UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY

W BYDGOSZCZY

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ

LABORATORYJNYCH Z CHEMII

KIERUNEK BUDOWNICTWO

STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

NR ĆWICZENIA:	10
TEMAT:	Analiza ilościowa (miareczkowanie). Oznaczanie podstawowych anionów występujących w materiałach budowlanych. Oznaczanie ilościowe węglanów i wodorowęglanów.

GRUPA	7
Zespół w składzie:	Żaneta Kraśniewska Aleksandra Krause Joanna Rudnik Michał Damian
Data wykonania ćwiczenia:	01.05.2014
Sprawozdanie sporządził:	Damian Michał

Bydgoszcz 10. 05. 2014 r.

1. Wstęp teoretyczny

Analiza miareczkowa( objętościowa) polegaja na oznaczaniu składnika w

roztworze badanym za pomocą roztworu odczynnika (titranta) o znanym stężeniu, czyli mianie, odmierzanego dokładnie za pomocą biurety.

Operację dodawania roztworu titranta z biurety do naczynia z roztworem miareczkowanym nazywa się miareczkowaniem. W metodach miareczkowych można wykorzystywać reakcje chemiczne:

a) które przebiegają stechiometrycznie (ilościowo),

b) które przebiegają dostatecznie szybko,

c) których punkt równoważnikowy można wyznaczyć z dostateczną dokładnością,

d) w których biorą udział związki chemiczne dające roztwory dostatecznie trwałe w warunkach miareczkowania.

Metody miareczkowe opierają się w zasadzie na czterech podstawowych typach reakcji chemicznych, a mianowicie: reakcjach kwas-zasada, reakcjach kompleksowania, reakcjach redoks i reakcjach strąceniowych. Metody te nazywa się odpowiednio: alkacymetrycznymi , kompleksometrycznymi, redoksometrycznymi i strąceniowymi. W analizie miareczkowej stosuje się przede wszystkim środowisko wodne. W analizie organicznej, obok szeroko stosowanych miareczkowań alkacymetrycznych i redoks, wykorzystuje się w metodach miareczkowych specyficzne reakcje organiczne, takie jak bromowanie, diazowanie, sprzęganie, spełniające podstawowe wspomniane wyżej warunki wymagane w analizie miareczkowej.

Punkt miareczkowania, w którym oznaczany składnik przereagował ilościowo stechiometrycznie z dodawanym z biurety odczynnikiem, nazywa się punktem równoważnikowym (PR) miareczkowania. Istnieją różne sposoby pozwalające ustalić ten punkt. Taki wyznaczony punkt nazywa się punktem końcowym (PK) miareczkowania.PK=PR, wtedy bowiem miareczkowanie pozwala wyznaczyć zawartość oznaczanego składnika bez żadnego błędu.

Tak idealne dobranie sposobu oznaczenia PK miareczkowania jest zwykle dość trudne. W rezultacie PK nie jest idealnie równy PR miareczkowania i różnica ta stanowi błąd miareczkowania. Obliczona na podstawie PK miareczkowania zawartość oznaczanego składnika jest zwykle zbyt mała lub zbyt duża. W przypadku znacznej rozbieżności między PK i PR, w celu uniknięcia większych błędów, można posłużyć się porównawczym sposobem nastawiania miana roztworu odczynnika do miareczkowania. Sposób polega na nastawianiu miana na znaną ilość oznaczanego składnika, zawartego w takim samym roztworze jak badany, przy czym PK miareczkowania wyznacza się w taki sam sposób, jaki stosuje się w toku analizy. Po takim nastawieniu miana wiadomo, że 1 ml titranta odpowiada ściśle określonej liczbie gramów oznaczanego składnika.

Jest to miano empiryczne titranta, słuszne tylko wtych dokładnie określonych warunkach miareczkowania. Ponieważ w większości miareczkowań można uznać, że PK = PR, do miareczkowania stosuje się roztwory, których stężenie jest tak przygotowane, że uwzględnia od razu współczynniki równoważności wynikające z przeprowadzonych reakcji. W przypadku miareczkowań strąceniowych i kompleksometrycznych są to roztwory o stężeniu wyrażanym w mol/l. Ilość składnika (w gramach) wyznaczoną tymi metodami oblicza się mnożąc liczbę mililitrów titranta zużytą na miareczkowanie przez jego molowość i przez masę molową (w g/mol) substancji oznaczanej.

W przypadku reakcji alkacymetrycznych i redoksometrycznych najchętniej stosuje się roztwory zawierające w 11 roztworu: 1, 0,1 lub 0,01 mola kwasu, zasady, utleniacza lub reduktora. Ilość oznaczanego składnika (w gramach) oblicza się wtedy mnożąc liczbę mililitrów zużytego titranta

przez masę molową (g/mol) i współczynnik równoważności oznaczanego składnika. Miana roztworu ustala się je stosując substancje podstawowe lub inny mianowany roztwór. Miano nastawione na substancję podstawową nazywa się mianem bezwzględnym. Substancje podstawowe, spełniające w poszczególnych metodach miareczkowych rolę wzorców(np. szczawian sodowy w manganometrii, chlorek sodowy w argentometrii), muszą odpowiadać określonym wymaganiom. Powinny to być substancje stałe, odużym stopniu czystości, łatwe do wysuszenia i niehigroskopijne.

Punkt końcowy miareczkowania określa się wizualnie, korzystając z barwnych wskaźników, albo

metodami instrumentalnymi. Do najważniejszych należą następujące instrumentalne metody

miareczkowania:

1) potencjometryczne — na podstawie pomiaru zmian potencjału elektrody wskaźnikowej w

czasie miareczkowania;

2) konduktometryczne — na podstawie pomiaru zmiany przewodnictwa roztworu

miareczkowanego;

3) amperometryczne — na podstawie pomiaru zmiany natężenia prądu płynącego w odpowiednim

układzie elektrod w roztworze badanym;

4) spektrofotometryczne — na podstawie pomiaru zmiany absorbancji roztworu.

Wskaźniki zmieniają barwę odpowiednio do zmian zachodzących w roztworze miareczkowanym,

np. wskaźniki alkacymetryczne w zależności od zmiany pH roztworu, wskaźniki redoks w zależności

od zmian potencjału redoks roztworu. Wskaźniki mogą też zmieniać barwę w wyniku reakcji zachodzących w roztworze w toku miareczkowania, w których bierze udział sam wskaźnik. Wskaźniki mogą wreszcie reagować pośrednio lub bezpośrednio z nadmiarem titranta. Naprzykład skrobia tworzy z jodem niebieski związek, jony chromianowe reagują z nadmiarem jonów srebra i tworzą czerwonawą zawiesinę (Ag2Cr04),wskazującą na koniec miareczkowania. Jeśli oznaczana substancja reaguje z titrantem stechiometrycznie, szybko i jeśli łatwe jest określenie końca miareczkowania, to przeprowadza się miareczkowanie bezpośrednie. Jeśli odczynnik, którym się miareczkuje, reaguje z oznaczanym składnikiem powoli lub jeśli osiągnięcie PR reakcji wymaga nadmiaru titranta, miareczkowanie bezpośrednie nie daje zadowalających wyników. Można wtedy posłużyć się metodą miareczkowania odwrotnego. Do badanego roztworu dodaje się znaną ilość titranta w nadmiarze. Czeka się, aby reakcja z oznaczanym składnikiem przebiegła do końca, ewentualnie podgrzewa roztwór w celu przyspieszenia osiągnięcia równowagi reakcji. Następnie odmiareczkowuje się nadmiar odczynnika odpowiednim pomocniczym mianowanym roztworem, reagującym szybko i stechiometrycznie z titrantem wobec odpowiedniego wskaźnika. Jako przykład można wymienić kompleksometryczne oznaczanie glinu. Można wtedy zastosować miareczkowanie pośrednie. Polega ono na dobraniu takiej substancji trzeciej, która reagując stechiometrycznie i ilościowo z oznaczanym składnikiem tworzy nowy związek, reagujący następnie stechiometrycznie i szybko z titrantem. Dobrym przykładem miareczkowania pośredniego jest stosowanie jako titranta roztworu tiosiarczanu sodowego, znanego reduktora.

Pomiar pH wykonuje się dwiema zasadniczymi metodami: potencjometryczną, oraz wizualną — na podstawie obserwacji barwy odpowiednich substancji, tzw. wskaźników pH .

Wskaźnikami pH są słabe kwasy bądź słabe zasady organiczne, które reagując z wodą tworzą układy sprzężone kwas-zasada. Człony układu mają albo różne zabarwienia — są to wtedy wskaźniki dwubarwne (np. oranż metylowy), albo, gdy tylko jeden z członów układu jest zabarwiony, są to wskaźniki jednobarwne (np. fenoloftaleina). Wskaźniki jednobarwne i dwubarwne stosuje się albo same, albo w mieszaninie z obojętnym barwnikiem, na którego tle zmiana barwy właściwego wskaźnika jest łatwiej zauważalna — są to wskaźniki mieszane. Są to wskaźniki uniwersalne, pozwalające szybko orientacyjnie określać pH. Wskaźniki takie są zawsze zaopatrzone w skalę barw odpowiadających określonym wartościom pH.

Właściwością wody, którą określa się jako zasadowość, jest zdolność do zobojętniania kwasów mineralnych w określonych warunkach. W wodach naturalnych występują w największych ilościach wodorowęglany wapnia i magnezu. Poza tym występują węglan magnezowy i w niewielkich stężeniach węglan wapniowy. Obok wodorowęglanów i węglanów wapnia oraz magnezu w niektórych wodach znajdują się węglany i wodorowęglany sodu i potasu. W takich przypadkach woda cechuje się większą zasadowością od twardości ogólnej. Różnica pomiędzy wartością zasadowości a wielkością twardości ogólnej określana jest jako zasadowość alkaliczna. Ten rodzaj zasadowości powodowany jest właśnie przez zawarte w wodzie wodorowęglany lub węglany potasowe i sodowe. Zasadowość ma natomiast duże znaczenie w ocenie wody do celów gospodarczych i technicznych. Np. zasadowość ogólna, która odpowiada twardości węglanowej, ma znaczenie w wodzie do zasilana kotłów. Podobnie niepożądana jest zasadowość alkaliczna w wodzie dla celów technicznych, gdyż wywołuje silne pienienie wody w kotle. Zasadowość alkaliczna jest niepożądana np. w garbarstwie, gdyż wywołuje straty garbników. Oznaczanie zasadowości wody polega na określeniu zawartości w niej związków chemicznych, które reagują zasadowo w obecności odpowiedniego wskaźnika. Zawartość tych związków określa się za pomocą miareczkowania roztworem mocnego kwasu, początkowo

do pH ok. 8,3, . następnie do Ph ok. 4,5.

Reakcje chemiczne podczas oznaczania zasadowości przebiegają następująco:

miareczkowanie do pH ok. 8,3 OH- + H+ → H2O

miareczkowanie do pH ok. 4,5 CO3 2-+ H+ → HCO3-

HCO3- + H+ → H2O + CO2

Podczas badań specjalnych rozróżnia się następujące rodzaje zasadowości, zależnie od związku,

który nadaje charakter zasadowy wodzie badanej; zasadowość ogólną (Zm), zasadowość wobec fenoloftaleiny (Zp), zasadowość węglanową (ZCO32-), zasadowość wodorowęglanową (ZHCO3-) zasadowość wodorotlenową (ZOH-).

Określenie zasadowość ogólna oznacza sumę wszystkich związków chemicznych w wodzie, które reagują zasadowo wobec oranżu metylowego

( pH = 4,5). Zasadowość wobec fenoloftaleiny oznaczasumę wszystkich związków reagujących zasadowo powyżej pH = 8,3.

Wykonanie ćwiczenia :

1. Oznaczanie zasadowości wobec fenoloftaleiny za pomocą miareczkowania

Do kolby stożkowej o pojemności 250 cm odmierzyliśmy 100 cm3 wody badanej i dodaliśmy 4 krople roztworu fenoloftaleiny. Jeżeli woda zabarwi się na kolor różowy, należy ją miareczkować 0,1 m roztworem kwasu solnego do zaniku zabarwienia. Jeżeli woda nie zabarwi się na różowo, po dodaniu

do niej roztworu fenoloftaleiny, oznacza to, że ten rodzaj zasadowości w wodzie badanej nie występuje (Zp=0)

PRÓBKA A

Po dodaniu oranżu woda zabarwiła się na kolor pomarańczowy, miareczkowanie HCl -5,06 ml. PH 7,8

Zp= 5,06 *100 /100 = 5,06 mval/dm3

PRÓBKA B

Po dodaniu oranżu woda zabarwiła się na kolor pomarańczowy, miareczkowanie HCl-0,71 ml. PH7,4

Zp= 0,71 *100 /100 = 0,71 mval/dm3

PRÓBKA C

Po dodaniu fenoloftaleiny woda zabarwiła się na różowy kolor ,miareczkowanie HCl 1,01 ml . PH 10

Dodano oranż próbka odbarwiła się , PH 4,5 , miareczkowanie HCl 1,6 ml PH 8,3 , kolor łososiowy.

Zp= 1,01 *100 /100 = 1,01 mval/dm3

PRÓBKA D

Próbka odrzucona.

PRÓBKA E

2.Oznaczanie zasadowości ogólnej wobec oranżu metylowego

Zasadowość ogólną wody oznacza się za pomocą miareczkowania jej próbki roztworem mianowanym mocnego kwasu mineralnego do pH = 4,5, wobec oranżu metylowego jako wskaźnika.

Miareczkowanie prowadzi się do zmiany zabarwienia próbki z żółtego na żółtoróżowe.

Do oznaczania użyć próbkę po zmiareczkowaniu jej wobec fenoloftaleiny. Do próbki dodać 2—3krople roztworu oranżu metylowego i miareczkować 0,1 m roztworem kwasu solnego do zmiany jej barwy na żółtoróżową.

PRÓBKA A

Zmiana zabarwienia wody po dodaniu oranżu metylowego , miareczkowanie 1,28 ml

Zm=1,28 *100/ 100=1,28 mval/dm3

PRÓBKA B

Brak zabarwienia wody po dodaniu oranżu metylowego.

PRÓBKA C

Zmiana zabarwienia wody po dodaniu oranżu metylowego, miareczkowanie 7,60ml

Zm=7,60*100/100=7,60 mval/dm3

PRÓBKA D

Zmiana zabarwienia wody po dodaniu oranżu metylowego, miareczkowanie 0,18.

Zm=0,18*100/100=0,18 mval/dm3

3 . Obliczanie zasadowości węglanowej , wodorowęglanowej i wodorotlenowej.

PRÓBKA A

2ZP<Zm<9,0 PH, jej próbka może zawierać węglany i wodorowęglany:

ZCO2/3-=0,66

Z HCO1/3=0,62

PRÓBKA B

Zp =0 (próbka wody badanej nie zabarwia się po dodaniu do niej roztworu

fenoloftaleiny), badana woda może zawierać jedynie wodorowęglany, w ilości odpowiadającej zasadowości ogólnej :

Z HCO 1/3- = 0

PRÓBKA C

Zp =0 (próbka wody badanej nie zabarwia się po dodaniu do niej roztworu

fenoloftaleiny), badana woda może zawierać jedynie wodorowęglany, w ilości odpowiadającej zasadowości ogólnej :

Z HCO 1/3- = 0

PRÓBKA D

Zp =0 (próbka wody badanej nie zabarwia się po dodaniu do niej roztworu

fenoloftaleiny), badana woda może zawierać jedynie wodorowęglany, w ilości odpowiadającej zasadowości ogólnej :

Z HCO 1/3- = 0

Zasadowość wody w takich warunkach (pH > 9 i 2Zp≥ Zm) jest wywoływana obecnością zasadowości węglanowej, wodorotlenowej i wodorowęglanowej, które można obliczyć z nomogramu podanego na rysunku.

Zasadowość wodorotlenową oblicza się według wzoru:

ZOH1=Zm-ZHCO1/3=3,19-4,6= - 1,31

ZCO2/3=3,6

---