Тотығу — тотықсыздану титрлеу әдістері

Мазмұны
КІРІСПЕ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4 НЕГІЗГІ БӨЛІМ … … … … … … … .. … … … … … … … … … … … … .6
1.1Анализдің титрлеу әдісі … … … … … … … .. … … … … … … … … . 6
2.1 Редокс-потенциал және оның әр түрлі факторларға тәуелділігі … … … .9
2.1.1 Редокс- реакциялар бағыты … … … … … … … … … … … … … .11
2.1.2 Редокс- реакциялар жылдамдығы … … … … … … . … … … … … .12
2.1.3 Редокс- реакциялар индикаторлар … … … … … … … … … … … ..15
2.2 Титрлеу қисықтары … … … … … … .. … … … … … … … … … … .17
3.1Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері … … … … … … … … … … …19
3.1.1 Перманганатометрия … … … … . … … … … … … … … … … … 20
3.1.2 Иодометрия … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..21
3.1.3 Хроматометрия … … … … … .. … … … … … … … … … … … ..23
ТӘЖІРЕБИЕЛІК БӨЛІМ … … … … … … … .. … … … … … … … … … 24
4.1 Калий перманганатының эквиваленттісінің молярлық концентрациясы мен титрін қымыздық қышққылының стандартты ерітіндісі бойынша анықтау … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 24
ҚОРЫТЫНДЫ … … … … … … .. … … … … … … … … … … … … … .27
Пайдаланған әдебиеттер тізімі … … … … … … … … … … … … … … ..29

Кіріспе
Жұмыстың мақсаты: Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістеріне әдеби ізденіс жасау, такырыпқа тәжірибе жасай келе өзектілігін зерттеу.
Жобаны орындау сатылары (міндеттері):
І саты: Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері тақырыбы бойынша әдебиет деректерін зерттеу.
ІІ саты: Зертханалық бөлім
* Тәжірибелік әдістеме бойынша тәжірибе өткізу;
* Тәжірибені талдау, сараптау.
ІІІ саты: Нәтижелерді талқылау. Курстық жоба деректерін ресімдеу.
Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері әрекеттесуші заттардың тотығу дәрежесінің өзгеруімен байланысты реакцияларға немесе тотығу-тотықсыздану реакцияларына — редоксиметрия, оксидиметрияға негізделген.
Қазіргі уақытта тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері көптеп жасалған, олардың тиісті титрантты қолдануға негізделген. Ең кең тараған тотықтырғыштар перманганат, хромат (бихромат), ванадат, церий, бромат, иодат, иод, темір (ІІІ) және т.б. болып табылады. Тотықсыздандырғыштан жиі иод, тиосульфат, иодид, сутек пероксиді, темір (ІІ), аскорбин қышқылы және сирегірек басқа тотықсыздандырғыштар қолданылады. Тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш тура және кері титрлеу арқылы, сондай-ақ ауыспалы валенттіліктері болмайтын иондарды жанама анықтау үшін редоксиметрия әдісі қолданылады. Сондай-ақ орынбасу титрлеуі де қолданылады.
Оксидиметрияда стандартты ерітінді қолданылады, оларды даярлау аналитикалық химияның арнайы әдебиеттерінде және анықтамаларында егжей-тегжейлі жазылған.
Жүз мыңнан астам тотығу-тотықсыздану реакциялары белгілі, бірақ оның ішінде төмендегі талапқа жауап беретін реакциялар ғана пайдаланылады:
— олар соңына дейін тез және стехиометриялық түрде өтуі керек;
— белгілі химиялық құрамдағы (формулалар) өнімдер түзуі қажет;
— титрлеудің соңғы нүктесін дәл белгілеуге мүмкіндік болуы қажет;
— зерттелетін ерітіндідегі қосымша өнімдермен және басқа заттармен титранттар реакцияға түспеуі керек.
Бұл әдісте ерітіндідегі зат мөлшерін анықтау тотығу-тотықсыздану реакциялары нәтижесінде туындайтын тотығу-тотықсыздану потенциалдарының өзгерісіне негізделген.
Жүйеде туындаған тотығу-тотықсыздану потенциалының титрлеуші ерітінді көлеміне байланысты тұрғызылған тәуелділігі — титрлеу сызығын береді.
Эквиваленттік нүкте — титрлеу сызығының күрт өзгерісі — титрлеу секірмесі арқылы, индикатор қатысында анықталады.
Титрлеу барысында екі түрлі индикаторлар қолданылады:
— индикатордың бірінші түрі анықталатын зат немесе титрлеуші ерітінділермен түсті боялған қосылыс береді;
— индикатордың екінші түрі редокс индикаторлар деп аталады және жүйедегі ЭҚК шамасы күрт өзгергенде өздерінің бояулы реңін басқа түске ауыстырады.

1.1Анализдің титрлеу әдісі
Көлемдік анализ химиялық реакцияға кіріскен заттардың көлемдерін тікелей өлшеуге негізделген. Көлемдік анализді басқаша титриметриялық анализ деп атайды.
Титриметриялық анализде тирленген ерітінділер қолданылады. Концентрациясы өте дәл анықталатын ерітінділерді титрленген (қалыпты) ерітінділер, жұмыс ерітіндісі немесе титранттар деп аталады. Ерітіндінің бір куб сантиметріндегі (бір миллилитріндегі) еріген зат массасын титр дейді. Титрдің өлшемі гсм3 (гл). Мысалы: калий гидроксиді ерітіндісінің титрі 0,021 болса, ол бұл ерітіндінің әр миллилитрінде 0,021г КОН бар екенін көрсетеді.
Титрант ерітіндісін анықталатын зат ерітіндісіне біртіндеп қосу процесін титрлеу дейді.
Титриметриялық анализде кез келген реакцияны пайдалануға болмайды. Реакция келесі 4 талаптың барлығына толығымен сай болуы керек:
реакция толық және стехиометриялық қатынаста жүруі керек (тепе-теңдік
константасының шамасы жоғары болуы керек).
реакция жылдам жүруі керек;
ерітіндіде қосалқы реакциялар жүрмеуі керек.
реакиияның соңын (ЭН-ді ) анықтаудың жолы болуы керек.
Қолданылатын реакция түріне байланысты титриметриялық анализдің 4 әдісі бар:
Қышкылдық-негіздік титрлеу (нейтралдау әдісі немесе протолитометрия) — нейтралдау реакциясына негізделген;
Тотығу-тотықсыздану әдісі (редоксиметрия) — тотығу — тотықсыздану реакциясына нсгізделген;
Комплекс түзу әдісі (комплексометрия) — комплекс түзу реакциясына негізделген;
Тұндыра титрлеу (седиметрия) — тұнба түзу реакииясына негізделген.
Орындау принципіне байланысты келесі титрлеу әдістері болады: тура титрлеу, кері титрлеу, ығыстыра титрлеу.
Тура титряеуде анықталатын зат титрантпен тікелей әрекеттеседі, бір ғана титрант қажет. Бұл тәсіл ең жиі пайдаланады.
Кері титрлеуде екі титрант қажет: негізгі және қосымша. Анықталатын зат ерітіндісіне белгілі және артық мөлшерде негізгі титрант косады. Оның калдық мөлшерін косымша титрантпен титрлейді.
Ығыстыра титрлеуде анықталатын затқа артық мөлшерде арнайы реагент косады, сонан соң реакция нәтижесінде түзілген өнімді титрлейді.
Соңғы екі тәсілді тура титрлеу мумкін болмаса ғана пайдаланады,мысалы, егер тура реакция баяу жүрсе,толық жүрмесе, нәтижесінде ұшқыш косылыстар түзілсе және т.с.с.
Орындау техникасына байланысты титрлеудің 2 тәсілі бар: пипеттеу тәсіл және жеке өлшемелер тәсілі.
Пипеттеу тәсілінде анықталатын зат өлшемесін өлшегіш колбада ерітіп, әрбір титрлеу үшін сол ерітіндіден аликвота (ягни дәл өлшенген калем) алады.
Жеке өлшемелер тәсілінде әрбір титрлеу үшін заттың жеке елшемесін елшеп алып,біраз суда ерітіп, титрлейді. Бұл тәсіл сирек пайдаланады, мысалы, анықталатын зат ерітіндісі тұрақсыз болса.

Титриметриялық анализдегі есептеулер
Титриметриялық анализде көбінесе ерітінділердің нормальді концентрациясы (CH немесе N) және титрі (Т) пайдаланады.
Нормальді концентрация 1л ерітіндідегі еріген заттың эквивалент санын көрсетеді:
N=mер.зат*1000Mэ*V
Титр 1мл ерітіндідегі еріген заттың грамм санын анықтайды(гмл):
T=mер.затV
Бұл концентрациялар өзара байланысты:
N=Т*1000Mэ T=Mэ*N1000
Титрді кейде бастапқы зат бойынша титр деп атайды. Сонымен қоса анықталатын зат бойынша титр пайдаланады, ол 1мл жұмысшы ерітіндіге эквивалентті юолатын анықталатын заттың грамм саны, яғни(гмл):
ТАВ=mBVa
А — жұмысшы ерітінді
В — анықталатын зат
ТАВ=Mэ*Na1000
ТHClNaOH=0,001219гмл
1 мл HCl-ға 0,01219г NaOH эквивалентті екенін білдіреді.
Титрлеудің нәтижесін мына формула арқылы есептейді:
N1 N2=V2V1
бұдан N1· V1= N2 · V2
мұндағы N1 мен N2 — анықталатын зат пен титранттың нормальдігі
V1 мен V2 — олардың көлемдері

Стандартты және стандартталған ерітінділер
Титрленген ерітінділердің 2түрі болады: стандартты (дайындалған) және стандартталған (анықталған).
Стандартты ерітінділерді дайындау үшін заттың дәл өлшемесін көлемі белгілі өлшегіш колбаға ерітіп, сосын титрін есептейді. Мұндай ерітінділерді тек стандартты заттардан дайындайды. Стандартты заттар шектеулі, оларға келесі талаптар қойылады:
+ Өте таза болуы керек;
+ Құрамы химиялық формуласына сәйкес болуы керек;
+ Ауада сақтағанда құрамы өзгермеуі керек.
Стандартты заттарға мына заттар жатады: Na2B4O7·10H2O, NaCl, K2Cr2O7, H2C2O4·2H2O
Кейде стандартты ерітіндіні фиксаналдан жасайды. Фиксанал(немесе стандарт-титр) деп ішінде құрғақ зат немесе ерітіндінің дәл мөлшері бар заводта пайдаланып, аузы бекітілген шыны ампула. Оның ішінде стандартты емес зат та болуы мүмкін.
Стандартталған ерітіндіні концентрациясын жуықтап дайындайды. Содан соң оны стандартты ерітіндімен титрлеп, концентрациясын есептейді. Бұндай анықтауды стандарттау деп атайды.( қышқылдар мен сілтілер, калий перманганаты, натрий тиосульфаты т.б.)
Қазіргі кезде стандартты және стандартталған ерітінділерді сәйкесінше біріншілік және екіншілік стандарт деп атайды.

2.1 Редокс-потенциал және оның әр түрлі факторларға тәуелділігі
Титрлеудің тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері тотығу-тотықсыздану реакцияларын пайдалануға негізделген. Тотығу-тотықсыздану әдісінде стандартты титрленген ерітінділер ретінде әртүрлі тотықтырғыштардың және тотықсыздандыр — ғыштардың ерітінділері қолданылады. Белгілі он мыңдаған тотығу-тотықсыздану реакцияларының ішінде титримериялық әдісте тек жылдам, аяғына шейін, қосымша реакцияға қатыспай, белгілі стехиометриялық жолмен жүретін және құрамы белгілі қосылыстар түзетін реакциялар ғана пайдаланылады. Реакция — ның толық жүрген-жүрмегенін тепе-теңдік констан — тасының (Кт) мәнімен анықтауға болады. Сандық анализде пайдаланылатын реакциялар үшін Кт= 108 болу керек. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының бағытын және олардың толық жүргенін анықтайтын мән Кт — реакцияға қатысатын жүйелердің стацио — нарлы тотығу-тотықсыздану потенциалдарының айыры — мы — на байланысты:
KT=10n(E1-E2)0,059
Мұнда: n — реакцияға қатысатын электрондар саны;
E1мен E2 — тотықтырғыштың және тотықсыздындырғыштың стандартты потенциалдары.
Сондықтан реакцияны аяғына дейін жүргізу үшін потен — циалдар айырымын арттыру керек. Ол үшін көп жағдайда тотығу-тотықсыздану потенциалдарына әсер ететін фактор — ларды пайдалану қажет. Егер тотығу-тотықсыздану жұптарындағы жеке компоненттердің концетрациясын өзгертсе, бұл жұптарға сәйкес потенциалдардың мәні де өзгереді, кейде реакцияның бағыты да өзгеруі мүмкін. Мысалы. Титриметриялық анализде мысты иодометриялық әдіспен анықтайды:
Cu2+ + 4I- — 2CuI ↓ + I2
Бұл реакцияға катысатын Cu2+Cu+, I22I+ жұптарының потенциалдары ECu2+Cu+ 0=0,15 В, E I22I+ 0= +0,54В. Потенциалдардың мәніне қарағанда реакция кері жүруі керек. Бірақ CuI ↓ тұнбасының аз ерігіштігіне байланысты Cu+ ионының концентрациясы өте көп төмендейді:
Е= Е0 + 0,059ℓg([Cu2+] [Cu+])
EKCuI = [Cu+] * [I-] =1,1×10-12, ЕК теңдігінен
[Cu+] = EKCuI [I-]
Осы мәнді теңдікке қойсақ:
Е= Е0 + 0,059ℓg [Cu2+] — 0,059ℓg ( EKCuI [I-])=
Е0-0,059ℓg EKCuI + 0,059ℓg [Cu2+] * [I-] = Е01 + 0,059ℓg [Cu2+] * [J-]

Е01= Е0-0,059ℓgEKCuI = 0,15-0,059ℓg10-12= 0,15+0,70=0,85 В.
Е(Cu2+ Cu+) = 0,85 В, Е(J2 2J- ) = +0,54В — болғандықтан реакция оң бағытта жүреді.
2.1.1 Редокс-потенциалдар және реакциялардың бағыты
Әр түрлі тотықтырғыштар мен тотықсыздындырғыштардың, редокс-потенциалдың шамасымен сипатталатын,химиялық белсенділіктері де әр түрлі болады. Абсолюттік потенциалдардың өлшеуі күрделі, сондықтан электродтық потенциалдарды потенциалы нольге тең стандартты сутектік потенциалы бойынша анықтайды.
Әрбір гальваникалық элементтің электр қозғаушы күш жұптарының стандартты электродтық потенциалдардың айырмасына тең болады. Мысалы,
E2H+H20=0
EFe3+Fe2+0= +0,77 Э.Қ.К. = 0,77 — 0 = +0,77B
Әр түрлі жұптардың стандартты редокс-потенциалдардың шамаларын біліп, тотығу-тотықсыздану процестің бағыты туралы қорытынды жасауға болады. Қандай да болмасын жұптың редокс-потенциалы тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың концентрацияларына және ортаның реакциясына тәуелді. Мысалы, Cu2+ й одометриялық әдіспен анықтау барысында:
2Cu2++4I-⇆2CuI+I2
ECu2+2Cu+0= +0,15 EI22I-0=0,54 , осыдан реакция оңнан солға қарай бағытталып жүру керек, бірақ CuI аз еритін зат болғандықтан Cu+ иондардың концентрациясы азаяды да, редокс-потенциалдың шамасын 0,86-ға дейін өзгертеді. Ал 0,860,54, сондықтан реакция солдан оңға қарай бағытталып жүреді. Бұл жағдайда Cu2+2Cu+ жұптың емес, Cu2+CuI жұптың потенциалын есепке алу қажет, яғни:
Е= Е0 + 0,059ℓg[Cu+] * [I-],ал қаныққан ерітіндіде [Cu+] * [I-]=1,Е= Е0=0,86B
Н+ иондарының концентрациясының әсерін NaNO2 мен KI-тың арасында жүретін реакцияны мысалға алып, түсіндіруге болады:
бейтарап ортада реакция жүрмейді, ал H2SO4 ерітіндісінің бірнеше миллилитрін қосса, реакция жақсы жүреді.
2NO2-+2I-+4H+—I2+2NO+2H2O,
Яғни, Н+ иондарының қосуы NO2-NO жұптың редокспотенциалын өзгертеді де, оның шамасы I22I+ жұп потенциалының шамасынан асып, реакция керекті бағытта жүреді.
2.1.2 Редокс- реакциялар жылдамдығы
Көптеген тотығу-тотықсыздану реакциялары баяу жүреді, олардың жылдамдығы титриметрияға қажетті жылдамдыққа сәйкес келмейді. Мұндай жағдайда реакцияны жылдамдату амалдарын жасау керек:
1. Қыздыру.
Мысалы, сурьма (III) бромат-ионымен тұз қышқылы ортасында комнатты температурада өте баяу тотығады.Егер температураны 70-80˚С-қа дейін көтерсе, реакцияның жылдамдығы жеткілікті мөлшерге дейін артады. Осыған байланысты сурьманы броматометриялық әдіспен анықтауға болады:
3Sb (III) + BrO3- + 6H+ = 3 Sb (V) + Br- + 3H2O
2. Ерітіндінің қышқылдығын өзгерту.
Мысалы, перманганатометрия, хроматометрия әдістері МnO4- пен Cr2O72- иондарының қышқылдық ортадағы тотықтырғыш әсеріне негізделген:
МnO4- +8Н++5e — Мn2+ + 4H2O
Cr2O72-+14Н+ +6e — 2Cr3+ + 7H2O
3. Катализаторлар пайдалану.
Мысалы, церийді екі зарядталған темірдің стандартты ерітіндісімен титрлеу үшін Се3+ иондарын K2S2O8 ерітіндісімен катализатор ретінде Ag+, не Со2+иондарын пайдаланып Се (IV) — ке дейін тотықтырады. Персульфат күміс (I) ионын күміс (II) — ге дейін тотықтырады. Күміс (II) церий (III) ионын церий (IV) — ке дейін тотықтырады, пайда болған күміс (I) тағы персульфатпен тотығады да, цикл қайталанады:

Ag+ S2O82- Ag2+

Ag2+ + Се3+ —Се4+ + Ag+
Артық қалған персульфатты ерітіндіні қайнатып бұзады:
2 S2O22-+ 2H2O — 2 SO42-+ О2 + 4Н+
Содан кейін: Се (IV) + Fe2+ — Се3+ + Fe3+
Кей жағдайда катализатор реакцияның нәтижесінде пайда болады (автокатализ). Алғашқыда:
5 C2O42- + 2 МnO4- + 16Н+ = 2Мn2+ + 8H2O + 10СО2
реакциясы өте баяу жүреді. Жүйеде Мn2+ ионының белгілі мөлшері пайда болғанда реакцияның жылдамдығы артады, себебі Мn2+ ионы МnO4- -пен әрекеттесіп аралық Мn3+ және МnO2+ иондарын түзеді, ал бұл иондар оксалат анионын тотықтырады.
Мn2+ + МnO4- — МnO2+ + МnO3-
Мn2+ + МnO3- — МnO2+ + МnO2-
МnO2- +4Н+ — Мn3+ + 2H2O
Пайда болған аралық бөлшектер оксалат анионымен әрекеттесіп:
МnO2+ + C2O42- — Мn2+ + СО2
Мn3+ + C2O42- — Мn2+ + СО2
реакцияны жылдамдатады.
Редокс-реакциялардың тепе-теңдік константасы
Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың арасында тепе-теңдік орнауы мүмкін:
lgKT-T=(E10-E20)n0,059
n — реакцияға қатысатын электрондар саны;
E10 мен E20 — тотықтырғыштың және тотықсыздындырғыштың стандартты редокс-потенциалдары.
(E10-E20) айырмасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым KT-T жоғары болады.
Тепе-теңдік күйін әртүрлі бағыттарда ығыстыруға болады, ол үшін тотықтырғыштың концентрациясын жоғарлатып, тотықсыздандырғыштың концентрациясын төмендету керек. Мысалы,
2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4—5Fe(SO4)3+2 MnSO4+K2SO4+8H2O
5Fe2++MnO4-+8H+—5Fe3++Mn2++4H2O
EFe3+Fe2+0= +0,77 EMnO4-Mn2+0= +1,51
lgKT-T=(1,51 -0,77 )50,059=63,8
KT-T=1063,8
KT-T=[Fe3+]5 [Mn2+],[Fe2+]5 * [MnO4-][H+]8

Алынған нәтижелерден екі қорытынды жасауға болады:
1) KT-T=1063,8 тең болғанда, тепе-теңдік күйі орнайды;
KT-T — тың шамасы жоғары болғандықтан, реакция солдан оңға — қарай жүреді деп айтуға болады.
3.1.3 Редокс- реакциялар индикаторлар
Индикатор деген — қышқылдар мен сілтілерде түсін өзгертетін зат. Tотығу-тотықсыздану әдісінде екі түрлі индикаторлар белгілі:
1) спецификалық (арнайы) индикаторлар — титрлеуге қаты — сатын бір компонентпен химиялық реакцияға қатысатын зат;
2) жүйенің тотығу-тотықсыздану потенциялының өзгеруіне сезімтал тотығу-тотықсыздану индикаторлары.
Ең белгілі спецификалық индикатор крахмал болып есептелінеді. Крахмал үшиодид (I3-) ионымен қою-көк түсті комплекс түзеді. Осы комплекстің пайда болуы реакцияның нәтижесінде иодтың бөлінуі, не жұмсалуына негізделген титрлеудің соңғы нүктесін анықтауға мүмкіншілік береді. Тағы да бір спецификалық индикатор — ол калий роданиді. Роданидтің қатысында темір (III) ионын титан (III) сульфаты ерітіндісімен титрлеуге болады. Титрлеудің соңғы нүктесі темір (III)-роданид комплексінің қызыл … жалғасы