I –Wstęp teoretyczny:

Miareczkowanie – jest to chemiczna technika analizy ilościowej polegająca na dodawaniu roztworu – tzw. titranta za pomocą biurety w postaci kropel do roztworu zwanego analitem. Wyróżniamy następujące rodzaje miareczkowania:

• Alkacymetria – jest to miareczkowanie oparte na reakcji zobojętniania. Titrant reagując z analitem zmienia pH układu.

• Redoksymetria – miareczkowanie oparte na reakcji redoks (reakcja chemiczna w której dochodzi zarówno do redukcji jak i utleniania), która powoduje zmianę barwy lub zmianę przewodnictwa elektrycznego.

• Kompleksonometria – oparta na reakcjach w których zwykle powstają barwne związki kompleksowe

• Argentometria – oparta na reakcji tworzenia się trudno rozpuszczalnych osadów o ściśle określonym składzie, powstających szybko i łatwo opadających na dno

Miareczkowanie dzielimy również ze względu na sposób prowadzenia miareczkowania:

• Miareczkowanie bezpośrednie - wykorzystanie bezpośredniej reakcji między titrantem a oznaczanym związkiem chemicznym

• Miareczkowanie pośrednie – oznaczany związek nie reaguje bezpośrednio z titrantem, lecz pośrednio z inną substancją, a miareczkowany jest produkt tej reakcji

• Miareczkowanie odwrotne – do badanego roztworu dodaje się odmierzoną ilość roztworu mianowanego w nadmiarze, a następnie miareczkuje się odpowiednio dobranym titrantem.

Moment miareczkowania, w którym oznaczany składnik przereagował ilościowo z dodanym z biurety odczynnikiem nazywamy punktem równoważnikowym. Moment osiągnięcia tego punktu pozwala zaobserwować punkt końcowy miareczkowania, który zwykle jest przesunięty w stosunku do punktu równoważnikowego o 0,05% - 1%. Ważne jest, aby punkt równoważnikowy był równy punktowi końcowemu, ponieważ wtedy możemy wyznaczyć zawartość oznaczanego składnika bez żadnego błędu.
Punkt końcowy miareczkowania możemy wyznaczyć za pomocą wskaźników wizualnych lub też elektrometrycznie. Do najważniejszych należą następujące metody:

• Potencjalnometryczne – polega na pomiarze zmian napięcia elektrycznego podczas miareczkowania

• Konduktometryczne – polega na pomiarze przewodności elektrolitów, zmieniającej się wraz ze zmianą stężenia jonów

• Amperometryczne – polega na pomiarze zmiany natężenia elektrycznego w stosunku do stężenia substancji

• Spektrofotometryczne – polega na pomiarze zmiany absorbancji roztworu

Pomiar wartości pH jest jedną z podstawowych cech, które mierzymy podczas prac chemiczny. Wartość pH roztworu można mierzyć na dwa sposoby – za pomocą obserwacji zmiany barwy, lub metodą potencjalnometryczną. Wskaźnikami pH są słabe zasady organiczne oraz słabe kwasy. Wyróżniamy wskaźniki dwubarwne (np. oranż metylowy) i wskaźniki jednobarwne (np. fenoloftaleina). Stosując wskaźnik dwubarwny oraz jednobarwny w mieszaninie z obojętnym barwnikiem, na tle którego wyraźniej dostrzeżemy zmianę barwy otrzymujemy wskaźnik mieszany. Kolejnym wskaźnikiem pH są wskaźniki uniwersalne, które są mieszaniną wskaźników, które zmieniają barwę stopniowo w szerokim zakresie pH. Poza wymienionymi powyżej wskaźnikami, czasem stosuje się również wskaźniki fluorescencyjne, które albo zmieniają barwę fluorescencji, albo fluoryzują przy określonym pH. Metoda potencjalnometryczna polega na porównaniu potencjałów roztworu porównawczego i badanego. Mając te dane oraz znając wartość stężenia jednego z roztworów jesteśmy w stanie wyliczyć wartość pH ze wzoru Nernsta:

$$E = \frac{\log a_{1}}{\log a_{2}}$$

Gdzie a₁ oraz a₂, to stężenia obu roztworów.

Pomiar pH możemy również dokonać za pomocą szklanej elektrody jonoselektywnej, którą najczęściej się stosuje. Jej membrana wykonana jest ze szkła, które przepuszcza jedynie kationy hydroniowe (H₃O⁺), ma kształt kulistej bańki. We wnętrzu tej membrany znajduje się odpowiedni roztwór o charakterystycznej aktywności jonów, zależnych od zanurzonej elektrody. Może być ona chlorosrebrowa albo kalomelowa, jej funkcją jest kontakt elektryczny. Określenie wartości siły elektromotorycznej, a więc stosunek aktywności kationów wodorowych po dwóch stronach membrany, pozwala na obliczenie pH. Szklaną elektrodę stosuje się, ponieważ szkło jest odporne na wiele reduktorów, utleniaczy oraz metale ciężkie.

Zasadowość wody – jest to zdolność wody do przyjmowania protonów H⁺. Określa możliwość zobojętniania kwasów mineralnych w ustalonych warunkach. Ta właściwość wody wynika z obecności węglanów, wodorowęglanów oraz wodorotlenków  Na⁺, K⁺, Ca²⁺ i Mg²⁺ . Na podstawie znajomości pH wody możemy wyróżnić następujące zasadowości:

• p - wyznaczoną w trakcie miareczkowania wobec fenoloftaleiny, zmiana barwy zachodzi w zakresie  pH 8,3 – 10. Zasadowość typu p spowodowana jest przez wodorotlenki;

• m - wyznaczoną w trakcie miareczkowania wobec oranżu metylowego, zmiana barwy zachodzi w zakresie pH 3,1 – 4,5;

• z_m - zasadowość ogólna jest sumą wszystkich związków chemicznych, występujących w wodzie i reagujących zasadowo wobec fenoloftaleiny powyżej wartości pH 8,3 a wobec oranżu metylowego powyżej 4,5. Zasadowość ogólną wywołują m.in. węglany, wodorowęglany, jednowodorofosforany.

W przypadku, kiedy badany roztwór posiada pH większe, niż 8,3, po dodaniu fenoloftaleiny roztwór zabarwia się na różowo. Miareczkowanie prowadzi się do zaniku różowej barwy. Zasadowość ogólną wody wyznacza się za pomocą miareczkowania jej próbki roztworem mianowanego mocnego kwasu mineralnego do pH=4,5, wobec oranżu metylowego jako wskaźnika. Miareczkowanie prowadzi się do momentu zmiany koloru próbki z żółtego na żółtoróżowy.

II - Wykonanie ćwiczenia:

Do czterech koleb stożkowych odmierzono i wlano 100 cm³ badanej wody. Następnie zmierzono współczynnik pH każdej z próbek za pomocą pehamtru, dzięki czemu otrzymano następujące wyniki:

• Próbka A – 8,26pH

• Próbka B – 9,17pH

• Próbka C – 8,26pH

• Próbka D – 8,18pH

Później do każdej z próbek dodano po cztery krople fenoloftaleiny w wyniku czego próbka B zabarwiła się na różowo. Przystąpiono do miareczkowania 0,1m roztworem kwasu solnego do momentu odbarwienia roztworu. Po dodaniu 9ml roztworu do próbki B, woda odbarwiła się. Następnie przystąpiono do oznaczenia zasadowości ogólnej wobec oranżu metylowego. W tym celu do każdej z próbek dodano po 3 krople roztworu oranżu metylowego i miareczkowano 0,1m roztworem kwasu solnego, aż do zmiany barwy na żółtoróżową. Osiągnięto następujące wyniki:

• Próbka A – 47,9ml

• Próbka B – 10,9ml

• Próbka C – 15ml

• Próbka D – 12,2ml

III – Obliczenia:

$$\text{Zp}_{B} = \frac{a \bullet 100}{V} = \frac{9 \bullet 100}{100} = 9\ \text{mval}/\text{dm}^{3}$$

$$\text{Zm}_{A} = \frac{b \bullet 100}{V} = \frac{47,9 \bullet 100}{100} = 47,9\ \text{mval}/\text{dm}^{3}$$

$$\text{Zm}_{B} = \frac{b \bullet 100}{V} = \frac{10,9 \bullet 100}{100} = 10,9\ \text{mval}/\text{dm}^{3}$$

$$\text{Zm}_{C} = \frac{b \bullet 100}{V} = \frac{15 \bullet 100}{100} = 15\ \text{mval}/\text{dm}^{3}$$

$$\text{Zm}_{D} = \frac{b \bullet 100}{V} = \frac{12,2 \bullet 100}{100} = 12,2\ \text{mval}/\text{dm}^{3}$$

IV – Wnioski:

Próbka B zabarwiła się na różowo pod wpływem fenoloftaleiny, ponieważ jej pH było większe od 8,3pH, co zostało wykazane w pomiarze pehametrem. Zasadowość wobec fenoloftaleiny dla próbki A wyniosła 9 mval/dm³. Zasadowość ogólna wody wobec oranżu metylowego wyniosła kolejno: dla próbki A = 47,9 mval/dm³; próbki B = 10,9 mval/dm³; próbki C = 15 mval/dm³; próbki D = 12,2 mval/dm³.