анион (1)

Титриметриялық талдау. Титриметрияда
қолданылатын реакциялар, оларға қойылатын

талаптар





ТИТРИМЕТРИЯЛЫҚ ТАЛДАУ

Титриметриялық анализдің мәні.
Титриметриялық әдіс анықтайтын затпен реакцияласуға жұмсалатын реактивтің
мөлшерін дәл өлшеуге негізделген.
Жиі реактивтің мөлшерін табу үшін концентрациясы белгілі ерітіндінің
әрекеттесуге кеткен көлемін анықтайды, сондықтан бұл әдіс көлемдік анализ деп
те аталады.

Аналитикалық химияда титр (Т) ерітіндінің концен-

трациясын белгілеудің бір жолы. Титр – 1 мл ерітіндідегі еріген заттың грамм не
миллиграмм мөлшері. Титрі анық белгілі ерітіндіні титрленген, не стандартты
ерітінді дейді. Титрлеу деп стандартты ерітіндіні анализдейтін ерітіндіге ептеп
эквивалентті нүктеге жеткенше қосу процесін айтады. Эквивалентті нүкте
қосылған титранттың анықтайтын затқа химиялық эквивалентті мәні. Химиялық
элементтер, не олардың қосылыстары бірбірімен олардың химиялық
эквиваленттеріне сәйкес белгілі массалық мөлшерде әрекеттеседі. Басқа сөзбен
айтқанда бір заттың мольэквиваленті (мэкв) екінші заттың сонша
мольэквивалентімен реакцияласады. Титрлейтін ерітіндіні жиі жұмыс ерітіндісі, не
титрант деп атайды.
Титриметриялық әдісте кез-келген химиялық реакциялар пайдалана берілмейді.
Титриметрияда пайдаланылатын реакциялар белгілі шарттарға жауап берулері
керек:

1) Реакция аяғына шейін жүруі керек. Анализдің нәтижесі дұрыс болу үшін
титранттың эквивалентті мөлшері қосылғанда реакцияның толық жүру мәні 99,9%-
тен кем болмау керек.

2) Реакция үлкен жылдамдықпен жүруі керек.
3) Ерітіндіде титрант тек анықтайтын затпен белгілі стехиометриялық
қатынаста реакцияласуы қажет.
4) Реакцияның аяқталғанын, яғни эквивалентті нүктені анықтайтын
мүмкіншілік болу керек. Егер бұл нүкте тәжрибеде индикатордың түсінің
өзгеруіне, не ерітіндінің электрохимиялық не физикалық қасиетінің өзгеруіне
сүйеніп табылса, оны титрлеудің соңғы нүктесі (т.с.н.) деп атайды. Титранттың
теориялық жолмен есептелген мөлшері құйылған нүктені титрлеудің эквивалентті
нүктесі (т.э.н.) дейді. Идеалды жағдайда титрлеудің соңғы нүктесі мен
эквивалентті нүкте бірбіріне сәйкес келеді, бірақ әртүрлі себептерге байланысты
(мысалы, индикатордың бояуының титранттың сәл артық мөлшерін құйғанда ғана
өзгеруі т.б.) бұл нүктелердің арасында азырақ айырмашылық болуы мүмкін.
Концентрациясы белгілі ерітіндіні стандартты ерітінді деп атайды. Титрлеу
арқылы талдайтын ерітіндінің концентрациясын анықтайды. Жұмысшы ерітіндісін
анықталатын зат ерітіндісіне біртіндеп қосу процесін титрлеу дейді. Талдайтын
заттың толық реакцияға түскен, яғни титрлеу біткен мезетін эквиваленттік
(стехиометрлік) нүкте деп атайды. Титрлеу үшін концентрациясы белгілі
ерітіндіні өлшеуірге (бюреткаға) құяды және оның деңгейін нөлге келтіреді.
Титрлейтін ерітіндіні жұмысшы немесе титрант ерітіндісі деп атайды.
Концентрациясы анықталатын ерітіндінің дәл көлемін тамшуырмен өлшеп алады
және оны конустық колбаға құяды. Егер титрлеу нүктесі индикатор бойынша

анықталатын болса, колбаға 2-3 тамшы индикатор қосады. Титрлеуді қағаздың ақ
беті фонында жүргізеді. Титрлеу кезінде концентрациясы белгілі ерітіндіні
өлшеуірден анықталатын ерітінді бар колбаға, үздіксіз араластыра отырып,
біртіндеп қосады. Титрлеудің аяқталғанын индикатор түсінің өзгеруімен
анықтайды. Эквиваленттік нүктеде өзінің түсін өзгертетін заттар индикаторлар деп
аталады. Тәжірибенің нәтижесін яғни титрлеуге кеткен ерітіндінің көлемін жазып
отырады. Егер 2 рет титрлеудің нәтижесінің айырмашылығы 0,3 мл-ден артық
болса, титрлеуді қайталайды.

Пайдаланылатын химиялық реакция түріне қарай, титриметрлік талдаудың
мынадай әдістері болады: бейтараптау әдісі, тотығу-тотықсыздану әдісі,
комплексонметрлеу әдіс, тұндыру әдісі. Әр әдістің өзіне тән жұмысшы ерітінділері,
анықтайтын заттары және қолданатын индикаторлары болады.

Титриметриялық анализ әдістерінің классификациясы

(жіктелуі)

Титриметриялық анализ әдістерін анализде пайдаланылатын химиялық

реакциялардың түріне қарай бөледі. Бұл реакциялар: протондар алмасатын,

электрондар алмасатын, аз диссоциацияланатын (комплекстік) бөлшектер түзетін

және нашар еритін қосылыстар түзетін реакциялар. Осыған байланысты

титриметриялық анықтауды мынадай әдістерге бөлуге болады:

1. Қышқыл-негіздік титрлеу (протолитометрия);

2. Тотығу-тотықсыздану титрлеуі (редоксиметрия); 3.

Комплексометриялық титрлеу (комплексометрия);

4. Тұнба алып титрлеу (седиметрия).

Титриметриялық әдістерді титрлеу жолына қарап та бөледі:

1. Тікелей титрлеу әдісі – анықтайтын зат концентрациясы белгілі ерітіндімен

титрленеді;

2. Ауыстыру (жанама) әдісі – бұл әдіс анықтайтын зат пайдаланатын

реагентпен әрекеттеспейтін, не реакция стехиометриялық жолмен жүрмейтін

жағдайда пайдаланылады. Мысалы, кальций иондарын перманганатометрия

әдісімен анықтау. Кальций иондарын қымыздық қышқылы аниондарымен тұнбаға

түсіреді:

Ca2++C2O42-→CaC2O4↓

Жуылған тұнбаны күкірт қышқылында ерітеді:
CaC2O4↓+2H3O+→H2C2O4+Ca2++2H2O

Пайда болған қымыздық қышқылын калий перманганаты ерітіндісімен титрлейді:

5H2C2O4+2MnO4-+6H3O+ 10CO2+2Mn2++14H2O

3. Кері титрлеу әдісі – анализдейтін ерітіндіге артық мөлшерде алынған
титранттың белгілі көлемін құяды, яғни анықтайтын компонентпен реакция толық
жүргеннен кейін ерітіндіде титранттың бос мөлшері қалады. Реакцияласпай қалған
титранттың мөлшерін концентрациясы белгілі басқа ерітіндімен титрлейді.
Алғашқы қосылған титранттың көлемі мен оның реакцияласпай артық қалған
көлемінің арасындағы айырмашылық титранттың анықтайтын затпен әрекеттесуге
кеткен көлемін көрсетеді.

Титриметрлік талдаудағы есептеулер

Титриметрлік талдау есептеулерінде көбінесе ерітінділер концентрациясының

мынандай түрлері пайдаланылады: еріген заттың массалық үлесі (ω - проценттік

концентрация), молярлық концентрация, эквиваленттің молярлық концентрациясы

(нормальді концентрация) және титр.

Химиялық таза, сақтағанда тұрақты болып келетін заттарды бастапқы затттар деп

атайды, ал олардың титрленген ерітінділерін даярланған дейді. Осындай заттардың

титрленген ерітінділері арқылы басқа ерітінділердің титрін анықтауға болады.

Ерітіндінің титрі (Т) – ерітіндінің бір куб сантиметріндегі немесе бір

миллилитріндегі еріген заттың массасы. Титрдің өлшем бірлігі - г/мл. Титрді

төмендегі формула бойынша

есептеуге болады: T = m/V мұнда: m – еріген заттың массасы, г; V

– ерітіндінің көлемі, мл. Ерітіндінің титрі белгілі болса, эквиваленттің молярлық

концентрациясын мына формула бойынша есептеуге болады: CЭ = T·1000/ MЭ

мұнда: МЭ - еріген зат эквивалентісінің молярлық массасы.

Ерітіндідегі әрекеттесуші заттар үшін эквивалент заңы мына теңдеумен

өрнектеледі: CЭ(1) · V1 = CЭ(2) · V2 мұнда: CЭ(1), CЭ(2) – әрекеттесуші

ерітінділердің эквивалентісінің молярлық концентрациялары, моль/л;

V1, V2 – әрекеттесуші ерітінділердің көлемдері, мл.

Әрекеттесуші заттар ерітінділерінің біреуінің концентрациясы мен көлемі белгілі

болса, осы теңдеуді пайдаланып екінші ерітіндінің концентрациясын анықтауға

болады:

C Э(1) = (C Э(2) · V2 ) / V1 Ерітіндідегі талдайтын заттың

массасын (г) анықтау үшін мына теңдеуді қолданады: m = СЭ ·MЭ· V / 1000

мұнда: CЭ және V – жұмысшы ерітіндісінің эквивалентісінің молярлық

концентрациясы мен көлемі;

МЭ – анықтайтын зат эквивалентісінің молярлық массасы.

Ал егер талдау барысында зерттелініп отырған ерітіндінің көлемін өлшеуіш

колбада белгілі бір көлемге дейін сумен сұйылтса және титрлеуге оның қажетті

аликвотты мөлшері алынатын болса, онда заттың массасын мына формула

бойынша есептейді:

m = MЭ· СЭ ·V ·Vө.к. / 1000·Vал.
мұнда: CЭ және V – жұмысшы ерітіндісінің эквивалентісінің молярлық

концентрациясы мен көлемі;

МЭ – анықтайтын зат эквивалентісінің молярлық массасы, Vө.к. – өлшеуіш

колбаның көлемі; Vал. – аликвоттың көлемі.

Ерітінділердің концентрациясын белгілеу
Молярлы концентрация, СМ әрпімен белгіленеді, 1 дм3 (л) ерітіндідегі еріген
заттың моль санын nA, не 1 см3 (мл) ерітіндідегі еріген заттың миллимоль санын
көрсетеді. Заттың бір молі оның граммен не миллиграммен алынған молярлы
массасы М(X): n(моль)=m(г)/М(X)г/моль; n(ммоль) = m(мг) / М(X) г/ммоль.
Ерітіндідегі еріген заттың массасын (m) табу үшін оның моль санын бір мольдің
массасына (молярлық масса) көбейту керек. Мысалы, концентрациясы 0,2 M күкірт
қышқылының ерітіндісінде

CH2SO4=0,2 M=0,2 моль/л; M(H2SO4)=98,08 г/моль; m(H2SO4)=0,2 моль/л . 98,08
г/моль=19,6 г/л, яғни 19,6 г H2SO4 бір литр ерітіндіде еріп жүр. Жалпы түрде:
m(X)=С . M(X).

Эквиваленттің молярлы концентрациясы С(fэ, Х) әрпімен белгіленеді, 1 дм3 (л)

ерітіндідегі еріген заттың мольэквивалент санын nЭ, не 1 см3 (мл) ерітіндідегі

еріген заттың миллимольэквивалент санын көрсетеді. Мысалы:

H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O, немесе: 1/2H2SO4+NaOH=1/2Na2SO4+H2O

мольэквивалент H2SO4=1/2 моль H2SO4

1/2 – «эквиваленттік фактор» деп аталады – fэкв. Қышқылдынегіздік

реакцияларда fэкв әрекеттесуге қатысқан сутек иондарының санымен, ал тотығу-

тотықсыздану реакцияларында тотығу, не тотықсыздану реакциясына қатысқан

электрондар санымен анықталады.

fэкв мәні жүретін реакцияның теңдігіне байланысты 1сутегі ионына не 1
электронға сәйкес (эквивалентті) заттың (ион, молекула т.б.) үлесін көрсетеді:

H3PO4+NaOH=NaH2PO4+H2O fэкв(H3PO4)=1

H3PO4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O fэкв(H3PO4)=½

H3PO4+3NaOH=Na3PO4+3H2O fэкв(H3PO4)=1/3

KMnO4+5FeCl2+8HCl=MnCl2+5FeCl3+4H2O+KCl
MnO4-+8H++5e→Mn2++4H2O fэкв(KMnO4)=1/5

Fe2+–1e→Fe3+fэкв(Fe)=1

С(fэ, Х) концентрациясы арқылы берілген ерітіндідегі еріген заттың массасын

табу үшін оның мольэквивалент санын бір мольэквиваленттің массасына n(Мэ)

көбейту керек. Бір мольэквиваленттің массасы молярлық масса мен эквиваленттік

фактордың көбейтіндісіне тең:

Мысалы, мольэквивалент H2SO4: M(1/2H2SO4) = fэкв(H2SO4) . M(H2SO4) = 1/2 .
98,08=49,04 г/моль. Мольэквивалент KMnO4: M(1/5 KMnO4)=fэкв(KMnO4) .
M(KMnO4)=1/5.158,0=31,6 г/моль. С(1/2H2SO4 ) = 0,1М = 0,1. fэкв моль/л,

m(H2SO4) = 0,1fэкв(H2SO4)·M(H2SO4) = 0,1 моль/л .
98,08 г/моль = 4,904 г/л

C( KMnO4)=0,5М

m(KMnO4)=0,5.M( KMnO4)=0,5. fэкв(KMnO4);

m(KMnO4)=0,5 моль/л . 31,16 г/моль=15,8 г/л. Жалпы түрде:
m(X)=Сн . fэкв . M(X).

Ерітіндінің титрі, Т әрпімен белгіленеді, ол – 1 мл ерітіндідегі еріген заттың
грамм, не миллиграмм мөлшері.