Аналитикалық химия

3.2 Титриметрия

Титриметриялық анализде титрленген ертінділер, яғни дәл моль-эквиваленттік концентрациялары немесе титрі белгілі ертінділер қолданылады. Титрленген ертінділердің екі түрі болады:

- стандарт ерітінділер;

- стандартталған ерітінділер (титранттар).

Заттың дәл өлшенген массасын сыйымдылығы көрсетілген ө л ш е у і ш к о л б а д а еріту арқылы дайындаған ертіндіні стандарт ертінді деп атайды. Массасы дәл өлшеніп алынған затты өлшеуіш колбаға салып ерітіп көлемін дистилденген сумен белгіге дейін жеткізеді. Еріген заттың массасы m (г) және өлшеуіш колбаның көлемі V (мл) бойынша ертіндінің титрі Т (г/мл) есептеледі:

Стандарт ертінді маркасы «химиялық таза» заттан даярланады. Ол зат келесі талаптарға жауап беруі керек: ұзақ сақтағанда құрамы өзгермеуі керек, құрамы химиялық формулаларына сәйкес болуы тиіс және суда жақсы еруі керек (Кесте 2).

Титриметрияда қышқылдар мен сілтілер, калий перманганаты, натрий тиосульфаты сияқты реактивтерден титранттар (жұмыс ертінділері) дайындалады. Бұл реактивтердің дәл концентрациялы ертінділерін тікелей өлшенділерін ерітіп даярлауға болмайды, өйткені сақталғанда ерітінділерінің концентрациясы өзгеріп кетеді. Сол себептен титранттардың жуық концентрациялы ертінділері дайындалады. Титранттың нормальдық концентрациясы стандарт ертінді бойынша анализ жүргізер алдында анықталады. Мысалы, калий перманганатының дәл концентрациясы қымыздық қышқылының стандарт ертіндісі бойынша, тұз қышқылының дәл концентрациясы – натрий тетраборатының стандарт ертіндісі бойынша, натрий гидроксидінің концентрациясы – қымыздық қышқылының стандарт ертіндісі бойынша анықталады.

Стандартталатын ертінділердің концентрациясы стандарт ертіндіні титрлеу арқылы анықталады. Ертінді құрамындағы заттар бір-бірімен эквиваленттеріне сәйкес әрекеттеседі, эквиваленттік нүктеде олардың эквивалент мөлшерлері (n) бір-біріне тең болады. Ол математикалық түрде былай өрнектеледі:

n₁ = n₂ немесе

Сн₁ ·V₁ = Сн₂ ·V₂

осындағы:

=

Ең бірінші титрлеу құралы – бюретканы жұмысқа дайындау қажет. Ол үшін бюретканы кран суымен бірнеше рет жуып, дистилденген сумен шаю керек. Осыдан кейін бюретка титрант ерітіндісімен шайылады. Сонан кейін бюреткаға толтырып титрант құйып, төменгі жағындағы пипеткадағы ауаны ығыстырып шығарады да, шүмекті алып тастап нольді сәйкестендіреді. Осыдан кейін титрант құйылған бюретка титрлеуге дайын болады.

Титрлеуді реакцияның эквиваленттік нүктесіне жеткенде тоқтатады. Эквиваленттік нүктені анықтау тәсілі екі түрге бөлінеді::

- визуалды анықтау (индикатордың түсінің өзгеруі бойынша);

- ерітіндінің физика-химиялық қасиеттерінің өгерісін өлшеу арқылы.

Титрлеуді тоқтатқан соң бюретка бойынша титрлеуге жұмсалған титранттың көлемін жазып алады. Титрлеуді қатарлас (параллель) үш рет жүргізіп титранттың титрлеуге жұмсалған орташа көлемін есептейді. Титрлеуге жұмсалған титранттың көлемдерінің айырмашылығы 0,1 мл аспауы керек. Егер айырмашылық үлкен болса, титрлеуді қайталау қажет.

Титриметриялық анализ әдістері титрлеу кезінде жүретін химиялық реакция типіне қарай үш топқа бөлінеді:

- и о н д а р қ о с ы л у реакциясына негізделген әдістер;

- т о т ы ғ у-т о т ы қ с ы з д а н у реакциясына негізделген әдістер;

- к о м п л е к с т ү з у реакциясына негізделген әдістер.

Бірінші топқа бейтараптану реакциясына негізделген қышқылдық-негіздік титрлеу және тұнбаға түсіру арқылы титрлеу жатады.

Бейтараптану реакциясының қысқаша иондық теңдеуі:

ОН^- + Н⁺ = Н₂О

Қышқылдық-негіздік титрлеу екі түрге бөлінеді:

Қышқылдық-негіздік титрлеу әдістерінің титранттары стандартталады. Өйткені олардың ертінділерінің концентрациялары ұзақ сақталғанда өзгереді. Қажет ертіндісі алдымен концентрциясы жуық түрде даярланады да, дәл концентрациясы стандарт ертінді бойынша анықталады.

t^o

Са(НСО₃)₂ " СаСO₃ ↓ + СО₂ + Н₂О

t^o

2Мg(НСО₃)₂ " (МgОН)₂СО₃ ↓ + 3СО₂ + Н₂О
Уақытша кермектік судың жалпы кермектігінің тек бір бөлігі. Тұрақты кермектікті кальций мен магнийдің хлоридтері мен сульфаттары туғызады. Тұрақты кермектік суды қайнатқанда жойылмайды. Уақытша кермектік пен тұрақты кермектіктің қосындысы жалпы кермектікті құрайды.
Әдістің мәні. Суды индикатор метилоранж қатысында титрант НСІ-мен титрлеу барысында кальций мен магнийдің бикарбонаттары тұз қышқылымен әрекеттеседі:

Са(НСО₃)₂ + 2НСI " СаСI₂ + СО₂ + Н₂О

Мg(НСО₃)₂ + 2НСI " МgСI₂ + СО₂ + Н₂О

Реакцияның эквиваленттік нүктесіне жеткеннен кейін тұз қышқылының артық қосылған бір тамшысынан метилоранж малина түске боялады. Осы сәт титрлеудің соңы болып табылады. Титрлеу тоқтатылып титрлеуге жұмсалған титрант көлемі жазылып алынады.

1. Натрий тетраборатының (Nа₂В₄О₇·10Н₂О-бура) стандарт ертіндісін даярлау.

2. Тұз қышқылының титрантын (жұмыс ерітіндісін) дайындау.

3. Тұз қышқылының ерітіндісін бураның стандарт ерітіндісі бойынша стандарттау.

4. Суды стандартталған НСI ертіндісімен титрлеу.

5. Судың уақытша кермектігін есептеу.

Натрий тетрабораты күшті негіз бен әлсіз қышқылдан түзілген тұз болғандықтан суда ерігенде гидролизденеді:

Гидролиз нәтижесінде натрий гидроксиді түзіледі, оны тұз қышқылымен титрлеуге болады:

2NаОН + 2НСI " 2NаСI + 2Н₂О

Титрлеу барысында бураның гидролизінің тепе-теңдігі оңға ығысып гидролиз толық аяғына дейн жүреді. Екі теңдеуді бір-біріне қосса титрлеу реакциясының теңдеуі жалпы түрде былай жазылады:

100 мл (0,1 л) 0,1 н натрий тетрабораты ертіндісін даярлау керек делік. Есептеулер жүргізу үшін алдымен бураның эквиваленттік массасы анықталады:

Аналитикалық таразымен сағат шынысына (фарфор тостағаншаға) 0,0002 г дәлдікпен 2 г-ға жуық бураны өлшеп алады. Оны өлшеуіш колбаға (100 мл-лік) салып, шыны табақшаны дистилденген сумен шайып, колбаның ортасына дейін су құйып ерітеді. Комната температурасында бура суда нашар ериді, сондықтан жылы суда еріту қажет. Тетраборат толық еріген соң, колбадағы судың көлемін шекті белгіге дейін жеткізеді.