str022 (4)

40 Ćwiczenie nr 5

2.1. ALKACYMETRIA

Alkacymetria jest działem analizy miareczkowej, który skupia metody analityczne, polegające na miareczkowaniu mianowanymi roztworami zasad i kwasów wobec odpowiednich wskaźników. Metodami alkacymetrycznymi można oznaczać: kwasy, zasady, sole słabych kwasów i mocnych zasad.

Wskaźniki stosowane w alkacymetrii, zmiana barwy wskazują zmiany stężenia jonów wodorowych w roztworze. Sa to słabe kwasy lub słabe zasady organiczne, których cząsteczki niezdy-socjowane maja inne zabarwienie niż powstające w wyniku ich dysocjacji jony.

Poznano wiele substancji, które mogą być, pojedyńczo lub w mieszaninach, stosowane jako wskaźniki alkacymetryczne. W praktyce laboratoryjnej większość oznaczeń alkacymetrycznych wykonuje się za pomocą trzech wskaźników: fenoloftaleiny, oranźu metylowego i czerwieni metylowej.

Fenoloftaleina jest wskaźnikiem, który w roztworze o pH niższym niż 8,1 jest bezbarwny, w zakresie pH od 8,1 do 10 ma barwę różowa, a gdy pH > 10 - barwę buraczkowoczerwoną. Fenoloftaleina jest stosowana w postaci 0,1-procentowego roztworu w 70-proc. etanolu.

Oranż metylowy ma barwę czerwoną w roztworze o pH mniejszym od 3,1, w zakresie pH od 3,1 do 4,4 ma barwę pomarańczową, w roztworze o większym pH barwę żółtą. Oranż metylowy jest używany w postaci 0,1-procentowego roztworu wodnego.

Czerwień metylowa wykazuje barwę czerwoną w roztworze o pH niższym niż 4,2, barwę pomarańczową dla pH od 4,2 do 6,2, a dla pH > 6,2 - barwę żółtą. Tego wskaźnika używa się w postaci 0,2-procentowego roztworu w 90-procentowym etanolu.

Oznaczając określony składnik metoda alkacymetryczną, należy odpowiednio dobrać stężenie roztworu mianowanego, użytego do miareczkowania oraz odpowiedni wskaźnik. Stężenie roztworu mianowanego odczynnika, stosowanego do miareczkowania, dobiera się w ten sposób, aby błąd pomiaru jego objętości nie był zbyt duży (czyli objętość roztworu powinna być dostatecznie duża) i aby miareczkowanie można było wykonać podczas jednego napełnienia biurety. Do każdego oznaczenia alkacymetrycznego należy użyć takiego wskaźnika, który zmianą zabarwienia wskazuje, że został osiągnięty punkt równoważnikowy miareczkowania. Oznacza to, że pH roztworu produktów reakcji zachodzących podczas miareczkowania (w punkcie równoważnikowym) powinno mieścić się w zakresie pFł, w którym następuje zmiana zabarwienia wskaźnika. pH roztworu w punkcie równoważnikowym jest bowiem zależne od rodzaju reagujących ze sobą substancji, od tego czy produkty reakcji tworzące się podczas miareczkowania ulegają hydrolizie. Reakcja hydrolizy jest reakcja odwrotną w stosunku do reakcji zobojętniania:

reakcja zobojętniania

Me⁺ + OH' + H⁺ + X- ...........—’ Me⁺ + X’ + H₂0

reakcja hydrolizy

Jeżeli w reakcji bierze udział mocny kwas i mocna zasada wówczas pH roztworu w punkcie równoważnikowym wynosi około 7 gdyż powstająca sól nie ulego hydrolizie. O tym, że reakcja hydrolizy w tym układzie nie przebiega decydują rodzaje kwasu i zasady. Zarówno kwas jak i zasada są mocnymi elektrolitami i są dobrze zdysocjowane. Jeżeli natomiast w reakcji bierze udział slaby kwas i mocna zasada wówczas pH roztworu w punkcie równoważnikowym będzie wyższe od 7, gdyż tworzona podczas miareczkowania sól słabego kwasu i mocnej zasady ulega częściowej hydrolizie z odtworzeniem słabego kwasu i mocnej zasady.

Podobne rozważania można przeprowadzić dla innych układów i można w ten sposób określić jakie pH będzie posiadał roztwór w punkcie równoważnikowym, co pozwoli na dobranie odpowiedniego wskaźnika do miareczkowania. Na przykład: fenoloftaleina może być stosowana jako wskaźnik w oznaczeniach, w których pH badanego roztworu, po dodaniu równoważnej’ chemicznie objętości roztworu mianowanego, jest zawarte w przedziale pH zmiany jej zabarwienia, czyli 8,1 < pH < 10.

2.2.    REDOKSYMETRIA

Redoksymetria jest działem analizy miareczkowej, skupiającym metody oparte na reakcjach utleniania i redukcji. Do tego działu należa następujące metody analityczne: nadmanganianome-tria, jodometria, chromianometria, bromianometria, cerometria i tytanometria. Nazwy poszczególnych metod wywodzą się od nazw związków chemicznych, których reakcje z substancjami oznaczanymi są podstawą oznaczeń. Podobnie jak w innych metodach miareczkowych, do wykonania oznaczenia określonej substancji chemicznej używa się odpowiedniego roztworu mianowanego i odpowiedniego wskaźnika. Jeżeli w reakcji utleniania i redukcji, będącej podstawa metody oznaczania, biorą udział jony H⁺ lub OH', to do roztworu z oznaczanym składnikiem dodaje się mocny kwas lub mocną zasadę. Należy podkreślić, że reakcje będące podstawą oznaczeń redoksymetrycznych są znacznie powolniejsze niż reakcje zachodzące przy innych oznaczeniach miareczkowych, i dlatego te oznaczenia wymagają więcej czasu.

2.3.    KOMPLEKSOMETRIA

Kompleksoinetriajest działem analizy miareczkowej, skupiającym metody analityczne, oparte na reakcjach tworzenia związków kompleksowych. Metodami kompleksometrycznymi można oznaczyć wiele pierwiastków. Odczynnikiem najczęściej stosowanym w kompleksometrii jest wersenian dwusodowy. Mimo, że nie jest on odczynnikiem selektywnym, można za jego pomocą oznaczać poszczególne pierwiastki, znajdujące się w mieszaninie. W tym celu dobiera się odpowiednie pH roztworu oraz odpowiednie wskaźniki.

Przykładowe oznaczenia z tej grupy metod zostaną omówione podczas zajęć nr 6 (analiza wody - oznaczanie wapnia, magnezu i twardości).

2.4.    MIARECZKOWA ANALIZA WYTRACENIOWA (PRECYPITOMETRIA)

Miareczkowa analiza wytrąceniowa polega na wydzielaniu oznaczanej substancji w postaci trudno rozpuszczalnego osadu za pomocą odpowiedniego roztworu mianowanego. W celu stwierdzenia końca miareczkowania, to znaczy momentu, w którym w roztworze praktycznie nie występuje oznaczany składnik, stosuje się odpowiednie wskaźniki lub dodaje roztwór mianowany do momentu, aż ostatnia dodana kropla odczynnika nie wytrąci osadu z roztworu.

3. ANALIZA GAZOMETRYCZNA

Analiza gazometryczna skupia metody, w których zawartość poszczególnych składników określa się na podstawie pomiarów objętości wytworzonych lub pochłoniętych gazów w reakcjach zachodzących z udziałem oznaczanych składników. Tymi metodami można oznaczać wiele różnych składników, a sposób postępowania zostanie zilustrowany przykładem (zadanie 6).

Pytania i zadania kontrolne

1.    Napisać równanie reakcji kwasu siarkowego z wodorotlenkiem sodu.

2.    Obliczyć ile cm³ 0,2 M roztworu wodorotlenku potasu należy użyć do zobojętnienia 25 g czystego kwasu siarkowego.

3.    Wyjaśnić, dlaczego chlorek sodu nie ulega hydrolizie.

4.    Wyjaśnić działanie wskaźników alkacymetrycznych.

5.    Napisać wyrażenie określające stalą dysocjacji kwasu octowego (CH₃COOH).

6.    Obliczyć stężenie jonów wodorowych w 0,1 M roztworze CH.COOH. Stała dysocjacji

kwasu octowego wynosi _C00H =1,75 • 10'⁵.

7.    Określić jaki odczyn ma roztwór węglanu sodu.

8.    Napisać równanie reakcji hydrolizy węglanu sodu.

9.    Określić odczyn roztworu zawierającego równocześnie równe liczby moli chlorku sodowego i chlorku amonowego.