Лекция №1 по титриметрии.

 

Объёмным (титриметрическим) методом анализа называют метод количественного анализа, основанный на измерении количества реагента, требующегося для завершения реакции с заданным количеством определяемого вещества.

Метод заключается в том, что к раствору определяемого вещества А постепенно прибавляют раствор реактива В известной концентрации. Добавление реактива продолжают до тех пор, пока его количество не станет эквивалентным количеству реагирующего с ним определяемого вещества А.

В титриметрии определяемое вещество, т. е. то, что титруется, условно обозначается буквой А, а то вещество, которым титруют, обозначается буквой В и дополнительно называется титрантом или стандартным титрованным раствором.

Титрование – это процесс непрерывно контролируемого постепенного смешивания стандартного раствора реагента с раствором исследуемого вещества. Процесс титрования продолжают до достижения точки эквивалентности, т.е. до того момента, когда количество титранта становится теоретически строго эквивалентным количеству определяемого вещества А, и в титруемом растворе нет ни вещества А, ни вещества В, а есть только продукты их взаимодействия. Точку эквивалентности фиксируют либо с помощью индикаторов, либо применяют различные физико-химические методы. Момент фиксирования точки эквивалентности называют конечной точкой титрования. Большинство реакций в объёмном анализе обратимы и в точке эквивалентности не доходят до конца, поэтому на практике точка эквивалентности и конечная точка титрования совпадают редко.

Титриметрические методы анализа основаны на использовании самых разнообразных реакций: нейтрализации, окисления – восстановления, осаждения, комплексообразования, ионного обмена, замещения, присоединения, конденсации и т.д.

Реакции, используемые в объёмном анализе, должны удовлетворять следующим условиям:

1) вещества, вступающие в реакцию, должны реагировать в строго определённых количественных соотношениях (стехиометрических отношениях);

2) реакции, протекающие между определяемым веществом и стандартным раствором реактива, должны протекать быстро и практически до конца;

3) посторонние вещества, присутствующие в исследуемом продукте и переходящие вместе с основным определяемым компонентом в раствор, не должны мешать титрованию определяемого вещества;

4) точка эквивалентности должна фиксироваться тем или иным способом резко и точно;

5) реакции по возможности должны протекать при комнатной температуре;

6) титрование не должно сопровождаться побочными реакциями, искажающими результаты анализа.

В зависимости от типа используемых основных реакций объёмные методы анализа классифицируют на следующие группы.

Методы нейтрализации или кислотно-основного титрования основаны на использовании реакций нейтрализации кислот, оснований, солей слабых кислот или слабых оснований, сильно гидролизующихся в водных растворах, разнообразных неорганических и органических соединений, проявляющих в неводных растворах кислые или основные свойства, и др.

Методы кислотно-основного взаимодействия связаны с процессом передачи протона и могут быть представлены, например, следующими уравнениями:

 

Н⁺ + ОН¯ = Н₂О;

СН₃СООН + ОН¯ = СН₃СОО¯ + Н₂О;

СО₃^2- + Н⁺ = НСО₃¯ .

 

Методы окисления – восстановления основаны на использовании реакций окисления – восстановления элементов, способных переходить из низших степеней окисления в высшие и наоборот, а также ионов и молекул, которые реагируют с окислителями или восстановителями, не подвергаясь непосредственному окислению или восстановлению, например:

 

MnO₄¯ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ = Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O (перманганатометрия);

 

2S₂O₃^2¯ + J₂ = S₄O₈²¯ + 2J¯ (иодометрия) .

 

Методы осаждения основаны на реакциях образования малорастворимых соединений:

Ag⁺ + Cl¯ = AgCl (аргентометрия);

Hg₂²⁺ + 2Cl¯ = Hg₂Cl₂ (меркурометрия) .

 

Методы комплексообразования используют реакции образования координационных соединений:

Mg²⁺ + H₂Y²¯ = MgY^2¯ + 2H⁺ (комплексонометрия) .

 

В титриметрии при расчёте результатов анализа руководствуются законом эквивалентов, согласно которому химические элементы или их соединения вступают в химические реакции друг с другом в строго определённых весовых количествах, соответствующих их химическим эквивалентам. Для вычислений используют такие способы выражения концентрации растворённых веществ, как нормальность, титр раствора и титр по определяемому веществу. В данном учебно-методическом пособии приняты следующие условные обозначения:

а – навеска образца анализируемого вещества, г;

Э – эквивалентная масса, г / (моль × экв);

N – нормальность раствора, моль × экв / дм³;

Т – титр раствора, г/см³;

V – объём, см³ или дм³;

m – масса вещества, г;

ω – процентное содержание вещества, %.

При сочетании основных буквенных обозначений с соответствующими индексами выстраиваются обозначения, относящиеся либо к определяемому веществу, либо к стандартному раствору, например:

Т_А – титр раствора определяемого вещества, г/см³;

N_А – нормальность раствора определяемого вещества, моль × экв/дм³;

V_А – аликвотная часть раствора определяемого вещества, см³;

m¢_А – масса определяемого вещества в аликвотной части раствора, г;

m_А – масса определяемого вещества во всём растворе, г;

V_к – общий объём определяемого раствора, см³;

Т_В – титр стандартного раствора реактива, г/см³;

N_В – нормальность стандартного раствора реактива, моль × экв/дм³;

V_В – объём стандартного раствора реактива, см³;

m_В – масса реактива в стандартном растворе, г.

Э_А – эквивалентная масса определяемого вещества, г/(моль × экв);

Э_В – эквивалентная масса вещества стандартного раствора, г/(моль × экв);

Т_{В /А} – титр стандартного раствора реактива по определяемому веществу, г/cм³. Эту величину выражают в граммах определяемого вещества, количество которого эквивалентно количеству вещества, содержащегося в 1 см³ стандартного раствора, т.е. величина Т_В/А показывает, сколько граммов определяемого вещества эквивалентно количеству вещества стандартного раствора реактива, содержащемуся в 1 см³ его раствора. Например, Т_AgNO3= 0,001 699 г/см³ означает, что в 1 см³ исходного стандартного раствора нитрата серебра содержится 0,001 699 г AgNO₃, Т_AgNO3/HCl = 0,000 364 6 г/см³ означает, что 1 см³ исходного стандартного раствора, содержащего 0,001 699 г AgNO₃, эквивалентен 0,000 364 6 г HCl.