Розрахунки в титриметричних методах аналізу Загальні положення титриметрії

Зазначимо основні терміни та поняття, що застосовують при розрахунках у кількісному аналізі.

Згідно з Міжнародною системою одиниць фізичних величин (Cl), моль - це кількість речовини, яка містить стільки реальних або умовних частинок, скільки атомів міститься в 0,012 кг ізотопу карбону-12. Таким чином, це фізична величина, яка характеризує число структурних елементів у даній речовині як системі. Тому, користуючись поняттям моль, необхідно вказувати, які саме реа­льні чи умовні частинки маються на увазі. Реальні частинки — це атоми, іони, електрони або молекули. Умовні частинки — це долі молекул, іонів тощо. Наприклад, 1/6 молекули K₂Cr₂O₇; 1/2 моле­кули H₂C₂O₄; 1/5 молекули KMnO₄ та ін. Кількість речовини (ν) записують таким чином:

v(NaOH) = 1 моль,

v(l/6 K₂Cr₂O₇) = 1 моль.

Молярна маса речовини X- маса 1 моля речовини, познача­ється літерою M(X):

M(X) = m(X) / ν(Χ)

де m(X) — маса речовини X, г; ν(Χ) — число молей речовини X.

Основною одиницею молярної маси речовини в системі CI є кг/моль, однак на практиці частіше використовують роз­мірність г/моль. Наприклад, молярні маси Fe²⁺-іона, HCl, 1/2 мо­лекули I₂ відповідно дорівнюють M(Fe²⁺) = 55,847 г/моль; M(HCl) = 36,461 г/моль; M(l/2 I₂) = 126,9096 г/моль.

Еквівалентом називають деяку реальну чи умовну частинку (у. ч.), яка може приєднувати, вивільняти або будь-яким іншим способом взаємодіяти з одним атомом (іоном) гідрогену чи гідроксид-іоном або з атомом іншого одновалентного елемента або з одним електроном в окисно-відновних реакціях. Використо­вуючи термін «еквівалент», треба вказувати, до якої реакції він належить.

Фактор еквівалентності f_eкв(X) — це число, що показує, яка частка реальної частинки речовини X еквівалентна одному атому (іону) одновалентного елемента в цій реакції або одному електрону в цій окисно-відновній реакції. Фактор еквівалентності не є сталою величиною і залежить від конкретної реакції за участю цієї речовини. Наприклад, у напівреакціях:

MnO₄^- + 4H+ 3е = MnО₂ + 2Н₂О

f_екв(КМпО₄)=1/3;

MnO₄^- + 8H+ + 5e = Mn²⁺ + 4Н₂О

f_екв(КМпО₄) = 1/5.

Молярна маса речовини еквівалента E_M (X)- маса одного моля еквівалентів цієї речовини, яка дорівнює добутку фактора еквіва­лентності f_eкв(X) і молярної маси цієї речовини:

E_M (X) = f_eкв(X) · М(Х).

Способи виразу концентрації розчинів

Молярна концентрація розчиненої речовини (с(Х)) - це кількість розчиненої речовини, що міститься в 1 дм³ (1л) розчину. Моляр­на концентрація розчиненої речовини X обчислюється як відно­шення кількості розчиненої речовини ν(Χ), що міститься в 1 дм³ розчину (розмірність - моль/дм³, або моль/л).

Основна одиниця молярної концентрації в системі одиниць CI є моль/м³, а на практиці використовують моль/дм³, або моль/л. Молярну концентрацію розчинів виражають кількістю молів речовини з літерою М.

Молярну концентрацію речовини X в розчині позначають символом с(Х) та визначають як відношення кількості речовини v(X) до об'єму V розчину:

с(X) = v(X)/ V = m(X) / М(Х) · V

Назви розчинів з різною молярною концентрацією розчине­ної речовини:

с = 1 моль/дм³ = 1 M - одномолярний розчин;

с = 0,1 моль/дм³ = 0,1 M - децимолярний розчин;

с = 0,01 моль/дм³ =0,01 M - сантимолярний розчин;

с = 0,001 моль/дм³ = 0,001 M - мілімолярний розчин.

Однакові об'єми розчинів різних речовин з рівною молярною концентрацією містять рівне число молекул, що полегшує розра­хунки об'ємів розчинів, які вступають у реакцію.

На практиці також широко використовують молярну концент­рацію речовини еквівалента в розчині. Вона є відношенням кілько­сті речовини еквівалента в розчині v[f_eкв (X)X] = ν · Ем до об'єму цього розчину (V):

с[f_екв(Х)Х] = v[f_eкв (X)X] / V = ν · Ем / V

Одиницею вимірювання молярної концентрації речовини ек­вівалента є моль/м³, а на практиці використовують моль/дм³, або моль/л.

Якщо розчин містить 1 моль речовини еквівалента в 1 дм³, то його називають нормальним. Замість позначення одиниці вимі­рювання моль/дм³, або моль/л, можна використовувати скоро­чення «н» або «Ν».

Розчин з c(f_eкв(X)X) = 0,1N - називають децинормальним, 0,01N - сантинормальним, 0,001N - мілінормальним.

На склянках з розчинами, які марковані в одиницях нормаль­ної концентрації, необхідно вказувати f_екв. Наприклад, 0,1N KIO₃ (/екв= 1/6) або 0,1N (1/6KIO₃).

Переваги використання розчинів з нормальною концентрацією полягають у тому, що розчини з однаковими нормальними кон­центраціями реагують в однакових об'ємах.

Якщо нормальні концентрації відрізняються, то вірне рівняння:

C₁ · V₁ = C₂ · V₂.

Титр розчину — це виражена в грамах маса розчиненої речови­ни, що міститься в 1 см³ розчину. Титр T(X) обчислюють як від­ношення маси розчиненої речовини m(Х) до об'єму розчину в см³ (розмірність г/см³, або г/мл):

Τ (Х) = m(Х) / V

Титр титранту за визначуваною речовиною T(Y/X) - вираже­на в грамах маса визначуваної речовини X, що еквівалентна 1 см³ титранту Y з теоретичною молярною концентрацією речовини еквівалента (розмірність - г/см³, або г/мл):

T(Y/Х) = с_теор · Ем / 1000

де с_теор - теоретична молярна концентрація речовини еквівален­та титранту (Y), моль/дм³, або моль/л (наприклад, 0,01 моль/дм³);

Ем — молярна маса визначуваної речовини еквівалента, г/моль.

Масова частка розчиненої речовини (w (Х)) - це відношення маси розчиненої речовини m(Х) до маси розчину m_р.:

w(X) = m(Х) / m_р .

Масову частку виражають у частках одиниці або у відсотках (% - сота частка одиниці), проміле (%о - тисячна частка одини­ці), ррm (млн^-1 - часток на мільйон), ppb (млрд^-1 - часток на мільярд).

Якщо масова частка натрію хлориду в розчині дорівнює 20 %, це означає, що розчин масою 100 г містить 20 г натрію хлориду. Якщо речовина містить 5 ррm домішки, це означає 5 : 10⁶ = 5 · 10^-4 % домішки, або 5 мкг/г домішки. Якщо речовина містить 5 ppb до­мішки, це означає 5 :10⁹ =5 · 10^-7 %, або 5 нг/г.