Politechnika Gdańska Wydział Budownictwa Wodnego

i Inżynierii Środowiska

Studia Dzienne

Rok akademicki: 2003/2004

KOMPLEKSOMETRYCZNA
ANALIZA MIARECZKOWA

22.12.03 Leszek Miazga

Gr. 2

1. Wstęp teoretyczny

Analiza chemiczna, identyfikacja (chemiczna analiza jakościowa) i oznaczanie ilościowe (chemiczna analiza ilościowa) składu substancji. Ze względu na sposób
(i obiekt) pomiaru rozróżnia się metody klasyczne analizy chemicznej (gł. pomiar masy lub objętości) i chemiczną analizę instrumentalną (pomiar własności fizycznych lub fizykochemicznych badanej substancji).

Chemiczna analiza jakościowa, analiza, której celem jest stwierdzenie
(lub wykluczenie) obecności jakiegoś składnika w badanej próbce. Identyfikację składników próbki dokonuje się za pomocą odpowiednich odczynników analitycznych, powodujących charakterystyczną reakcję, której towarzyszy zmiana barwy roztworu, płomienia, specjalnie stopionej perły (barwne perły) albo wytrącenie osadu.

Metody klasyczne analizy chemicznej, metody analityczne ilościowe, wykorzystujące pomiar masy osadu otrzymanego w toku analizy (analiza wagowa, metody wagowe, czyli grawimetryczne) lub objętości roztworu mianowanego zużytego w reakcji z oznaczanym składnikiem (analiza miareczkowa, czyli objętościowa).

Chemiczna analiza instrumentalna, dział analizy chemicznej obejmujący metody pomiaru własności fizycznych lub fizykochemicznych badanej próbki, określające np.: własności elektryczne i elektrochemiczne, własności optyczne, własności rozdzielania międzyfazowego, promieniotwórczość i inne.

Metody te, zwane instrumentalnymi, odróżnia od metod klasycznych znacznie wyższa czułość i szybkość analizy, która może być łatwo zautomatyzowana. Metody instrumentalne często umożliwiają oznaczenie badanego składnika nawet wtedy, gdy towarzyszy mu skomplikowana matryca. Aparatura pomiarowa stosowana w chemicznej analizie instrumentalnej jest na ogół bardzo kosztowna.

Miareczkowanie, w najprostszym przypadku czynność w analizie miareczkowej (metody klasyczne analizy chemicznej) polegająca na dodawaniu z biurety roztworu mianowanego (titranta) do roztworu substancji oznaczanej aż do osiągnięcia punktu końcowego miareczkowania.

Zależnie od rodzaju titranta wyróżnia się poszczególne metody analizy miareczkowej, jak alkalimetria i acydymetria (razem określane jako alkacymetria), jodometria i jodymetria, cerometria, argentometria, chromianometria, manganometria i inne.

Miareczkowania stosuje się również w wielu technikach chemicznej analizy instrumentalnej

Punkt równoważnikowy miareczkowania, PR, punkt miareczkowania, w którym oznaczana substancja w roztworze przereagowała ilościowo stechiometrycznie z titrantem. Przybliżeniem PR jest punkt końcowy miareczkowania (PK), który jest wyznaczany wizualnie lub za pomocą metod instrumentalnych (np. potencjometrii).

Twardość - w cieczach jest powodowana przez jony wapnia, magnezu i innych metali ciężkich. Rozróżniamy dwa rodzaje twardości:

- twardość węglanowa - wywołana przez wodorowęglany, węglany, wodorotlenki wapnia i magnezu,

- twardość niewęglanowa - wywoływana przez inna związki takie jak chlorki i siarczany wapnia i magnezu.

Twardość ogólna jest sumą dwóch już wymienionych: Tw_og = Tw_w + Tw_nw

Kolejnym podziałem twardości jest, podział na twardość:

- wapniową - wywołana przez jony wapnia,

- magnezową - wywołana przez jony magnezu,

(Tw_og = Tw_ca²⁺ + Tw_mg²⁺).

Twardość ogólną oznacza się przez miareczkowanie badanej próbki mianowanym roztworem wersenianu disodu, przy użyciu czerni eriochromowej T, jako wskaźnika.

Wykonanie oznaczenia: W kolbie stożkowej umieszczamy 50 cm³ badanej próbki. Dodajemy do niej 1cm³ roztworu buforowego, następnie 1cm³ roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy i ok. 0,05g mieszaniny czerni eriochromowej
T z chlorkiem sodu. Taką próbkę miareczkuje się natychmiast roztworem wersenianu disodu do zmiany zabarwienia z czerwonej na niebieską (bez odcienia fioletowego). Jeżeli po upływie 2-3 min. Barwa nie ulegnie zmianie, miareczkowanie można uznać za poprawne. Twardość ogólną obliczamy ze wzoru:

Tw_og = [a 0,1 1000]/V [⁰n],

gdzie:

a - oznacza objętość wersenianu disodu zużyta do zmiareczkowania
w cm3,

V- jest objętością badanej próbki w cm3, a 0,1 jest współczynnikiem przeliczeniowym.

Aby przejść ze stopi niemieckich na mval/dm³ należy zastosować zależność,
że 1⁰n tw. = 0,36 mval/dm3

Na podstawie oznaczeń twardości ogólnej oraz zasadowości ogólnej można określić twardość węglanową i niewęglanową. Zachodzą dwa przypadki:

Tw_og > Z_og wtedy Tw_w= Z_og,

natomiast różnica Twog - Zog =Twnw

Tw_og < Z_og wtedy Tw_w= Tw_og,

a Tw_nw=0, mamy wtedy do czynienia z zasadowością alkaliczną (Z_alk) wyznaczaną ze wzoru: Z_og - Tw_og = Z_alk

Zasadowość alkaliczna wynika z obecności wodorowęglanów sodu i potasu
w niektórych wodach.

Twardość wapniowa - powodowana zawartością jonów wapnia. Wapń możemy oznaczyć kompleksometryczną metodą miareczkową z zastosowaniem wersenianu disodu oraz kalcesem jako wskaźnikiem. Kalces z jonami wapniowymi tworzy związek kompleksowy barwy czerwonej.

W kolbie stożkowej umieszczamy 50 cm3 badanej cieczy i dodajemy 3cm³ roztworu alkalizującego, 1 cm³ 1% roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy
i mniejwięcej 0,2g kalcesu. Po wymieszaniu składników należy natychmiast miareczkować wersenianem disodu do zmiany barwy z czerwonej na niebieską. Jeżeli po upływie 2-3 min barwa próbki nie zmieni się, miareczkowanie możemy uznać za poprawne. Twardość wapniową oraz zawartość jonów wapnia obliczamy
z następujących wzorów:

Tw_ca= (a*0,1*1000) / (2,8 V) [mval/dm³],

gdzie:

a - jest objętością roztworu wersenianu disodu jaką zużyliśmy do zmiareczkowania próbki, natomiast zawartość jonów ze wzoru: (a 0,1 1000 20)/ (2,8 V) [mg/dm3] = zawartości Ca²⁺

Twardość magnezowa - wywołana zawartością jonów magnezu. Metoda miareczkowania polega na kompleksometrycznym oznaczeniu sumarycznej zawartości wapnia i magnezu, czyli twardości ogólnej oraz osobno zawartości wapnia, a z różnicy wyników oblicza się zawartość magnezu.

W badanej próbce wykonuje się oznaczenie sumarycznej zawartości wapnia
i magnezu przez określenie twardości ogólnej w mval/dm³. Następnie przeprowadza się oznaczenie zawartości wapnia, (czyli oznacza się twardość wapniową)

2. Obliczenia

Do badania otrzymałem próbkę nr 10 i zgodnie z zaleceniami ze skryptu przeprowadziłem miareczkowanie. Dla twardości ogólnej zużyłem 8,5 cm³ wersenianu disodu, a więc podstawiając do wzoru na twardość ogólną otrzymałem:

Tw_og=[a*0,1*1000]/V [⁰n] dla a = 8,5 cm³ i V = 50 cm³

Tw_og=17 [⁰n]

a chcąc wyrazić wynik w mval/dm³ musimy go przemnożyć przez 0,36 mval/dm³ :

Tw_og = 6,1 mval/dm³

Następnie zbadałem zasadowość ogólną.

Do zmiareczkowania próbki zużyłem 7 cm³ HCL i podstawiając wartości do wzoru:

Z_og = (V_og*0,1*1000)/V, gdzie V_og=7 cm³, a V=100 cm³:

Z_og = 7 mval/dm³

Na koniec oznaczałem twardość wapniową do miareczkowania, której zużyłem 6,9 cm³ wersenianu disodu i podstawiając wartości do wzoru otrzymałam:

Tw_ca= (a 0,1*1000) / (2,8*V) dla a=6,9 cm³ i V = 50 cm³

Tw_ca=4,9 mval/dm³

Zawartość jonów wapnia (a 0,1*1000 20)/ (2,8*V) [mg/dm³] = zawartości Ca²⁺

Ca²⁺= 98,6 mg/dm³

Natomiast twardość magnezowa będzie równa: Tw_mg = Tw_og - Tw_ca, czyli:

Tw_mg = 6,1 - 4,9 [mval/dm³]

Tw_mg = 1,2 mval/dm³

Zawartość jonów magnezu:

[Mg²⁺]= 1,2*12,5 = 15 mg/dm³

Miałem, więc do czynienia z przypadkiem, kiedy to: Z_og >Tw_og, a więc Tw_w= Tw_og

Tw_w=6,1 mval/dm³, a Tw_nw=0

czyli Zasadowość alkaliczna Z_og - Tw_og = Z_alk, po wstawieniu wartości równa jest :

Z_alk = 0,9 mval/dm³

3,36 3,5 7,5

Ca ²⁺ Mg²⁺ K⁺ Na⁺

[mval/dm³]

HCO₃^─

7,5

3. Uwagi.

Twardość i zasadowość wody posiada istotne znaczenie przy ocenie wody do celów gospodarczych i technicznych. Ścieki o wysokiej twardości mogą wywoływać zakłócenia w pracy oczyszczalni biologicznych oraz wpływać ujemnie na wody odbiornika, a nawet zupełnie uniemożliwić procesy w zakładach produkcyjnych. Woda przeznaczona do picia powinna zawierać się w ściśle określonych kryteriach twardości (zbyt miękka woda, także jest niezdrowa). Zasadowość ma znaczenie drugorzędne dla higieny.

W oznaczeniu twardości bardzo przeszkadzają substancje organiczne. Należy się ich pozbyć, gdyż mogą one wpłynąć na nasz wynik miareczkowania. Niepożądane przy badaniach są także wodorowęglany i węglany powyżej 6 mval/dm3.

Oznaczenia zasadowości i twardości metodą maireczkową nie należy wykonywać, gdy:

- barwa próbki jest większa niż 50 mg Pt/dm3,

- są w próbce składniki utleniające,

- jest dużo soli łatwo hydrolizujących żelaza i glinu,

- gdy od czasu pobrania próbki wody minęło ponad 4 godz.

---