Титрование и распределение форм
Кривая и конечная точка
infoИз истории
Титриметрию сделал точным методом Жозеф Луи Гей-Люссак: в 1832 году он предложил для Парижского монетного двора определять серебро в сплавах титрованием раствором хлорида натрия — быстрее и точнее пробирной плавки. Слова «бюретка» и «пипетка» тоже ввёл он.
Точка эквивалентности — момент, когда титранта добавлено ровно по стехиометрии; конечная точка — момент, который мы фиксируем. Хорошая методика делает их почти совпадающими. Способы найти конечную точку:
- индикатор меняет окраску в интервале, попадающем на скачок;
- максимум производной \(\Delta\mathrm{pH}/\Delta V\) (или \(\Delta E/\Delta V\)) — середина самого крутого участка кривой;
- метод Грана — выпрямление участка до эквивалентности. Для титрования сильной кислоты щёлочью \([\ce{H+}](V_0 + V) = c_T(V_e - V)\), поэтому функция \(G = (V_0 + V)\cdot10^{-\mathrm{pH}}\) линейно убывает и обращается в нуль при \(V = V_e\). Точки берут вдали от скачка, где pH измеряется надёжно.
Расчёт концентрации: \(c = \dfrac{c_TV_T\nu}{V_a}\), где \(\nu\) — моль определяемого вещества на моль титранта по уравнению реакции. Кривая даёт больше, чем концентрацию: по pH в буферной области находят \(\mathrm{p}K_a\) (\(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \lg\dfrac{x}{1 - x}\), \(x\) — оттитрованная доля).
lightbulbЛайфхак
Расход титранта подбирают около 15–25 мл: бюретку читают с точностью \(\pm0{,}02\) мл, объём — разность двух отсчётов, и при 20 мл относительная погрешность около 0,15 %, а при 2 мл — уже 1,5 %.
Четыре типа титрования
| Тип | Реакция | Как видят конечную точку | Пример |
|---|---|---|---|
| кислотно-основное | перенос протона | скачок pH, индикатор | уксус щёлочью с фенолфталеином |
| окислительно-восстановительное | перенос электронов | скачок потенциала, окраска титранта | железо(II) перманганатом: бледно-розовая окраска избытка \(\ce{MnO4-}\) |
| осадительное | образование осадка | индикатор-осадок или адсорбционный индикатор | хлорид нитратом серебра по Мору: красный \(\ce{Ag2CrO4}\) после осаждения всего AgCl |
| комплексонометрическое | образование комплекса с ЭДТА | металлоиндикатор | жёсткость воды: ЭДТА реагирует с \(\ce{Ca^2+}\) и \(\ce{Mg^2+}\) в отношении 1 : 1 при pH 10, индикатор эриохром чёрный T |
Во всех случаях работает одна логика: распределение форм определяется константой (кислотности, потенциалом, произведением растворимости, константой устойчивости), и скачок тем больше, чем больше эта константа и чем выше концентрации. Если прямое титрование невозможно (медленная реакция, нет индикатора), применяют обратное: добавляют избыток реагента и оттитровывают остаток (метод Фольгарда: избыток \(\ce{Ag+}\) титруют тиоцианатом с ионами железа(III)).
push_pinГлавное
Точка эквивалентности — стехиометрическое количество титранта; конечная точка — то, что мы наблюдаем (индикатор, скачок, максимум \(\Delta\mathrm{pH}/\Delta V\)). Метод Грана выпрямляет участок до эквивалентности: \((V_0 + V)\cdot10^{-\mathrm{pH}} = k(V_e - V)\). \(c = c_TV_T\nu/V_a\) с коэффициентом \(\nu\) из уравнения. При 25 % оттитрованной слабой кислоты \(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a - 0{,}48\). Расход титранта выбирают 15–25 мл: относительная погрешность отсчёта мала.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.