Жақыпбек Жібек тфп213 3-тапсырма(9аптаның тапсырмасы)
Титрлеу әдісінің техникасы. Пипеттендіру әдісі, жеке өлшемдер әдісі. Тура және қайтымды титрлеу арқылы зерттейтін заттың концентрациясын есептеу
жүктеу/скачать 0,93 Mb.
|
Жақыпбек Жібек тфп 213, 9 апта тапсырмасы
| 6.Титрлеу әдісінің техникасы. Пипеттендіру әдісі, жеке өлшемдер әдісі. Тура және қайтымды титрлеу арқылы зерттейтін заттың концентрациясын есептеу.
Титриметрия әдісі-жүйе құрамындағы зат мөлшерін анықтауға кең қолданылады.Әдіс концентрациясы белгілі заттың концентрациясы анықталуға тиісті затпен эквивалентті түрде әрекеттесуіне негізделген.Титрлеу - қосылатын реагенттің мөлщері анықталатын қосылыстың мөлшеріне эквивалентті болған мерзімге дейін стандартты ерітіндіні анықталатын ерітіндіге қосу процесі.Титриметрия әдісі сандық талдаудың ең маңыздыларының бірі болып саналады,олар өте қарапайым және сол себептен кеңінен қолданылады.Титриметриялық әдіс анықтайтын затпен реакцияласуға жұмсалатын реактивтің мөлшерін дәл өлшеуге негізделген. Жиі реактивтің мөлшерін табу үшін концентрациясы белгілі ерітіндінің әрекеттесуге кеткен көлемін анықтайды, сондықтан бұл әдіс көлемдік анализ деп те аталады.Титр - 1 мл ерітіндідегі еріген заттың грамм не милиграмм мөлшері. Титрі анық белгілі ерітіндіні титрленген, не стандартты ерітінді дейді.Титриметриялық анализ әдістерін химиялық реакциялардың түріне қарай бөледі. Бұл реакциялар: протондар алмасатын, электрондар алмасатын, аз диссоциацияланатын бөлшектер түзетін және нашар еритін қосылыстар түзетін реакциялар. Осыған байланысты титриметриялық анықтауды мынадай әдістерге бөлуге болады: Қышқыл-негіздік титрлеу (протолитометрия); Тотығу-тотықсыздану титрлеуі (редоксиметрия); Комплексометриялық титрлеу (комплексометрия); Тұнба алып титрлеу (седиметрия). Титриметриялық әдістерді титрлеу жолына қарап та бөледі: Тікелей титрлеу әдісі - анықтайтын зат концентрациясы белгілі ерітіндімен титрленеді.Ауыстыру (жанама) әдісі - бұл әдіс анықтайтын зат пайдаланатын реагентпен әрекеттеспейтін, не реакция стехиометриялық жолмен жүрмейтін жағдайда пайдаланылады. Мысалы, кальций иондарын перманганатометрия әдісімен анықтау. Кальций иондарын қымыздық қышқылы аниондарымен тұнбаға түсіреді: Ca2+ + C2O42- -- CaC2O4↓ Жуылған тұнбаны күкірт қышқылында ерітеді: CaC2O4↓ + 2H3O+ -- H2C2O4 + Ca2+ + 2H2O Пайда болған қымыздық қышқылын калий перманганаты ерітіндісімен титрлейді: 5H2C2O4 + 2MnO4- + 6H3O+ -- 10CO2 + 2Mn2+ + 14H2O 3) Кері титрлеу әдісі - анализдейтін ерітіндіге артық мөлшерде алынған титранттың белгілі көлемін құяды, яғни анықтайтын компонентпен реакция толық жүргеннен кейін ерітіндіде титранттың бос мөлшері қалады. Реакцияласпай қалған титранттың мөлшерін концентрациясы белгілі басқа ерітіндімен титрлейді. Алғашқы қосылған титранттың көлемі мен оның реакцияласпай артық қалған көлемінің арасындағы айырмашылық титранттың анықтайтын затпен әрекеттесуге кеткен көлемін көрсетеді.Қышқыл-негіздік титрлеу қышқылдар мен негіздердің арасындағы нейтралдау реакциясына негізделген.Пайдаланатын титрантқа байланысты бұл әдісті алкалиметриялық (титрант-негіз) және ацидиметриялық (титрант-қышқыл) титрлеу деп екіге бөлінеді. Ацидиметриялық титрлеу күшті, әлсіз негіздерді, негіздік тұздарды, негіздік қасиет көрсететін әлсіз қышқылдардың тұздарын анықтауда қолданылады. Алкалиметриялық титрлеумен күшті және әлсіз қышқылдарды, қышқыл тұздарды, қышқылдық қасиет көрсететін әлсіз негіздердің тұздарын анықтайды.Тотығу-тотықсыздану титрлеуі- талданатын заттармен жұмысшы титрлеуші ерітінді арасындағы тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген.Оларды әртүрлі тотықтырғыштардың (C2O72-, MnO4-, ClO3-,Fe3+) немесе тотықсыздандырғыштардың (C2O42-, NO2-, S2-) ерітінділердегі концентрацияларын анықтау үшін қолданады. Бұлардың ішінде көп қолданылатындары.Перманганотометрия - реакцияларда тотықтырғыш ролін тқаратын калий перманганатының KMnO4 жұмысшы титрлеуші ерітіндісі қолданылады.Иодометрия - бос күйіндегі иод I2 реакцияларда тотықтырғыш, ал I- ионы тотықсыздандырғыш ретінде және индикатор ретінде крахмал ерітіндісі қолданылады.Редоксиметриялық әдістердің бромометрия - тотықтырғыш ретінде бос күйіндегі Br2, броматометрия - калий броматы KBrO3, хроматометрия - анықталатын зат ерітіндісі мен калий дихроматы K2Cr2O7 титрленген ерітіндісі арасындағы тотығу процесі және т.б. әдістер.Комплексонометриялық титрлеу аз ионданатын комплексті иондардың (немесе молекулалардың) түзілуіне негізделген титриметриялық анықтаулар. Бұл әдістердің көмегімен әртүрлі катиондарды және аниондарды анықтауға болады. Бұл әдісте металл иондарын титрант ретінде лигандтарды алып титрлейді. 7. Қышқыл-негіздік титрлеу әдісі. Бұл әдіспен анықталатын заттар. Стандартты заттар. Титрлеу қисықтары. Титрлеу секірісі, оған әсер ететін факторлар. Көп протонды қышқылдар мен негіздердің титрленуі. Тұздардың титрленуі. Сусыз ортады қышқыл-негіздік титрлеу. Қышқыл-негіздік титрлеу қышқыл мен негіздің әсерлесуіне негізделген: НА + МОН = МА + Н2О не Н+ + ОН- = Н2О Титрант ретінде күшті қышқыл не күшті негіз қолданылады. Егер қышқылмен титрлесе, онда ацидиметрия деп, ал негізбен титрленсе, алкалиметрия деп аталады. Тура титрлеу әдісі арқылы қышқыл мен негіздің, не олардың құрамына кіретін элементтердің мөлшерін анықтайды.Кері титрлеу әдісі арқылы кей тұздардың (мысалы, кальций не аммоний тұздарының) мөлшерін анықтайды. Қышқыл-негіздік титрлеу арқылы заттың 0,10% массасын анықтайды, бұл әдіс 0,50% салыстырмалы қате жібереді. Бұл әдісте қышқыл-негізді индикаторлар қолданылады. Қышқыл-негізді титрлеуде мына титрлеу түрлері қолданылады: 1. Күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу; 2. Әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеу; 3. Күшті негізді күшті қышқылмен титрлеу; 4. Әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеу; 5. Әлсіз қышқылды әлсіз негізбен(не керісінше)титрлеу. Бұл әдісті қолданып, тамақтық қышқылдардың (сірке қышқылының, лимон қышқылының, сүт қышқылы және алма қышқылдарының) мөлшерін анықтауға болады.Заттың мөлшерін анықтау үшін бюреткадағы титранттан (қышқылдың, не негіздің стандартты ерітіндісі) анықталатын затқа индикатор түрі өзгергенше тамшылатылады. Күшті қышқыл мен күшті негіз әрекеттескенде эквивалент нүктеде рН = 7, әлсіз қышқылды күшті негізмен титрлегенде эквивалент нүкте рН > 7 (неге?), әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлегенде э.н. рН<7 болады (неге?). CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O әлсіз қышқыл CH3COO- + H2O↔ CH3COOH + ОН- , рН>7 NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O әлсіз негіз NH4+ + H2O↔NH4OH + H+ , рН<7 HCl + NaOH = NaCl + H2O рН = 7 күшті күшті қышқыл негіз Н+ + ОН- = Н2О, рН = 7 Қышқыл-негізді титрлеу кезінде индикаторды дұрыс таңдап алу қажет, себебі олар түстерін әр түрлі рН-да өзгертеді. Ол үшін титрлеу қисығын құру керек. Титрлеу қисығын құру үшін оны 4 бөлікке бөледі: 1. Титрлеуге дейінгі; 2. Титрлеу секірісінің басталуына дейінгі; 3. Титрлеудің секірісі және эквивалент нүктесін қосып; 4. Титрлеудің секірісінен кейінгі. 1. Титрлеуге дейінгі бөлік үшін рН-ты титрленуге тиісті заттың (қышқылдың, негіздің) концентрациясы арқылы (күшті электролиттер үшін) не диссоциация константасы (әлсіз электролиттер үшін) арқылы анықтайды. рН = - lg[H+] = - lgСНА күшті қышқыл үшін рОН = - lg[ОH-] = - lgСМОН күшті негіз үшін, рН=14- рОН; әлсіз қышқыл [H+] = √КНА∙СНА әлсіз негіз [H+] = Ксу/√КМОН ×СМОН Титрлеудің осы 5 түріндегі рН-ты есептеуді қарастырса: I, IIІ – күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу және күшті негізді күшті қышқылмен титрлеу (титрлеу қисықтары бір-біріне қарама-қарсы болады). 1. Титрлеуге дейінгі рН-ты: рН = - lg[H+] = - lgСНА; рОН = - lg[ОH-] = - lgСМОН; рН = 14- рОН формулалары арқылы анықтайды. 2. Эквивалент нүктесіне дейін рН мына формулалармен есептеледі: [H+] = (VНА-VМОН)∙СНА/VНА+ VМОН [ОH-] = (VМОН-VНА)×СМОН /VМОН +VНА 3. Эквивалент нүктеде рН = 7 4. Эквивалент нүктеден кейін рН мына формулалармен есептеледі: [H+] = Ксу (VНА + VМОН)/VМОН (артық мөлшері)×СМОН [ОH-] = Ксу (VМОН + VНА)/VНА (артық мөлшері)×С НА II, IV – әлсіз қышқылды күшті негізбен (не керісінше) титрлегендегі титрлеу қисығын құру үшін рН есептеу: рН-ты есептегенде Н+- концентрациясын ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына теңестіруге болмайды, себебі оның негізгі массасы иондалмаған молекула күйінде болады да тек аз бөлігі ғана Н+ (ОН-) ионы күйінде жүреді. Титрлеу қисығын құру үшін 3 формула қолданылады: 1. Титрлеуге дейінгі рН-ты есептеу, яғни әлсіз қышқыл ерітіндісіндегі; 2. Титрлеу процесі кезіндегі рН есептеу, яғни ерітіндіде әлсіз қышқыл мен оның тұзы болғанда; 3. Эквивалент нүктедегі рН-ты есептеу, яғни ерітіндіде тек әлсіз қышқыл мен күшті негіздің тұзы болғанда. V - әлсіз қышқылды әлсіз негізбен (не керісінше) титрлеу. Сонымен: а) әлсіз қышқылда ерітіндіде аздап диссоциацияға түсетіндіктен, оның диссоциация константасы болады – Кd. Н+ және An- концентрациялары өзара тең, ал HAn концентрациясы ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына тең, яғни CHАn. (9) формуласынан [H+] = √КНА∙СНА, H+ - концентрациясын есептеп, рН-ты (12) формула бойынша табады: pH = 1/2pKHAn – 1/2lgCHAn, мұндағы pKHАn = - lgKHAn. б) тұз толық диссоциацияға түсетіндіктен, CAn- = CMeAn, олай болса, pH = pKHAn – lg CHAn/CAn- Осы формула арқылы титрлеу қисығының ортадағы нүктелерін есептейді. в) MeAn әлсіз қышқыл мен күшті негіз тұзы гидролизге ұшырайтындықтан, эквивалент нүктедегі рН-ты, гидролиз реакциясының константасын жазып, Ксу арқылы pOH = 7 – 1/2 pKHAn + 1/2lgCAn- есептеп, рН = 14− рОН табады, Кгидр. = Ксу/КНАn екені белгілі. Эквивалент нүктедегі рН мәнін былай да есептеуге болады: рН = 7 + 1/2pKHAn + 1/2lgCAn-. Эквивалент нүктеге дейін титрлеу кезіндегі ерітінді буферлі қоспа болады, яғни қышқыл + сол қышқылдың тұзы, сондықтан титрлеу процесінде рН ақырын және біртіндеп өзгереді. Титрлеу қисығының секіріс облысының ерекше практикалық маңызы бар. Ол облыс 0,1мл титрленбеген әлсіз қышқыл қалған және 0,1мл сілті ерітіндісінің артық мөлшері құйылған аралықтағы рН мәндерін қамтиды. Сонда секіріс басталатын нүктеде рН = 4,76 – lg0,1/99,9 = 4,76 – (−3) = 7,76 болады, pKHAc = 4,76. Егер 0,1н сірке қышқылын (НАс) 0,1н натрий гидроксидімен титрлесе, эквивалент нүктедегі рН = 7 + 4,76/2 + 1/2lg0,1 = 8,88 болады. Енді NaOH-тың артық мөлшері құйылғанда рН мәні ОН- концентрациясы арқылы анықталады, яғни секіріс аяғында 0,1н сілтінің 0,1мл-де 10-4 моль/л ОН- болады, онда рН = 10. Келесі нүктелер де сілтінің артық мөлшерімен анықталады. Сонымен секіріс нүктесі рН 7,76-10 аралығында, сондықтан индикатор ретінде тек фенолфталеин алынады, оның рТ = 9. Сонымен, қышқыл әлсізірек болған сайын титрлеу қисығындағы рН-тың секіріс мәні де аз болады. Сол сияқты әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлегенде де титрлеу қисығындағы секіріс мәні аз болады, бұл жағдайлар индикатор таңдауының мүмкіндігін азайтады. V - әлсіз қышқылды әлсіз негізбен (не керісінше) титрлеу кезінде тирлеу қисығын құрғанда қышқылдық бөлігі әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеуге, сілтілік бөлігі титрлеу қисығының әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеген бөлігіне сәйкес келеді. Ал эквивалент нүктедегі рН мәні тұз гидролизінің константасы арқылы анықталады: Кгидр.= Ксу/Кнег.Кқышқ.; Кгидр.= Снег.× С қышқ. /Стұз. Осы 2 формуланы пайдаланып, рН анықталады: рН = 7 + 1/2p Kқышқ. – 1/2рКнег.. Егер титрлеу қисығын сызса, рН секіріс мәні жоқ деуге болады, яғни индикатор таңдау өте қиын, сондықтан қышқыл-негіз титрлеу әдісінде ең болмаса бір электролит күшті болуы керек. Титрлеу әдісінде ерітінділердің нормальды концентрациясы қолданылады. Сонымен, титрлеу қисығына қарап мынандай қорытындылар жасауға болады: 1. Түсін тек рН = 7 де өзгертетін индикаторды ғана таңдамауға болады. (HCl + NaOH – үшін э.н. рН = 7 де болады). 2. Тым концентрациясы жоғары, не тым концентрациясы төмен ерітінділерді титрант ретінде алуға болмайды. Концентрациясы көп болса, титрлеу әдісінің қатесі көбейеді, концентрациясы аз болса, титрлеудің секірісі аз болады, сондықтан ерітінді концентрациясы 0,1н оптимальды деп есептеледі. 8. Қышқыл – негіздік индикаторлар. Индикатордың иондық және хромофорлық теориялары. Индикатор түсін өзгертетін ара қашықтығы. Титрлеу көрсеткіші (РТ). Кең тараған индикаторлар, олардың сипаттамасы. Индикаторлық қателер, оларды есептеу. Сусыз ерітінділердегі соңғы титрлеу нүктені анықтау. Карбонат пен натрий гидроксидінің қоспасын анықтау. Титрлеудің соңғы нүктесін әртүрлі тәсілдермен анықтауға болады. Іс жүзінде жиі қолданылатын тәсілдердің бірі - индикаторлық тәсіл. Яғни, титрлеудің соңғы нүктесі индикатор түсінің өзгеруімен анықталады. Индикатор дегеніміз - эквиваленттік нүктеде немесе оған жақын нүктеде өзінің түсін өзгертетін әлсіз органикалық қышқылдар немесе негіздер. Индикаторды дұрыс таңдаған жағдайда, эквиваленттік нүкте титрлеудің соңғы нүктесіне сәйкес келеді. Қышқылдық-негіздік титрлеу әдісінде қышқылдық-негіздік немесе рН индикаторлар пайдаланылады, бұл индикаторлар ерітіндінің рН мәніне тәуелді түсін өзгертеді, мысалы: фенолфталеин, метил қызыл сарысы (метилоранж), лакмус, метилқызыл т.б. Индикаторларға қойылатын шарттар: 1. Индикаторлар эквиваленттік нүктеде немесе оған жақын нүктеде өзінің түсін өзгертуі тиіс, осы жағдайда титрлеу қатесі төмен болады. 2. Индикатор титрантпен жоғары жылдамдықта әрекеттесуі тиіс. Индикаторларды сипаттайтын бірнеше теория бар: 1. Иондық теория немесе Оствальд теориясы. Бұл теория бойынша қышқылдық-негіздік титрлеуде пайдаланылатын индикаторлар ерітіндінің рН-ына байланысты өзінің түсін өзгертетін әлсіз органикалық қышқылдар немесе негіздер. Бұл тәсілде индикаторлардың молекула түрі мен ион түрінің түстерінде айырмашылық болады. Мысалы, индикатор лакмусты алсақ, қышқыл ортада түсі - қызыл (молекула түрі), сілтілік ортада түсі - көк (ион түрі). HInd + Н2О -- H3О+ + Ind- молекула түрі ион түрі Егер ерітіндіде Н+ иондарының концентрациясы көбейсе (ерітіндінің рН мәні төмендейді), себебі Н+ + Ind- -- НInd тепе-теңдік оңнан солға ығысады. Молекула түрі (HInd) түзіледі, ерітінді қызыл түске боялады (орта қышқылдық). Егер ерітіндіде ОН- иондарының концентрациясы көбейсе (ерітіндінің рН мәні жоғарылайды), себебі ОН- + H3О+ -- 2Н2О тепе-теңдік солдан оңға ығысады, ерітіндіде Ind- концентрациясы көбейеді. Ион түрі (Ind-) түзіледі, ерітінді көк түске боялады (орта сілтілік). 2. Индикаторлардың хромофорлы теориясы. Қышқылдық-негіздік индикаторлардың, яғни органикалық қосылыстардың түстерінің болуы олардың құрамындағы белгілі топтардың болуына байланысты, бұл топтар хромофорлы топтар деп аталады. Хромофорлы топтарға: карбонил (С=О), нитрозо (-N=O), азотобы ( - N=N - ), хиноид тобы жатады. Органикалық қосылыстардың құрамында хромофорлардан басқа түстерін қанықтыра түсетін ауксохромдар болады. Ауксохромдарға: - NH2, - OH, - OCH3 т.б. жатады. Бұл теория бойынша Н+ немесе ОН- иондарының әсерінен, молекулалардың құрылысы ішкі молекулалық топтасуға түседі, нәтижесінде индикатордың түсі өзгереді. Хромофорлы теория бойынша ерітіндінің рН өзгеруіне байланысты қышқылдық-негіздік индикатордың құрылысы өзгереді. Бұл құбылыс индикатордың ерітіндіде әртүрлі таутомерлі түрде болуына байланысты. 3. Қышқылдық-негіздік индикаторлардың ионды-хромофорлы теориясы. Бұл теория алғашқы екі теорияны біріктіреді. Индикатордың түсінің өзгеруі ерітіндінің рН байланысты. Иондық тепе-теңдіктің және оған сәйкес индикатордың құрылысының өзгеруімен анықталады. Мысалы, фенолфталеинді қарастырсақ: Бұл құрылымдық өзгерістер ерітінділердің рН = 8 - 10 тең болғанда байқалады. Қазіргі кезде 200 жуық қышқылдық-негіздік индикаторлар белгілі. Жиі қолданылатын индикаторлардың бірі - метил қызыл сарысы (метилоранж): Сілтілік ортада сары, ал қышқыл ортада қызыл сары түсті, түсінің ауысу интервалы рН = 3,2 - 4,4 аралығында жатады. Индикатор түсінің ауысу интервалы. Индикатор түсі өзгеретін рН ауданды индикатор түсінің ауысу интервалы деп атайды. Индикатордың түсі оның молекула және ион түрінің қатынасымен анықталады. Индикатордың иондану константасының КНInd мәнін біле тұрып, оның түсі өзгеретін рН ауданын анықтауға болады. Индикатордың молекула және ионданған түрлерінің қатынасы 1/10 немесе 10/1 тең болғанда индикатор түсінің өзгергендігін адам көзбен байқауға болатындығы тәжірибе нәтижесінде анықталған 9. Тотығу-тотықсыздандыру титрлеу әдісі. Титрлеу қисықтары, олардың түріне әсер ететін факторлар: комплекс түзілуі, сутек иондарының концентрациясы, иондық күші. Тотығу-тотықсыздану индикаторлары. Индикаторлық қатаелер. Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері әрекеттесуші заттардың тотығу дәрежесінің өзгеруімен байланысты реакцияларға немесе тотығу-тотықсыздану реакцияларына-редоксиметрия, оксидиметрияға негізделген.Қазіргі уақытта тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері жіктелуі тиісті титрантты қолдануға негізделген.Ең кең тараған тотықтырғыштар перманганат, хромат (бихромат), ванадат, церий (IV), бромат, йодат, йод, темір (III) және т.б. болып табылады. Тотықсыздандырғыштан жиі йод, тиосульфат, йодид, сутек пероксиді, темір (ІІ), аскорбин қышқылы және сирегірек басқа тотықсыздандырғыштар қолданылады. Тотықтырғыш және тотықсыздандырғыштарды тіке және кері титрлеу арқылы,сондай-ақ ауыспалы валенттіктері болмайтын иондарды жанама анықтау үшін редоксиметрия әдісі қолданылады.Жүз мыңнан астам тотығу-тотықсыздану реакциялары белгілі, бірақ оның ішінде төмендегі талапқа жауап беретін реакциялар ғана пайдаланылады: жүктеу/скачать 0,93 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|