Титриметрия как пример химического метода анализа.

Тема № 6

Химическая идентификация

1. Химическая идентификация.

1.1. Методы аналитической химии.

2. Титриметрия как пример химического метода анализа.

2.1. Теоретическая база и основные понятия.

2.2. Способы определения ТЭ. Индикаторы.

1. Химическая идентификация. Это установление вида и состояния фаз, молекул, атомов, ионов и других составных частей вещества на основе сравнения экспериментальных и соответствующих справочных данных для известных веществ.

Химическая идентификация осуществляется методами аналитической химии.

Аналитическая химия — это наука о методах качественного распознавания (идентификации) и количественного определения химического состава веществ. При обнаружениикакого-либо компонента фиксируют появление аналитического сигнала (АС) – образование или растворение осадков, изменение окраски, выделение газа, образование характерных кристаллов, появление линии в спектре и т.д.

Курс аналитической химии подразделяется на качественный анализ и количественный анализ вещества. Кроме этого существует множество классификаций видов и методов анализа по масштабу работы и ее условиям, технике выполнения, объему или массе пробы, природе обнаруживаемых частиц и т.д.

1.1. Методы аналитической химии. В соответствии с этапами анализа методы делятся на методы пробоотбора, разложения проб, разделения компонентов, обнаружения (идентификации) и определения. Гибридные методы сочетают разделение и определение.

Методы обнаружения и определения имеют много общего и различаются по природе явлений, используемых для анализа.

Химические методы основаны на химических (в том числе электрохимических) реакциях, продукты которых обладают свойствами, легко поддающимися визуальному наблюдению (качественный анализ) или количественному определению (количественный анализ).

Физико-химические методы основаны на зависимости физических свойств от химического состава вещества.

Физические методы используют для аналитических целей физические явления и процессы (взаимодействие вещества с потоком энергии).

Физико-химические и физические методы часто объединяют под названием инструментальные методы анализа.

Биологические методы основаны на применении живых организмов в качестве аналитических индикаторов.

Титриметрия как пример химического метода анализа.

2.1. Теоретическая база и основные понятия. Теоретическая основа метода – закон эквивалентов: вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах (n₁ = n₂). Так как n = CV, где С – молярная концентрация эквивалента, а V – объем, в котором растворено вещество, то для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо соотношение: C₁V₁ = C₂V₂.

Следовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ, если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества.

Эквивалент – это реальная или условная часть вещества, которая может быть замещена, присоединена или как-либо еще равноценна одному иону водорода в ионообменных реакциях (или одному электрону в О-В процессах). Фактор эквивалентности (f_экв) – это число, показывающее какая часть вещества эквивалентна одному иону водорода или электрону. Молярная масса эквивалента М_э = f_эквM.

В титриметрии используется молярная эквивалентная концентрация (которая чаще всего называется просто молярной) С = . Еще один способ выражения концентрации, давший название методу – титр: Т = , г/мл.

Чтобы зафиксировать конец реакции, который называют точкой стехиометричности или точкой эквивалентности (ТЭ), раствор с известной концентрацией вещества (его называют титрантом) постепенно, небольшими порциями добавляют к раствору определяемого вещества (его называют титруемым). Этот процесс называется титрованием. После добавления каждой порции титранта в растворе устанавливается равновесие реакции титрования. Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям: 1) быть строго стехиометричной (соответствовать уравнению реакции); 2) протекать быстро; 3) протекать количественно, поэтому константа равновесия должна быть высокой; 4) должен существовать способ фиксирования ТЭ.

Экспериментально конец титрования устанавливают по изменению цвета индикатора или какого-либо физико-химического свойства раствора. Эта точка, называемая конечной точкой титрования (КТТ), в общем случае не совпадает с теоретически рассчитанной ТЭ.

В титриметрии используют реакции всех типов и титриметрические методы классифицируют по названию реакции титрования. Различают: кислотно-основное титрование, О-В титрование или редоксиметрию, осадительное титрование, комплексометрию.

2.2. Способы определения ТЭ. Индикаторы. Различают несколько способов фиксирования ТЭ:

1. Самоиндикация. В ТЭ изменяется цвет раствора или выпадает осадок.

2. Использование специальных индикаторов.

3. Физико-химические способы применяют, когда отсутствует подходящий индикатор.

Индикаторами называются системы, изменяющиеся с изменением концентрации тех или иных ионов в растворе, причем изменение это должно быть легко наблюдаемо. В качестве аналитического сигнала используется изменение цвета (цветные индикаторы), появление или исчезновение флюоресценции (флюоресцентные) или осадка (турбидиметрические). Часто в раствор прибавляют вещества, адсорбируемые осадком и окрашивающие его при этом (адсорбционные индикаторы).

Как правило, индикаторы изменяют свою окраску не точно в ТЭ, а вблизи нее, в КТТ. Поэтому, даже при правильном выборе индикатора допускается погрешность, называемая индикаторной ошибкой титрования.