تبلیغات
شیمی تجزیه - آزمایشگاه تجزیه(ادامه)

آزمایشگاه تجزیه(ادامه)

نویسنده :احمد قسمی
تاریخ:پنجشنبه 7 مهر 1390-10:19 ق.ظ

در هر یک از این روش‌ها، به یک ترکیب شیمیایی بسیار خالص به عنوان ماده مرجع نیاز است که به آن استاندارد اولیه گویند. ازا ین رو صحت روش‌های تیتراسیون بستگی فوق العاده زیادی به خواص این ترکیب دارد. خصوصیات استاندارد اولیه عبارت‌اند از:

1. خلوص بالایی داشته باشد ( ترجیحاً 100%) و روش‌های شناخته شده برای تأیید خلوص آن موجود باشد.

2. در هوا پایدار باشد و به راحتی آب یا کربن دی اکسید را جذب نکند و به علاوه در اثر نور تجزیه نشود.

3. آب هیدراته نداشته باشد تا ترکیب آن با تغییرات رطوبت نسبی محیط تغییر نکند.

4. به راحتی و با قیمت مناسب قابل تهیه باشد.

5. حلالیت معقولی در محیط تیتراسیون داشته باشد.

6. وزن فرمولی نسبتاً بزرگی داشته باشد تا خطای نسبی توزین به حداقل برسد.

تعداد ترکیباتی که شرایط فوق و یا حتی شرایط نزدیک به آن‌ها را داشته باشند. به قدری کم هستند که عملاً فقط تعداد کمی از اجسام با عنوان استاندارد اولیه در اختیار شیمدان قرار می‌گیرد. در نتیجه گاهی اوقات، از ترکیباتی استفاده می شود که خلوص کمتری دارند. البته لازم است که خلوص این‌گونه استاندارد ثانویه با تجزیه دقیق به دست آید.

محلول‌های استاندارد

نظر به اینکه در بیشتر مواقع نمی‌توان از محلول تهیه شده از استاندارد اولیه به عنوان تیترکننده استفاده کرد از این رو لازم است که با انجام تیتراسیون، غلظت محلول را به طور دقیق تعیین کرد و سپس به عنوان محلول استاندارد به کار برد. محلول‌های استاندارد در تمام روش‌های تجزیه حجمی نقش مرکزی ایفا می‌کنند.

خواص ایده‌آل برای محلول‌های استاندارد عبارت‌اند از:

1. به قدر کافی پایدار باشد به طوری که فقط یک بار لازم شود که غلظت آن تعیین گردد.

2. با آنالیت سریعاً واکنش دهده به طوری که زمان لازم بین افزایش‌های متوالی تیترکننده به حداقل برسد.

3. برهم کنش کم و بیش کاملی با آنالیت داشته باشد تا نقاط پایانی رضایت بخش حاصل شود.

4. واکنش گزینشی با آنالیت داشته باشد تا واکنش بین آن‌ها را بتوان با یک رابطه موازنه شده ساده بیان کرد. تعداد نسبتاً کمی از واکنشگرها وجود دارند که تمام مشخصه‌های فوق را دارا هستند.

تیتراسیون اسید ـ باز

محلول‌های استاندارد اسیدهای قوی و بازهای قوی به طور وسیعی برای تعیین مقدار آنالیت‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که خودشان اسید یا باز بودند و یا با استفاده از عملیات شیمیایی به این‌گونه‌ها تبدیل شده باشند. عطف به مطالب گذشته، هر جسمی که H3O+ تولید کرده و یا OH- مصرف کند « اسید» نامیده می شود و هر جسمی را که OH- تولید کرده و یا H3O+ مصرف نماید « باز نامند. پس واکنش اسید ـ باز یا خنثی شدن را می‌توان به صورت زیر نمایش داد:

2H2OH3O+ + OH-

براساس واکنش فوق غلظت H3O+ را می‌توان در مراحل مختلف تیتراسیون اسید ـ باز به دست آورد و با رسم تغییرات pH نسبت به حجم تیتر کننده، منحنی تیتراسیون را ترسیم کرد.

از طرفی، انتخاب  شناساگر مناسب نیز به همان اندازه مهم است. همان طور که گفته شد، باید سعی شود که اختلاف حجم مربوط به نقاط پایانی و نقطه هم ارزی، کمترین مقدار ممکن را داشته باشد. از آنجا که آشنایی با رفتار شناساگرهای اسید ـ باز می‌تواند برای نیل به این هدف راهنمایی ما باشد، به همین جهت ابتدا بحث خود را بررسی رفتار این‌گونه شناساگرها شروع می‌کنیم.

تیتراسیون اسید قوی با باز قوی

یون هیدرونیم موجود در یک محلول حاوی اسید قوی از دو منبع تأمین می‌شود.

1. واکنش حل شونده با آب

2. تفکیک آب

لیکن در اکثر محلول‌ها به جز محلول‌های خیلی رقیق، مشارکت مربوط به ماده حل شده به مراتب زیادتر از حلال است. پس برای محلولی از HCl که غلــظت آن از حــدود M6-10×1 بیشتر باشد، می‌توان نوشت.

FHCl [OH-]  = FHCl -[H3O+]

که [OH-] مشارکت مربوط به تفکیک آب را برای غلظت یون هیدرونیم نشان می‌دهد. برای محلول حاوی باز قوی، مانند سدیم هیدروکسید، نیز رابطه مشابهی به کار می‌رود یعنی:

FNaOH[H3O+] = FNaOH +[OH-]

همان‌طوری که در مثال زیر ملاحظه می شود، رسم منحنی تیتراسیون یک اسید قوی یا باز قوی راحت است زیرا که غلظت یون هیدرونیم یا یون هیدروکسید را می‌توان مستقیماً از روی استوکیومتری واکنش به دست آورد.

تیتراسیون باز قوی با اسید قوی

منحنی‌های تیتراسیون برای بازهای قوی نیز به روشی مشابه اسیدهای قوی به دست می‌آیند قبل از نطقه هم ارزی، محلول شدیداً قلیایی بوده و غلظت یون هیدروکسید برابر و یا مضربی از غلظت تجزیه‌ای باز است. در نقطه هم ارزیف محلول خنثی می‌باشد. بالاخره در ناحیه بعد از نقطه هم ارزی، محلول اسیدی می‌شود و pH محلول براساس اسید مازاد محاسبه می شود. منحنی تیتراسیون یک باز قوی با محلول 1/0 مولار هیدروکلریک اسید می‌باشد. انتخاب شناساگر نیز براساس همان معیارهایی است که قبلاً توضیح داده شد.

محلول‌های بافر

محلول بافر به محلولی اطلاق می‌شود که در مقابل رقت و همچنین در مقابل تغییر pH مقاومت نماید. اکثر بافرها، یا مرکب از اسید ضعیف و باز مززدوج آن و یا باز ضعیف و اسید مزدوج آن هستند. شیمیدان‌ها از محلول‌های بافر در مواقعی استفاده می‌کنند که بخواهند pH محلول را در یک سطح ثابت و از پیش تعیین شده تثبیت نمایند.

وقتی اسید ضعیف با باز قوی تیتر شود و یا هنگامی که باز ضعیف با یک اسید قوی تیتر گردد، محلول بافر تشکیل می‌شود. در نتیجه به وجود آمدن این ناحیه بافری است که منحنی‌های تیتراسیون اسیدهای ضعیف یا بازهای ضعیف با تیترکننده‌هیا مناسب، تفاوت قابل توجه منحنی‌های تیتراسیونی دارند که تاکنون دیده‌ایم.

منحنی‌های تیتراسیون اسیدهای ضعیف و بازهای ضعیف

برای بدست آوردن منحنی تیتراسیون یک اسید ضعیف ( یا باز ضعیف) چهار نوع محاسبه کاملاً متفاوت لازم است:

1. در شروع تیتراسیون، محلول فقط حاوی اسید ضعیف یا باز ضعیف است و pH محلول بر اساس غلظت ماده حل شده و ثابت تفکیک مربوطه محاسبه می شود.

2. پس از اینکه حجم‌های مختلف از تیتر کننده افزوده شد ( در حجم‌هایی تا نقطه هم ارزی ولی نه شامل آن نقطه) محلول شامل یک سری بافر می شود که pH هر کدام از این بافرها براساس غلظت فرمال محصول و غلظت اسید یا باز ضعیف باقیمانده در محلول محاسبه می شود.

3. در نقطه هم ارزی، محلول حاوی مزدوج اسید یا مزدوج باز مورد تیتراسیون است و pH براساس غلظت فرمال محصول حساب می‌شود.

4. بعد از نقطه هم ارزی، مازاد تیترکننده اسید یا باز قوی آن چنان خصلت اسیدی یا بازی به محصول واکنش می‌دهد که pH محلول عمدتاً وابسته به غلظت تیتر کننده مازاد می‌شود.

اثر غلظت بر شکل منحنی تیتراسیون

ستون‌های چهارم و پنجم داده‌های تیتراسیون مربوط به تیتراسیون ml 100 محلول 0/00050F استیک اسید با 0/0010f NaOH را نشان می‌دهد. در به دست آوردن داده‌های این دو ستون، هیچکدام از فرض‌های به کار رفته نسبت در مثال معتبر نیست و باید معادلات درجه دوم حل شوند. این معادلات دارای شکل کلی زیر هستند.

- KaF­­HA = 0[H3O+]+ ( FNaA+Ka)  [H3O+]

توجه داریم که مقادر pH ابتدایی بالاتر از نقاط متناظر مربوط به محلول غلیظ‌تر قرار دارند ولی نقاط متناظر بعد از نقطه هم ارزی پایین‌تر هستند. لیکن در حجم‌های بینابین، مقادیر pH دو محلول فقط اندکی با یکدیگر اختلاف دارند و علت آن اثر بافری استیک اسید ـ سدیم استات در این ناحیه است.



نوع مطلب : آزمایشگاه تجزیه