WYKŁAD VI

Analiza jakościowa i ilościowa

Badanie składu substancji, mieszaniny substancji lub roztworu. Kiedy analiza chemiczna ogranicza się do identyfikacji składników, mamy do czynienia z analizą jakościową. Jeśli celem jest oznaczenie ilości składników zawartych w badanej próbce, chodzi o analizę ilościową.

Ze względu na technikę postępowania, w klasycznej analizie ilościowej wyróżnia się dwa działy:

- Analizę wagową (grawimetryczną)

- analizę objętościową (wolumetryczną)

W analizie wagowej stosuje się metody wytrącania i ważenia osadów o ściśle określonym składzie chemicznym lub wydzielania substancji lotnych, w wyniku suszenia bądź prażenia analizowanej substancji

Analiza objętościowa polega na dokładnym mierzeniu objętości reagujących ze sobą roztworów, z których jeden ma ściśle określone stężenie.

Analizę objętościową dzieli się na:

- Alkacymetrię, wykorzystującą reakcje zobojętniania (oznaczanie kwasów i zasad)

- redoksometrię, , oparta na przebiegających ilościowo reakcjach utleniania i redukcji (oznaczanie utleniaczy i reduktorów)

- strąceniową, w której zasadą oznaczeń są reakcje wytrącania trudno rozpuszczalnych osadów, np. oznaczanie jonu Cl- mianowanym roztworem azotanu (V) srebra

- kompleksometryczną, wykorzystującą tworzenie związków kompleksowych przez roztwory mianowane i analizowane

Techniki pracy w analizie objętościowej

Podstawowe znaczenie w tej analizie ma zarówno dokładne określenie stężenia roztworu mianowanego, jak i precyzyjne określenie stężenia roztworu mianowanego, jak i precyzyjne mierzenie objętości reagujących roztworów (mianowanego i analizowanego). W metodach miareczkowych do odmierzania objętości używa się tzw. naczyń miarowych. Są to kolby miarowe, cylindry miarowe, pipety i biurety.

Wykonanie miareczkowania

W uchwytach statywu umieszcza się pionowo biuretę i napełnia roztworem mianowanym. Następnie do trzech kolb stożkowych odmierza się za pomocą pipety określoną objętość roztworu analizowanego i jeżeli to potrzebne, również kilka kropel indykatora.

Z biurety dodaje się małymi porcjami (kroplami) płynu miareczkującego do roztworu badanego, równocześnie mieszając go ruchem wirowym kolby stożkowej

W strefie punktu końcowego miareczkowania (PK) zmniejsza się szybkość i ilość dodawanego roztworu mianowanego (należy przestrzegać zasady, ażeby dodawany odczynnik nie ściekał po ściankach kolby stożkowej). Koniec miareczkowania jest sygnalizowany zmianą zabarwienia indykatora w roztworze analizowanym. W wielu przypadkach wygodniej jest posłużyć się wzorcem, co pozwala na szybkie ustalenie barwy roztworu w punkcie końcowym miareczkowania (PK). W przypadku przemiareczkowania należy wylać próbkę i oznaczenie ponowić.

Próbkę powinno się zmiareczkować 3 razy i policzyć średnią z wyników.

Alkacymetria

Metody analizy objętościowej, w której wykorzystuje się stechiometrię w reakcjach zobojętniania, nazywa się metodami alkacymetrycznymi. Przy oznaczaniu kwasu za pomocą zasady, lub zasady za pomocą kwasu zachodzi reakcja neutralizacji, na skutek łączenia się jonów wodorowych kwasu i jonów wodorotlenkowych zasad w słabo zdysocjowaną cząsteczkę wody.

H3O+ + OH- = H2O

Oznaczanie nieznanych ilości zasad mianowanymi roztworami kwasów nazywa się acydymetrią natomiast kwasów mianowanymi roztworami zasad – alkalimetrią.

Typy miareczkowania:

- mocnych kwasów mocnymi zasadami

- słabych kwasów mocnymi zasadami

- słabych zasad mocnymi kwasami

W alkacymetrii roztworami mianowanymi tzn. takimi, które służą do oznaczania nieznanych ilości zasad i kwasów, jest najczęściej ok 0,1-molowy roztwór HCl lub 0,1-molowy roztwór NaOH

Przygotowanie ok. 0,1-molowego roztworu HCl

Obliczyć ile ml roztworu HCl potrzeba do przygotowania 250 ml 0,1-molowego roztworu, gdy d=1,18 g/ml, HCl-36,23%?

1. Obliczamy masę HCl (m_s) potrzebną do sporządzenia 250 ml 0,1-molowego roztworu, korzystając ze wzoru na stężenia molowe:

2. Uzyskaną masę chlorowodoru przeliczamy na masę 36,23-procentowego roztworu HCl

3. Przeliczamy masę roztworu na objętość, ponieważ wagi analitycznej nie stosuje się do odważania substancji żrących, ze względu na możliwość uszkodzenia (korozja) -> kwas czy coś innego może się rozlać

Wagi analityczne potrafią zważyć substancję do czterech lub pięciu miejsc po przecinku (mierzy ona mniejsze wagi, ale dokładniej)

Wagi techniczne służą do mierzenia większych próbek, ale z mniejszą dokładnością.

Wagę należy wytarować i sprawdzić czy jest dobrze wypoziomowana przed rozpoczęciem ważenia.

Przygotowanie ok. 0,1-molowego roztworu NaOH

Oblicz, ile roztworu NaOH, gdy d=1,50 g/ml, zawierającego 49,10% NaOH, potrzeba do sporządzenia 250 ml 0,1ml 0,1-molowego roztworu.

1. Obliczamy masę NaOH, jakiej trzeba użyć do przygotowania 250 ml 0,1-molowego roztworu

2. Uzyskaną masę NaOH przeliczamy na masę 49,10-procentowego roztworu NaOH

3. Korzystając ze wzoru na gęstość roztworu, przeliczamy masę roztworu na jego objętość w ml.

Pzykład obliczeń alkacymetrycznych

Do zmiareczkowania 25ml roztworu NaOH zużyto 5,6ml (średnia obliczeń trzech prób) 0,098 molowego roztworu HCl. Obliczyć zawartość NaOH w 250ml roztworu analizowanego.

1000 ml x1-molowy HCl ---- zobojętnia 40g NaOH (1mol)

5,6ml x 0,098mol ------------- x g NaOH

Obliczona masa NaOH (0,022 g) znajduje się w 25ml roztworu analizowanego. W całym roztworze (250ml) znajduje się:

REDOKSOMETRIA

Metody te stosuje się do objętościowego oznaczania substancji o charakterze utleniaczy i reduktorów w roztworach wodnych substancji analizowanych z mianowanymi roztworami utleniaczy bądź reduktorów. Reakcje wykorzystywane w tych metodach winny być procesami przebiegającymi stechiometrycznie i eliminującymi całkowicie zawartość utleniacza lub reduktora roztworu analizowanego w punkcie końcowym miareczkowania.

WZOR

Do najważniejszych i najczęściej stosowanych metod redoksometrycznych należą manganometria i jodometria.

Manganometria

W analizie manganomketrycznej płynem miareczkującym (roztwór mianowany) jest roztwór KMn)4. Działanie utleniające roztworu KMnO4 jest uzależnione od stężenia jonów wodorowych w środowisku reakcji. Najsilniejsze działanie utleniające wykazuje KMnO4 w środowisku kwaśnym, w którym jony MnO4- redukują się do jonów Mn*2+

WZÓR

W manganometrii stosuje się więc środowisko silnego kwasu mineralnego, najczęściej jest to rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego (VI)

Jodometria

W metodach jodometrycznych wykorzystuje się układy redoksowe, oparte na odwracalnej reakcji

WZOR

Oznaczenia jodometryczne można podzielić na dwie grupy

1. Wykorzystując stosunkowo słabe właściwości utleniające jodu, oznacza się jony o właściwościach silnie redukcyjnych, np. siarczki, tiosiarczany, cynę (II)

2. Substancje o wyższym potencjale utleniającym niż potencjał układu J₂/2J- (E⁰ = 0,535 V) utleniają jony jodkowe do jodu, który który odmiareczkowuje się mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu. W ten pośredni (odwrócony) sposób oznacza się substancje utleniające np. bromiany (V) jodany(V) dichromainy, manganiany, chlor, nadtlenek wodowy, miedź(II)

Kompleksonometria

W chemii analitycznej, a szczególnie w analizie ilościowej bardzo ważną rolę odgrywają związki kompleksowe. Składają się one z atomu (jonu) cantralnego, którym zwykle jest metal oraz otaczających go jonów lub cząsteczek zwanych ligandami. Metody ilościowej analizy objętościowej, polegające na tworzeniu trwałych, rozpuszczalnych w wodzie związków kompleksowych jonów metali z dwusodową solą kwasu etyleno-diamino-tetraoctowego (komplekson III, EDTA), nazywamy metodami kompleksonometrycznymi