Методика выполнения титриметрического анализа

В процессе титрования необходимо достаточно точно установить момент наступления эквивалентности, т.е. состояния системы, в котором число молей эквивалента определяемого вещества равно числу молей эквивалента реагента в добавляемом объеме титранта. Этот момент называется точкой эквивалентности. При достижении точки эквивалентности титрование обычно заканчивают, и делают отсчет затраченного объема титранта. Точка эквивалентности фиксируется по резкому изменению какого-либо свойства раствора. Наиболее широко используется наблюдение за окраской раствора. Если одно из реагирующих веществ окрашено, а продукты реакции бесцветны или имеют другую окраску, то в точке эквивалентности происходит изменение окраски. Очень часто титриметрические реакции проводят в присутствии индикаторов – веществ, способных изменять свою окраску в зависимости от кислотности среды.

Первая операция в объемном анализе - приготовление раствора с известной концентрацией (титром) или титрованного раствора. Титрованные растворы называются растворами с приготовленным титром или стандартными. Существуют следующие способы приготовления титрованных растворов.

1.Титрованные растворы готовят растворением в воде точно взвешенного количества реагента (навески) с последующим разбавлением водой до определенного объема, получая раствор точно известной концентрации. Техника приготовления заключается в следующем. Мерную колбу тщательно моют и ополаскивают дистиллированной водой. На внутренней поверхности колбы не должно быть капель жидкости, стенки колбы должны смачиваться водой ровным слоем. В горлышко колбы вставляют чистую сухую воронку. На аналитических весах (с точностью до 0,0001г) в чистом весовом стаканчике взвешивают рассчитанное количество стандартного вещества. Стандартные вещества должны удовлетворять ряду требований: 1) быть химически чистыми; 2) строго отвечать химической формуле; 3) быть устойчивыми как в твердом виде, так и в растворе. К ним относятся многие соли: тетраборат натрия (бура), оксалат натрия, хлорид натрия, дихромат калия, а также щавелевая кислота и ряд других.

Нет необходимости добиваться, чтобы взятая навеска точно отвечала рассчитанной; важно знать ее истинную величину, по которой легко определить концентрацию полученного раствора. Навеску вещества осторожно, не распыляя, пересыпают через воронку в мерную колбу и тщательно, многократно ополаскивают дистиллированной водой над воронкой. Ополаскивают также стенки весового стаканчика и воронку. Затем добавляют в колбу воду (чтобы колба была заполнена на 2/3 объема) и полностью растворяют вещество, перемешивая содержимое колбы плавным круговым движением. Когда все вещество перейдет в раствор, доводят объем раствора до метки. Последний миллиметр воды нужно добавлять по каплям, держа колбу так, чтобы метка и глаз были на одном уровне, ориентируясь на нижний край мениска раствора в колбе. После этого колбу плотно закрывают пробкой и тщательно перемешивают раствор, многократно перевертывая и встряхивая колбу (пробку следует придерживать указательным пальцем).

2. Однако не все вещества являются стандартными и удовлетворяют выше перечисленным требованиям. Например, растворы обычно применяемых кислот: соляной, серной, азотной нельзя приготовить из точных навесок, так как исходные растворы кислот содержат переменное количество воды. Щелочи всегда содержат неопределенное количество воды и карбоната, поэтому, как бы точно ни была взята навеска щелочи, получить раствор с известной концентрацией невозможно. Точные концентрации таких растворов устанавливают титрованием с помощью подходящего стандартного раствора. Этот процесс называют стандартизацией раствора, а титрованные растворы, концентрацию которых находят в результате титрования, называют стандартизированными, растворами с установленным титром, а иногда – рабочими.

Вторая операция при титровании– подготовка исследуемого образца к выполнению объемного анализа. Если анализируемый образец – твердое вещество, то его навеску растворяют в мерной колбе, доводят водой до метки и тщательно перемешивают раствор, многократно перевертывая закрытую пробкой мерную колбу. Пипеткой отмеряют аликвотные доли раствора для титрования. Аликвотная доля раствора - это отмеренная пипеткой порция раствора, объем которой точно соответствует объему пипетки. Наполнение пипетки производят, погружая ее нижний конец глубоко в раствор и всасывая раствор резиновой грушей, присоединенной к ее верхнему концу. Наполняют пипетку раствором так, чтобы уровень жидкости в ней оказался выше метки примерно на 2см. После этого быстро зажимают верхнее отверстие пипетки слегка влажным указательным пальцем и слегка приоткрывают отверстие, чтобы стекла лишняя жидкость, а нижний край мениска коснулся метки (при этом метка должна быть на уровне глаз). Не отнимая палец, подносят пипетку к колбе для титрования, отнимают палец и дают раствору свободно вытекать в колбу. Когда вся жидкость вытечет, прикасаются кончиком пипетки к стенке сосуда и ждут 20-30 секунд, пока вытекут остатки жидкости. Выдувание оставшейся в пипетке капли раствора недопустимо!

Если определяемое вещество находится в растворе, то точный объем его разбавляют в мерной колбе дистиллированной водой, и далее действуют так же. Такой способ работы называется пипетированием.

Другой способ перевода навесок в раствор называется методом отдельных навесок. Берут отдельные, близкие по величине навески исходного или анализируемого вещества, и, растворив каждую из них в произвольном объеме воды, целиком титруют полученные растворы.

Третья операция объемного анализа – наполнение бюретки титрантом и проведение титрования. Бюретки позволяют отмерять нужные объемы жидкости, и калиброваны на выливание. Обычные лабораторные макробюретки представляют собой градуированные цилиндрические трубки с суженным концом, который снабжен специальным краном, или соединен резиновой трубкой с оттянутой стеклянной трубочкой. В резиновую трубку вставляют маленький стеклянный шарик. Если слегка нажимать резинку в том месте, где помещен шарик, то жидкость будет вытекать из бюретки. По вместимости бюретки бывают разные (обычно от 10 до 100 мл). Их калибруют в миллилитрах и десятых долях миллилитра (т.е. каждое маленькое деление бюретки соответствует 0,1-0,2 мл). В полумикроанализе удобны бюретки вместимостью 1–5 мл, с ценой деления 0,01 мл. Нулевое деление находится в верхней части бюретки. Перед титрованием тщательно вымытую бюретку наполняют титрантом. Нужно проследить, чтобы вся бюретка целиком до самого кончика была заполнена раствором; не должно быть пузырьков воздуха, особенно в узкой ее части. Для удаления пузырьков воздуха из бюретки некоторую часть жидкости выпускают сильной струей. После этого вновь наливают раствор выше нулевой метки и устанавливают исходный нулевой уровень раствора, который отсчитывают по нижнему краю мениска на уровне глаз.

Проведение титрования. Коническую колбу с раствором, приготовленным для титрования, помещают под наконечником бюретки на листе белой бумаги, для того, чтобы было отчетливо видно изменение окраски титруемого раствора. Приоткрывая кран или нажимая на шарик в резиновом наконечнике, добавляют титрант небольшими порциями в колбу для титрования. Одновременно с добавлением титранта плавным круговым движением перемещают содержимое колбы. Вблизи точки эквивалентности раствор в месте попадания капли титранта на короткое время приобретает окраску, характерную для точки эквивалентности. Это служит признаком приближающегося конца титрования. Титрант начинают добавлять по одной капле, постоянно перемешивая раствор. Перемена окраски должна произойти от добавления одной капли титранта. Как только произошло стойкое изменение окраски раствора, титрование прекращают и записывают показания бюретки. Первое титрование служит для ориентировочного установления объема, и его результат не входит в число контрольных измерений. Затем проводят титрование еще не менее трех раз. Проведение второго и последующих опытов ускоряется одноразовым добавлением титранта в таком объеме, который лишь на доли миллилитра меньше результата первого титрования. После этого добавляют титрант по каплям до точки эквивалентности. Расхождение между титрованиями должны быть не более 0,1 мл (или 0, 01 мл, в зависимости от цены деления бюретки). Получив результаты нескольких титрований, определяют среднее арифметическое трех объемов, которое используют в дальнейших расчетах. Явно ошибочные результаты (промахи) при определении среднего не учитывают.

Источником случайных ошибок в титриметрическом анализе являются неизбежные отклонения в установке нулевого уровня, неточность отсчета объема по шкале, неопределенность избытка реагента после добавления последней капли титранта. Систематические ошибки могут возникать из-за неправильного определения концентрации стандартных растворов, изменения концентрации стандартных растворов, изменения концентрации при хранении, неточности мерной посуды, неправильного выбора индикатора, субъективных особенностей восприятия окраски индикаторов, отсчета объемов и пр. Проведение нескольких параллельных определений позволяет исключить промахи и произвести статистическую обработку результатов.