Кислотно-основное, комплексно-метрическое и осадительное титрование (стр. 1 из 2)
Содержание
1. КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ
1.1 Сущность и классификация методов кислотно-основного титрования
1.2 Индикаторы в кислотно-основном титровании
2. КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
3. ОСАДИТЕЛЬНОЕ ТИТРОВАНИЕ
3.1 Сущность и классификация методов осадительного титрования
3.2 Способы обнаружения конечной точки титрования
3.3 Аргенометрия
3.4 Тицианометрия
1. КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ
1.1 Сущность и классификация методов кислотно-основного титрования
В основе кислотно-основного титрования положена реакция взаимодействия ионов водорода или гидроксония с гидроксид-ионами:
Н+ + ОН- = Н2О, Н3О+ + ОН- = 2Н2О
При помощи этого метода определяют кислоты, основания, соли, способных гидролизоваться в водных растворах, а также их смеси, азот, серу в органических соединениях, некоторые органические соединения (формальдегид, спирты и др.).
В качестве титрантов в кислотно-основном титровании применяют в основном растворы сильных кислот (НС1, Н2SО4) и сильных оснований (КОН, NaOH).
В зависимости от природы титранта кислотно-основное титрование включает два основных метода: ацидиметрия иалкалиметрия. В ацидиметрии титрантом служит раствор кислоты, а применяют ее для определения различных оснований. В алкалиметрии титрант - раствор щелочи, а применяется для определения кислот,
Титранты кислотно-основного титрования относятся к титрантам второго типа - стандартизированные или с установленным титром (см.3.3). В качестве исходных веществ для установления титра рабочих растворов кислот используют тетраборат натрия (Na2B4O7*10H2O) или карбонат натрия безводный (Na2CO3), а для установления титра растворов щелочей – щавелевую (Н2С2О4*2Н2О) или янтарную (Н2С4Н4О4) кислоту.
Кислотно-основное титрование не сопровождается внешним эффектом, а лишь изменением рН. Реакция среды в точке эквивалентности определяется природой взаимодействующих кислот и оснований.
В кислотно-основном методе титрования различают три случая титрования:
1. Титрование сильной кислоты сильной щелочью и наоборот:
НСl + NaOH = NaCl + H2O; H+ + OH- = H2O
Точка эквивалентности находится в нейтральной среде (рН=7), т.к. образующаяся соль не подвергается гидролизу.
2. Титрование слабой кислоты сильной щелочью:
СН3СООН + NaOH= CH3COONa+ H2O
В ионном виде:
СН3COOH+ OH- = CH3COO- + H2O
В точке эквивалентности образуется соль слабой кислотой и сильного основания, которая вступает в реакцию гидролиза:
СH3COONa+ HOH↔ CH3COOH+ NaOH
В ионном виде:
СН3СОО- + НОН ↔ СН3СООН + ОН-
В растворе накапливаются ионы ОН- и точка эквивалентности будет находиться в щелочной среде (рН > 7 ), не совпадая с точкой нейтральности.
3. Титрование слабого основания сильной кислотой:
NH4OH+ HCl= NH4Cl+ H2O
В ионном виде:
NH4OH+ H+ = NH4+ + H2O
Образующаяся соль слабого основания и сильной кислоты (NH4Cl) подвергается гидролизу, и в растворе накапливаются ионы Н+, что вызывает смещение точки эквивалентности в кислую среду. Следовательно, и в третьем случае точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности.
Поскольку кислотно-основное титрование не сопровождается внешним эффектом, например, изменением окраски, для фиксирования точки эквивалентности применяют индикаторы.
1.2 Индикаторы в кислотно-основном титровании
титрование осадительный тицианометрия индикатор
Индикаторы кислотно-основного титрования представляют собой слабые органические кислоты и основания, у которых молекулярная и ионная формы отличаются окраской. В процессе диссоциации эти две формы находятся в равновесии. Изменение рН в кислотно-основном титровании нарушает равновесие процесса диссоциации индикатора, что вызывает накопление в растворе одной из форм индикатора, окраску которой можно визуально наблюдать. Окраска двух форм кислотно-основных индикаторов представлена в таблице 1.
Таблица 1
Окраска некоторых индикаторов
| Индикатор | Окраска недиссоциированных молекул | Окраска анионов |
| Метиловый оранжевый | красная | желтая |
| Метиловый Красный | красная | желтая |
| Фенолфталеин | бесцветная | малиновая |
| Лакмус | красная | синяя |
Для каждого индикатора есть свой интервал значений рН, в пределах которого индикатор изменяет свою окраску. Этот интервал называется областью перехода окраски индикатора. Окраске индикатора, при которой заканчивают титрование, отвечает определенное значение рН, лежащее внутри области перехода, которое называют показателем титрования этого индикатора.
Важнейшие индикаторы имеют следующие области перехода и показатели титрования:
Область перехода Показатель титрования (рТ) рН рТ
Метиловый оранжевый 3,1 – 4,4 4,0
Метиловый красный 4,4 – 6,2 5,5
Лакмус 5,0 – 8,0 7,0
Фенолфталеин 8,0 – 10,0 9,0
Для правильного выбора индикатора в различных случаях титрования необходимо знать предел скачка рН на кривой титрования. Для каждого случая титрования пригодны только те индикаторы, показатели титрования которых входят в пределы скачка рН на кривой.
Предел скачка рН для случая титрования сильной кислоты сильной щелочью составляет 4 – 10. Так как рТ всех индикаторов входят в предел скачка рН, фиксирование точки эквивалентности для данного случая титрования возможно всеми вышеперечисленными индикаторами.
Предел скачка рН для случая титрования слабой кислоты сильным основанием составляет 8 – 10. В этот предел скачка рН входит только рТ индикатора фенолфталеина. Для данного случая титрования точку эквивалентности можно зафиксировать только с фенолфталеином.
Предел скачка рН для случая титрования слабого основания сильной кислотой составляет 4 – 6,2. В этот предел скачка рН входят рТ метилового оранжевого и метилового красного с помощью которых можно точно зафиксировать точку эквивалентности для данного случая титрования.
2. КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
Сущность метода комплексонометрии:
Комплексонометрия (хелатометрия) – метод титриметрического анализа, основанный на реакциях взаимодействия определяемых ионов металла с органическими реагентами (комплексонами) с образованием растворимых, бесцветных прочных внутрикомплексных соединений.
Комплексоны - органические соединения, производные аминополикарбоновых кислот, простейшей из которых является иминодиуксусная кислота
CH2COОН
H – N
CH2COOН
Наиболее распространены следующие комплексоны:
Комплексон I, или нитрилотриуксусная кислота
CH2COОН
HOOCH2C – N
CH2COOН
Комплексон II, или этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА),
НOOCH2C CH2COOНN- CH2 - CH2 – N
НOOCH2С CH2COOН,имеющая бетаионовое строение (два протона связаны с атомами азота)
OOCH2CН+Н+CH2COO-
N- CH2 - CH2 – N
НOOCH2С CH2COOН,Эту четырехосновную кислоту часто сокращенно обозначают символом Н4Y.
Вследствие низкой растворимости в воде сама кислота не подходит для приготовления раствора титранта. Для этого обычно используют дигидрат ее двунатриевой соли Na2H2Y*2H2O (комплексон III)
НOOCH2C CH2COONa
N- CH2 - CH2 – N
NaOOCH2С CH2COOН,
Комплексон IIIназывают также ЭДТА (этилендиаминтетраацетат), трилон Б, который наиболее широко используется в титриметрии. Комплексонов в настоящее время известно несколько десятков, но они применяются редко.
Высокая устойчивость комплексов металлов с ЭДТА обусловлена наличием в молекуле ЭДТА шести функциональных групп с донорными атомами азота и кислорода, посредством которых молекула ЭДТА связана с ионом металла с образованием симметричной малонапряженной структуры с несколькими пятичленными циклами. Комплекс трилона Б с ионами металлов образуются путем замещения металлом атомов водорода карбоксильных групп и взаимодействия катиона с атомами азота аминогрупп. Комплекс трилона Б с ионами двухвалентных металлов схематично можно представить так
Ме
OOCH2C CH2COONa
N- CH2 - CH2 – N
НOOСH2CCH2COO
Трилон Б используется для определения многих ионов металлов Ca2+, Mg2+,Ba2+, Co2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Al3+ и другие.
Реакции взаимодействия различных катионов с ЭДТА в растворе можно представить уравнениями:
Me 2+ + H2Y2- = MeY2- + 2H+
Me 3+ + H2Y2- = MeY- + 2H+
Me 4+ + H2Y2- = MeY + 2H+
H2Y2- - аниондвунатриевойсолиЭДТА. Из уравнений видно, что независимо от заряда катиона образуются комплексы с соотношением компонентов 1:1. Следовательно, молярная масса эквивалента ЭДТА и определяемого иона металла равны их молекулярным массам.
Степень протекания реакции зависит от рН и константы устойчивости комплексоната. Катионы, образующие устойчивые комплексонаты, например,
Fe (III), могут быть оттитрованы в кислых растворах. Ионы Са(II), Mg(II) и другие, образующие сравнительно менее устойчивые комплексонаты, титруют при рН 9 и выше.