Opracowanie:
Alkacymetria
Alkacymetria
Alkacymetria
Definicje
Alkacymetria to dział objętościowej analizy ilościowej (wolumetrii).
Oznacza to, że podczas jej przeprowadzania dodaje siÄ™ titranta – roztworu mianowanego (o dokÅ‚adnie znanym stężeniu) z biurety do próby zawierajÄ…cej analit – oznaczany zwiÄ…zek, a nastÄ™pnie wyznacza siÄ™ punkt równoważnikowy – punkt, w którym caÅ‚y analit przereagowaÅ‚ stechiometrycznie z titrantem, który w przypadku alkacymetrii jest równy punktowi koÅ„cowemu – objÄ™toÅ›ci zużytego titranta, przy której nastÄ™puje zmiana barwy wskaźnika.
W alkacymetrii stosuje siÄ™ reakcjÄ™ zobojÄ™tniania – reakcja kwasu z zasadÄ….
Czasami też zachodzi reakcja kwasu z anionem węglanowym i wodorowęglanowym.
Miareczkowanie alkacymetryczne jest prawie zawsze jest miareczkowaniem bezpoÅ›rednim – titrant reaguje bezpoÅ›rednio z analitem (za wyjÄ…tkiem oznaczania bezwodników kwasowych i zasadowych, w których jest miareczkowaniem poÅ›rednim – analit poddaje siÄ™ reakcji w której powstaje produkt (w tym przypadku kwas lub zasada), który reaguje z titrantem).
Metoda ta pozwala na oznaczenie stężenia kationów wodoru lub anionów wodorotlenkowych/węglanowych, a co za tym idzie stosuje się ją do oznaczania jakości produkowanych kwasów (siarkowego(VI), octowego, mrówkowego, chlorowodorowego, fosforowego(V), azotowego(V)) i zasad (wapno gaszone, wodorotlenek potasu, woda amoniakalna, soda kaustyczna) oraz do kontroli jakości produktów do których produkcji wykorzystuje się zasady i kwasy (wodorotlenek potasu w produkcji kakao, kwas fosforowy(V) w napojach typu Cola), lub podczas produkcji substancji w których powstające kwasy i zasady są niepożądane (kwas octowy w napojach alkoholowych)
Podział metod alkacymetrycznych.
W zależności od użytego titranta wyróżniamy alkalimetrię i acydymetrię.
Acydymetria polega na miareczkowaniu roztworem silnego kwasu (najczęściej chlorowodorowy lub siarkowy(VI)) a analitem w niej jest wodorotlenek (lub wÄ™glan) – podczas miareczkowania pH badanego roztworu spada.
Substancjami podstawowymi (substancjami dla których nastawia siÄ™ miano titranta – miareczkuje siÄ™ odważkÄ™ o dokÅ‚adnie znanej liczbie moli danej substancji) w acydymetrii sÄ… wÄ™glan sodu i dziesiÄ™ciowodny tetraboran sodu.
Do acydymetrii jako wskaźnik zazwyczaj stosuje się oranż metylowy lub czerwień metylową.
UWAGA – miareczkowanie roztworem kwasu askorbinowego (askorbinometria) należy do redoksymetrii, a dokÅ‚adniej do reduktometrii, a nie do alkacymetrii.
Przykładowy wykres pH w acydymetrii
Alkalimetria natomiast polega na miareczkowaniu roztworem silnej zasady (najczęściej wodorotlenku sodu) a analitem w niej jest kwas – podczas miareczkowania pH roztworu wzrasta.
Substancjami podstawowymi w alkalimetrii sÄ… kwas benzoesowy, kwas szczawiowy i wodoroftalan potasu.
W alkalimetrii najczęściej używa się fenoloftaleiny jako wskaźnika.
Przykładowy wykres pH w alkalimetrii
Punkt końcowy i punkt równoważnikowy
W alkacymetrii punkt równoważnikowy to sytuacja w której stężenie kwasu i zasady są równe. Mnożąc objętość zużytego titranta, jego stężenie i odpowiedni mnożnik (dla kwasów wieloprotonowych (z więcej niż jednym atomem wodoru), np H₂SO₄ i dla zasad dysocjujących na więcej niż jeden anion wodorotlenkowy, np. Ca(OH)₂).
Należy jednak pamiętać, że takie samo stężęnie molowe mocnej zasady (NaOH) ma wyższe pH niż słaba zasada (NH₃•H₂O), a takie samo stężenie molowe mocnego kwasu (HCl) ma niższe pH niż słaby kwas (CH₃COOH) ze względu na moc kwasu/zasady. Inną istotną informacją jest to, że w kwasach wieloprotonowych (jak np. kwas cytrynowy) atomy wodoru mogą mieć różną moc, podobnie jak grupy hydroksylowe w wodorotlenkach wielododatnich kationów i kationy w węglanach. Z tego powodu podczas niektórych miareczkowań mogą wystąpić dwa lub więcej punktów końcowych, oraz podczas niektórych oznaczeń nie można zastosować danych wskaźników.
PrzykÅ‚adowo podczas oznaczania wodorotlenku sodu obok wÄ™glanu sodu metodÄ… Wardera wystÄ™pujÄ… dwa punkty koÅ„cowe – jeden (A+B) oznaczany przez odbarwienie siÄ™ fenoloftaleiny dla zobojÄ™tnienia wodorotlenku sodu i poÅ‚owicznego zobojÄ™tnienia wÄ™glanu sodu (przejÅ›cia wÄ™glan w wodorowÄ™glan) i drugi (A+2B) oznaczany przez zabarwienie siÄ™ oranżu metylowego na kolor czerwony dla caÅ‚kowitego zobojÄ™tnienia wÄ™glanu sodu (przejÅ›cia wodorowÄ™glanu w tlenek wÄ™gla(IV) i wodÄ™). W tym przypadku wynik miareczkowania bÄ™dzie równy A+2B, gdzie A oznacza ilość moli wodorotlenku, a B oznacza ilość moli wÄ™glanu; 2 wynika z faktu, że na caÅ‚kowite zobojÄ™tnienie jednego mola kationów wÄ™glanowych trzeba zużyć dwa razy wiÄ™cej titranta niż na jeden mol anionów wodorotlenkowych.
Jeżeli odejmiemy objętość zużytego titranta w pierwszym punkcie końcowym od objętości w drugim punkcie końcowym, to uzyskamy wartość B, którą możemy wykorzystać do oznaczenia wartości A.
Na przykład: pierwszy punkt końcowy wynosi 15,3 ml, drugi 20,7 ml a stężenie titranta (HCl) wynosi 0,1 mol/dm³
(A+2B)-(A+B)=B
20,7 ml – 15,3 ml = 5,4 ml
(A+B)-B=A
15,3 ml – 5,4 ml = 9,9 ml
V×Cm=n
1 ml = 0,001 dm³
0,0099 dm³ × 0,1 mol/dm³ = 0,00099 mol
0,0054 dm³ × 0,1 mol/dm³ = 0,00054 mol
n×M=m
MNaOH = 40 g/mol
MNa₂CO₃ = 105,99 g/mol
0,00099 mol × 40 g/mol = 0,0396 gNaOH
0,00054 mol × 105,99 g/mol = 0,0572346 gNa₂CO₃
Punkt końcowy można oznaczyć na dwa sposoby: potencjometrycznie (z użyciem pH-metru) i kolorymetrycznie (z użyciem wskaźników chemicznych).
Potencjometryczne oznaczanie punktu równoważnikowego polega na cyklicznym dolewaniu niewielkich ilości titranta i odczytywaniu wskazań pH-metru, a następnie na narysowaniu wykresu pH z którego wyczytujemy punkt równoważnikowy jako miejsce przecięcia wskazań wykresu i prostej na środku pomiędzy przedłużonymi liniami przed i po skoku pH. Wykorzystuje się je w silnie barwnych roztworach, w których zmiana barwy wskaźnika byłaby niezauważalna.
Punkt równoważnikowy oznaczony podczas alkalimetrycznego miareczkowania potencjometrycznego
Kolorymetryczne oznaczanie punktu równoważnikowego polega na zwykłym miareczkowaniu aż do zmiany barwy wskaźnika. Zmiana barwy (punkt końcowy) jest równa punktowi równoważnikowemu. Po osiągnięciu punktu końcowego odczytuje się z biurety ilość zużytego titranta
Ważniejsze wskaźniki alkacymetryczne – fenoloftaleina, czerwieÅ„ metylowa i oranż metylowy wraz z ich kolorami w zależnoÅ›ci od pH
Fenoloftaleina