miareczkowanie.pdf

Grażyna Gryglewicz

ANALIZA MIARECZKOWA. ALKACYMERIA

l. Wiadomości ogólne

Analiza miareczkowa jest jedną z ważniejszych metod analizy ilościowej. Metody

analizy miareczkowej polegają na oznaczeniu ilości substancji w roztworze lub stężenia

tego roztworu za pomocą odczynnika o dokładnie znanym stężeniu. Czynność dodawania

niewielkich porcji roztworu odczynnika o znanym stężeniu z kalibrowanej biurety do

naczynia z roztworem oznaczanym nazywamy miareczkowaniem.

Analizę miareczkową wykonuje się przeważnie po przeprowadzeniu badanej

substancji do wodnego roztworu. Podczas miareczkowania zachodzą wiec głównie reakcje

jonowe, przebiegające z dużą szybkością. Typowymi reakcjami stosowanymi w analizie

miareczkowej są: a) reakcje zobojętnienia, b) reakcje oksydacyjno-redukcyjne, c) reakcje

wytrącania osadów i d) reakcje tworzenia związków kompleksowych.

Zawartość oznaczanej substancji oblicza się na podstawie zmierzonej objętości

zużytego roztworu mianowanego w punkcie równoważnikowym. Punkt

równoważnikowy PR reakcji jest to moment, w którym doprowadzona ilość odczynnika

miareczkującego jest równoważna chemicznie ilości składnika oznaczanego. W celu

określenia punktu równoważnikowego reakcji stosuje się metody wizualne i

instrumentalne. Metody wizualne polegają na wzrokowym określeniu punktu

równoważnikowego na podstawie obserwacji barwy wskaźników (tzw. indykatorów),

wprowadzanych do miareczkowanego roztworu. Wskaźnikiem jest najczęściej substancja

zmieniająca barwę w chwili zakończenia reakcji między roztworem miareczkowanym a

roztworem mianowanym. W metodach alkacymetrycznych stosuje się wskaźniki, których

zmiana barwy zależy od pH roztworu. W redoksymetrii zmiana barwy wskaźnika jest

związana z potencjałem oksydacyjno - redukcyjnym układu.

W metodach instrumentalnych punkt równoważnikowy reakcji można określić

przeważnie za pomocą dwóch technik:

potencjometrycznie - na podstawie pomiaru zmian różnicy potencjału elektrody

wskaźnikowej w czasie miareczkowania

konduktometrycznie - na podstawie pomiaru zmian przewodnictwa elektrycznego

roztworu miareczkowanego.

2. Alkacymetria

Alkacymetria jest działem analizy miareczkowej, obejmującym :

alkalimetrię - oznaczanie w roztworze zawartości kwasów za pomocą miareczkowania

mianowanym roztworem zasady.

acydymetrię - oznaczanie w roztworze zawartości zasad za pomocą miareczkowania

mianowanym roztworem kwasu.

Metody alkacymetryczne nazywa się metodami zobojętnienia, ponieważ oparte są

na reakcji zobojętniania, czyli reakcji łączenia jonów H + (z kwasu) i OH - (z zasady) na

słabo zdysocjowane cząsteczki wody : H + + OH - ⇔ H 2 0. Punkt końcowy miareczkowania

alkacymetrycznego można określić wizualnie na podstawie zmiany barwy wskaźnika lub

potencjometrycznie przez pomiar pH roztworu miareczkowanego.

2.1 Wskaźniki alkacymetryczne

Wskaźnikami alkacymetrycznymi są pewne barwniki organiczne zmieniające barwę

zależnie od pH roztworu, w którym się znajdują. Na ogół są to związki o charakterze

słabych kwasów (HInd) lub słabych zasad (IndOH), których niezdysocjowane cząsteczki

mają inną barwę niż ich aniony czy kationy. Wskaźniki pH przygotowuje się w postaci

roztworów wodnych lub alkoholowych oraz w postaci papierków wskaźnikowych.

Przykłady najczęściej stosowanych wskaźników alkacymetrycznych oraz zakres zmian ich

barwy zawiera tabela l.

Tabela l

Wskaźnik

Barwa w roztworze

kwaśnym zasadowym

Zmiana barwy w

zakresie pH

Oranż metylowy

czerwona

pomarańczowa

3,1-4,4

Czerwień metylowa

czerwona żółta

4,2-6,3

Błękit bromotymolowy

żółta

niebieska

6,2-7,6

Fenoloftaleina

bezbarwna

malinowa

8,3-10,0

2.2 Miareczkowanie potencjometryczne

Zasadniczy układ potencjometryczny składa się z dwóch elektrod: wskaźnikowej o

potencjale zależnym od stężenia oznaczanego jonu i elektrody porównawczej o stałym

potencjale w warunkach prowadzenia pomiaru. Powszechnie stosowaną elektrodą

wskaźnikową jest elektroda szklana. Wygodne w użyciu zarówno w pomiarach

laboratoryjnych jak i przemysłowych są elektrody kombinowane, zbudowane ze szklanej

elektrody wskaźnikowej i chlorosrebrowej elektrody porównawczej, umieszczonych w

jednej oprawie.

Miareczkowanie potencjometryczne polega na mierzeniu za pomocą czułego

przyrządu różnicy potencjałów (lub zmiany pH badanego roztworu) między elektrodą

wskaźnikową a elektrodą odniesienia w trakcie stopniowego dodawania roztworu

miareczkującego. Dopóki stężenie jonów w roztworze zmienia się powoli, zmiany

potencjału elektrody wskaźnikowej są niewielkie. Dopiero w pobliżu punktu

równoważnikowego pojawia się gwałtowny skok potencjału.

Obrazem zmian zachodzących w roztworze podczas miareczkowania jest krzywa

miareczkowania. Stanowi ona wykres w układzie współrzędnych prostokątnych, na którym

na osi odciętych nanosi się objętość roztworu miareczkującego a na osi rzędnych stężenie

oznaczanych jonów (np. jonów wodorowych lub pH roztworu). Przykładową krzywą

miareczkowania potencjometrycznego przedstawiono na rys. l. Punkt równoważnikowy

określa się graficznie w następujący sposób: wykreśla się dwie równoległe styczne do

krzywej miareczkowania przed i po punkcie przegięcia i prowadzi się przez środek między

nimi trzecią równoległą, której punkt przecięcia z krzywą miareczkowania wyznacza na osi

odciętych liczbę cm 3 odpowiadającą punktowi równoważnikowemu (PR) miareczkowania.

Rys. l Sposób graficznego wyznaczania PR miareczkowania potencjometrycznego

Metody potencjometryczne można stosować we wszystkich typach oznaczeń

miareczkowych, nie tylko w alkacymetrii, ale również w miareczkowaniach

redoksymetrycznych, wytrąceniowych i kompleksometrycznych, jeśli uda się tylko dobrać

odpowiednią elektrodę wskaźnikową. Istotną zaletą miareczkowania potencjometrycznego

jest możliwość miareczkowania roztworów mętnych i zabarwionych, w których zwykłe

wskaźniki zawodzą.

2.3 Typy miareczkowania alkacymetrycznego

Można rozróżnić trzy typy miareczkowania alkacymetrycznego; miareczkowanie

mocnych kwasów i mocnych zasad, miareczkowanie słabych kwasów i słabych zasad

oraz miareczkowanie mieszanin kwasów (zasad) o różnej mocy. We wszystkich

przypadkach czynnikiem miareczkującym jest mianowany roztwór mocnej zasady albo

mocnego kwasu.

Rozpatrzmy niektóre przykłady znaczeń alkacymetrycznych.

Miareczkowanie mocnego kwasu (zasady) mocną zasadą (kwasem).

Podczas miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą zachodzi reakcja

zobojętniania. Mocne kwasy i mocne zasady są w roztworze całkowicie zdysocjowane, a

kationy zasady i aniony kwasu pozostają nie zmienione, nie ulegają hydrolizie. Dlatego

odczyn roztworu w punkcie równoważnikowym jest obojętny (pH=7). Przykładem może

być miareczkowanie kwasu solnego roztworem wodorotlenku sodowego:

H + +CI - + Na + + OH - <=> Na + + Cl - + H 2 O

Właściwy efekt reakcji to: H + +OH - <=> H 2 O

Gdy przedstawimy wyniki miareczkowania w postaci graficznej, to otrzymamy różne

krzywe miareczkowania w zależności od stężenia substancji reagujących (rys.2).

mocna zasada cm 3

mocny kwas cm 3

Rys. 2 Krzywe miareczkowania: A - roztworu mocnego kwasu (HC1) roztworem mocnej

zasady (NaOH); B - roztworu mocnej zasady (NaOH) roztworem mocnego kwasu

(HC1), dla roztworów o różnym stężeniu.

Z rysunku 2 wynika, że wraz z rozcieńczaniem roztworów skok pH w pobliżu

punktu równoważnikowego staje się coraz mniejszy, co zmniejsza dokładność

wyznaczania punktu równoważnikowego miareczkowania. Miareczkowanie roztworów

bardzo rozcieńczonych wymaga starannego doboru wskaźnika. W przypadku roztworów

o dużym stężeniu np. 1M skok miareczkowania (zmiana pH w pobliżu punktu

równoważnikowego) jest bardzo duży - dodatek bardzo małej ilości NaOH powoduje

gwałtowny skok pH o wiele jednostek. Daje to dużą swobodę w doborze wskaźnika,

może to być oranż metylowy, czerwień metylowa lub fenoloftaleina, ponieważ zakres

działania tych wskaźników mieści się w przedziale skoku miareczkowania. Dla

roztworów bardziej rozcieńczonych, odpowiednie są wskaźniki, których zakres zmiany

barwy jest bliższy pH==7, a więc czerwień metylowa lub błękit bromotymolowy. W

przypadku miareczkowania roztworu mocnej zasady roztworem mocnego kwasu

otrzymane krzywe miareczkowania (rys. 2B) są zwierciadlanym odbiciem krzywych dla

układu: mocny kwas - roztwór badany, mocna zasada - roztwór miareczkujący.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: