ANALIZA ILOŚCIOWA - MIARECZKOWA

Analiza miareczkowa jest metodą ilościowego oznaczania substancji. Polega na stopniowym dodawaniu titrantu (roztwór odczynnika o znanym dokładnym stężeniu (mol/l) lub mianie.) do roztworu oznaczanej substancji (roztwór analitu)

Reakcja wykorzystywana w analizie miareczkowej powinna spełniać następujące warunki:

⇒ przebiegać bardzo szybko,

⇒ przebiegać stechiometrycznie, zgodnie z równaniem,

⇒ powinna istnieć możliwość dokładnego ustalenia punktu równoważnikowego,

⇒ związki chemiczne, biorące udział w reakcji powinny być dostatecznie trwałe

w roztworze i nie powinny wchodzić w reakcje z innymi składnikami roztworu.

Punkt końcowy miareczkowania (PK)- to ptk miareczkowania, w którym jakaś własnośc r-ru, np. barwa spowodowana dodaniem wskaźnika, wykazuje wyraźną zmianę (doświadczalnie ustalony koniec miareczkowania)

Punkt równoważności (PK stechiometryczne)- to ptk miareczkowania, w którym ilość dodanego odczynnika miareczkującego jest chemicznie równoważna ilości substancji miareczkowanej

Błąd miareczkowania- to różnica między objętością titrantu zużytą do osiągnięcia ptk końcowego a objętością potrzebną do osiągnięcia ptk równoważności miareczkowania

Klasyfikacja metod miareczkowych

Klasyfikacja według sposobu miareczkowania; metody:

a)bezpośrednie - jeśli oznaczana substancja reaguje

z titrantem szybko i stechiometrycznie;

b)pośrednie - jeśli titrant i substancja miareczkowana nie

reagują ze sobą bezpośrednio, dobiera się

trzecią substancję, która reaguje szybko i

stechiometrycznie z oznaczaną substancją,

tworząc produkt reagujący szybko i stechiometrycznie z titrantem;

c)odwrotne - jeśli reakcja zachodzi powoli, do roztworu

miareczkowanego dodaje się określoną

ilość titrana w nadmiarze. Gdy reakcja

przebiegnie do końca nadmiar titranta odmiareczkowuje się odpowiednim pomocni-

czym roztworem mianowanym.

Klasyfikacja według typu zachodzącej reakcji chemicznej:

Metody miareczkowe

1.Alkacymetria

(oparta na reakcjach kwas-zasada)

a)Alkalimetria (titrantem jest zasada)

b)Acydymetria (titrantem jest kwas)

2.Kompleksometria

(oparta na reakcjach tworzenia trwałych i łatwo rozpuszczalnych związków kompleksowych)

3.Redoksymetria

(oparta na reakcjach utleniania-redukcji)

a)Reduktometria (titrantem jest reduktor)

b)Oksydymetria (titrantem jest utleniacz)

Alkacymetria

Alkacymetria obejmuje metody oznaczania stężeń kwasów, zasad, a także soli mocnych kwasów i słabych zasad oraz soli mocnych zasad i słabych kwasów.

Detekcja punktu końcowego odbywa się metodami instrumentalnymi (np. poten-

cjometrycznie) lub wizualnymi.

Wskaźnikami w alkacymetrii są słabe kwasy lub zasady organiczne, których formy zdysocjowane i niezdysocjowane różnią się zabarwieniem.

Przykłady wskaźników stosowanych w alkacymetrii

OranŜ metylowy

Fenoloftaleina

Czerwień metylowa

Błękit bromotymolowy

Graficznym przedstawieniem zmian zachodzących w trakcie miareczkowania jest tzw. Krzywa miareczkowania, odzwierciedlająca zależność pH roztworu od objętości dodanego titrantu wyrażonej w ml.

Kompleksometria

Kompleksometria obejmuje metody oparte na reakcjach tworzenia trwałych, rozpuszczalnych związków kompleksowych. Najszerzej rozwiniętym działem kompleksometrii jest kompleksonometria. Nazwa ta pochodzi od słowa komplekson, którym określa się kwasy aminopolikarbonowe. Kompleksony charakteryzują się wybitnymi zdolnościami tworzenia związków kompleksowych, tzw. chelatów

z kationami metali wielowartościowych. Spośród kompleksonów najbardziej znanym jest wersenian disodowy, określany skrótem EDTA, od nazwy etylenodiaminotetraoctan.

Przykłady wskaźników stosowanych w kompleksonomerii:

czerń eriochromowa

mureksyd

Są to związki organiczne, które w określonych warunkach miareczkowania tworzą z jonami metali barwne kompleksy. W miarę przebiegu reakcji zmniejsza się w roztworze liczba kompleksów metal-wskaźnik,

a zwiększa liczba bardziej trwałych kompleksów metal-komplekson.

Uwolniony wskaźnik ma inną barwę niż w kompleksie z metalem, a ponieważ w pobliżu PR następuje gwałtowny spadek stężenia jonów metalu, możliwa jest wizualna detekcja tego punktu.

Przykładem oznaczeń kompleksometrycznych może być oznaczanie jonów wapnia i magnezu wykonywane w celu określenia twardości wody w obecności czerni eriochromowej.

Redoksomeria

Obejmuje metody oparte na reakcjach utleniania i redukcji.

Reakcje te możliwe są wtedy, gdy między reagującymi substancjami istnieje różnica potencjału utleniającego. W miarę przebiegu reakcji reduktor ulega utlenieniu(oddaje elektrony), natomiast utleniacz ulega redukcji (przyjmuje elektrony).

W pewnym momencie następuje zrównanie potencjałów i ustalenie stanu równo-

wagi.

Punkt równoważnikowy (PR) wyznaczany jest potencjometrycznie lub za pomocą wskaźników.

Wskaźniki te są układami redoks, których forma utleniona posiada odmienne zabarwienie niż forma zredukowana.

Wskaźnikiem może być również sam roztwór mianowany, tak jak ma to miejsce w przypadku miareczkowania roztworem nadmanganianu potasu.

Technika wykonania miareczkowania

Podstawowym przyrządem w analizie miareczkowej jest biureta. Jest to wąska, kalibrowana rurka szklana, zakończona kurkiem, która umożliwia pomiar objętości zużytego titranta. Dokładność tego pomiaru jest niezwykle istotna dla prawidłowego oznaczenia stężenia badanej substancji, dlatego ważne jest przestrzeganie następujących zasad miareczkowania:

Praworęczni: w prawej ręce kolba, w lewej biureta

⇒ Biureta przed użyciem powinna być dokładnie umyta i przepłukana dwu- lub

trzykrotnie roztworem mianowanym. Roztwór powinien spływać równomiernie, nie pozostawiając kropel na ściankach.

⇒ Roztwór mianowany wlewa się do biurety powyżej poziomu zerowego. Z końcówki biurety usuwa się pęcherzyki powietrza przez odkręcenie kurka kranu, a następnie spuszcza się nadmiar roztworu do kreski zerowej.

⇒ Roztwór mianowany spuszcza się z biurety niewielkimi porcjami do roztworu miareczkowanego, znajdującego się najczęściej w kolbie stożkowej. Po dodaniu każdej porcji roztwór należy wymieszać. Zbliżając się do punktu końcowego miareczkowania należy titrant dodawać kroplami, powoli, mieszając roztwór miareczkowany.

⇒ Odczyt objętości zużytego roztworu mianowanego powinien być wykonany po ok. 2-3 minutach od zakończenia miareczkowania, co pozwala uniknąć błędu związanego z wolniejszym spływaniem cieczy ze ścianek biurety.

⇒ Zaleca się używać 20-40 ml titrantu. Mniejsza jego ilość znacznie zwiększa błąd pomiaru. Wynika to z faktu, że PK można wyznaczyć z dokładnością do 1 kropli, czyli do ok. 0.03 ml. Im mniejsza objętość zużytego roztworu mianowanego, tym 1 kropla stanowi większy procent całości i większy jest błąd pomiaru.

ANALIZA JAKOŚCIOWA

Celem jest ustalenie z jakich składników składa się dana substancja i ustalenie czy dany związek chemiczny w ogóle występuje w analizowanej substancji.

To analiza jonów będących w r-rze. Do r-ru dodaje się różnych odczynników i obserwuje zmiany koloru r-ru, wytrącenie osadów oraz inne reakcje, które świadczą o obecności pewnych jonów oraz grup jonów w r-rze.

Ze względu na właściwości jony zostały pogrupowane:

1.Wykrywanie kationów: (5grup)

Do r-ru dodaje się odpowiedni odczynnik grupowy. Jeśli nastąpiło strącenie osadu, oznacza to, że jakieś kationy z danej grupy są obecne w r-rze.

Igr: Ag+, Pb2+, Hg2+ odczynnik grupowy: HCl

IIgr: As3+, As5+, Sb3+ S^2- nierozpuszczalne w wodzie i w kwasach

IIIgr: Zn2+, Mn2+, Fe2+ S^2- nierozpuszczalne w wodzie

IVgr: Ba2+, Ca2+, Sr2+ węglan amonu nierozpuszczalne w wodzie węglany

Vgr: Mg2+, Li+, Na+ rozpuszczalne = brak odczynnika gr.

2.Wykrywanie anionów: (7grup)

Grupy zostały wydzielone w zależności od osadów powstających w reakcjach z kationami z IVgr kationów

AgNO₃ i Ba(NO₃)₂

Igr: Cl-, I- tworzą osady tylko z Ag+

IIgr: S^2-, NO₂^- tworzą osady tylko z Ag+

IIIgr: SO₃^2-, CO₃^2- tworzą osady z Ag+ i z Ba²⁺

IVgr: PO₄^3- tworzą osady z Ag+ i z Ba²⁺

Vgr: NO₃^- nie tworzą osadów

VIgr: SO₄^2- tworzą osady tylko z Ba²⁺

Viagr: SiO₃^2- tworzą osady z Ag+ i z Ba²⁺

ROZPUSZCZALNOŚĆ:

To zdolność substancji do rozpuszczenia się w danym rozpuszczalniku przy danej temperaturze i ciśnieniu.

W przypadku gazów rozpuszczalność wzrasta ze wzrostem ciśnienia, maleje-ze wzrostem temperatury.

Rozpuszczalność ciał stałych i cieczy wzrasta ze wzrostem temperatury.

Nie znamy substancji całkowicie nierozpuszczalnych.

r-ór nasycony- to taki, w którym już więcej danej substancji nie jest w stanie się rozpuścić w określonej temperaturze

rozpuszczalność trudno rozpuszczalnych subst. może być określona liczbowo:

• Irozp=[Aⁿ⁺]^m[B^m-]ⁿ

• Rozpuszczalność w molach lub gramach na 1 dm³

Czynniki wpływające na zwiększenie rozpuszczalności:

- zjawisko efektu solnego: rozpuszczalność soli trudno rozpuszczalnych zwiększa się pod wpływem soli, które nie mają wspólnego jonu

- hydroliza osadu: jony, na któr rozpada się w r-rze rozpuszczona część osadu, reagują z wodą, wytwarzając cząsteczki słabo dysocjujących kwasów lub zasad, w wyniku hydrolizy zmniejsza się stężenie tych jonów>Irozp. R-ór staje się nienasycony i można rozpuścić pewną dodatkową ilość osadu

- temperatura: wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalność większości osadów się zwiększa

-jony wodorowe: zmniejszają stężenie anionów w r-rze

Budowa ogniwa:

Anoda(-) Mn⁰ -> Mn²⁺ +2e utlenianie

Katoda(+) Cu²⁺ + 2e-> Cu⁰ redukcja sumarycznie: Mn+Cu²⁺->Mn²⁺+Cu

(-)Mn | MnSO₄(C1) || CuSO₄(C2) | Cu(+)

REGUŁA HUNDA:

Zapełnienie orbitali następuje w ten sposób, że najpierw tworzą się jednoelektronowe orbitale danego typu, a dopiero po obsadzeniu wszystkich orbitali danego typu pojedynczymi elektronami, następne elektrony wchodzą do już istniejących jednoelektronowych orbitali, lecz z przeciwnym spinem.

1. w danej podpowłoce powinna istnieć możliwie jak największa liczba niesmarowanych elektronów

2. niesmarowane elektrony obsadzające poziomy orbitalne tej samej podpowłoki powinny mieć jednakową orientację spinu

3. do sparowania elektronów dochodzi dopiero po zajęciu przez elektrony niesmarowane wszystkich poziomów orbitalnych danej podpowłoki

REGUŁA (ZAKAZ) PAULIEGO:

W całym wieloelektrodowym atomie nie może być dwóch elektronów o wszystkich jednakowych liczbach kwantowych.

---