опустити передню стінку ящика терезів і закрити бічні дверці.

7.Важки не можна брати руками, тільки за допомогою пінцету.

8.На аналітичних терезах не можна зважувати гарячі предмети.

9.Сипки речовини можна зважувати тільки на годинникову склі.

10.Не треба самим лагодити несправні аналітичні терези.

Найчастіше використовують демпферні аналітичні терези (АДТ).

Особливості АДТ:

-накладання дрібних важків автоматизоване.;

-мають повітряні заспокоювачі – демпфери, що припиняють коливання коромисла із стрілкою;

-демпфери забезпечують швидке затухання коливань коромила.

17.Застосовування гравіметричного аналізу в ТХК.

1) визначення заліза у вигляді оксиду – суть методу полягає в осадженні заліза у вигляді гідроксиду за допомогою гідроксиду амонію, висушуванні Fe(OH)3 і прожарюванні до оксиду:

Fe3++3NH4OH↔Fe(OH)3↓+3NH4+

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

У слабко кислому розчині (при рН=4) залізо практично повністю осаджується у вигляді гідроксиду, а в нейтральному і лужному середовищах осадження відбувається ще повніше, тому гідроксид амонію доливають до появи слабкого запаху.

2) визначення сульфатів у вигляді сульфату барію – іони SO42- за допомогою розчинних солей барію, осад відфільтровують, прожарюють і зважують у вигляді сульфату барію (склад осаду не відрізняється від складу вагової форми):

SO42-+Ba2+↔BaSO4↓

Осадження ведуть в розбавлених гарячих кислих розчинах, добавляючи гарячий розчин осаджувача краплинами.

Сульфат барію не зовсім відповідає вимогам до осадів. Розчинність його у воді досить помітна. У кислих розчинах розчинність зростає в десятки разів, залежно від концентрації кислоти. Але розчинність осаду можна знизити дією однойменних іонів, тобто довести концентрацію осаду не більше як 1х10-6 моль/л.

Промивають осад малими порціями.

Сульфат прожарюють при С.

3)розділення і визначення кальцію і магнію:

-визначення кальцію у вигляді оксиду – кальцій осаджують у вигляді оксалату, який після фільтрування і промивання прожарюють до оксиду і зважують:

CaCl2+(NH4)2C2O4↔CaC2O4↓+2NH4Cl

CaC2O4+O2=2CaO+4CO2↑

CaC2O4=CaO+ CO2↑+ CO↑

Повне осадження відбувається лише в нейтральному або лужному середовищі. Разом з кальцієм значною мірою можуть співосаджуватись іони магнію (спів осадження збільшується із збільшенням рН розчину. Найкраще осадження в слабко кислому розчини при рН=4,2.

Промивають розчин оксалатом амонію, прожарюють при температурі понад 9000С.

-визначення магнію у вигляді пірофосфату – магній осаджують у вигляді магній-амоній-фосфату за допомогою гідро фосфату натрію в присутності гідроксиду амонію:

MgCl2+Na2HPO4+NH4OH↔MgNH4PO4↓+2NaCl+H2O

2MgNH4PO4= Mg2P2O7+2NH3+H2O

Магній осаджують у присутності однойменних іонів і в достатньо лужному середовищі. Найкращим є середовище амонійних солей.

4)визначення нікелю в сталях – стальперводять у розчин, залізо окислюють до тривалентного стану і зв’язують у стійкий тартратний комплекс, нікель осаджують диметилгліоксимом. Осад диметилгліоксомату нікелю відфільтровують крізь скляний тигель-фільт, висушують при С, зважують.

18.Титрометричний аналіз, його суть і методи.

Суть методу – вимірювання об’єму розчину реактиву відомої концентрації, який витрачено на взаємодію з розчином визначуваної речовини, і за рівнянням хімічної реакції обчислення кількості речовини.

Основне значення має приготування робочих розчинів і точне вимірювання об’єму цих розчинів.

Розчин реактиву відомої концентрації називається робочим або титрованим розчином.

Титр – одиниця вимірювання концентрації розчину і означає кількість речовини в грамах, яка є в 1 мл розчину.

Процес добавляння робочого розчину до розчину визначуваної речовини називається титруванням. Звичайно титрують до досягнення точки еквівалентності, тобто моменту, коли кількість реактиву, яка є в об’ємі робочого розчину, стане еквівалентною кількості визначуваної речовини.

Точку еквівалентності встановлюють, вводячи в розчин речовини, що здатні змінювати свій колір після введення робочого розчину в еквівалентній кількості або в невеликому надлишку. Ці речовини називаються індикаторами.

В титриметричному аналізі, крім реакцій осадження, використовують реакції окислення-відновлення, комплексоутворення та кислотно основні.

Залежно від типу хімічної реакції, що лежить в основі визначення, титриметричні методи аналізу класифікують таким чином:

1) метод кислотно-основного титрування;

2) методи осадження і комплексоутворення;

3) методи окислення-відновлення.

Хімічні реакції титриметричного аналізу повинні відповідати певним вимогам:

-реакції повинні проходити стехіометрично (згідно з рівнянням);

-робочий розчин реактиву повинен реагувати тільки з тією речовиною, яку визначають (не повинно бути побічних реакцій);

-реакція між робочим розчином і розчином визначуваної речовини повинна проходити швидко.

Концентрацію розчинів у титриметричному аналізі модна давати у процентах, грамах на мілілітр чи на літ, у молях або еквівалентах на літр тощо. Найбільш простіше користуватися для розрахунків еквівалентами.

Еквівалент сполуки – така її кількість, яка в даній реакції взаємодіє з 1 моль атомів (1 еквівалентом) водню або іншого одновалентного елемента.

Маса 1 еквівалента речовини називається еквівалентною масою.

У титриметричному аналізі концентрацію розчинів визначають числом, що показує, скільки еквівалентів речовини міститься в 1 л розчину. Розчин, в 1 л якого розчинений 1 еквівалент речовини, називають нормальним розчином. Позначають буквою «н». Розчини однакової нормальності реагують між собою в однакових об’ємах.

19.Титрування. Робочі розчини, їх приготування.

Найпростіший і найточнішій метод приготування розчинів відомої концентрації полягає в безпосередньому зважувані потрібної кількості препарату і розчиненні взятої наважки в певному об’ємі розчинника.

іхмічні сполуки, які придатні для приготування титрованих розчинів цим способом називаються вихідними речовинами.

Вимоги, яким повинні відповідати вихідні речовини:

-відповідність дійсного складу речовини її хімічній формулі (порушується при наявності домішок, забруднень, гігроскопічність речовини, вміст кристалізаційної води);

-їх розчини повинні бути стійкими і концентрація таких речовин не повинна змінюватись під впливом зовнішніх умов;

-бажано, щоб вихідні речовини мали велику еквівалентну масу.

Найбільш поширений спосіб приготування робочого розчину – установлення концентрації робочих розчинів за розчинами вихідних речовин. Він полягає у тому, що вибирають вихідну речовину, яка здатна реагувати з робочим розчином, і безпосередньо з наважки, узятої на аналітичних терезах, приготовляють розчин вихідної речовини точно відомої концентрації. Наважку беруть на технічних терезах і розчиняють у потрібному об’ємі води. Потім відбирають певний об’єм розчину вихідної речовини, титрують його робочим розчином. Обчислюють точну концентрацію робочого розчину. Цей метод не досить точний, але при додержані певних умов дає добрі результати.

Установлення концентрації робочих розчинів зі іншими робочими розчинами – робочий розчин, нормальність якого встановлено за розчином вихідної речовини, можна в свою чергу використовувати для встановлення нормальності іншого робочого розчину. При такому способі встановлення концентрації можливі значні помилки, тому так можна робити тільки в окремих випадках і при першій можливості перевіряти нормальність розчину за розчином вихідної речовини.

Стандарт-титри, або фіксанали – це точна наважка сухої вихідної речовини (або точно виміряна кількість розчину речовини певної концентрації), яка вміщена в запаяну скляну ампулу. Стандарт-титри приготовляють у спеціальних лабораторіях. Існують фіксанали не тільки вихідних речовин, а й усіх інших (їдкого лугу, тіосульфату натрію тощо). Для виготовлення робочого розчину ампулу розбивають, вміст кількісно переносять у колбу (1 л.), після розчинення речовини розчин у колбі розводять водою точно до 1 л.

Стандартні зразки – це еталонний зразок матеріалу з відомим процентним вмістом окремих складових частин.

Методи непрямого титрування – метод заміщення і метод залишків (використовуються в окремих випадках, коли важко або не можливо знайти відповідний робочий розчин, відсутній індикатор, реакція не стехіометрична, присутні побічні реакції).

Метод заміщення – визначувані іони заміщають еквівалентною кількістю інших іонів або елемента, які вже можна визначити прямим титруванням. Заміщення проводять методом осадження іонів реактивом, можна діяти на розчин реактивом, що вступає з ним у реакцію окислення-відновлення тощо. Метод використовують для визначення іонів кальцію, титану.

Метод залишків – до розчину досліджуваних іонів добавляють відміряну кількість титрованого розчину реактиву, узятого в надлишку проти кількості визначуваних іонів. Після цього титрують надлишок реактиву відповідним робочим розчином. Метод використовується досить широко, наприклад, для визначення вмісту карбонату у вапняку або мармурі, при визначенні солей кальцію і магнію у воді, визначенні нітритів.

Існують різні варіанти визначення методом залишків:

-титрують відразу весь залишок введеного робочого розчину;

-з відділенням осаду від надлишку робочого розчину тощо.

20.Мірний посуд, його призначення.

Для точного вимірювання об’ємів розчинів в титриметричному аналізі використовують мірні колби, піпетки, бюретки. Кожний з цих видів посуду має цілком певне призначення.

Мірні колби – це колби з подовженими шийками, відносно малого діаметру, з пришліфованими скляними пробками. На шийці колби позначена її місткість у мілілітрах і температура, при якій налитий до риски розчин займає зазначений об’єм. Звичайно колби калібрують при температурі 200С. При вищій температурі об’єм колби внаслідок термічного розширення скла стає трохи більшим від зазначеного і, навпаки, зниження температури зумовлює деяке його зменшення. Надто точні визначення треба робити так, щоб температура робочого розчину в колбі дорівнювала температурі, зазначеній на її поверхні, або вносити в розрахунок концентрації розчину відповідну поправку.

Мірні колби великої місткості ( мл) призначені головним чином для приготування робочих розчинів. Мірними колбами меншої місткості (200-250 мл) також можна користуватись для приготування робочих розчинів, але частіше їх використовують для розчинення аналізованої речовини.

Мірні колби з однією рискою непридатні для відмірювання певних об’ємів розчинів. Колби з двома рисками на шийці калібровані одночасно на вливання і виливання.

Піпетки призначенні для відбирання певної кількості розчину і відповідно до цього калібровані на виливання; об’єм вилитого розчину дорівнює номінальній місткості піпетки. Циліндрична піпетка з поділками, нанесеними по всій довжині, не зовсім точна, використовується для приблизного відмірювання розчинів. В аналітичній практиці більш поширені піпетки місткістю 5,10,20,25,50 мл. Піпетки на 1,3,100 і 250 мл застосовують рідше.

Бюретки – призначенні для титрування, тобто для повільного вливання робочого розчину в розчин визначуваної речовини. бюретка являє собою циліндричну трубку з краном і нанесеними по всій довжині поверхні великими та малими поділками. Бюреткою можна вимірювати об’єми з точністю до 0,02-0,03 мл.

Бюретки найчастіше мають місткість 50 і 25 мл; бюретками на 10 мл користуються рідше.

Точність вимірювання бюреткою залежить від додержання певних правил спостереження за рівнем меніска рідини.

21.Кислотно-основне титрування (метод нейтралізації).

Титрування кислотами та основами.

Можливі такі типи-кислотно-основної взаємодії (в залежності від сили кислот і основ):

- між сильною кислотою і сильною основою;

- між сильною кислотою і слабкою основою;

- між слабкою кислотою і сильною основою;

- між слабкою кислотою і слабкою основою.

Внаслідок взаємодії кислоти і основи утворюються сіль і вода.

У першому випадку утворюється сіль сильної кислоти і сильної основи. Такі солі у водних розчинах не зазнають гідролізу і в точці еквівалентності реакція буде нейтральна (рН=7).

Приклад:

NaOH+YCl=H2O

У другому випадку в точці еквівалентності утвориться сіль сильної кислоти і слабкої основи. Наприклад:

NH4OH+HCl=H2O+NH4Cl

Такі солі у водних розчинах гідролізують, в результаті чого збільшується концентрація водневих іонів. Таким чином, у точці еквівалентності при титруванні слабкої основи сильною кислотою реакція буде кислою (рН менше 7).

У третьому випадку при титруванні сильної основи слабкою кислотою утворюється сіль сильної основи і слабкої кислоти, наприклад:

NaOH+CH3COOH↔H2O+CH3COONa

Солі реакції у водних розчинах зазнають гідролізу, у точці еквівалентності концентрація гідроксильних іонів збільшується, реакція розчину буде лужна (рН більше 7).

У четвертому випадку при взаємодії слабкої кислоти із слабкою основою в точці еквівалентності утворюється сіль слабкої кислоти і слабкої основи, наприклад:

CH3COOH +NH4OH↔ CH3COONH4 + H2O

Солі такого типу у водних розчинах піддаються гідролізу значною мірою, реакція розчину залежить від сили кислоти і основи. Якщо кислота і основа однакової сили, то розчин матиме нейтральну реакцію (рН=7), якщо сильнішою буде кислота, то реакція розчину буде слабко кислою, а при більшій силі основи – слабко лужною.

Індикатори методу кислотно-основного титрування.

Індикатори використовують для визначення кінця титрування. Тому, що практично неможливо підібрати індикатор, який показав би кінець титрування в точці еквівалентності, точку кінця титрування, яку визначають індикатором називають кінцевою точкою титрування. Вона завжди відрізняється від точки еквівалентності. Чим більше ці точки різняться між собою, тим більша помилка титрування.

Індикатори методу нейтралізації є слабкими органічними кислотами або основами. Індикатори бувають одно-і двоколірні. У водних розчинах кислотні індикатори дисоціюють на іони, характеристикою індикатора є його константа кислотної дисоціації.

Залежно від величини цієї константи індикатори поділяють на сильні, проміжні, слабкі.

Сильні індикатори змінюють своє забарвлення в кислому середовищі (представник – метилоранж).

Індикатори проміжної сили змінюють забарвлення при рН≈7 (лакмус).

Слабкі індикатори змінюють забарвлення в слабколужному середовищі (фенолфталеїн).

Колір індикатора залежить від концентрації водневих іонів розчину. Інтервал кислотності, в межах якого відбувається помітна для людського ока зміна забарвлення індикатора, називається інтервалом переходу індикатора. Для переважної більшості індикаторів інтервал переходу лежить у межах двох одиниць рН. Величина інтервалу переходу залежить також від індивідуальних особливостей індикаторів.

У межах інтервалу переходу індикатора є значення рН, при якому спостерігається найбільш помітна зміна кольору індикатора – це показник титрування індикатора рТ.

22.Особливості визначення точки еквівалентності в методі кислотно-основного титрування.

Головною задачею титриметриного аналізу є не тільки використовувати розчин з точно відомою концентрацією (фіксанал), але й правильно визначити точку еквівалентності.

Існує кілька способів фіксування точки еквівалентності.

1.За власною окраскою іонів визначуваного елементу, наприклад, марганцю у вигляді аніону MnO4-

2. За речовиною-свідком:

Наприклад, Ag+ + Cl- " AgCl $

Ag+ + CrO4" Ag2CrO4$ (яскраво оранжевий)

У колбу, де треба визначити іони хлору, додають невелику кількість солі K2CrO4 (свідок). Потім з бюретки поступово додають визначувану речовину, при цьому першими у реакцію вступають іони хлору, утворюючи білий осад (AgCl).

Таким чином, надлишкова крапля нітрату срібла буде давати яскраво оранжеве зафарбування, тому що увесь хлор вже прореагував.

3.За допомогою індикаторів.

Наприклад, при нейтралізації використовують кислотно-лужні індикатори: лакмус, фенолфталеїн, метил-оранжевий.

Схематично рівновагу індикатору можна виразити кислотно-основною ракцією:

HIn +H2O In - + H3O+

H2O H+ + OH-

H+ + H2O H3O+

На інтервал переходу зафарбування індикатору впливають усі фактори, від яких залежить константа рівноваги (іонна сила, температура, сторонні речовини, розчинник), а також самого індикатору.

23. Криві титрування.

Точність титрування зумовлена не тільки відповідністю між величинами рТ індикатора і рН точки еквівалентності, а й характером зміни рН розчину біля точки еквівалентності.

Для загальної характеристики зміни рН біля точки еквівалентності використовують криві титрування. Це графічне зображення зміни рН розчину в процесі титрування. Для простоти розрахунків припускають, що в усіх випадках об’єм 0,1 н. розчину при титруванні не змінюється і дорівнює 100 мл. Попередньо складають таблицю, що характеризує послідовний хід титрування.