Кислотно-основное титрование (нейтрализация)

Балтийский Федеральный Университет им. И. Канта Реферат Дисциплина: аналитическая химия на тему: Кислотно-основное титрование (нейтрализация) Калининград 2011

Содержание Введение Кислотно-основное титрование (нейтрализация)

Заключение

Список использованных источников

Введение

Титриметрический или объемный метод анализа является одним из методов количественного анализа. В основе этого метода лежит точное измерение объемов растворов двух веществ, реагирующих между собой. Количественное определение с помощью титриметрического метода анализа выполняется довольно быстро, что позволяет проводить несколько параллельных определений и получать более точное среднее арифметическое.

Итак, титриметрический анализ (титрование) — методы количественного анализа в аналитической и фармацевтической химии, основанные на измерении объема раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. В титриметрическом методе анализа используются различные типы химических реакций. В зависимости от характера применяемой химической реакции различают следующие методы титриметрического анализа:

— кислотно-основное титрование, о котором речь пойдет в данной работе;

— осадительное титрование или осаждение;

— комплексонометрическое титрование или комплексонометрия;

— окислительно-восстановительное титрование или редоксиметрия.

Титрование — процесс определения титра исследуемого вещества. Титр раствора (от фр. titre— качество, характеристика) — способ выражения концентрации, применяемый, в основном, в аналитической химии. Обозначается заглавной латинской буквой T. Измеряется в г/мл (г/смі). Титрование производят с помощью бюретки, заполненной титрантом до нулевой отметки. Заполнение бюреток рабочим раствором производят через воронку или с помощью специальных приспособлений, если бюретка полуавтоматическая. Конечную точку титрования (Точка эквивалентности) обычно находят при помощи соответствующего индикатора или инструментально.

Индикаторы — это вещества, которые изменяют свое строение и физические свойства при изменении среды. В области точки эквивалентности индикатор изменяет свой цвет, образует осадок или вызывает какой-то другой наблюдаемый эффект, таким образом позволяют с известной степенью достоверности установить конечную точку титрования.

Кислотно-основное титрование (нейтрализация) В методах кислотно-основного титрования основной является реакция передачи протона от титранта титруемому веществу или, наоборот, от титруемого вещества к титранту. Метод кислотно-основного титрования основан на использовании реакции нейтрализации между кислотой и основанием с образованием малодиссоциирующих молекул воды Возможность применения кислотно-основного титрования определяется по общей константе равновесия кислотно-основной реакции, которая должна быть больше 108:

или

В зависимости от титранта различают ацидиметрическое и алкалиметрическое титрование. В методе ацидиметрии в качестве титрантов применяют сильные кислоты. Этим методом определяют сильные и слабые основания, соли слабых кислот и органических соединений, обладающих основными свойствами. В методе алкалиметрического титрования в качестве титрантов применяют сильные основания. Методом алкалиметрии определяют сильные и слабые кислоты, соли слабых оснований и органических соединений, обладающих кислыми свойствами.

Основными рабочими растворами в методе кислотно-основного титрования являются растворы сильных кислот или щелочей. Чаще всего кислоты HCl и H2SO4 и растворы щелочей NaOH и KOH. Так как эти вещества не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стандартным веществам, из них готовят растворы приблизительной концентрации, которые затем стандартизируют.

В качестве стандартных веществ при установке точной концентрации кислот используют тетраборат натрия (буру) Na2B4O710H2O или безводный карбонат натрия Na2CO3. Для установки титра щелочей используют щавелевую кислоту H2C2O4 · 2H2O, янтарную кислоту H2C4H4O4, бензойную кислоту C6H5COOH и др.

В реакциях нейтрализации при титровании происходит постепенное изменение концентрации ионов водорода, а следовательно и рН раствора. Так как реакция нейтрализации не сопровождается каким-либо внешним эффектом, точку эквивалентности определяют по изменению окраски индикатора, который добавляют в титруемый раствор.

Затем по количеству израсходованного рабочего раствора и его нормальности можно вычислить содержание определяемого соединения в исследуемом растворе.

Кислотно-основные индикаторы — это довольно сложные органические вещества, слабые электролиты, обладающие кислотными или основными свойствами, у которых цвет недиссоциированных молекул отличается от цвета образуемых ими ионов. Существуют также и индикаторы, которые не являются ни кислотами, ни основаниями. Наиболее широко используются в анализе: метиловый оранжевый, фенолфталеин, лакмус, метиловый красный, тимолфталеин, бромтимоловый синий. Существуют одноцветные (фенолфталеин) и двухцветные (метиловый оранжевый, лакмус) индикаторы.

Индикаторы, обладающие свойством присоединять протоны, называют основными индикаторами (IndOH). Такие индикаторы диссоциируют по схеме

IndOH + H+ Ind+ + H2O

Индикаторы, обладающие свойством отдавать протоны, называют кислотными индикаторами (HInd). Если упрощенно обозначить молекулы фенолфталеина через HInd, а анионы его — через Ind-, то можно записать следующее уравнение:

HInd H+ + Ind

Бесцветная — малиновая Достаточно к раствору, содержащему фенолфталеин, прибавить немного щелочи, как введенные ОН—ионы станут связывать Н±ионы с образованием малодиссоциирующих молекул Н2О. Равновесие диссоциации индикатора сместится вправо, и накопление анионов Ind — вызовет окрашивание раствора в малиновый цвет. Наоборот, если к раствору фенолфталеина прилить несколько капель кислоты, то будет подавляться диссоциация молекул индикатора. Равновесие сместится влево, и раствор обесцветится.

Для объяснения изменения окраски индикаторов имеется несколько теорий, например теория Оствальда и хромофорныя теория.

Теория Оствальда была предложена в 1891 г. Согласно этой теории, каждый рН-индикатор должен диссоциировать как слабая кислота или слабое основание;кроме того, один из ионов, образующихся при диссоциации индикатора, должен быть окрашенным, причем его окраска должна быть другая, чем окраска недиссоциированной молекулы.

Согласно хромофорной теории молекулы кислотно-основных индикаторов содержат так называемые хромофоры (носители цветности), т. е. особые группы атомов с сопряженными двойными связями и неподеленными парами электронов. К хромофорным группам относятся азогруппа Ї N = NЇ, нитрозогруппа Ї N = О, нитрогруппа, хинойдная группировка.

При изменении рН раствора или при диссоциации хромофоры могут перегруппировываться. Перемена окраски у индикаторов — результат изменений в их внутреннем строении. У одноцветных индикаторов это связано с появлением или исчезновением хромофоров. У двухцветных индикаторов эти изменения обусловлены превращением одних хромофоров в другие, имеющих различную окраску. Этот процесс называется таутомерией.

Переход из одной таутомерной формы в другую происходит под действием ионов Н+> и ОН-, поскольку одна из форм индикатора является слабой органической кислотой или слабым органическим основанием. На окраску индикаторов влияет также присутствие в соединениях других группировок, называемых ауксохромами. К ним относятся группыOH, -NH2, -OCH3, -N (CH3)2 и т. д. Ауксохромы сами не сообщают окраску индикаторам, но обладают свойством усиливать действие хромофоров, повышать интенсивность вызываемой ими окраски.

Таким образом, в растворах кислотно-основных индикаторов одновременно происходят как равновесные процессы, обусловленные диссоциацией молекул, так и равновесные процессы, связанные с внутримолекулярной группировкой.

Каждый индикатор характеризуется так называемым интервалом перехода окраски. Интервалом перехода индикатора называют тот промежуток между двумя значениями рН, в котором происходит изменение его окраски. Например, изменение окраски фенолфталеина происходит в интервале рН от 8,0 до 10,0; интервал перехода метилового оранжевого находится в пределах рН от 3,1 до 4,4. Внутри этого интервала окраска его постепенно изменяется из розовой в желтую. Поэтому при титровании одного и того же раствора, но с разными индикаторами получаются различные результаты. Многие индикаторы меняют окраску в точке нейтральности, т. е. не при рН 7,0, а в слабокислой или слабощелочной среде.

Значение рН, лежащее внутри интервала перехода индикатора, при котором практически заканчивают титрование, называют показателем титрования, или точкой конца титрования этого индикатора. Показатель титрования — это значение рН, при котором наиболее ярко изменяется окраска индикатора. Другими словами, показатель титрования это величина рН, до которой титруют раствор с данным индикатором.

Свойство молекул различных индикаторов диссоциировать в нейтральной среде характеризуется константами диссоциации. Например, у метилового оранжевого, у фенолфталеина .

Взаимосвязь между константой диссоциации индикатора и значением рН, где происходит изменение его окраски, можно вывести из общих соображений диссоциации индикатора для равновесных концентраций:

титрование индикатор кислота основание Для того чтобы погрешность титрования была наименьшей, надо чтобы изменение окраски индикатора происходило как можно ближе к точке эквивалентности (т. е. конечная точка титрования как можно больше соответствовала точке эквивалентности).

Неправильный выбор индикатора может исказить результат анализа. Чтобы этого не произошло, необходимо в каждом определении представлять, каким образом происходит изменение рН в процессе титрования, в какой среде лежит точка эквивалентности, как резко изменяется рН вблизи точки эквивалентности. Эти процессы описывают кривые титрования.

Кривые титрования — это графическое представление процесса нейтрализации, изображающее изменение рН титруемого раствора в зависимости от объема добавленного титранта. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение рН раствора, называемое скачком рН. Скачок рН зависит от концентрации тируемого раствора и титранта, температуры раствора. При титровании также необходимо учитывать силу кислот и оснований.

Титрование различных кислот и оснований должно проводиться до определенных значений рН раствора. Для правильного определения точки эквивалентности нужно выбирать индикатор, у которого значение показателя титрования было как можно ближе к значению рН раствора в точке эквивалентности и совпадало со скачком на кривой титрования.

В зависимости от относительной силы кислот и оснований, участвующих в реакции, различают различные случаи титрования, каждый из которых описывается собственной кривой титрования. При построении кривых титрования выделяют следующие основные области расчета рН:

a. расчет рН до начала титрования;

b. в процессе титрования до точки эквивалентности;

c. в точке эквивалентности;

d. после достижения точки эквивалентности.

Ниже будут рассмотрены четыре типа построения кривых титрования:

1.титрование сильных кислот сильным основанием;

2. титрование слабых кислот сильным основанием;

3. титрование сильных оснований сильными кислотами;

4 титрование слабых оснований сильными кислотами.

1. При титровании сильной кислоты сильным основанием в точке эквивалентности образуется соль, которая не подвергается гидролизу, поэтому рН раствора в точке эквивалентности совпадает с рН чистой воды и равен 7. В этом случае точка нейтральности совпадает с точкой эквивалентности. Скачок титрования сильной кислоты сильным основанием находится в пределах от 4,3 до 9,7 рН (при концентрации реагирующих веществ 0,1 моль/л). Поскольку рН в точке эквивалентности равен 7, то в качестве индикатора можно использовать лакмус (рН лакмуса равно 7).

Для фиксирования точки эквивалентности в данном случае могут быть также использованы индикаторы: метиловый оранжевый (рТ = 4) и фенолфталеин (рТ = 9). При титровании интервалы перехода этих индикаторов попадают в область скачка рН на кривой титрования. Изменение окраски этих индикаторов происходит при объемах добавленной щелочи (99,9 мл и 100,1 мл), очень близких к объему, который соответствует точке эквивалентности Рис 1. Кривые титрования:

а — кривая титрования 10,0 мл 0,1 М HCl раствором 0,1 М NaOH;

б — кривая титрования 10,0 мл 0,1 М NaOH раствором 0,1 М HCl

2. При титровании слабой кислоты сильным основанием вид кривой титрования зависит еще и от константы диссоциации кислоты. В данном случае точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности.

Точка эквивалентности смещается в сторону более высоких значений рН (в щелочную область) из-за гидролиза соли, образующейся в точке эквивалентности. Скачок титрования уменьшается (7,7 — 10,0) и будет тем меньше, чем слабее титруемая кислота. При титровании слабой кислоты сильным основанием из рассмотренных в предыдущем случае индикаторов может быть использован только фенолфталеин. Кроме того, в данном случае могут быть использованы и такие индикаторы, как феноловый красный и тимолфталеин.

3. При титровании слабого основания сильной кислотой в точке эквивалентности образуется соль, гидролиз которой протекает по катиону. Поэтому при титровании раствора аммиака соляной кислотой точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности и смещается в кислую область (рН = 5,1). В этом случае точку эквивалентности можно определить с помощью индикаторов — метиловый оранжевый, метиловый красный или бромтимоловый синий.

4. При титровании слабой кислоты слабым основанием (и, наоборот) на кривой титрования получается маленький скачок титрования. Точка эквивалентности приближается к точке нейтральности. Значение константы равновесия реакции оказывается меньше чем 10. Поэтому титрование слабых кислот слабыми основаниями не используют.

Таким образом, с помощью кривых титрования, по известному скачку титрования и интервалу перехода индикатора, можно подобрать индикатор, подходящий для данного титрования.

Заключение

Итак, метод кислотно — основного титрования (нейтрализация) является одним из методов количественного анализа в аналитической и фармацевтической химии, основанные на измерении объема раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Метод кислотно-основного титрования основан на использовании реакции нейтрализации между кислотой и основанием с образованием малодиссоциирующих молекул воды. В реакциях нейтрализации при титровании происходит постепенное изменение концентрации ионов водорода, а следовательно и рН раствора. Так как реакция нейтрализации не сопровождается каким-либо внешним эффектом, точку эквивалентности определяют по изменению окраски индикатора, который добавляют в титруемый раствор.

Кислотно-основные индикаторы — это сложные органические вещества, слабые электролиты, обладающие кислотными или основными свойствами, у которых цвет недиссоциированных молекул отличается от цвета образуемых ими ионов. Каждый индикатор характеризуется так называемым интервалом перехода окраски. Интервалом перехода индикатора называют тот промежуток между двумя значениями рН, в котором происходит изменение его окраски.

Значение рН, лежащее внутри интервала перехода индикатора, называют показателем титрования, или точкой конца титрования. Показатель титрования — это значение рН, при котором наиболее ярко изменяется окраска индикатора.

Для правильного выбора индикатора необходимо представлять, каким образом происходит изменение рН в процессе титрования, в какой среде лежит точка эквивалентности, как резко изменяется рН вблизи точки эквивалентности. Эти процессы описывают кривые титрования. Кривые титрования — это графическое представление процесса нейтрализации, изображающее изменение рН титруемого раствора в зависимости от объема добавленного титранта.

В данной работе рассмотрены четыре типа построения кривых титрования:

1.титрование сильных кислот сильным основанием;

2. титрование слабых кислот сильным основанием;

3. титрование сильных оснований сильными кислотами;

4 титрование слабых оснований сильными кислотами.

Список использованных источников

1. В. П. Зенчик Аналитическая химия. — М.: Медицина, 1971 — 335 с.

2. Е. Н, Калюкова Титриметрические методы анализа: учеб. пособие для студ. нехимич. специальностей тех. вузов. — Ульяновск: УлГТУ, 2008 — 108 с

3. М. Э. Полеес, И. Н. Душечкина Аналитическая химия. — М.: Медицина, 1987 — 400с.

4. В. Д. Пономарев Аналитическая химия: учебник для фармацевтов и факультетов мед. ин-тов. — М.: Высшая школа, 1982 — 288 с.

5. Количественный химический анализ URL: http//kurs.ido.tpu.ru/courses/analyt_chem₁/tema12.htm