Лекция 9

ОБЪЕМНЫЙ АНАЛИЗ

СУЩНОСТЬ ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Объемный анализ — это совокупность методов хими­ческого количественного анализа, основанных на измерении объемов для установления концентрации (содержания) опре­деляемого вещества. К объемным методам анализа относят распространенные в лабораторной практике различные ва­рианты титриметрического анализа, основанного на измере­нии объема израсходованного раствора реагента известной концентрации, необходимого для достижения точки экви­валентности.

Иногда титриметрические методы не совсем точно отождествляют с объемными методами. К объемно­му анализу относят также многие методы газового анализа, когда при выполнении определения измеряют объем какого-либо поглотившегося или выделившегося газа.

Имеются ме­тоды объемного анализа, основанные на измерении объема осадков; например, количество серы в чугуне можно опре­делять по объему осадка сульфата бария в градуированной центрифужной пробирке. Количество вещества определяют по объему полученного осадка в ультрамикрохимическом анализе, когда взвешивание затруднено или невозможно.

Титриметрический анализ — метод количественного анализа, основанный на измерении объема раствора с точно известной концентрацией реактива (названия данного раство­ра: стандартный раствор, рабочий раствор, титрованный рас­твор, титрант; анализируемый раствор часто называют ана­лизом), требующегося для реакции с данным количеством определяемого вещества. Титриметрический анализ широко применяется в биохимических, клинических, санитарно-гигиенических и других лабораториях в экспериментальных исследованиях и для клинических анализов. Например, при установлении кислотно-щелочного равновесия, определении кислотности желудочного сока, кислотности и щелочности мочи и др. Титриметрический анализ служит также одним из основных методов химического анализа в контрольно-аналитических аптечных лабораториях.

Процесс постепенного добавления рабочего раствора к ис­следуемому называется титрованием. Для выполнения данной операции используют бюретки различных видов или автоматический титратор (рис. 1)

Процесс титрования изображают графически в виде кри­вых титрования, которые позволяют нагляд­но представить весь ход титрования и выбрать индикатор, наиболее пригодный для получения точных результатов, так как кривую титрования можно сопоставить, с интервалом из­менения окраски индикатора.

В титриметрическом анализе существует несколько при­емов.

Прямое титрование состоит в том, что пробу анализи­руемого вещества титруют стандартным раствором, или титрантом, до точки эквивалентности — момента, когда ко­личество стандартного раствора эквивалентно количеству определяемого вещества в соответствии с уравнением хими­ческим для данной реакции. Конец титрования устанавлива­ют визуально по изменению окраски вводимого индикатора либо инструментально. Чем более точно определена точка эквивалентности, тем меньше ошибка анализа

Титрование обратное, или по остатку, применяют, когда определяемое вещество не реагирует со стандартным раство­ром или реагирует недостаточно быстро. В этом случае к про­бе анализируемого вещества прибавляют заведомый избыток стандартного раствора и остаток его после реакции с опреде­ляемым веществом титруют другим стандартным раствором. Примером в этом случае может служить определение

Титрование по замещению применяют, когда непо­средственное определение данного вещества затруднитель­но (отсутствует подходящий титрант, нет необходимого ин­дикатора и т. д.). В этом случае анализируемое вещество посредством реакции с неопределенным избытком соответ­ствующего реагента переводят в другое соединение, кото­рое титруют стандартным раствором, как это было описано выше. Например, этим методом определяют количество бихромата калия в растворе.

В титриметрическом анализе наряду с водой применяют органические растворители: углеводороды, их галогенопроизводные, спирты, кетоны, кислоты, амины, амиды, нитри­лы, что позволяет расширить круг определяемых соедине­ний, поскольку титриметрический анализ можно проводить на основе тех реакций, которые в воде не идут или не дают резких конечных точек титрования, например слабые кисло­ты (основания) или смеси близких по силе кислот (основа­ний). Точность определений в неводных растворах обычно выше, так как вследствие небольшого поверхностного на­тяжения величина капель органических жидкостей меньше, чем водных растворов.

Стандартный раствор применяется в методах титриметрического анализа для установления количества определяе­мого вещества посредством титрования до точки эквивалент­ности. Точку эквивалентности определяют по изменению окраски титруемого раствора или индикатора, вводимого в начале или в процессе титрования, по изменению электро­проводности раствора, изменению потенциала электрода, по­груженного в титруемый раствор, по изменению величины тока, оптической плотности и др.

В точке эквивалентности количество стандартного рас­твора химически эквивалентно количеству исследуемого ве­щества. Стандартные растворы получают:

а) растворением точной навески вещества в точном объ­еме растворителя (используют мерные колбы (рис. 4)); при этом исходное вещество должно быть химически чистым, устойчивым при хранении в твердом виде и в растворе, со­став должен точно соответствовать формуле химической;

М_м — молярная масса эквивалента; V — объем раствора;

б) титрованием по другому раствору, имеющему точно известную концентрацию; удобство метода в том, что он позволяет, не прибегая к точным навескам, устанавливать концентрацию многих растворов;

в) с помощью фиксанала, представляющего собой сухое
вещество или раствор в количестве, необходимом для при-
готовления 1 л раствора определенной концентрации (фик-
саналы выпускаются промышленностью в форме запаянных
стеклянных ампул).

Стандартные растворы должны храниться в условиях, обеспечивающих постоянство их состава с учетом химиче­ской природы растворенного вещества.

В титриметрическом анализе используются реакции осаждения, кислотно-основные, окислительно-восстано­вительные, комплексообразования и др. К реакциям предъ­являются следующие требования:

•вещества должны реагировать в строго количественных (стехиометрических) отношениях без побочных реакций;

•реакции должны протекать быстро и практически до конца; для установления точки эквивалентности необхо­димо применять достаточно надежные способы;

•влияние посторонних веществ на ход реакции должно быть исключено;

•желательно, чтобы при титриметрическом анализе реак­ции протекали при комнатной температуре.

Названия методов титриметрического анализа соответ­ствуют названиям реакций, лежащих в основе метода.

1. Методы нейтрализации, или кислотно-основного ти­трования, основаны на реакциях нейтрализации, т. е. на взаи­модействии кислот и оснований. Эти методы включают ацидометрию (количественное определение оснований с помощью титрованных растворов кислот), алкалиметрию (определение кислот с помощью титрованных растворов оснований), гало­метрию (количественное определение солей с помощью осно­ваний или кислот, если они реагируют с солями в стехиоме­трических соотношениях.

2. Методы осаждения основаны на титровании веществ, образующих в определенной среде нерастворимые соединения, например соли бария, серебра, свинца, цинка, кадмия,
ртути (П), меди (III) и др. К этим методам относят аргентомстрию (титрование раствором нитрата серебра), меркуромстрию (титрование раствором нитрата ртути) и др.

3. Методы комплексообразования, или комплексометрия (меркуриметрия. фторометрия и др.). основаны на применении реакций, при которых образуются комплексные соединения, например Ag⁺ + 2CN^- = [Ag(CN)₂]^-. Методы комплексообразования тесно связаны с методами осаждения, так как многие реакции осаждения сопровождаются комплексообразованием. а образование комплексов — выпадением в осадок малорастворимых соединений.

4. Методы окисления — восстановления, или оксидиметрия, включают перманганатомстрию, хроматометрию (бихроматометрию), йодометрию, броматометрию. периметрию, ванадометрию и др.

Дата добавления: 2014-01-03