Титрування

1. Поняття про титрування
2. Індикатори
3. Правила титрування
4. Види титрування
5. Встановлення титру робочих розчинів (стандартизація)

1. Поняття про титрування
Кількісний хімічний аналіз поділяють на титриметричний і гравіметричний. Їх називають класичними методами аналізу.
Під загальною назвою " титриметричний аналіз" об'єднують кількісні визначення, що здійснюються титруванням.

Титрування полягає в поступовому додаванні до певної порції розчину аналізованої речовини або її наважки порцій розчину реагенту з точно відомою концентрацією до повного проходження хімічної реакції між реагентом і визначуваною речовиною.

Цю реакцію називають реакцією титрування, а момент її закінчення реєструють за зміною забарвлення спеціальних хімічних хромофорних речовин - індикаторів .

Момент закінчення титрування називають кінцевою точкою титрування (КТТ) або моментом (точкою) еквівалентності (МЕ, ТЕ), якщо він точно відповідає моменту хімічної еквівалентності визначуваної речовини та речовини реагенту.

Розчин реагенту з точно відомою концентрацією, вираженої , у вигляді титру, називають титрантом, або робочим розчином.
Вміст визначуваної речовини в титриметрії розраховують за законом еквівалентів (рівняння зв'язку), використовуючи інтенсивність аналітичного сигналу вимірювань об'єму титранту, що пішов на титрування.

Конкретне титрування в титриметрії прийнято зображати схемою у вигляді вертикальної стрілки (бюретки), справа вгорі від якої вказують хімічну формулу і концентрацію титранту, всередині - індикатор, а внизу -визначувану речовину, наприклад :

виведенням середньоарифметичного (розбіжність не більше 0,1 - 0,2 см3) результату повторних (паралельних) титруваннь.

Титриметричні методи аналізу розділяють за типом хімічних реакцій
1. Методи кислотно-основного титрування які ґрунтуються на використанні реакції нейтралізації. Їх застосовують для визначення кислот, основ та солей, які внаслідок гідролізу утворюють кислу або лужну реакцію середовища.

2. Методи осаджувального титрування у яких досліджувана речовина при взаємодії з титрантом виділяється з розчину у вигляді малорозчинної сполуки.
3. Методи комплексонометричного титрування грунтуються на утворенні комплексів титранту з досліджуваною речовиною.
4. Методи окисно-відновного титрування (оксред-методи) побудовані на окисно-відновних реакціях, що відбуваються між
певною речовиною і титрантом.

2. Індикатори
ІНДИКАТОРИ - речовини, що дозволяють слідкувати за складом середовища або за перебігом хімічної реакції.
Одними з найпоширеніших є кислотно-основні, які змінюють колір в залежності від кислотності розчину. Відбувається це тому, що в кислому і лужному середовищі молекули індикатора мають різну будову.

Кислотно-основні індикатори у більшості випадків являють собою розчинні складні органічні сполуки, що мають здатність змінювати своє забарвлення в залежності від рН розчину. За хімічною будовою вони є слабкими кислотами або основами, що частково дисоціюють в розчині за рівнянням:

При виборі індикатора керуються наступними правилами:
первагу потрібно надавати індикаторам, ділянка переходу яких найближча до рН в точці еквівалентності;
величина переходу забарвлення індикатора повинна повністю або частково входить в скачок титрування;
при титруванні слабких кислот не можна застосовувати індикатори з інтервалом переходу, що лежить в кислотній ділянці, а при титруванні слабких основ - в лужній.

Практично ніколи не вдається підібрати індикатор, у якого ділянка переходу співпадала би з рН в точці еквівалентності, тому найчастіше зміна забарвлення відбувається до або після точки еквівалентності.

При титруванні необхідно встановити кількість робочого розчину, еквівалентну кількості визначуваної речовини.
Для цієї мети до досліджуваного розчину доливають поступово титрант до тих пір, поки не буде досягнуто еквівалентної точки. Цей момент називається точкою еквівалентності.
Ознакою досягнення точки еквівалентності служить набуття розчином певного значення рН.

Тому як індикатор методу нейтралізації служать речовини, забарвлення яких змінюється залежно від зміни величини рН.
До них відносяться лакмус, метиловий оранжевий, фенолфталеїн і багато інших речовини.
Забарвлення кожного з них змінюється всередині певного вузького інтервалу значень рН, причому цей інтервал залежить тільки від властивостей даного індикатора і абсолютно не залежить від природи реагуючих між собою кислоти і основи.

Момент титрування, коли індикатор змінює своє забарвлення, називається точкою кінця титрування.
Необхідно вибирати індикатор та умови титрування так, щоб точка кінця титрування збігалася з точкою еквівалентності або була, можливо, ближче до неї.

Індикатори готують у вигляді водних, водно-спиртових або спиртових розчинів. Зміна забарвлення індикатора залежить від зміни концентрації іонів водню, причому кожний індикатор змінює забарвлення лише в певних інтервалах рН. Кінець титрування визначають або за зміною забарвлення (метиловий оранжевий), або за зникненням чи його появою (фенолфталеїн).

3. Правила титрування
Під час титрування колбу треба тримати правою рукою, а лівою управляти краном бюретки, щоб рідина стікала рівномірно. При титруванні велике значення має швидкість додавання розчину.
Для перемішування титрованого розчину зручно застосовувати магнітні мішалки. Кінець титрування визначають за зміною забарвлення розчину.

Слід пам'ятати кілька правил титрування.
Титровані розчини повинні бути свіжими. Не дозволяється їх тривале зберігання.
Титровані розчини при зберіганні змінюють свій титр, тому його слід періодично перевіряти.
Титр розчинів КМп04 потрібно установлювати не раніше, ніж через 3—4 дні після приготування.
Титровані розчини лугів потрібно зберігати в бутлях, покритих всередині парафіном, і захищати від дії двоокису вуглецю.

Порядок виконання титрування . Закріпляють бюретку строго вертикально в лапці штативу.
Наповнюють її за допомогою лійки вище нульової поділки розчином титранта. Виймають лійку.

Відкривають затвор, дають розчину заповнити кінчик бюретки нижче крана або скляної кульки і витісняють пухирці повітря. Установлюють рівень розчину на нульовій поділці бюретки (мал.І)зливанням розчину титранта в стакан.

Око спостерігача повинно бути на рівні нульової поділки, тобто в одній горизонтальній площині з ним. Нижня частина меніска повинна збігатися з нульовою поділкою.
Підставляють конічну колбу або стакан під бюретку, підклавши під неї аркуш білого паперу, щоб була помітною зміна переходу кольору індикатора.

Набирають піпеткою 2 мл розчину досліджуваної речовини, виливають в конічну колбу або стакан і добавляють до нього 1-2 мл розчину індикатору. Фіксують як змінюється забарвлення індикатора.
Виміряють термометром температуру розчину.

Добавляють до розчину лугу з індикатором одразу 1-1.5 мл кислоти з бюретки. Після цього продовжують добавляти кислоту краплями, злегка збовтуючи рідину коловими рухами. Тримають колбу за шийку правою рукою і перемішують розчин, обертаючи колбу .

Кран бюретки повинен бути з правого боку; відкривають його лівою рукою і регулюють ним швидкість витікання розчину.
Добавляють окремими краплями кислоту. Збовтують вміст колби (стакана) після кожної краплі, спостерігаючи за зміною забарвлення.

4.Види титрування
У титриметріі використовують види титрування:
пряме
зворотнє (за залишком)
непряме (замісникове)
реверсивне

Вимоги до реакцій прямого титрування
Взаємодія титрованої речовини із реагентом в умовах проведення аналізу повинна бути специфічною.
Реакція повинна протікати стехіометрично, тобто відповідно до певного рівняння.
Реакція повинна проходити швидко, тобто стан рівноваги після додавання чергової порції титр акта повинен досягатися майже миттєво.

Константа рівноваги повинна бути достатньо високою, реакція повинна
проходити до кінця, щоб похибки, які виникають від неповного протікання
реакції не перевищили допустимі величини.
Можливість підбору індикатора для фіксації .

Зворотнє титрування застосовують тоді, коли:
мала швидкість прямої реакції
відсутній відповідний індикатор
можлива втрата визначуваної речовини, внаслідок її леткості (летючості)

Непряме титрування застосовуюють тоді, коли:
визначувана речовина із використовуваним титрантом не взаємодіє
взаємодія титранту і визначуваної речовини проходить не стехіометрично
взаємодія визначуваної речовини і титранту приводить до утворення суміші декількох продуктів, кількісне співвідношення яких не є постійним

Реверсивне титрування
При реверсивному титруванні розчином визначуваної речовини титрують стандартний розчин реагенту.

5.Встановлення титру робочих розчинів (стандартизація)
Стандартними розчинами називаються розчини з точно відомою концентрацією.
Існує два способи їх приготування:
1. Беруть на аналітичних вагах точну наважку відповідної речовини,
розчиняють її в мірній колбі і доводять об'єм розчину водою до позначки.
Цим способом можна готувати титранти - розчини тільки тих речовин, які
задовольняють ряду вимог:

Речовина має бути хімічно чистою, тобто не повинна містити сторонніх домішок у таких кількостях, які можуть вплинути на точність аналізів (не більше 0,05-0,1%).
Склад речовини повинен строго відповідати формулі. Наприклад, кристалогідрати повинні містити рівно стільки води, скільки відповідає їх формулам.
Речовина має бути стійкою при зберіганні і в твердому вигляді, і в розчині, тому що інакше легко порушилася б відповідність складу за формулою.

2. Якщо речовина не задовольняє перераховані вище вимоги, то спочатку
готують розчин з його приблизною молярністю. Паралельно з цим готують
також стандартний розчин якої-небудь відповідно вихідної речовини, як
описано вище. Далі, відтитрувавши один із зазначених розчинів іншим і
знаючи концентрацію розчину вихідної речовини, обчислюють точну
концентрацію розчину даної речовини.

Цим способом готують, наприклад,
стандартні розчини сильних кислот і лугів, речовини яких внаслідок своєї агресивності не відповідають вимогам, що пред'являються до вихідних
речовин.

Перша стадія полягає в розведенні концентрованого розчину до концентрації близькою до необхідної в мірній посудині з приблизною точністю вимірювання об'єму (1-10 смЗ).
Друга стадія полягає в приготуванні
спеціального інсталяційного розчину з приготованим титром. На третій стадії
титруванням встановлюють точну концентрацію робочого розчину по
концентрації інсталяцій.

Розчини з приготованим титром називають первинним стандартом, а з встановленим - вторинним.

Інструментами для точного вимірювання об'ємів (до 10-2 см ) розчинів у титриметріі служать аналітичні піпетки, бюретки і мірні колби різної місткості, а маси - аналітичні ваги (до 10-4-10-5 г).
Для приблизного вимірювання об'ємів - мірні циліндри, мензурки, склянки і колби з поділками (до 10-1-50 см ), а маси - технічні ваги (до 10-2 г).

Повторне титрування проводять двома способами: піпетування і окремих наважок.
При піпетуванні для кожного повторного титрування аналітичної піпеткою певної місткості відбирають пробу аналізованого розчину. Розрахунок маси визначуваної речовини у всьому об'ємі розчину, взятого на аналіз проводять за формулою з поправочних коефіцієнтів, або просто розведенням).