3.1 Титриметрический анализ
Объёмный или титриметрический метод анализа относится к химическим методам анализа. В его основе лежит проведение химических реакций и установление состояния эквивалентности между взаимодействующими веществами.
Объёмный (титриметрический) анализ основан на измерении объёма раствора реагента (титранта), израсходованного на эквивалентное взаимодействие с определяемым веществом.
Анализ проводится методом титрования.
Титрант (рабочий раствор) – это раствор аналитического реагента с точно известной концентрацией, применяемый для количественного определения веществ.
Растворы с точно известной концентрацией готовят следующими способами:
1. Стандартные растворы готовят по точной навеске вещества (из установочных (стандартных) веществ). Взвешивают рассчитанную по формуле навеску на аналитических весах (с точностью до 4-го знака) и растворяют в определенном объёме дистиллированной воды.
Установочное (стандартное) вещество – это устойчивое, химически чистое соединение точно известного состава, используемое для уточнения концентрации титранта.
2. Растворы из нестандартных веществ готовят приблизительной концентрации методом разведения, а затем, с помощью титрования стандартным раствором определяют точную концентрацию по закону эквивалентов.
3. Раствор титранта можно приготовить из фиксанала – стеклянной запаянной ампулы, содержащей 0,1 моль эквивалента вещества.
Титрование – это добавление раствора реагента (титранта или рабочего раствора) известной концентрации к анализируемому раствору с целью установления количественного содержания определяемого вещества.
Состояние эквивалентности называется точкой эквивалентности (Т.Э.) – это такое состояние системы, при котором число моль эквивалентов реагента (титранта) равно числу моль эквивалентов анализируемого вещества. Т.Э. при титровании обычно определяется с помощью индикатора.
Индикатор – это вещество, присутствующее в системе и вызывающее изменение раствора (изменение цвета, появление осадка и т.д.) в момент наступления состояния эквивалентности.
3.1.1 Способы выражения концентрации растворов и расчеты в объемном анализе
Количественный состав раствора в титриметрическом анализе выражают с помощью молярной концентрации – С.
Молярная концентрация С(В) (молярность) – содержание количества растворенного вещества (В) в одном литре раствора:
n(В)– количество вещества, моль;
m(В) – масса растворенного вещества, г;
М(В) – молярная масса вещества (В), г/моль;
V – объём раствора, л.
Для удобства расчетов в аналитической химии используют вспомогательный способ выражения состава раствора – молярную концентрацию эквивалента Сэк (нормальность) – это содержание количества вещества (В) эквивалентов в одном литре раствора:
Мэк(В) – молярная массы эквивалентов вещества (В), г/моль.
Кроме того, в аналитической практике используются:
Массовая доля вещества в растворе W –массы растворенного вещества в 100 г раствора, выражается в долях или процентах:
m – масса раствора, можно определить m = V∙ρ, где
V – объем раствора, мл;
ρ – плотность раствора г/мл.
Титр (T) –масса растворенного вещества (В) в одном миллилитре раствора:
Моляльная концентрация (моляльность) Сm – содержание количества вещества (В) в одном килограмме растворителя:
m(H2O) – масса растворителя
Мольная доля χ – содержание количества моль растворенного вещества (В) к общему количеству моль всех веществ в растворе, выражается в долях или процентах:
Основной закон применяемый в титриметрическом анализе – закон эквивалентов. В соответствии с законом эквивалентов – количества веществ эквивалентов реагирующих соединений равны.
Следствие из закона эквивалентов имеет вид:
(1)
Cэк(А), Cэк(В) – молярные концентрации эквивалентов реагирующих веществ А и В, моль/л;
V(А), V(В) – объемы реагирующих веществ А и В, мл.
Таблица 3.1 – Основные способы выражения состава растворов
и связь между ними
W массовая доля |
С [моль/л или М] молярная концентрация |
Сэк [моль/л или н] молярная концентрация эквивалентов |
Т(В) [г/мл] титр |
|
|
|
|
n(В) – количество вещества (B), моль;
m(В) – масса растворенного вещества (B), г;
m – масса раствора, г;
p – плотность раствора, г/мл;
V – объём раствора, мл или л;
f – фактор эквивалентности;
М(B) – молярная масса вещества (B), г/моль;
Мэк(В) – молярная масса эквивалента вещества(B), г/моль.