Титриметричний метод аналізу – це що таке?

Титриметричний метод аналізу (титрування) дозволяє провести об’ємний кількісний аналіз і знаходить широке застосування в хімії. Його головне достоїнство – різноманітність способів і методів, завдяки чому його можна використовувати для вирішення різноманітних аналітичних задач.

Принцип аналізу

Титриметричний метод аналізу заснований на вимірюванні об’єму розчину відомої концентрації (титранта), що вступив у реакцію з досліджуваним речовиною.

Для аналізу знадобиться спеціальне обладнання, а саме, бюретка – тонка скляна трубка з нанесеною градуювання. Верхній кінець цієї трубки відкритий, а на нижньому знаходиться запірний кран. Прокалиброванную бюретку з допомогою воронки заповнюють титрантом до нульової позначки. Аналіз проводять до кінцевої точки титрування (КТТ), додаючи невелику кількість розчину з бюретки до досліджуваного речовини. Кінцеву точку титрування визначають за зміною кольору індикатора або якого-небудь фізико-хімічної властивості.

Кінцевий результат розраховується по витраченому об’єму титранта і виражається в титрі (Т) – масі речовини, що припадає на 1 мл розчину (г/мл).

Обґрунтування процесу

Титрометричний метод кількісного аналізу дає точні результати, оскільки речовини реагують один з одним в еквівалентних кількостях. Це означає, що твір їх обсягу і кількості тотожні один одному: C1V1 = C2V2. З цього рівняння легко знайти невідоме значення С2, якщо інші параметри задаються самостійно (С1, V2) і встановлюються в ході аналізу (V1).

Виявлення кінцевої точки титрування

Оскільки своєчасне фіксування кінця титрування – найбільш важлива частина аналізу, потрібно правильно підібрати його способи. Найбільш зручним вважається використання кольорових або флуоресцентних індикаторів, але можна застосовувати і інструментальні методи – потенциометрию, амперометрию, фотометрію.

Остаточний вибір способу виявлення КТТ залежить від необхідної точності і селективності визначення, а також його швидкості та можливості автоматизації. Особливо актуально це для мутних і забарвлених розчинів, а також агресивних середовищ.

Вимоги до реакції титрування

Щоб титриметричний метод аналізу дав вірний результат, потрібно правильно підібрати реакцію, яка буде лежати в його основі. Вимоги до неї такі:

• стехиометричность;
• висока швидкість протікання;
• висока константа рівноваги;
• наявність достовірного способу фіксування експериментального кінця титрування.

Відповідні реакції можуть належати будь-якого типу.

Види аналізу

Класифікація методів титриметрического аналізу базується на типі реакції. За цією ознакою розрізняють наступні методи титрування:

• кислотно-основний;
• окисно-відновне;
• комплексометрическое;
• осаджувальне.

В основі кожного виду лежить свій тип реакції, підбираються специфічні титранты, в залежності від яких в аналізі виділяють підгрупи методів.

Кислотно-основне титрування

Титриметричний метод аналізу з використанням реакції взаємодії гидроксония з гідроксид-іоном (Н3О+ + ОН- = Н2О) називається кислотно-основним. Якщо відома речовина в розчині утворює протон, що характерно для кислот, метод відноситься до підгрупи ацидиметрия. Тут в якості титранта зазвичай використовують стійку соляну кислоту HCl.

Якщо титрант утворює гідроксид-іон, метод називається алкалиметрией. Використовувані речовини – луги, наприклад, NaOH, або солі, одержані взаємодією сильного підстави зі слабкою кислотою, як Na2CO3.

Індикатори при цьому використовується кольорові. В якості них виступають слабкі органічні сполуки – кислоти і підстави, у яких розрізняються структура і забарвлення протонированных і не протонированных форм. Найчастіше в кислотно-основному титруванні використовується одноколірний індикатор фенолфталеїн (прозорий розчин в лужному середовищі стає малиновим) і двоколірний метиловий оранжевий (червоне речовина стає жовтим в кислому середовищі).

Їх широке застосування пов’язано з високим светопоглощенієм, завдяки якому їх забарвлення добре помітна неозброєним оком, і контрастності і вузькій області переходу кольору.

Окисно-відновне титрування

Окисно-відновний титрометричний аналіз – це метод кількісного аналізу, заснований на зміні співвідношення концентрації окисленої і відновленої форм: aOx1 + bRed2 = aRed1 + bOx2.

Ділиться метод на наступні підгрупи:

• перманганатометрия (титрант – KMnO4);
• иодометрия (I2);
• дихроматометрия (K2Cr2O7);
• броматометрия (KBrO3);
• иодатометрия (KIO3);
• цериметрия (Ce(SO4)2);
• ванадатометрія (NH4VO3);
• титанометрия (TiCl3);
• хромометрия (CrCl2);
• аскорбинометрия (С6Н8ОН).

У ряді випадків роль індикатора може грати реагент, що бере участь в реакції і змінює своє забарвлення з придбанням окисленої або відновленої форми. Але також застосовують специфічні індикатори, наприклад:

• при визначенні йоду використовують крохмаль, який утворює темно-синє з’єднання з I3—іонами;
• при титруванні тривалентного заліза застосовують тиоционат-іони, що утворюють з металом комплекси, пофарбовані в яскраво-червоний колір.

Крім того, є спеціальні редокс-індикатори – органічні сполуки, що мають різну забарвлення окисленої і відновленої форм.

Комплексометрическое титрування

Якщо коротко, титриметричний метод аналізу, званий комплексометрическим, заснований на взаємодії двох речовин з утворенням комплексу: M + L = ML. Якщо використовуються солі ртуті, наприклад, Hg(NO3)2, метод називається меркуриметрией, якщо етилендиамінтетраоцтова кислота (ЕДТА) – комплексонометрией. Зокрема, з допомогою останнього методу проводиться титриметричний метод аналізу води, а саме, її жорсткості.

У комплексонометрии використовують прозорі металлоиндикаторы, набувають забарвлення при утворенні комплексів з іонами металів. Наприклад, при титруванні солей тривалентного заліза ЕДТА в якості індикатора використовують прозору сульфосалициловую кислоту. Вона забарвлює розчин в червоний колір при утворенні комплексу з залізом.

Однак частіше металлоиндикаторы мають власний колір, який змінюють залежно від концентрації іона металу. В якості таких індикаторів застосовуються многоосновные кислоти, що утворюють досить стійкі комплекси з металами, які при цьому швидко руйнуються при дії ЕДТА з контрастним зміною забарвлення.

Осаджувальне титрування

Титриметричний метод аналізу, в основі якого лежить реакція взаємодії двох речовин з утворенням твердого з’єднання, що випадає в осад (М + Х = МХ↓), є осаджувальних. Він має обмежене значення, так як зазвичай протікають процеси осадження неколичественно і нестехиометрично. Але іноді він все-таки використовується і має дві підгрупи. Якщо в методі використовуються солі срібла, наприклад, Agno 3, він називається аргентометрией, якщо солі ртуті, Hg2(NO3)2, то меркурометрией.

Для виявлення кінцевої точки титрування використовують наступні способи:

• метод Мора, в якому індикатором служить хромат-іон утворює червоно-цегляний осад з сріблом;
• метод Волхарда, заснований на титруванні розчину іонів срібла тіоціанатом калію в присутності тривалентного заліза, що утворює з титрантом червоного комплексу в кислому середовищі;
• метод Фаянсу, передбачає титрування з адсорбційними індикаторами;
• метод Гей-Люссака, в якому КТТ визначається за просвітління чи помутніння розчину.

Останній метод останнім часом практично не використовується.

Способи титрування

Титрування класифікується не тільки лежить в основі реакції, але і за способом виконання. За цією ознакою виділяють такі види:

• пряме;
• зворотне;
• титрування заступника.

Перший випадок використовують тільки в умовах ідеального протікання реакції. Титрант при цьому додають безпосередньо до означуваного речовині. Так з допомогою ЕДТА визначають магній, кальцій, мідь, залізо і ще близько 25 металів. Але в інших випадках частіше використовують більш складні способи.

Зворотне титрування

Ідеальну реакцію вдається підібрати не завжди. Найчастіше вона протікає повільно, або для неї важко підібрати спосіб фіксування кінцевої точки титрування, або серед продуктів утворюються леткі сполуки, з-за чого визначувана речовина частково втрачається. Подолати ці недоліки можна, використовуючи метод зворотного титрування. Для цього до означуваного речовині доливають велика кількість титранта, щоб реакція пройшла до кінця, а потім визначають, яка кількість розчину залишилося непрореагировавшим. Для цього залишки титранта від першої реакції (Т1) титруються іншим розчином (Т2), і його кількість визначається по різниці добутків обсягів і концентрацій у двох реакціях: СТ1VT1-CT2VT2.

Застосування титриметрического методу аналізу зворотним способом лежить в основі визначення діоксиду марганцю. Його взаємодія з сульфатом заліза протікає дуже повільно, тому сіль береться у надлишку і реакція прискорюється за допомогою нагрівання. Непрореагіровавшего кількість іона заліза титрується дихроматом калію.

Титрування заступника

Титрування заступника використовується у разі нестехиометричных або повільних реакцій. Його суть в тому, що для визначуваної речовини підбирається стехиометричная реакція з допоміжним з’єднанням, після чого титруванню піддають продукт взаємодії.

Саме так поступають при визначенні дихромата. До нього додають йодид калію, в результаті чого виділяється еквівалентна що визначається речовини кількість йоду, яке потім титрується тіосульфатом натрію.

Таким чином, титрометричний аналіз дозволяє визначити кількісний вміст широкого кола речовин. Знаючи їх властивості і особливості протікання реакцій, можна підібрати оптимальний метод і спосіб титрування, який дасть результат з високим ступенем точності.