Методы количественного анализа

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

МЕТОДЫ количественного анализа

 

В количественном анализе выделяют методы химические, физические и физико-химические Отнесение метода к той или иной группе зависит от того, в какой мере определение химического состава вещества данным методом основано на использовании химических или физических процессов, или сочетание тех и других процессов.

Разработаны аналитические методы, которые основаны на использовании почти всех известных химических и физических свойств атомов и молекул. Следует учитывать, что аналитическая методика, как правило, состоит из нескольких стадий, каждая из которых основана на том или ином свойстве.

Соответственно трем агрегатным состояниям материи - твердому, жидкому, газообразному - количественные измерения можно проводить путем определения массы (путем взвешивания) и путем определения объемов жидких или газообразных веществ.

 

Химические методы

Химические методы основаны на следующих превращениях: образование осадка или растворение осадка, образование окрашенного соединения или изменение цвета раствора, образование газообразных веществ.

Химические методы используются в анализах, которые называются “классическими”. Они хорошо проверены, состоят из нескольких стадий, каждая из которых вносит свою ошибку, требует от аналитика внимательности, аккуратности, большого терпения.

 

Классические химические методы анализа

Гравиметрия (весовой анализ).

Метод основан на измерении массы (веса) малорастворимого соединения (осадка), образующегося в результате химической реакции между определяемым компонентом и реактивом (осадителем). Измерение проводится путем взвешивания на аналитических весах гравиметрической формы.

Определяемый компонент + осадитель = осадок взвешиваемая форма

(определяемая форма) (реагент, (осаждаемая (гравиметрическая

реактив) форма) форма)

 

Титриметрия (титриметрический или объемный анализ).

Метод основан на точном измерении объема раствора известного реактива, пошедшего на реакцию с определяемым компонентом. В титриметрии используют титрованные растворы, концентрация которых известна. Эти растворы называют титрантами (рабочими растворами). Процесс постепенного приливания (добавления по каплям) раствора титранта к раствору анализируемого вещества называется титрованием. При титровании добавляют количество вещества титранта эквивалентное количеству определяемого вещества.

Конец реакции называется точкой стехиометричности или точкой эквивалентности.

Эксперименталь­но конец титрования определяют по появлению или исчез­новению окраски раствора, прекращению выделения осад­ка или же с помощью индикаторов. Эта точка, называемая конечной точкой титрования

 

Требования к реакциям, которые составляют основу методов

Количественного анализа

Взаимодействие между определяемым компонентом и реактивом должно идти в определенных стехиометричеких отношениях по уравнению реакци. Реакция должна идти практически до конца. Продукт реакции должен быть определенного точного состава и формулы.

Реакция должна проходить быстро, с большой скоростью, что особенно важно при прямом титровании. Точно фиксировать точку эквивалентности при медленных реакциях трудно. Побочных или конкурирующих реакций должен быть минимум.

Должен быть удовлетворительный способ нахождения (определения) точки эквивалентности и конца титрования.

Титриметрия

Классификация методов титриметрического анализа

По типам химических реакций

1. Кислотно - основное титрование (метод нейтрализации)

Например.

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

сильная сильное соль

кислота основание

индикатор

HCl + NH₄OH = NH₄Cl + H₂O

слабое соль

основание

титрант определяемый

компонент

2. Окислительно - восстановительное титрование

Например.

2 KMnO₄ + 10 FeSO₄ + 8 H₂SO₄ = 2 MnSO₄ + 5 Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8 H₂O

окислитель восстановитель кислая среда

титрант определяемое

вещество

Способы титрования

1. Способ прямого титрования

К раствору определяемого компонента добавляют небольшими порциями (по каплям) титрант до точки эквивалентности.

Способ прямого реверсионного титрования: к точному объему титранта, находящегося в конической колбе, добавляют небольшими порциями (по каплям) раствор определяемого вещества из бюретки.

2. Способ обратного титрования или титрование по остатку

При этом используют два титранта с известными точными концентрациями. В коническую колбу к раствору определяемого вещества добавляют в избыточном количестве точный объем первого титранта V₁ с точной концентрацией С₁. Так как первый титрант добавлен в избытке, то часть его вступает в реакцию с определяемым веществом, а непрореагировавшая часть первого титранта остается в растворе и ее оттитровывают вторым титрантом и на это расходуется объем V₂ второго титранта с концентрацией С₂.

Если концентрации титрантов равны между собой (С₁ = С ₂), то количество раствора первого титранта V, пошедшего на реакцию с определяемым компонентом, определяют по разности между добавленным V₁ и оттитрованным V₂ объемом:

V₁ - V₂ = V

Если концентрации титрантов не равны, то вычисляют количество моль эквивалентов (n) первого титранта, которое вступило в реакцию с определяемым веществом, по разности между количеством моль эквивалентов первого титранта C₁V₁ и количеством моль эквивалента второго титранта C₂V₂:

n = С₁V₁ - C₂V₂

Способ обратного титрования применяют, когда нет подходящего индикатора или когда основная реакция протекает не очень быстро.

Например. Определение количества хлорида натрия NaCl.

К раствору NaCl добавляют избыточный объем первого титранта AgNO₃. Часть этого титранта вступает в реакцию с определяемым веществом по уравнению

 

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃

Титрант 1 белый

избыток

Остаток титранта 1 (AgNO₃), не вступившего в реакцию с NaCl, далее титруется вторым титрантом NH₄SCN.

AgNO₃ + NH₄SCN = AgSCN + NH₄NO₃

Титрант 1 Титрант 2 красно-бурый

остаток

3. Способ заместительного титрования

Этот способ применяют, когда по каким-то причинам трудно определить точку эквивалентности, особенно при работе с неустойчивыми веществами, легко окисляемыми кислородом воздуха и др., или веществами, которые трудно определяются при прямом титровании, или реакция идет медленно.

Способ заключается в том, что к определяемому веществу добавляют вспомогательный реагент, при взаимодействии с которым количественно выделяется продукт реакции. Этот выделившийся продукт реакции называют заместителем и далее титруют соответствующим титрантом.

Например.

K₂Cr₂O₇ + 6 KI + 7 H₂SO₄ = 3 I₂ + 4 K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 7 H₂O

определяемое вспомогательный кислая продукт

вещество реагент среда реакции

заместитель

 

I₂ + 2 Na₂S₂O₃ = 2 NaI + Na₂S₄O₆

заместитель титрант индикатор

 

Расчеты в титриметрии

Закон эквивалентов: вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах. В общем виде для любых реагирующих веществ по закону эквивалентов

n₁ = n₂,

где n - количество моль эквивалентов реагирующих веществ.

n = C_э V,

где С_э - молярная концентрация эквивалента, моль/л.

C₁V₁ = C₂V₂

При одинаковой концентрации растворов реагирующих веществ реакции идут между их равными объемами.

Например. На 10,00 мл раствора кислоты расходуется 10,00 мл раствора щелочи, если их концентрации равны 0,1 моль/л.

Титр (Т) раствора - это масса вещества, содержащегося в 1 мл раствора (или в 1 см³), размерность - г/мл.

Т = m (вещества) / V (раствора)

Т = С_э М_э / 1000

Например. T (HCl/HCl) = 0,0023 г/мл читается: титр соляной кислоты (или хлороводородной кислоты) по HCl равен 0,0023 г/мл. Это означает, что каждый 1 мл этого раствора соляной кислоты содержит 0,0023 г HCl или 2,3 мг в 1 мл.

МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Метод отдельных навесок

Например. В коническую колбу взята определенная навеска m (х.ч.) щавелевой кислоты H₂C₂O₄ 2H₂O (взвешена на аналитических весах с точностью до 0,0001 г). Растворена в воде и полностью оттитрована раствором NaOH с индикатором метилоранжем. На титрование израсходован объем V мл раствора NaOH. Вычислить концентрацию NaOH.

Для вычисления концентрации NaOH используем формулу:

m (H₂C₂O₄ 2H₂O) = C (NaOH) x V (NaOH) x M (1/2 H₂C₂O₄ 2H₂O)

Из этой формулы выводим C (NaOH), все остальные данные известны.

 

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

МЕТОДЫ количественного анализа

 

В количественном анализе выделяют методы химические, физические и физико-химические Отнесение метода к той или иной группе зависит от того, в какой мере определение химического состава вещества данным методом основано на использовании химических или физических процессов, или сочетание тех и других процессов.

Разработаны аналитические методы, которые основаны на использовании почти всех известных химических и физических свойств атомов и молекул. Следует учитывать, что аналитическая методика, как правило, состоит из нескольких стадий, каждая из которых основана на том или ином свойстве.

Соответственно трем агрегатным состояниям материи - твердому, жидкому, газообразному - количественные измерения можно проводить путем определения массы (путем взвешивания) и путем определения объемов жидких или газообразных веществ.

 

Химические методы

Химические методы основаны на следующих превращениях: образование осадка или растворение осадка, образование окрашенного соединения или изменение цвета раствора, образование газообразных веществ.

Химические методы используются в анализах, которые называются “классическими”. Они хорошо проверены, состоят из нескольких стадий, каждая из которых вносит свою ошибку, требует от аналитика внимательности, аккуратности, большого терпения.