Титриметрический анализ. 
Аналитическая химия в 2 книгах. 
Книга 1. Химические методы анализа

Титриметрические (объемные) методы количественного химического анализа стали активно использоваться в XIX в. В их развитие наибольший вклад внесли французские ученые: К. Жоффруа (1685—1752), Р. Венель (1723—1775), Ж. Гей-Люссак (1778—1850), который впервые ввел термин «титровать».

Титриметрический анализ относится к классическим методам анализа. В агрохимии, почвоведении он используется для определения гумуса, емкости катионного обмена почв, содержания кальция, магния, различных анионов. Относительная погрешность титриметрии редко превышает 0,1—0,2%. Чтобы обеспечить такую высокую точность анализа, аналитик должен хорошо усвоить:

• — сущность основных понятий титриметрического анализа, их взаимосвязь;
• — особенности различных приемов титрования;
• — способы расчета концентрации стандартных растворов, концентрации анализируемого вещества по основному уравнению титриметрии; содержания определяемого компонента в исследуемом растворе по данным титрования.

Основные понятия и термины титриметрии

Титриметрический анализ (титриметрия) — совокупность методов количественного анализа, основанных на измерении объемов реагирующих веществ, при титровании.

Титрование — процесс постепенного порционного прибавления раствора реагента (титранта) к исследуемому раствору.

Титрант — раствор с точно известной концентрацией реагента, взаимодействующего с исследуемым веществом.

При титровании необходимо установить количество реагента, химически эквивалентное определяемому веществу, т. е. точно отвечающее стехиометрии реакции. Поэтому в ходе титрования важно точно установить момент окончания реакции или, как говорят, определить точку эквивалентосги.

Точка эквивалентности (ТЭ) — момент титрования, когда прибавляемое растворенное вещество полностью прореагировало с растворенным веществом, находящимся в анализируемом (титруемом) растворе, — это теоретическая конечная точка титрования. Точку эквивалентности определяют: химическими методами — ТЭ фиксируется с помощью индикаторов и физико-химическими — ТЭ регистрируется по резкому изменению различных физических параметров (электропроводность, электродный потенциал и др.). В данной главе рассматриваются методы титриметрии, в которых используют индикаторы.

Индикаторы — вещества, изменяющие окраску в точке эквивалентности или вблизи ее.

Конечная точка титрования (КТТ) — момент титрования, в который происходит резкое изменение окраски индикатора, т. е. момент окончания титрования. Конечная точка титрования соответствует ТЭ, но часто с ней не совпадает.

Степень оттитрованности /— отношение объема титранта (У_т), добавленного к объему анализируемого раствора в конечной точке титрования, к объему титранта (У_тэ), соответствующему точке эквивалентности:

Если степень оттитрованности меньше единицы, то конечная точка титрования зафиксирована раньше ТЭ, т. е. анализируемое вещество оттитровано не в полном объеме. Если степень оттитрованности больше единицы, то конечная точка титрования установлена после ТЭ, т. е. раствор «перетитрован».

Следовательно, индикатор нужно подбирать с таким расчетом, чтобы изменение окраски происходило как можно ближе к ТЭ. Поэтому для точного измерения объемов реагирующих веществ используют измерительную посуду специального назначения (бюретки, мерные пипетки, мерные колбы и др.).

На рис. 16.1 изображен прибор для титрования.

Бюретка — градуированная стеклянная трубка, из которой ведут титрование.

Мерные пипетки предназначены для взятия строго определенного объема анализируемого раствора.

Аликвота — точно известный объем анализируемого раствора, взятый для анализа (часть исследуемого раствора).

В основе расчетов концентрации анализируемого вещества лежит основное уравнение титриметрии (выражение закона эквивалентов в титриметрии):

где с_эк(Т) — молярная концентрация эквивалентов титранта, моль/л; V (T) — объем титранта, израсходованный на титрование, мл; с_эк(Х) — молярная концентрация эквивалентов анализируемого вещества в растворе, моль/л; V (X) — объем анализируемого раствора, взятый для титрования, мл.

Из уравнения (16.2) следует:

Рис. 16.1. Прибор для титрования:

1 — бюретка с титрованным раствором; 2 — коническая колба с анализируемым раствором; 3 — лист белой бумаги; 4 — штатив.

Молярная концентрация эквивалентов анализируемого вещества равна отношению произведения молярной концентрации эквивалентов титранта на объем титранта, израсходованного на титрование, к объему анализируемого раствора.

Каким бы методом ни производилось титриметрическое определение, всегда при этом необходимы: 1) титрант; 2) подходящий индикатор; 3) измерительная посуда для точного измерения объемов реагирующих веществ (см. гл. 2).

Требования к реакциям в титриметрическом анализе. Реакции, используемые в титриметрическом анализе, должны отвечать следующим основным требованиям.

• 1. Реакция должна протекать по строго определенному стехиометрическому уравнению, побочных реакций не должно быть.
• 2. Равновесие в системе должно быть полностью смещено в сторону продуктов реакции, т. е. реакция должна протекать практически до конца. Степень превращения исходных веществ в продукты реакции в точке эквивалентности должна составлять не менее 99,90—99,99%.
• 3. Реакция должна протекать быстро, чтобы равновесие в любой момент титрования устанавливалось практически мгновенно. Иногда для ускорения протекания реакции растворы нагревают или добавляют катализаторы.
• 4. Реакция должна позволять точно определять конечную точку титрования вблизи точки эквивалентности, т. е. степень оттитрованное™ должна быть в пределах 0,99—1,01.