Ważnym elementem w analizie miareczkowej jest sporządzanie roztworów wzorców. Roztwory wzorcowe, nazywane także roztworami mianowanymi, to roztwory odczynników o bardzo dokładnym stężeniu. Roztwory mianowane możemy uzyskać na dwa sposoby:
1. Pierwszy sposób polega na rozpuszczeniu substancji w rozpuszczalniku (najczęściej woda), aby uzyskać ściśle zamierzoną objętość.
2. Drugi sposób polega na sporządzeniu roztworu o przybliżonym stężeniu oraz zmianowanie go inna substancja wzorcową.
Substancja użyta to sporządzenia roztworu mianowanego musi spełniać kilka warunków. Musi odznaczać się czystością i trwałością. Jeżeli mamy do dyspozycji tego typu substancje, to określona jej ilość odważamy na wadze analitycznej, ilościowo przenosimy do kolby miarowej, rozpuszczamy w rozpuszczalniku (najczęściej w wodzie) i uzupełnimy do zadanej objętości. W taki sposób wyznaczymy miano bezwzględne. Czasami podczas rozpuszczania substancji zachodzę efekty cieplne, tj. efekty endotermiczne lub efekty egzotermiczne. W takich przypadkach należy doprowadzić do takiego stanu, aby temperatura w kolbie miarowej wyrównała się z temperaturą otoczenia. Później dopiero dodajemy pozostała część rozpuszczalnika w celu uzyskania zadanej objętości. Należy także sprawdzić czy substancja całkowicie się rozpuściła. Przed dopełnieniem kolby miarowej do zadanej objętości musimy dokładnie wymieszać zawartość kolby ruchem okrężnym uważając, aby z kolby nic się nie wylało. Po dopełnieniu kolby miarowej do zadanej objętości, zakrywamy ją korkiem i odwracamy szyjka w dół. Robimy tak kilka razy. Musimy także pamiętać, że uzupełniając kolbę miarową do zadanej objętości (do kreski) menisk musi być zawsze wklęsły. W przypadku gdy substancja, z której chcemy zrobić roztwór mianowany, nie spełnia kryterium czystości, nie jest higroskopijna lub jej stężenie się zmienia po rozpuszczeniu, wtedy musimy określona ilość tej substancji odważyć na wadze technicznej i sporządzamy roztwór o przybliżonym stężeniu. Następnie mianujemy go zaraz po sporządzeniu lub po upływie określonego czasu. Mianowanie takiego roztworu polega na miareczkowaniu go kilka razy roztworem odważek odpowiedniej substancji wzorcowej. Miano takiego roztworu wyznaczone przez miareczkowanie innej substancji wzorcowej jest bezwzględne tylko wtedy, gdy punkt końcowy miareczkowania pokrywa się z punktem równowartości. Mała różnica pomiędzy tymi punktami musi mieścić się w granicach błędu doświadczalnego. Gdy różnica ta jest większa, wówczas nie mamy do czynienia z mianem bezwzględnym, tylko z mianem roboczym. Miano robocze jest obarczone zawsze błędem systematycznym. Błąd systematyczny jest związany z daną metodą miareczkowania.
Należy pamiętać o tym, że roztwory wzorcowe (mianowane) zawsze musimy trzymać w szklanych butelkach z ciemnego szkła. Butelki te musza być szczelnie zamknięte i odizolowane od światła. Należy pamiętać, że roztwory przelane do biurety lub zlewki i nie wykorzystane podczas miareczkowania nie możemy ponownie przelać do szklanej butelki, w której są przechowywane.
Zawsze musimy pamiętać o tym, że mianowane roztwory titrantów muszą odznaczać się bardzo dokładnym stężeniem, ponieważ od tego zależy dokładność przeprowadzanych oznaczeń. Przy nastawiania miana musimy wykazać się szczególną dokładnością Musimy pamiętać o tym że:
- stosowana substancja musi odznaczać się dużą czystością
- odważki stosowanej substancji do otrzymania roztworu mianowanego muszą być odpowiednio duże. Błąd względny podczas ważenia musi być bardzo mały;
- objętość roztworu mianowanego stosowanego podczas miareczkowanie wcześniej zważonej odważki substancji mianowanej, nie może być mała, tzn. musi wahać się w granicach 40-50ml. Błąd względny podczas miareczkowania musi być bardzo mały;
- miareczkowanie musi być powtórzone przynajmniej 3 razy. W ten sposób zmniejszamy błąd przypadkowy, który może mieć miejsce podczas mianowania.
Nie każda substancja może być substancja wzorcową. Substancja wzorcowa odznacza się odpowiednimi właściwościami. Substancja wzorcowa może być wykorzystana do sporządzania roztworów titrantów. Miano takich roztworów jest dokładnie określone poprzez ilość odważonej substancji. Substancja wzorcowa może także być wykorzystana do mianowania roztworów wzorcowych (titrantów). Dwuchromian potasu może być przykładem substancji, która jest wykorzystana do sporządzenia mianowanego roztworu. Odważamy odpowiednia ilość dwuchromianu potasu na wadze analitycznej, rozpuszczamy w wodzie, przelewamy do kolby miarowej, mieszamy ruchem okrężnym, uzupełniamy woda do określonej objętości. Szczawian sodu to substancją, która jest wykorzystywana do mianowania roztworu nadmanganianu potasu, poprzez miareczkowanie roztworem szczawianu odważek nadmanganianu potasu.
Podstawowe cechy substancji wzorcowych to:
- musi zachodzić ilościowy przebieg, właściwej dla określonego wzorca, reakcji chemicznej;
- bezproblemowe jej otrzymanie w stanie czystym;
- duża trwałość w panujących warunkach laboratoryjnych;
- nie może być higroskopijna;
- nie może wietrzeć;
- musi odznaczać się dużą masą molową;
- musi bardzo dobrze rozpuszczać się w wodzie;
- musi być uniwersalna, tzn. stosowalna jako wzorzec w różnych oznaczeniach miareczkowych. Taką substancja jest wodorojodan potasu. Substancja ta jest wykorzystywana do mianowania roztworów: tiosiarczanu sodu, zasad, azotanu srebra.
Działy analizy miareczkowej
1. Argentometria
Cecha charakterystyczna tej dziedziny analizy miareczkowej jest fakt, że roztworem mianowanym jest azotan srebra. Podczas miareczkowania powstaje trudno rozpuszczalne związki srebra, takie jak: chlorek srebra, jodek srebra, cyjanek srebra.
Roztwór mianowany azotanu srebra otrzymujemy w następujący sposób:
- w wyniku rozpuszczenia w wodzie (stosujemy kolbę miarową) dokładnie zważonej ilości azotanu srebra odznaczającego się dużą czystością;
- w wyniku rozpuszczenia srebra w postaci blaszki, ewentualnie drutu w 30% kwasie azotowym. Po rozpuszczeniu roztwór musimy ogrzewać, aby pozbyć się tlenków azotu. Później, gdy roztwór ostygnie, rozcieńczamy go wodą destylowana do określonej objętości;
- w wyniku sporządzeniu roztworu o niskim stopniu czystości i zmianowaniu go odpowiednia substancją wzorcową (chlorek potasu lub chlorek sodu).
Przygotowanie 0,1M roztworu azotanu srebra
Na wadze technicznej odważamy, używając naczyńka wagowego, 4,20g azotanu srebra. Następnie odważkę przenosimy ilościowo do kolby miarowej na 250ml. Następnie rozpuszczamy stosując ruchy okrężne i uzupełnimy woda destylowana do kreski. Oczywiście woda powinna mieć temperaturę otoczenia, zaś menisk powinien być wklęsły. Woda stosowana do przygotowania roztworu mianowanego azotanu srebra powinna być podwójnie destylowana. Otrzymany roztwór dwukrotnie wymieszany przelewamy do suchej i dokładnie wyczyszczonej butelki z ciemnego szkła. Następnie zakręcamy dokładnie buteleczkę doszlifowanym korkiem. Przed całkowitym przelaniem roztworu należy wpierw przemyć buteleczkę tymże roztworem. Później dokładnie obliczmy stężenie przygotowanego roztworu i napisać otrzymany wynik na etykietce przyklejonej na buteleczce.
Masa molowa azotany srebra = 169, 8729g/M
Do sporządzenia 250ml 0,1M roztworu azotanu srebra należy odważyć dokładnie 4,2468 azotanu srebra. Jeżeli podczas ważenia nasza odważka miała masę np. 4,2507g nie należy wpadać w panikę, tylko zastosować następujące obliczenie:
(4,2507x0,1)/4,2468 = 0,1001mol/l
Metoda Mohra- oznaczanie jonów chlorkowych
Oznaczanie jonów chlorkowych metodą Mohra polega na miareczkowaniu obojętnego roztworu, który zawiera chlorki, roztworem mianowanym azotanu srebra (AgNO3) w obecności jonów chromianowych CrO43-, który pełni rolę wskaźnika. Podczas miareczkowania wytrąca się bardzo trudno rozpuszczalny osad AgCl. Kiedy cała ilość jonów Cl- wytrąci się, to nadmiar azotanu srebra wytrąci chromian srebra. Roztwór zmienia wówczas barwę na brunatno-czerwoną. Jest to koniec miareczkowania. Odczyn roztworu jest obojętny ponieważ jony wodorowe (kwaśne) łączą się z jonami CrO43-. Tworzą się jony HCrO4 oraz Cr2O72-. W roztworach silnie zasadowych mamy do czynienia z wytrąceniem się osadu Ag2O.
Uzyskany roztwór przenosimy ilościowo do kolby miarowej na 100ml. Później musimy go rozcieńczyć wodą podwójnie destylowaną i dopełnić do kreski. Po nałożeniu doszlifowanego korka wstrząsamy kilkukrotnie. Skalibrowaną pipetą na 25ml przenosimy trzy porcje po 25ml przygotowanego roztworu do kolb stożkowych na 250ml. Rozcieńczamy do wodą destylowana do około 50ml i dodajemy 1ml 5% roztworu K2CrO4. Następnie miareczkujemy roztworem mianowanym AgNO3. Przy miareczkowaniu nie zapominamy o stałym mieszaniu, aż do uzyskania trwałego brunatnego zabarwienia, które nie zaniknie po pół minucie.
2. Manganometria
Cecha charakterystyczna tej dziedziny analizy miareczkowej jest fakt, że roztworem mianowanym jest nadmanganian potasu. Stosując metodę manganometryczną jesteśmy w stanie oznaczyć związki zarówno organiczne, jak nieorganiczne w środowisku zasadowym, kwaśnym i obojętnym.
Nadmanganian potasu nie może być stosowany jako substancja wzorcowa do przygotowania bezpośrednio roztworu mianowanego. Dzieje się tak, gdyż nadmanganian potasu jest zanieczyszczony MnO2. Nadmanganian potasu reaguje z zanieczyszczeniami pochodzenia organicznego, które znajdują się na ściankach i na wodzie. Nadmanganian potasu łatwo ulega rozkładowi. W celu uzyskania roztworu nadmanganianu potasu o nie zmieniającym się w czasie stężeniu, rozpuszczamy w wodzie destylowanej, zważona na wadze technicznej, odpowiednia ilość nadmanganianu potasu. Po upływie dwóch tygodni zanieczyszczenia organiczne ulegną utlenieniu. Wtedy przesączamy uzyskany roztwór przesz sączek ze szklanym spiekiem. Roztwór musi być przechowany w ciemnej butelce z doszlifowanym korkiem. Najczęściej w laboratoriach chemicznych stosowane są roztwory nadmanganianu potasu o stężeniu 0,02mol/l.
Metoda Sorensena - nastawianie miana KMnO4 na Na2C2O4
Na wadze analitycznej w naczyńkach wagowych odważamy trzy odważki Na2C2O4 (mniej więcej 0,25-0,32g). Następnie odważki przenosimy ilościowo do kolby stożkowej na 200-300ml. Rozpuszczamy w 50ml wody destylowanej, dodajemy 15ml kwasu siarkowego (stężenie kwasu 2mol/l) i ogrzewamy do temperatury 70-80oC. Nie możemy dopuścić do tego, aby roztwór się zagotował. W taki sposób przygotowane roztwory możemy miareczkować 0,02mol/l roztworem KMnO4. Dodajemy go małymi porcjami aż do uzyskania trwałego różowego zabarwienia. Gdy mamy do czynienia z rozbieżnością wartości stężeń roztworu KMnO4 wyliczonych na podstawie trzech miareczkowań, większą niż 0,5%, to wówczas musimy zmianować jeszcze raz roztwór. Jeżeli rozbieżność wartości stężeń nie przekracza 0,05%, to wówczas przyjmujemy ich wartość średnią.
Oznaczanie kwasu szczawiowego (H2C2O4)
Otrzymany roztwór przenosimy ilościowo do kolby miarowej na 100ml, dopełniamy do kreski. Przygotowujemy trzy próbki o objętości 25ml w kolbach stożkowych. Próbki w kolbach rozcieńczamy do około 50ml. Dodajemy 15ml 2M kwasu siarkowego, ogrzewamy do temperatury około 80oC i miareczkujemy roztworem nadmanganianu potasu do różowego zabarwienia.
Obliczenia:
mH2C2O4 = (5x90,0354xVxCxW)/2x1000
gdzie:
masa molowa kwasu szczawiowego = 90,0354
V to objętość roztworu nadmanganianu potasu, który został zużyty w miareczkowaniu
C to stężenie molowe roztworu nadmanganianu potasu
W to współczynnik współmierności pipety oraz kolby
Oznaczenie żelaza metodą Zimmermanna- Reinharda
Tego rodzaju oznaczenie polega na zredukowaniu jonów Fe3+ do jonów Fe4+ a następnie szybkie utlenienie jonów Fe2+ do Fe3+ w wyniku miareczkowania roztworem mianowanym nadmanganianu potasu. Środowisko zachodzącej reakcji powinno być kwaśne. Redukcje jonów żelaza przeprowadzana jest chlorkiem cyny (II), zas nadmiar tego odczynnika usuwamy chlorkiem rtęci (II). Do roztworu w którym są jony żelaza (II), SnCl4, Hg2Cl2 dodajemy odczynnika Zimmermanna- Reinharda, który zawiera MnSO4, H3PO4, H2SO4. Jony Mn2+ zapobiegają utlenieniu jonów chlorkowych przez nadmanganian. Kwas fosforowy służy do określenia punktu końcowego miareczkowania. Żółty roztwór soli żelaza (III) odbarwia się w wyniku tworzenia kompleksu.
Otrzymany roztwór przenosimy ilościowo do kolby miarowej na 100ml, dopełniamy do kreski. Przygotowujemy trzy próbki o objętości 25ml w kolbach stożkowych. Próbki w kolbach rozcieńczamy do około 50ml. Próbki roztworu soli żelaza (III) zakwaszamy kwasem solnym w ilości około 5-10ml, ogrzewamy do wysokiej temperatury (prawie temperatura wrzenia) i dodajemy po jednej kropli roztwór SnCl2 aż do momentu odbarwienia. Należy zachować szczególną ostrożność aby nie dodać za dużo SnCl2. Gdy zajdzie redukcja należy dodać jeszcze jedną krople SnCl2. W ten sposób przygotowane próbki rozcieńczamy przegotowaną chłodna wodą destylowaną do objętości około 100ml. Następnie dodajemy 10ml roztworu HgCl2. Ma miejsce wytrącenie osadu Hg2Cl2 o jedwabistym połysku. Gdy za dużo dodamy chlorku rtęci (II), to wówczas wytrąci się szary osad. Taka próba musi być natychmiast powtórzona. Do roztworu z jedwabistym osadem dodajemy 10ml roztworu Zimmermanna- Reinharda i miareczkujemy z zachowaniem ostrożności 0,2 nadmanganianem potasu do lekko różowego zabarwienia. Gdy otrzymamy roztwór z fioletowym zabarwieniem, to musimy próbę jeszcze raz powtórzyć.
Obliczenia:
mFe = (5x55,847xVxCxW)/1000
gdzie:
55,847 to masa molowa żelaza
V to objętość roztworu nadmanganianu potasu, który został zużyty w miareczkowaniu
C to stężenie molowe roztworu nadmanganianu potasu
W to współczynnik współmierności pipety oraz kolby
3. Jodometria
Jodometryczne oznaczanie jest przeprowadzane metodą miareczkowania bezpośredniego i metoda miareczkowania pośredniego. Stosując miareczkowanie bezpośrednie rolę titranta pełni mianowany roztwór jodu, zaś w metodzie miareczkowania pośredniego rolę titranta pełni tiosiarczan. Metoda jodometryczna może być stosowana zarówno w oznaczaniu substancji utleniających jak i w przypadku substancji redukujących. Mianowanym roztworem jodu miareczkuje się substancje, które mają potencjał utleniający niższy niż układ I2/2I. Oznaczamy w taki sposób kilka reduktorów, takich jak: siarczany, siarczyny, siarczki, tiosiarczany, srebro, cyna. Gdy badane substancje charakteryzują się potencjałem utleniającym wyższy niż układ I2/2I, to utleniają jony jodu do wolnego jodu (I2), który później jest miareczkowany mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu. W taki sposób oznaczanych jest kilka utleniaczy, takich jak: jodany, chlor, bromiany, chromiany, dwuchromiany, nadmanganiany, żelazo (III), miedz (II). Najczęstszym wskaźnikiem stosowanym w jodometrii jest skrobia (kleik skrobiowy). Skrobia tworzy z jodem związek i zabarwia się na intensywny fioletowy kolor.
Przygotowanie roztworu tiosiarczanu sodu ( Na2S2O3) o stężeniu 0,1mol/l
Tiosiarczan sodu nie może być substancja wzorcową, gdyż hydrat ten nie jest w stanie zachować stałej ilości wody krystalizacyjnej. Stężenie zrobionego roztworu zmienia się przez kilka dni. Dzieje się tak, tiosiarczan reaguje z kwasem węglowym, który jest obecny w wodzie destylowanej. Tiosiarczan ma zmienne stężenie także ze względu na bakterie obecne w roztworze.
W celu sporządzenia jednego litra 0,1M roztworu tiosiarczanu sodu musimy odważyć na wadze technicznej mniej więcej 25g tiosiarczanu sodu, rozpuścić w destylowanej wodzie, przelać zawartość do kolby na 1l i dokładnie wymieszać. Następnie dopełniamy kolbę do kreski i zamykamy korkiem. Woda destylowana powinna być przegotowana, nie zawierająca dwutlenku węgla. Mianowanie tak sporządzonego roztworu można wykonać dopiero po upływie dwóch tygodni.
Nastawienie miana tiosiarczanu sodu na jod sublimowany
Należy w naczyńku wagowym odważyć na wadze technicznej mniej więcej 2g jodku potasu i dodać kilka kropel wody destylowanej. Zewnętrzne ściany naczyńka należy osuszyć bibułą, zamknąć szklana pokrywką i pozostawić w pokoju wagowym, aby osiągnięta została temperatura otoczenia. Następnie ważymy na wadze analitycznej. Do tak przygotowanego roztworu nasyconego KI do naczyńka wagowego wsypujemy 0,4-0,5 jodu (odważonego na sprawnej wadze technicznej). Naczyńko musi być zamknięte szczelnie pokrywką. Odstawiamy je w celu wyrównania temperatury układu z temperatura otoczenia. Następnie ważymy na wadze analitycznej. Podczas dodawania wody do naczyńka z KI oraz w czasie wsypywania do nasyconego roztworu KI jodu należy zachować szczególną ostrożność i nie doprowadzić do zwilżenia szlifu naczyńka oraz nie dopuścić do tego, aby pozostawione zostały kryształki jodu. W ten sposób przygotowana odważkę jodu wrzucamy razem z naczyńkiem (po ściance) do kolby stożkowej., w której jest roztwór KI w 100g wody. Zaraz po wymieszaniu roztworu miareczkujemy go roztworem tiosiarczanu sodu do słomkowatego zabarwienia. Później dodajemy kilka kropel kleiku skrobiowego i miareczkujemy aż roztwór się odbarwi. W taki sam sposób należy wykonać jeszcze dwa oznaczenia. Stężenie tiosiarczanu sodu obliczamy w następujący sposób:
C(Na2S203) = (Zx1000)/(126, 9045xV)mol/l
gdzie:
Z to jest odważka jodu
V objętość mierzona w mililitrach (ml) użytego do miareczkowania roztworu tiosiarczanu sodu.
Masa atomowa jodu wynosi 126,9045.
Oznaczanie miedzi (II)
Metoda oznaczania miedzi polega na odmiareczkowaniu wydzielającego się jodu mianowanym roztworem tiosiarczanu. Do roztworu miedzi (II) o obojętnym odczynie dodajemy 50% roztwór kwasu octowego w takiej ilości, aby po miareczkowaniu otrzymany roztwór nie miał więcej niż 10% CH3COOH. Jeżeli mamy do dyspozycji 25ml roztworu, który mamy chęć oznaczyć oraz 15ml tittranta, to należy użyć około 10ml 50% CH3COOH. Później do roztworu dodajemy 3-4g KI, nakrywamy szkiełkiem zegarkowym, czekamy 60 sekund
I miareczkujemy wydzielający się jod mianowanym roztworem Na2S2O3. Pod koniec miareczkowania musimy dodać około 2ml kleiku skrobiowego (wskaźnik). Masę miedzi obliczamy w następujący sposób:
mCu = VxCx63,546xW/1000g
gdzie:
V to objętość roztworu tiosiarczanu sodu, który został zużyty w miareczkowaniu
C to stężenie molowe roztworu tiosiarczanu sodu
W to współczynnik współmierności pipety oraz kolby
63,546 to masa molowa miedzi.
Oznaczanie kwasu solnego
Metoda oznaczania kwasu solnego polega na odmiareczkowaniu wydzielającego się jodu mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu. W tym celu w erlenmajerce z szeroką szyjką musimy przygotować roztwór w skład którego wchodzą: 2g jodku potasu, 0,2g jodanu(V) potasu w 100ml wody. Do takiego roztworu dodajemy 25ml (odmierzonego dokładnie pipetą) użytego do oznaczenia kwasu solnego. Następnie erlenmajerkę nakrywamy szkiełkiem zegarkowym i dokładnie mieszamy. Należy odczekać 5 minut i miareczkować wydzielający się jod roztworem mianowanym tiosiarczanu sodu do słomkowatego zabarwienia. Później dodajemy kilka kropel kleiku skrobiowego i miareczkujemy aż roztwór się odbarwi. W taki sam sposób należy wykonać jeszcze dwa oznaczenia. Zawartość kwasu solnego w próbce branej do analizy obliczamy w następujący sposób:
mHCl = VxCx36,4609xW/1000g
gdzie:
V to objętość roztworu tiosiarczanu sodu, który został zużyty w miareczkowaniu
C to stężenie molowe roztworu tiosiarczanu sodu
W to współczynnik współmierności pipety oraz kolby
36,4609 to masa molowa kwasu solnego.
Oznaczanie procentowej zawartości K2Cr2O7 w produkcie technicznym
Metoda oznaczania K2Cr2O7 polega na odmiareczkowaniu wydzielającego się jodu mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu. W tym celu substancje w której oznaczamy procentową zawartość K2Cr2O7 musimy wysuszyć do stałej masy. Temperatura w suszarce powinna wynosić 110oC. Następnie jest ważona na wadze analitycznej. Konieczne do oznaczenia są 3 próbki o masach wynoszących mniej więcej 0,2-0,3g. Każda próbkę z osobna należy przenieść do kolb stożkowych z korkiem. Następnie rozpuszczamy badana substancje w 50ml wody. Później dodajemy do roztworów 2g KI i 8ml stężonego kwasu solnego. Zamykamy kolby korkami i pozostawiamy w zaciemnionym miejscu na okres 10 minut. Miareczkować wydzielający się jod roztworem mianowanym tiosiarczanu sodu do słomkowatego zabarwienia. Później dodajemy kilka kropel kleiku skrobiowego i miareczkujemy aż roztwór się odbarwi. W taki sam sposób należy wykonać jeszcze dwa oznaczenia. Należy bardzo dokładnie miareczkować, gdyż ze względu na zielona barwę oznaczanego roztworu trudno jest określić punkt końcowy miareczkowania. W tym celu pod koniec miareczkowania dodajemy około 200ml wody destylowanej. Procentowa zawartość K2Cr2O7 obliczamy ze wzoru:
% K2Cr2O7 = (VxCx294,1846x100)/6000xa)
gdzie:
V to objętość roztworu tiosiarczanu sodu, który został zużyty w miareczkowaniu
C to stężenie molowe roztworu tiosiarczanu sodu
a to masa próbki
masa molowa K2Cr2O7 wynosi 294,1846.
4. Acydymetria
Sporządzenie i mianowanie roztworu kwasu solnego o stężeni 0,1mol/dm3
Roztwór kwasu solnego o zadanym stężeniu uzyskujemy w wyniku rozcieńczenia stężonego kwasu solnego. W tym celu odmierzamy przy pomocy cylindra miarowego około 8,5ml stężonego kwasu solnego o gęstości d = 1,19g/cm3. Później rozcieńczamy w kolbie miarowej na 1000ml. Uzupełniamy Kolbe miarową do kreski. Kolbe zatykamy korkiem i dokładnie mieszamy. Później miareczkujemy otrzymany roztwór boraksem (Na2B4O7x10H2O.
Na sprawnej wadze analitycznej odważamy 3 odważki boraksu o masie mniej więcej 0,5-0,7g. Zważony boraks powinien być przekrystalizowany i przechowywany przez jakiś czas w higrostacie. Następnie poszczególne odważki rozpuszczamy w około 50-80ml wygotowanej wody destylowanej. Taka woda nie powinna zawierać dwutlenku węgla. Gdy odważki się rozpuszczą dodajemy kilka kropel czerwieni metylowej (użyta jako wskaźnik) i miareczkujemy kwasem solnym. Miano kwasu solnego jest ustalane na podstawie zmiany barwy z żółtej na lekko pomarańczową. Stężenie molowe kwasu obliczamy następująco:
CHCl = (mx2x1000)/Vx381,44
gdzie:
m to masa boraksu (Na2B4O7x10H2O)
V to objętość kwasu solnego, który został zużyty podczas miareczkowania (ml)
381,44 to masa molowa boraksu.
Oznaczanie NaOH
Otrzymany roztwór o nieznanym stężeniu ilościowo przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Następnie dopełniamy kolbę wodą destylowaną i mieszamy ruchem okrężnym. Pipeta na 25ml pobieramy otrzymany roztwór i przenosimy do kolb stożkowych. Następnie miareczkujemy kwasem solnym o dokładnie znanym stężeniu. Pod koniec miareczkowania dodajemy wskaźnik 5.1. Gdy następuje zmiana barwy z zielonej na czerwoną, to ma miejsce punkt końcowy miareczkowania. Ilość NaOH w próbce obliczamy następująco:
mNaOH = (VxCx39,997xW)/1000
gdzie:
V to objętość kwasu solnego wykorzystana podczas miareczkowania
C to stężenie kwasu solnego
W to współczynnik współmierności pipety i kolby
Masa molowa NaOH wynosi 39,997
Oznaczanie węglanu sodu
Otrzymany roztwór do badania o nieznanym stężeniu ilościowo przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Następnie dopełniamy kolbę wodą destylowaną i mieszamy ruchem okrężnym całą kolbę. Skalibrowaną pipeta na 25ml pobieramy otrzymany roztwór i przenosimy do kolb stożkowych. Następnie miareczkujemy kwasem solnym o dokładnie znanym stężeniu. Jako wskaźnik używamy oranżu metylowego. Gdy następuje zmiana barwy z żółtej na pomarańczową, to ma miejsce punkt końcowy miareczkowania. Ilość węglanu sodu w próbce obliczamy następująco:
MNa2CO3 = (VxCx52,994xW)/1000
gdzie:
V to objętość kwasu solnego wykorzystana podczas miareczkowania
C to stężenie kwasu solnego
W to współczynnik współmierności pipety i kolby
Masa molowa NaOH wynosi 52,994x2
5. Alkalimetria
Sporządzanie i mianowanie roztworu wodorotlenku sodu (NaOH) o dokładnie znanym stężeniu (0,1mol/dm3)
Roztwór mianowany wodorotlenku sodu powinien być wolny od węglanów. Roztwór ten otrzymujemy ze stężonego roztworu NaOH (50%). Określona ilość stężonego roztworu wodorotlenku potasu rozcieńczamy wygotowana woda destylowana, która nie zawiera dwutlenku węgla. W naszym przypadku musimy pobrać pipetą około 6ml stężonego roztworu wodorotlenku sodu. Następnie rozcieńczamy go w kolbie miarowej na 1000ml wygotowaną wodą destylowaną. Należy pamiętać, że stężony roztwór NaOH zawiera na dnie węglan sodu. Dlatego stężony wodorotlenek sodu należy delikatnie i bardzo ostrożnie pobierać, nie powodując zmącenia. W ten sposób sporządzony roztwór musimy chronić przed dostępem powietrza. Temperatura układu musi wyrównać się z temperaturą otoczenia. Po tym możemy zmianować roztwór wodoroftalanem potasu.
Na wadze analitycznej odważamy 3 odważki wodoroftalanu potasu o wadze wynoszącej mniej więcej 0,4-0,5g. Odważki rozpuszczamy w około 40-50 ml wody destylowanej. Jako wskaźnik w tym przypadku będzie fenoloftaleina. Otrzymany roztwór miareczkujemy wodorotlenkiem sodu. Miano jest ustalane, gdy pojawi się różowe zabarwienie. Stężenie molowe wodorotlenku sodu obliczamy w następujący sposób:
CNaOH = (mx1000)/(Vx 204,22)
gdzie:
m to masa odważki wodoroftalanu sodu
V to objętość zużytego wodorotlenku sodu
masa molowa wodoroftalanu sodu wynosi 204,22
Oznaczanie kwasu siarkowego (VI)
Miareczkujemy mocny kwas mocną zasadą. Otrzymany roztwór do badania o nieznanym stężeniu ilościowo przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Następnie dopełniamy kolbę wodą destylowaną i mieszamy ruchem okrężnym. Pipeta na 25ml pobieramy otrzymany roztwór i przenosimy do kolb stożkowych. Następnie miareczkujemy mianowanym roztworem wodorotlenku sodu o dokładnie znanym stężeniu. Pod koniec miareczkowania dodajemy wskaźnik 5.1. Gdy następuje zmiana barwy z czerwonej na zieloną, to wówczas ma miejsce punkt końcowy miareczkowania.
Ilość kwasu siarkowego w próbce obliczamy następująco:
MH2SO4 = (VxCx49,039xW)/1000
gdzie:
V to objętość wodorotlenku sodu wykorzystana podczas miareczkowania
C to stężenie wodorotlenku sodu
W to współczynnik współmierności pipety i kolby
Masa molowa NaOH wynosi 49,039x2
Oznaczanie kwasu octowego (CH3COOH)
W tym przypadku miareczkujemy słaby kwas mocną zasadą. Otrzymany roztwór do badania o nieznanym stężeniu ilościowo przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Musimy zwrócić uwagę na to, aby kolba była idealnie czysta. Nawet niewielkie zabrudzenie może wpłynąć na wyniki oznaczenia. Następnie dopełniamy kolbę wodą destylowaną i mieszamy energicznie ruchem okrężnym. Pipeta na 25ml pobieramy otrzymany roztwór i przenosimy do kolb stożkowych. Następnie miareczkujemy mianowanym roztworem wodorotlenku sodu o dokładnie znanym stężeniu w obecności fenoloftaleiny. Punkt końcowy miareczkowania ma miejsce, gdy wystąpi różowe zabarwienie Ilość kwasu octowego w próbce obliczamy następująco:
MCH3COOH = (VxCx60,053xW)/1000
gdzie:
V to objętość wodorotlenku sodu wykorzystana podczas miareczkowania
C to stężenie wodorotlenku sodu
W to współczynnik współmierności pipety i kolby
Masa molowa kwasu octowego wynosi 60,053
Oznaczanie kwasu fosforowego (H3PO4)
W tym przypadku miareczkujemy mocny kwas mocną zasadą. Otrzymany roztwór do badania o nieznanym stężeniu ilościowo przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Następnie dopełniamy kolbę wodą destylowaną i mieszamy energicznie ruchem okrężnym. Skalibrowaną pipeta na 25ml pobieramy otrzymany roztwór i przenosimy do kolb stożkowych. Następnie miareczkujemy mianowanym roztworem wodorotlenku sodu o dokładnie znanym stężeniu w obecności oranżu metylowego. Punkt końcowy miareczkowania ma miejsce, gdy wystąpi zmiana barwy z czerwonej na pomarańczową. Ilość kwasu fosforowego w próbce obliczamy następująco:
MH3PO4 = (VxCx97,996,053xW)/1000
gdzie:
V to objętość wodorotlenku sodu wykorzystana podczas miareczkowania
C to stężenie wodorotlenku sodu
W to współczynnik współmierności pipety i kolby
Masa molowa kwasu fosforowego wynosi 97,996
W przypadku gdy wskaźnikiem będzie fenoloftaleina, to punkt końcowy miareczkowania objawia się pojawieniem się różowego zabarwienia. Ilość kwasu fosforowego w próbce obliczamy następująco:
MH3PO4 = (VxCx48,998xW)/1000
Innym sposobem miareczkowania kwasu fosforowego jest metoda polegająca na miareczkowaniu próbki najpierw wodorotlenkiem sodu z oranżem metylowym jako wskaźnik. Później dodajemy fenoloftaleiny aby kontynuować miareczkowanie do zabarwienia pomarańczowego.
6. Kompleksometria
Sporządzanie roztworu mianowanego dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA) o stężeniu 0,01mol/dm3
Substancja o dość skomplikowanej nazwie, czyli dwusodowa sól kwasu etylenodiaminotetraoctowego (w skrócie EDTA) w handlu nazywana jest wersenianem dwusodowym lub kompleksonem III. EDTA jest w stanie tworzyć bardzo trwałe wiązania wewnątrzkompleksowe z wszystkimi kationami. Dlatego dużą zaletą dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego jest to, że może być wykorzystana do oznaczeń niemal wszystkich kationów oraz wielu anionów. Dwusodowa sól kwasu etylenodiaminotetraoctowego to sól dwuwodna. W temperaturze około 130oC traci cząsteczki wody. Bezwodna sól tego związku charakteryzuje się higroskopijnością. Dwuwodna sól wykazuje trwałość w dużej wilgotności powietrza. Zapewne nikogo nie zdziwi informacja, że do sporządzenia roztworów mianowanych wykorzystywana jest dwuwodna sól kwasu etylenodiaminotetraoctowego, która musi być wpierw wysuszona do nie zmieniającej się masy w temperaturze około 75-85oC.
Na wadze analitycznej należy odważyć około 7,5g dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego, przenieść sposobem ilościowym do kolby miarowej na 1000ml, dokładnie rozpuścić i uzupełnić woda destylowana do kreski. Stężenie roztworu należy obliczyć z odważek. Masa molowa dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego wynosi 372,254g. Warte zapamiętania jest to, że woda wykorzystana do sporządzenia roztworu musi być zdejonizowana (powinna być wolna od Cu2+, ale także od innych kationów). Roztwory dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego powinny być zawsze przechowywane w polietylenowych butelkach. Wtedy trwałość roztworów jest przedłużona nawet do kilkunastu miesięcy.
Oznaczanie Mg2+
Odczynniki wykorzystane do oznaczenia:
- bufor o odczynie pH = 10. Chlorek amonu w ilości 70g przenosimy ilościowo do kolby miarowej na 1000ml. Następnie dodajemy 570ml stężonego amoniaku o gęstości d= 0,90g/cm3. Intensywnie mieszamy i rozcieńczamy woda do objętości 1000cm3.
- czerń eriochromowa T (metalo-wskaźnik). Roztwory czerni eriochromowej T wykazują nietrwałość w wodzie i alkoholu. W stanie stałym jest tylko trwały. Aby rozcieńczyć tę substancję mieszamy ją z chlorkiem sodu w stosunku 1:200, następnie rozcieramy na drobny proszek.
Wykonanie oznaczenia:
Otrzymany roztwór do badania o nieznanym stężeniu jonów Mg2+ ilościowo przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Następnie dopełniamy kolbę wodą destylowaną i mieszamy energicznie ruchem okrężnym. Skalibrowaną pipeta na 25ml pobieramy otrzymany roztwór i przenosimy do kolb stożkowych. Do każdej próbki musimy także dodać 2ml buforu amonowego o odczynie pH równym 10. Jako wskaźnik dodajemy czerń eriochromową T (kilka kropel). Dopiero wtedy możemy miareczkować mianowanym roztworem dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA). Punkt końcowy miareczkowania ma miejsce, gdy barwa roztworu zmieni się z czerwonej na niebieską.
Ilość magnezy w badanej próbce obliczamy w następujący sposób:
MMg2+ = VxCx0,024305xW
gdzie:
V to objętość mianowanego roztworu dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA) wykorzystana podczas miareczkowania
C to stężenie roztworu dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA)
W to współczynnik współmierności pipety i kolby
Masa molowa magnezu wynosi 24,305g
Oznaczanie twardości wody
W suchej zlewce na 400ml otrzymujemy wodę do zbadania. Następnie musimy pobrać pipetą na 50ml trzy porcje badanej wody. Powoli wlewamy zawartość pipety do kolb stożkowych. Do każdej kolby dodajemy 2ml roztworu buforowego o odczynie pH równym 10. Jako wskaźnik zastosujemy czerń eriochromową T. Tak przyrządzony roztwór możemy miareczkować mianowanym roztworem dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA). Punkt końcowy miareczkowania ma miejsce, gdy barwa roztworu jest niebieska. Twardość wody wyrażamy w stopniach niemieckich. Jeden stopień niemiecki równa się jednej cząsteczce wagowej tlenku węgla (II) w 100000 cząsteczkach wagowych wody. Twardość wody w 50ml badanej próbki obliczamy w następujący sposób:
MCaO = (VxCx56,08)/1000
w 100tyś ml będzie 2000 więcej
twardość wody = (2000xVxCx56,08)/1000 = VxCx112,16oN
Twardość wody w omawianej próbce obliczamy następująco:
Twardość wody = (VxCx56,08x100)/AoN
gdzie:
V to objętość mianowanego roztworu dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA) wykorzystana podczas miareczkowania
C to stężenie roztworu dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA)
W to współczynnik współmierności pipety i kolby
A to objętość próbki wody zmiereczkowanej mianowanym roztworem dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA)
Masa molowa CaO wynosi 56,08g.
7. Wykrywanie różnych jonów w tym samym roztworze
Oznaczenie jonów H+, Na+, Mg2+ będących w tym samym roztworze
Jony wodorowe H+ oznaczamy w ten sposób, że dokładnie odmierzoną objętość badanego roztworu przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Następnie dopełniamy kolbę wodą destylowaną i mieszamy ruchem okrężnym. Pipeta na 10ml pobieramy 3 porcje otrzymanego roztworu i przenosimy do kolb stożkowych. Do kolb stożkowych dodajemy około 75ml wody destylowanej. Następnie miareczkujemy mianowanym roztworem wodorotlenku sodu o dokładnie znanym stężeniu. Pod koniec miareczkowania dodajemy wskaźnik 5.1. Gdy następuje zmiana barwy z czerwonej na zieloną, to wówczas ma miejsce punkt końcowy miareczkowania.
Jony Mg2+ oznaczamy w ten sposób, że dokładnie odmierzoną objętość badanego roztworu przenosimy do kolby miarowej na 100ml. Następnie dopełniamy kolbę miarową wodą destylowaną. Skalibrowaną pipeta na 10ml pobieramy 3 porcje otrzymanego roztworu i przenosimy do kolb stożkowych. Do każdej próbki musimy także dodać 2ml buforu amonowego o odczynie pH równym 10. Jako wskaźnik dodajemy czerń eriochromową T (kilka kropel). Dopiero wtedy możemy miareczkować mianowanym roztworem dwusodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA). Punkt końcowy miareczkowania ma miejsce, gdy barwa roztworu zmieni się z czerwonej na niebieską.
Jony Na2+ obliczamy z różnicy sumy wszystkich jonów i sumy zawartości jonów H+ i Mg2+.
Sumę zawartości wszystkich kationów oznaczamy przez miareczkowanie mianowanym roztworem wodorotlenku sodu roztworu, który otrzymamy po przepuszczeniu dokładnej odmierzonej ilości badanego roztworu przez kolumnę jonitową, tzw. kationit. Kolumnę przed rozdziałem przemywamy 25ml 6M kwasu solnego, aby zregenerować kationit. Musimy zadbać o to, aby szybkość przepływu kationitu nie przekraczała 2 kropli na sekundę. Poziom cieczy w kolumnie musi być zawsze powyżej górnej warstwy jonitu. Jeżeli o to nie zadbamy, to może dojść do zapowietrzenia kolumny. Aby wymyć nadmiar kwasu solnego z kolumny, przemywamy ją wodą destylowaną. Pięć porcji po 25ml. Przy ostatnim przemywaniu należy sprawdzić papierkiem wskaźnikowym odczyn spadającego roztworu. Odczyń musi być obojętny. Dotąd przemywamy kolumnę, aż uzyskamy właśnie taki odczyn. Następnie do kolumny wprowadzamy 10ml badanego roztworu odmierzonego dokładnie skalibrowana pipetą. Ciecz wypływająca z kolumny zbieramy w kolbie stożkowej z szeroką szyjką. Później przemywamy kolumnę wodą destylowaną. 4 porcje po 25ml. Wypływający roztwór zbieramy do tej samej co wcześniej kolby stożkowej z szeroką szyjką. Następnie miareczkujemy mianowanym roztworem wodorotlenku sodu o dokładnie znanym stężeniu. Miareczkowanie wykonujemy w obecności wskaźnika 5.1. Gdy następuje zmiana barwy z czerwonej na zieloną, to wówczas ma miejsce punkt końcowy miareczkowania.
