VI. Титриметрический (объемный) анализ
(объемного) анализа
Титриметрический анализ — это количественное определение
компонента в исследуемом образце, осуществляемое точным
измерением объемов веществ, вступающих в реакцию, концентрация
одного из них обязательно должна быть точно известна. Раствор,
содержание растворенного вещества в котором точно известно,
называется стандартным раствором или титрантом.
При анализе стандартный раствор чаще всего помещают в бюретку
и осторожно, малыми порциями приливают его к исследуемому
раствору до достижения точки эквивалентности. Постепенное
добавление раствора известной концентрации (титранта) до достижения
точки эквивалентности называется титрованием.
Точка эквивалентности — это момент окончания реакции в титриметрическом анализе. Для того чтобы можно было заметить достижение точки эквивалентности, в исследуемый раствор перед титрованием прибавляют вспомогательный реактив, называемый индикатором.
В точке эквивалентности, т. е. когда количество прореагировавших веществ строго эквивалентно, индикатор изменяет свою окраску. Иногда точку эквивалентности устанавливают по изменению окраски раствора реагирующих веществ в момент окончания реакции.
Более точно точка эквивалентности фиксируется с помощью
индикаторов инструментального типа. В этом случае используются
приборы, фиксирующие рН, электрическую проводимость раствора,
окислительно-восстановительный потенциал и другие свойства среды.
Для титрования выбирают реакции, которые идут с большой
скоростью и окончание которых можно точно определить. Реакции
должны быть необратимыми, и прибавляемый стандартный раствор
должен расходоваться только на реакцию с определяемым
компонентом.
В зависимости от типа реакций, используемых в титриметрическом
анализе, различают следующие основные методы:
1) метод нейтрализации (кислотно-основный метод), в основе
которого лежит реакция нейтрализации;
2) метод окисления — восстановления (редоксметрия), в котором
используется окислительно-восстановительная реакция;
3) метод осаждения, основанный на реакции, которая
сопровождается образованием осадка. О количестве анализируемого
вещества судят по объему рабочего раствора, израсходованного на
титрование, а образующийся осадок не исследуется;
4) метод комплексонообразования, основанный на реакции
образования прочного комплексного соединения определяемого иона со
стандартным раствором.
По способу титрования в химическом анализе используются
следующие методы: прямого, обратного и заместительного титрования.
При прямом титровании раствор исследуемого вещества
непосредственно титруют стандартным раствором.
При обратном титровании к исследуемому раствору добавляют в
избытке определенный объем третьего вещества известной
концентрации, реагирующего с исследуемым веществом в
эквивалентном количестве. Избыток третьего вещества оттитровывают
стандартным раствором.
Заместительное титрование применяют, если определяемые ионы
не взаимодействуют со стандартным раствором или реагируют со
стандартным раствором, но не в стехиометрическом отношении.
Для титрования используются растворы, концентрация которых
выражается в моль эквивалентах реагента в 1 л (нормальная
концентрация или молярная эквивалентная концентрация вещества). Иногда концентрацию выражают через титр, т. е. количество граммов растворенного вещества в 1 мл раствора.
Раствор с точно установленной концентрацией, используемый для
титриметрических определений, называют рабочим титрованным
раствором. Для приготовления рабочих титрованных растворов
применяют установочные вещества, которые имеют строго
определенный химический состав, не изменяющийся в процессе
приготовления и хранения.
В основе расчетов результатов титриметрических определений
положен закон эквивалентов, в соответствии с которым вещества,
реагирующие друг с другом, взаимодействуют в количествах,
пропорциональных их химическим эквивалентам:
Сэ1 V1 = Сэ2 V2
n1 = n2
где n1, n2 - количество моль эквивалентов анализируемого
вещества и титранта; Сэ — нормальность раствора (молярная эквивалентная концентрация), моль экв/л; V — б ъем раствора, мл;
. Растворы одинаковой нормальности реагируют друг с другом равных объемах. Поэтому, если на титрование
объема Vl анализируемого раствора затрачен известный объем V2
рабочего створа (титранта), то между значениями нормальности обоих
створов (соответственно Сэ1, и Сэ2) и объемами (V 1 и V2) существует
простое соотношение
Сэ1 V1 = Сэ2 V2
Отсюда нормальная концентрация анализируемого вещества (Сэ1):
Сэ1 = V2 Сэ2 / V1 .
Для точного измерения объемов жидкостей в объемном анализе
используют мерные колбы, пипетки и бюретки. Желательно при работе
с новой мерной посудой проверить ее вместимость, поскольку при
серийном калибровании измерительных сосудов заводе могут быть
допущены ошибки.
Вся посуда, применяемая в объемном анализе, должна быть
тщательно вымыта хромовой смесью, простой водой и несколько раз
ополоснута дистиллированной водой. Перед заполнением титрованным
раствором бюретки необходимо ополоснуть ее несколько раз
небольшими порциями этого раствора. Необходимо следить за тем,
чтобы в кончике бюретки не было пузырьков уха.
Процесс титрования:
Анализируемый раствор отбирается пипеткой, которая
споласкивается 2 - 3 раза этим же раствором. Титрование обычно ведут
в плоскодонных конических колбах на 100 или 250 мл. В колбу
помещают отмеренную пипеткой порцию анализируемого раствора,
добавляют, если это необходимо, индикатор и ведут титрование,
выливая из бюретки рабочий раствор. После прибавления каждой
порции раствора жидкость в колбе перемешивают круговыми
движениями. При титровании раствор из бюретки не должен
выливаться слишком быстро. Вблизи конечной точки титрования
раствор из бюретки необходимо приливать особенно осторожно, не
более чем по одной капле. Если при титровании наступает момент,
когда нельзя быть уверенным, что достигнута конечная точка, то
следует записать показание бюретки, прибавить одну каплю рабочего
раствора и наблюдать, происходит ли заметное изменение в окраске
титруемого раствора.
Обычно при первом титровании устанавливают приблизительный
объем титранта. При повторном титровании быстро приливают
примерно 90 % титранта, а затем раствор из бюретки прибавляют по
каплям, чтобы точно установить момент конца титрования — точку
эквивалентности. Затем делают по бюретке точный отсчет объема
израсходованного раствора. Анализируемый раствор титруют не менее
трех раз и для расчетов берут среднее значение объема
израсходованного титранта.