Титриметрический анализ

Сущность титриметрии заключается в измерении объёма раствора того или иного реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым компонентом. Для этих целей используют так называемые титрованные растворы, концентрация которых известны. Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного приливания титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объём которого точно измерен. Титрование прекращается при достижении точки эквивалентности, т. е. достижение эквивалентности реагента титруемого раствора и анализируемого компонента. Обычно точку эквивалентности устанавливают по изменению окраски индикатора.

Существует несколько разновидностей титриметрического анализа: кислотно-основное титрирование, осадительное титрирование, комплекснометрическое основание и окислительно-восстановительное титрирование.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации:

Н⁺ + ОН¯= Н₂О

Метод позволяет определить концентрацию кислоты или катионов, гидролизующихся с образование ионов водорода, титрованием раствором щёлочи или определить концентрацию оснований, в том числе анионов, гидролизующихся с образованием гидроксид-ионов титрованием растворами кислот. Точка эквивалентности устанавливается при помощи кислотно-основных индикаторов, изменяющих окраску в определённом интервале рН.

Например, методом кислотно-основного титрования можно определить карбонатную жёсткость воды, т.е. концентрацию НСО₃^- в воде путём титрования её раствора НСl в присутствии индикатора метилового оранжевого:

НСО3¯ + Н⁺ = Н₂О + СО₂

В точке эквивалентности жёлтая окраска индикатора переходит в бледно-розовую. Расчёт производится по формуле:

Сн1 ∙ V₁ = Сн2 ∙ V2,

где V1 и V2 – объёмы анализируемого и титрованного растворов; Сн1, Сн2 - нормальная концентрация эквивалентов анализируемого и титрованного растворов.

Рис. 1.10.1 Простейшая титровальная установка: 1- бюретка с титрованным раствором, 2- коническая колба для титрования с анализируемым раствором, 3- подставка с белым экраном, 4 – штатив.

При осадительном титровании анализируемый раствор титруется реагентом, образующим с компонентом титрованного раствора малорастворимое соединение. Точка эквивалентности определяется с помощью индикатора, образующего с реагентом окрашенное соединение, например, красный осадок Аg₂CrO₄ при взаимодействии индикатора К₂СrO₄ с избытком ионов Аg⁺ при титровании раствора хлорида раствором нитрата серебра.

При комплексонометрическом титровании определяемый компонент в растворе титруется раствором комплексона, чаще всего этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЭДТА, комплексон ΙΙ) или её двунатриевой соли (комплексона ΙΙΙ или трилона Б). Комплексоны являются лигандами и образуют со многими катионами комплексы. Индикаторами точки эквивалентности обычно служат лиганды, образующие с анализируемым ионом окрашенное комплексное соединение. Например, индикатор хромоген чёрный с кальцием и магнием образуют комплексы [Са Ind]¯ и [Mg Ind]¯ красного цвета. В результате титрования раствора вино-красного цвета, содержащего ионы кальция, магния и индикатор, раствором комплекса ΙΙΙ кальций связывается в более прочный комплекс с комплексоном, в точке эквивалентности анионы индикатора освобождаются и придают раствору синюю окраску. Этот метод комплексонометрического титрования используется, например, для определения общей жёсткости воды.

Окислительно-восстановительное титрование заключается в титровании раствора восстановителя титрованным раствором окислителя или в титровании раствора окислителя титрованным раствором восстановителя. В качестве титрованных растворов окислителей нашли применение растворы перманганата калия КMnO₄ (перманганатометрия), дихромата калия K₂Cr₂O₇ (дихроматометрия), иода I₂(иодометрия). Из титрованных растворов восстановителей следует отметить растворы гидразина N₂H₄ (гидразинометрия).

При перманганатометрическом титровании в кислой среде Mn (VΙΙ) (малиновая окраска) переходит в Mn (ΙΙ) (бесцветный раствор). Например, перманганатометрическим титрованием можно определить содержание нитритов в растворе:

2KMnO₄ + 5KNO₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5KNO₃ +3H₂O

При дихроматометрическом титровании индикатором служит дифениламин, окрашивающий раствор в синий цвет при избытке дихромат-ионов. При иодометрическом титровании индикатором служит крахмал. Иодометрическое титрование используется для анализа растворов окислителей, в этом случае титрованный раствор содержит иодид-ион. Например, медь можно определить титрованием её растворов раствором иодида:

2Cu²⁺ + 4I¯ = 2CuI + I₂

Затем образующийся раствор титруется титрованным раствором тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ c индикатором крахмалом, добавляемым в конце титрования:

2NaS₂O₃ + I₂ = 2NaI + Na₂S₄O₆

Итак, существует большое число разновидностей количественного химического анализа, позволяющих определять разнообразные вещества в широких пределах концентраций. Среди химических методов анализа наиболее распространены титрометрические и гравиметрические методы.

Инструментальные методы анализа делятся на несколько групп:

1. Электрохимические методы: потенциометрический, полярографический и кондуктометрический. Потенциометрический метод базируется на измерении электродных потенциалов, которые зависят от концентрации ионов, т.е. по значению электродного потенциала φ можно судить о концентрации ионов. Полярографический метод позволяет определять концентрации нескольких ионов в растворе по кривым напряжения. Методом кондуктометрии определяют общее содержание примесей, например, в воде.

2. Хроматографические методы основаны на разделении двух- и многокомпонентных смесей газов, жидкостей с помощью специального прибора - хроматографа. По получаемым хроматограммам делают вывод о составе смеси при сравнении их со справочными данными.

3. Оптические методы основаны на измерении оптических свойств веществ и излучений, взаимодействия электромагнитного излучения с атомами или молекулами анализируемого вещества.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: