Виды потенциометрического титрования

Потенциометрическое титрование основано на регистрации изменения потенциала индикаторного электрода в процессе химической реакции между определяемым компонентом и титрантом. Конечную точку титрования (к.т.т.) находят по скачку потенциала, отвечающему моменту завершения реакции.

Потенциометрическая индикация к.т.т., как и визуальная, преследует чисто прикладную цель – количественное определение содержания анализируемого вещества. Но по сравнению с последней потенциометрический метод обладает рядом несомненных преимуществ:

1) как инструментальный метод исключает субъективные ошибки, связанные с визуальным установлением к.т.т.;

2) более чувствителен, т.е. при той же величине погрешности можно снизить нижний предел определяемых концентраций;

3) позволяет осуществлять титрование в мутных и окрашенных средах;

4) дает возможность при определенных условиях дифференцированно (последовательно) определять компоненты из одной пробы;

5) легко поддается автоматизации процесса титрования.

К недостаткам потенциометрического титрования можно отнести не всегда быстрое установление потенциала после добавления титранта и необходимость во многих случаях проводить при титровании большое количество отсчетов.

Виды потенциометрического титрования. Подобно титриметрии с визуальным обнаружением к.т.т., в потенциометрии могут быть использованы все четыре типа химических реакций: кислотно-основные, осаждения, комплексообразования и окисления- восстановления. К химическим реакциям, применяемым в потенциометрическом титровании, предъявляют те же требования, что и в обычном титриметрическом методе.

Методы потенциометрического титрования. В области к.т.т. происходит замена электрохимической (индикаторной) реакции на другую, что сопровождается скачком потенциала. Исходя из различной степени поляризации электродов и характера обратимости исследуемых систем, можно рекомендовать преимущественное применение в каждом конкретном случае одного из двух методов потенциометрического титрования:

- для определения компонентов обратимых систем успешно применяется классическая потенциометрия в отсутствии тока в цепи;

- для необратимых систем (или когда в испытуемом растворе присутствует лишь один компонент обратимой системы в отсутствии сопряженной формы) более приемлема потенциометрия с контролируемым током.

Титр раствора – это масса растворённого вещества, обычно в граммах, содержащаяся в одном миллилитре раствора. Обозначается как T и выражается в г/мл.

Титрант – это реагент, с точно известной его концентрацией (титром) в растворе, добавляемый к исследуемому раствору для количественного анализа содержащихся в нем веществ или их элементов, таких как ионы или функциональные группы.

Титрование (титриметрический анализ) – это процесс выявления количественного содержания веществ или элементов, содержащихся в анализируемом растворе, через измерение количества реагента в титранте, вступающего в реакцию с анализируемым веществом до полного завершения реакции.

Другими словами, титрование – это процесс определения титра исследуемого вещества.

Пример: Допустим, что количество гидроксида калия (KOH) (в граммах или молях), израсходованного в реакции с соляной кислотой (HCl), известно точно. Тогда, используя уравнение реакции KOH + HCl = KCl + H2O можно рассчитать, какое количество граммов (или молей) хлороводорода (HCl) содержалось в анализируемом растворе.

Все реакции, для которых возможно провести титрование, обязательно должны быть стехиометрическими, т.е. должны реагировать в строго определенных пропорциях. Это понятие вывел немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер. Таким образом, если для растворения 2 частей извести требуется 5 частей соляной кислоты, то для растворения 6 частей извести потребуется 15 частей соляной кислоты.

Для того, чтобы анализ получился точным, помимо полноты протекания реакции, необходимо, чтобы реагент добавлялся к анализируемому веществу малыми порциями, а также, необходимо точно определить момент окончания реакции.

Первое условие выполнимо, если добавлять, например, при помощи бюретки, по одной капле титранта. Бюретка – это тонкая градуированная стеклянная трубка, с ценой деления 0,1 мл и ёмкостью, как правило, от 25 до 50 мл, открытая с одного конца и снабжённая тефлоновым или стеклянным запорным клапаном с другого.

Для выполнения второго условия применяют различные индикаторы. Индикатором может служить выделяющийся в ходе реакции газ, выпадающий осадок или другие специальные индикаторы, которые изменяют свой цвет. Изменение цвета, выпадение осадка или выделение газа свидетельствует об окончании реакции – достижении, так называемой, точки эквивалентности.

Одни из самых распространенных индикаторов – кислотно-щелочные (кислотно-основные), которые применяются при изменении pH среды в ходе титрования, (постепенного добавления реагента к анализируемому раствору). Это реакции нейтрализации, когда к анализируемому раствору кислоты из бюретки добавляют раствор щелочи (или наоборот) до достижения точки эквивалентности. При этом, объем израсходованного для полного проведения реакции раствора реагента измеряют по делениям бюретки.

Кислотно-основных индикаторов известно огромное количество (около сотни), каждый из которых применяется для разных целей, разных кислотно-щелочных реакций. Самыми распространенными из них являются: нитразиновый желтый, бромтимоловый синий, метиловый оранжевый, фенолфталеин.

Виды титрометрического анализа:

В титровании, за основу могут браться различные типы химических реакций, в соответствии с которыми выделяют:

- Кислотно-основное титрование — реакции нейтрализации, т.е. взаимодействие кислот с основаниями (щелочами), с образованием соли и воды. Такие реакции экзотермичны, т.е. часто проходят с выделением тепла (напр., НСl + NaOH = NaCl + Н2О);

- Окислительно-восстановительное титрование — окислительно-восстановительные реакции, в процессе которых восстановитель отдаёт электроны, при этом окисляясь, а окислитель присоединяет электроны, при этом восстанавливаясь (напр., Н2S + Cl2 → S + 2HCl). Сюда относят перманганатометрию, иодометрию, хроматометрию;

- Осадительное титрование — реакции, которые протекают с образованием малорастворимого соединения, при этом концентрации осаждаемых ионов в растворе изменяются. Сюда относят аргентометрию, гексоцианоферратометрию, меркурометрию;

- Комплексонометрическое титрование (меркуриметрия) — реакции, основанные на образовании прочных комплексных соединений с комплексоном, в качестве которого, обычно, выступает этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), при этом концентрации ионов металлов в титруемом растворе изменяются.

Также, различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.

- Прямое титрование – при проведении данного вида титрования, рабочий раствор титранта добавляют небольшими порциями к раствору определяемого вещества (титруемому веществу).

- Обратное титрование – сначала, заведомый избыток специального реагента добавляют к раствору определяемого вещества, а уже после этого, титруют не вступивший в реакцию остаток этого реагента.

- Заместительное титрование – здесь, сначала заведомый избыток специального реагента добавляют к раствору определяемого вещества, после чего титруют один из продуктов реакции между анализируемым веществом и добавленным реагентом.

Описанные виды титрования охватывают далеко не полный список всех существующих приемов и методов титрования. В современном мире широкое распространение получили методы, в которых за ходом титрования следят при помощи приборов. Например, для кондуктометрического анализа характерно измерение электропроводности раствора, которая изменяется в ходе титрования. Потенциометрический метод заключается в измерении потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор. При Фотометрическом методе измеряют показатели поглощения света при изменении интенсивности окраски раствора.

Разработаны приборы, которые способны не только определить точку эквивалентности, но и самостоятельно автоматически дозировать добавление рабочего раствора к анализируемому по каплям и выдавать уже готовый результат анализа.

Титраторы – приборы для автоматического титрования, нашли широкое применение в промышленности (фармацевтика, химическое производство, металлургия и др.). Автоматические титраторы крайне удобны для проведения масовых однотипных анализов. Они могут работать в отсутствии лаборанта, предоставляя ему время для проведения другой работы, при этом такие приборы самостоятельно отбирают пробы, а лаборанту остается только получить результаты проведенного анализа. Особенно критичным это является при работе с ядовитыми, радиоактивными или взрывчатыми веществами.

Примером таких приборов могут служить блоки автоматического титрования серии БАТ-15.2, которые предназначаются для проведения, совместно с рХ-метром или иономером, потенциометрического титрования.

Приборы серии БАТ-15.2 применяются в заводских или научно-исследовательских лабораториях в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины.