Волуметријске методе анализе

Волуметријска анализа представља једну од најчешће примењиваних класичних аналитичких поступака. Због своје једноставности има широку примену, најчешће при контролисању хемијског процеса, па се користи у лабораторији, фабрици, на терену и сл. Суштина волуметријске анализе састоји се у томе да познатој запремини испитиване супстанце, чија је концентрација непозната-титровани раствор (енгл. titrand) додаје раствор познате концетрације којим се врши одређивање-титрациони раствор (енгл. titrant). Раствор се додаје из бирете, до постизања завршне тачке титрације, односно, до стехиометријског завршетка реакције. Ова операција се назива титрација (енгл. titration), па се овај поступак квантитативног одређивања назива и титриметријска анализа.

Ерленмајер и бирета-посуђе које се највише користи у волуметријској анализи

Услови волуметријске анализе

Да би нека хемијска реакција могла да се користи за волуметријску анализу мора да испуњава следеће услове

1. Реакција мора да буде стехиометријска, није дозвољено да се одигравају друге реакције.
2. Реакција мора да буде брза. Повратне реакције се не користе у волуметријским анализама.
3. У раствору не смеју да се одигравају друге реакције које на било какав начин ометају реакције између титранда и титранта.
4. Моменат завршетка хемијске реакције (еквивалентна тачка енгл. equivalence point) мора пажљиво да се одреди.
5. Реакција мора да буде квантитативна.

Типови титрација

Зависно од врсте и особина супстанце које се одређује примењује се више типова титрација.

Директна титрација – При директној титрацији раствору супстанце која се одређује додаје се из бирете стандардни раствор реагенса до постизања еквивалентне тачке, односно завршне тачке титрације. Ово је најједноставнији и најчешће примењивани тип титрације.

Обрнута титрација – У случају обрнуте титрације титрише се тачно измерена запремина стандардног раствора, уз погодан индикатор, раствором супстанце која се одређује док се не постигне еквивалентна тачка, односно завршна тачка титрације. Овај поступак се најчешће примењује у случају када је супстанца која се одређује нестабилна.

Ретитрација – Ретитрација или повратна титрација се састоји у томе да се раствор испитиване супстанце дода позната запремина основног стандардног раствора у вишку. Вишак тог стандрадног раствора, који није изреаговао са испитиваном супстанцом одређује се ретитрацијом, тј. директном титрацијом са другим погодним стандардним раствором уз изабрани индикатор. Индиректно одређивање. – Инидректно одређивање се примењује када супстанца која се одређује не реагује непосредно са стандардним раствором, или са стандардним раствором не гради довољно стабилно једињење, или када реакција са супстанцом у стандардном раствору тече стехиометријски према једначини хемијске рекације.

Посуђе и операције у волуметријској анализи

Бирета

У волуметријским анализама за тачно одмеравање запремине употребљавају се стаклене калибрисане посуде: мерни балон, пипете и бирете, а у току рада користе се и чаше, ерленмајери, сахатно стакло, штапићи итд.

Бирета је мерни суд у којем се мери утрошена запремина стандардног раствора при титрацији. Поред тога служи за тачно одмеравање различитих запремина титрованог раствора при стандардизацији раствора. Бирета је дуга градуисана цилиндрична стаклена цев. На доњем делу има брушену (шлифовану) стаклену славину која се завршава капиларом, или гумену цев са стакленим капиларом која је стегнута металном штипаљком. За растворе база користе се бирете са гуменом цеви и капаљком јер базе нагризају стакло и славина се лако ’’запече’’.

Често се у аналитичким лабораторијама користи тзв. аутоматска бирета. Бирета је повезана са боцом у којој се налази раствор којим се пуни бирета. Бирета се пуни аутоматски, помоћу гумене пумпице кроз уску цев за пуњење до момента када почиње да се пуни крушкасти део при врху бирете. Престанком пумпања вишак раствора се враћа кроз цев за пуњење назад у боцу. Бирета се аутоматски напуни заустављањем нивоа на нули скале без подешавања.Употребом аутоматске бирете постиже се економичност у раду. Штеди се време које би било утрошено за поновно пуњење бирете, затим пражњење и прање бирете.Као савремени апарати за манипулацију течности користе се различити типови титратора који могу бити мање или више аутоматизовани, а титрација се изводи брзо, прецизно и без губитака реагенса.

Методе засноване на размени јона

У зависности од врсте хемијске реакције постоје више врста волуметријских метода:

Методе засноване на кисело-базним реакцијама

1. Преусмерено на Кисело-базна титрација

Методе кисело-базне титрације или методе неутралиације (енгл. acid-baze titrations) су засноване на узајамном дејству киселина и база, при чему се завршна тачка одређује применом индикатора који мења боју са променом пХ вредности раствора. Овим методама се могу одредити киселине и киселе соли (алкалиметрија) и базе (ацидиметрија).

Анимација кисело-базне титрације

Методе засноване на реакцијама таложења

1. Преусмерено на Таложне титрације

Методе таложења или методе преципитације се користе за одређивање ањона халогених елемената, при чему се као титрант користи стандардни раствор сребро-нитрата, па се метода таложења још и назива аргентометријска метода.

Методе засноване на реакцијама грађења комплекса

Методе комплексометрије (енгл. complexation titrations) омогућавају одређивање читавог низа катјона и ањона. Као титрант најчешће се употребљава динатријумова со ЕДТА, мада примену налази читав низ једињења која граде комплексе: етилендиамин,8-хидроксихинолин (оксин) и др. Волуметријска метода код које комплексирајући агенс ствара комплекс са металним јоном. У фармацеутској анализи се користи за одређивање јона Ал³⁺, Би³⁺, Ца²⁺, Цу²⁺, Зн²⁺. Комплексирајући агенси су електрондонори јони или молекули који могу да награде једну или више ковалентних веза са металним јоном. Комплекси су једињења која настају комбинацијом металног јона са молекулом који је способан да привуче електроне. Најзначајнији комплексирајући агенс који ствара растворљиве комплексе у води је етилендиаминотетрасирћетна киселина (ЕДТА).

Структурна формула етилендиаминотетрасирћетне киселине - ЕДТА

Овом методом се врши и једна од најважнијих аналитичких анализа- тврдоћа воде

Методе засноване на размени електрона

Ове методе су засноване на реакцијама оксидације и редукције- оксидо-редукционе методе или редокс методе (енгл. oxidation-reducation titrations). Код ових метода као титрант се користе раствори различитих оксидационих супстанци(КМнО₄,I₂,К₂Цр₂О₇ и др.) или раствори редукционих супстанци (На₂С₂О₃,ТиЦл₃ и др.). Ове методе се деле на:

• Перманганометрију (оксидационо средство КМнО₄). Примењује се за одређивање садржаја супстанци са редукционим способностима као што су Фе²⁺,Сб³⁺,Ас³⁺, Сн²⁺, С^2- ,Бр ^– итд. Перманганат има висок редокс потенцијал што омогућава одређивање великог броја супстанци без индикатора. Сам раствор КМнО₄ бојењем титрационог раствора бледоружичасто показује завршну тачку титрације. Оксидационо дејство КМнО4 мења се у зависности од пХ раствора:

При пХ ≈ 1: MnO₄^- + 8H⁺ + 5e → Mn²⁺ + 4H₂O

Између пХ = 5 – 9: MnO₄^- + 4H⁺ + 3e → MnO₂xH₂O + H₂O

При пХ ≈ 14: MnO_4- + 1e → MnO₄^2-

Предност ове титрације је:

1. Велик број размењених електрона;
2. Велик редокс потенцијал (Е₀= +1,52 V);
3. Лако уочавање завршне тачке титрације.

КМнО₄ није примарна супстанца.Зато се увек припрема раствор приближне жељене концентрације, па се врши његова стандардизација примарним раствором тачне концентације као што је на пр.На₂C₂О₄

• Јодиметрију (оксидационо средство I₂ или редукционо На₂С₂О₃). Јодиметрија је једна од најважнијих редокс титрација. Јод реагује директно и брзо са много органских и неорганских једињења. Оксидо-редукционо својство јода може се приказати следећом реакцији: 2I- ↔ I₂ + 2e

Постоје две врсте јодиметрије:

1. Директна где се стандардни раствор јода директно користи за титрацију супстанци које се могу лако оксидовати.
2. Индиректна где се оксидационој супстанци дода јодид-јон у вишку који се ретитрише стандардним раствором тиосулфата по реакцији: 2S₂O₃^2- + I₂ → S₄O₆^2- + 2I^-

Метода јодиметрије се примењује у слабо киселим условима, са ниском пХ. Тосулфат је нестабилан у присуству киселина, а јодид јон се може оксидовати кисеоником из ваздуха.

• Дихрометрију или бихрометрију (оксидационо средство К₂Цр₂О₇)
• Броматометрију (оксидационо средство КБрО₃)
• Титанометрију (редукционо средство ТиЦл₃ или Ти₂(СО₄)₃)
• Цериметрију (оксидационо средство Це(СО₄)₂)и др.

Види још

• Аналитичка хемија
• Титрација
• Комплексометрија

Спољашње везе

• http://virtual-chem.blogspot.rs/2013/03/volumetrijska-analiza.html