Метод кислотно-основного титрования

МЕТОД  КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ

План

Общая характеристика метода Кривые титрования Кислотно-основные индикаторы

1

Метод нейтрализации служит для объемного определения кислот и щелочей. Основной реакцией его является образование молекулы воды из ионов водорода и гидроксида

H+ + OH - > H2O

Этим методом определяют  различные органические кислоты и основания, а так же соли реагирующие с кислотами или основаниями. Рабочими растворами метода кислотно-основного титрования являются стандартные растворы сильных кислот (HCl, H2SO4) и сильных оснований (NaOH, KOH). В качестве установочных веществ применяют тетраборат  натрия  (Na2B4O7 • 7H2O), карбонат натрия (Na2CO3) и т. д.

Сущность определения сводится к титрованию рабочим раствором анализируемого вещества и установлению точки эквивалентности. Значение рН в точке эквивалентности равно 7, если титруют сильную кислоту,  сильным основанием и наоборот. При титровании слабой кислоты, сильным основанием рН ›7, а при титровании слабого основании, сильной кислотой рН ? 7.

Для фиксирования конечной точки титрования добавляют индикатор, за изменением которого наблюдают визуально. При данном титровании важно выбрать правильно индикатор.

2

Кривая титрования представляет собой график зависимости рН от количества добавленного титранта в мл. Данные для построения кривой титрования можно получить экспериментально. Различают 3 основных типа кривых титрования:

1. титрование сильной кислоты, сильным основанием (или наоборот)

2. титрование слабой кислоты, сильным основанием

3. титрование слабого основания, сильной кислотой

Основными точками кривой титрования являются точки до начала титрования, в момент эквивалентности и несколько точек до и после точки эквивалентности. До начала титрования рН титруемого раствора зависит от концентрации константы диссоциации, или константы гидролиза определяемого вещества. В растворах сильных кислот и оснований величина рН зависит только от концентрации, т. к. они диссоциируют практически полностью. В растворах слабых кислот и оснований на величину рН влияет кроме концентрации и константа их диссоциации.

В промежуточных точках при титровании сильной кислоты или сильного основания концентрация  Н+ зависит от концентрации неоттитрованной кислоты  (основания) т. к. образующаяся соль гидролизу не подвергается, и на величину рН не влияет.

При титровании слабых кислот и оснований образующейся соли, образуются буферные растворы, поэтому величина рН зависит не только от константы диссоциации кислоты (основания), но и от  соотношения их концентраций и от концентрации образовавшейся соли. В точке эквивалентности  точке эквивалентности среда раствора определяется образовавшейся солью, а после точки эквивалентности избытком прибавленного реактива.

Кривая титрования сильной кислоты, сильным основанием

Кривая титрования сильной кислоты, сильной щелочью характеризуются такими особенностями:

Точка эквивалентности лежит  на линии нейтральности Скачок рН на кривой титрования имеет большой интервал При титровании раствора щелочи, кислотой начальная точка располагалась бы при рН 13 в нижней области графика.

На основании кривой титрования можно сделать вывод, что в этом случае применимы следующие индикаторы: метиловый оранжевый, метиловый красный, нейтральный красный и фенолфталеин, т. е. такие индикаторы, показатели, титрования которых находятся в области скачка рН на кривой.

Прямую параллельную оси абсцисс и при рН =7, пересекающую ось ординат называют линией нейтральности. Прямую, параллельную оси ординат и пересекающую ось абсцисс при V(NaOH) = 100 мл, называют линией эквивалентности. Левее этой прямой находятся растворы, содержащие избыток кислоты, правее – избыток щелочи. Точку пересечения кривой титрования с линией эквивалентности называют точкой эквивалентности, а пересечение кривой титрования с линией нейтральности называют точкой нейтральности.

При титровании сильной кислоты, сильным основанием точка эквивалентности и точка нейтральности совпадают.

Резкое изменение рН в области точки эквивалентности называют скачком титрования.

Это наиболее существенная часть кривой титрования, т. к. по скачку титрования производится выбор индикатора для данного титрования. Погрешность этих методов не превышает. Погрешность этих методов не превышает 0,1%

Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием.

Кривая титрования слабой кислоты сильным основанием характеризуется:

Точка эквивалентности лежит в щелочной среде рН = 8,73 Скачок рН на кривой титрования небольшой от рН=8 до рН = 10 Исходная точка лежит в менее кислой зоне рН = 3 (2,88) Точка  эквивалентности не совпадает с линией нейтральности

Следовательно, для данного случая можно применить индикатор -  фенолфталеин, рН которого равен 9 и входит в область скачка, возможность применения других индикаторов исключается т. к. рН их будет находиться вне зоны скачка кривой.

Кривая титрования слабого основания сильной кислотой.

Кривая титрования слабого основания сильной кислотой  характеризуется:

Точка эквивалентности  расположена  в слабокислой среде (рН = 5) Начальная точка лежит в щелочной среде Скачок рН на кривой титрования от рН =4 до рН = 6,2

В данном случае для титрования могут быть применимы индикаторы, интервал которых лежит в зоне скачка кривой титрования, т. е.метиловый красный (рН=5,5), метиловый оранжевый (рН=4).

Титрование слабых оснований слабыми кислотами не применяют, т. к. оно не возможно, и для них отсутствует скачок кривой титрования.

3

Для обнаружения точки эквивалентности в титриметрическом анализе применяют индикаторы. Наиболее широкое применение имеют цветные индикаторы, окраска которых зависит от рН раствора. Первое титрование с применением цветного индикатора выполнил У. Льюис в 1767 г. и первым индикатором, использованным для этой цели,  был лакмус. В конце 19 века в практике титриметрического анализа стали применять синтетические индикаторы,  сначала фенолфталеин, а затем азокрасители и другие соединения. Использование синтетических индикаторов позволило существенно повысить точность титриметрических методов анализа, т. к. растительные экстракты имели ограниченную устойчивость и не всегда давали воспроизводимые результаты. Вещество, обладающее свойством изменить свой цвет при добавлении кислоты или щелочи, называется индикатором. Момент, в котором наблюдается резкое изменение окраски индикатора, называется точкой конца титрования. Чем точнее определяется эта точка, тем точнее будет результат анализа. Поэтому определение конца титрования является одним из наиболее важных моментов в объемно-аналитических определениях. Приступая к титрованию, предварительно нужно  знать, при каком значении рН следует закончить титрование, что можно определить, как по кривой титрования, так и на основе веществ, получающихся в конце титрования. Зная рН в точке эквивалентности, выбирают индикатор, интервал перехода, окраски которого наиболее подходит для данного титрования.

По химической природе индикаторы в большинстве случаев представляют собой сложные органические соединения со слабыми кислотными или основными свойствами, у которых цвет недиссоциированных молекул отличается от цвета образуемых им ионов, т. е. кислотная и основная формы имеют различную окраску. Так, молекулярная форма лакмуса -  имеет красный цвет, а ионная - синий.  Эта форма лакмуса образуется в результате го диссоциации

HInd  H+ + Ind-

красная  синий

(кислотная форма) (щелочная форма)

В щелочных растворах это равновесие смещено вправо, и индикатор почти  полностью превращается в ионную форму (синюю в случае лакмуса); в кислых растворах равновесие сдвинуто влево и индикатор переходит в недиссоциированную форму. Наблюдаемый переход окраски от одной окрашенной формы к другой происходит в определенном интервале изменения величины рН, называемом интервалом перехода окраски индикатора (рК).

Вместо интервала перехода окраски индикатора можно пользоваться показателем титрования (рТ) индикатора, который соответствует значению величины рН, при котором наблюдается наиболее резкое изменение цвета индикатора.

Некоторые индикаторы могут быть слабыми основаниями, у которых щелочная (молекулярная) и кислотная (ионная) формы также имеют различную окраску. У некоторых индикаторов окрашена только одна из двух его форм – это одноцветные индикаторы, которые не относятся ни к кислотам, ни к основаниям. Изменение цвета подобных индикаторов объясняют  внутримолекулярной перегруппировкой атомов с образованием окрашенных форм. Наиболее часто применяются индикаторы, которые являются слабыми органическими кислотами, удовлетворяющими следующим требованиям:

Должны быть чувствительными, чтобы применять как можно меньше индикатора Равновесие между обеими формами должно устанавливаться быстро Обе формы или одна (у одноцветных индикаторов) должны быть интенсивно окрашены

Наряду с индивидуальными индикаторами применяют универсальные и смешанные. Универсальными индикаторами называются смеси нескольких индикаторов, которые изменяют свои цвета с изменением величины Рн в широких пределах.

Смешанные индикаторы – это смеси двух разных индикаторов или смеси, состоящие из индикатора и нейтрального красителя, окраска которого не изменяется при разных рН. Такие смеси применяют для того, чтобы сделать переход окраски более контрастным.

Индикатор	Характер индикатора	рК	Интервал рН перехода окраски	рТ	Окраска
В кислой среде	В щелочной среде
Фенолфталеин Лакмус Метиловый оранжевый	Кислотный Кислотный Основной	9,2 3,7	8,0 – 10,0 5,0 – 8,0 3,0 – 4,4	9 7 4	Бесцветный Красная Красная	Малиновый Синяя Желтая

Правила выбора индикатора

Правильный выбор индикатора зависит от типа кривой титрования и величины скачка титрования, а так же  от природы и свойств индикатора. При этом следует придерживаться следующих основных правил:

Предпочтение следует отдавать индикатору, у которого величина рТ близка к рН в точке эквивалентности Величина интервала перехода рН окраски индикатора должна полностью или большей своей частью входить в предел скачка титрования При титровании слабых кислот,  нельзя применять индикаторы  с интервалом  перехода, лежащими  в кислой области При титровании слабых щелочей нельзя применять индикаторы с интервалом перехода, лежащими в щелочной области При титровании сильных кислот и оснований, можно применять практически любые индикаторы, однако при титровании разбавленных электролитов с концентрацией меньше 0,01 н, следует выбрать индикатор, придерживаясь, правила 2, т. к. скачок титрования становится малым.

Индикаторы, применяемые в кислотно-основном титровании,  сами являются слабыми кислотами или основаниями и при титровании часть стандартного раствора расходуется на титрование индикатора. Поэтому всегда следует брать не более 1-2 капель индикатора, причем одно и тоже количество при всех параллельных определениях. Титровать следует до одного и того же оттенка окраски индикатора. Изменение окраски лучше всего наблюдать на белом фоне.

При титровании чаще всего изменение окраски индикатора происходит не в точке эквивалентности, а до нее, или после ее. В первом случае раствор будет недотитрован на некоторую величину объема стандартного раствора, а во втором случае – перетитрован.  Это приводит к ошибкам, называемыми индикаторными ошибками титрования. Кислотная и щелочная ошибки титрования зависят от соотношения показателей константы диссоциации электролита и титрования. Индикатор пригоден в том случае, если величина рН индикатора не менее чем на 3 единицы превышает величину рК слабого электролита.