تبلیغات
شیمی تجزیه - آزمایشگاه تجزیه(ادامه)

آزمایشگاه تجزیه(ادامه)

نویسنده :احمد قسمی
تاریخ:پنجشنبه 7 مهر 1390-10:26 ق.ظ

کاربرد تیتراسیون‌های اسید ـ باز          : تیتراسیون‌های خنثی شدن به طور وسیعی برای تعیین غلظت گونه‌هایی به کار می‌روند که خاصیت اسیدی یا بازی داشته و یا با استفاده از عملیات مناسب می‌توان آن‌ها را به این نوع گونه‌ها تبدیل کرد. اکثر تیتراسیون‌های اسید ـ باز در محیط آبی انجام می‌شود ولی می‌توانند در محیط غیر آبی نیز با موفقیت انجام شوند.

تهیه و استاندارد کردن اسیدها

همانطوری که گفته شد، بیشترین تغییرات pH در هنگامی مشاهده می‌شود که اسیدهای قوی و بازهای قوی در تیتراسیون شرکت کنند، به همین دلیل است که برای تیتراسیون‌های خنثی شدن، از این اسیدها یا بازها به عنوان محلول‌های استاندارد استفاده یم شود. اسیدهایی که به عنوان محلول‌های استاندارد مورد استفاده قرار می‌گیرد. HClO2,H2SO4,SCl هستند ولی استافده از HCl متداولتر است. برای تهیه محلول استاندارد، معمولاً مقدار معینی از اسید غلیظ را تا حجم معین رقیق می‌کنند تا محلولی با غلظت تقریبی به دست آید. سپس با استفاده از یک استاندارد اولیه مناسب، غلظت دقیق آن تعیین می‌شود. محلول‌های هیدروکلریک اسید را می‌توان با جوشش ثابت محلول HCl نیز تهیه کرد. وقتی محلول HCl تقطیر شود، محصول حاصل از تقطیر نهایتاً به ترکیب ثابت خواهد رسید ( حدود F 6) که بستگی به فشار جو دارد. برای انجام کار، یک لیتر محلول غلیظ HCl را می‌جوشانند و سپس mL 200 از یک چهرم نهایی محصول تقطیر HCl را در جوشش ثابت جمع آوری می‌کنند که غلظت آن حدود 6F می‌شود. اگر تقطیر در فشار 760 تور انجام شود، در این صورت 2/180 گرم محصول نقطیر حاوی دقیقاً یک مول HCl خواهد بود.

غالباً محلول رقیق اسید نسبت به باز یا خلوص استاندارد اولیه، مانندNa2CO3 استاندارد می‌شود. چون کربنات، نمک بازی حاصل از CO2 ( یا کربنیک اسید) اسید از این رو دو نقطه همان طوری که گفته شد، دومین شکست در منحنی تیتراسیون بزرگتر از اولین شکست است و در نتیجه ترجیحاً به عنوان نقطه هم‌ارزی در نظر گرفته می‌شود. شناساگرهایی که در حوالی pH=4 تغییر رنگ شنشان می‌دهند، مانند سبز بروموکرزول یا قرمز متیلف نقاط پایانی نزدیک به نقطه هم ارزی ظاهر می‌کنند. جوشاندن محلول برای خارج کردن CO2، درست در لحظه‌ای که شناساگر تغییر رنگ می‌دهد موجب تیزتر شدن نقاط پایانی خواهد شد.

روش دیگر برای استاندارد کردن محلول‌های HCl، استفاده از روش وزنی و توزین رسوب AgCl است. همچنین می‌توان از استاندارد اولیه تریس ( هیدروکسی متیل) آمینومتان،CNH2 (HOCH3) (به نام TRISیا( THAN  نیز استفاده کرد که مزیت آن نسبت به Na2CO3 آن است که دارای وزن هم ارزی بزرگ است.

تهیه و استاندارد کردن بازها

متداولترین محصول استاندارد بازی، NaOH است ولی گاهاً از KOH یا 2(OH)Ba نیز استفاده می‌شود. هیچ یک از ترکیبات را نمی‌توان با خلوص استاندارد اولیه خریداری کرد و به همین جهت لازم است که محلول‌ها، استاندارد شوند. مسئله صالی برای به دست آوردن NaOH خالص ( یا سایر بازها) وجود CO2 موجود در هوا است که به راحتی با باز ترکیب شده و سدیم کربنات تولد می‌کند. حتی بطریهای تازه حاوی NaOH جامد دارای 1 تا 2 درصد Na2CO3 می‌باشد. محلول NaOH به عنوان محلول استاندارد باید عاری از سدیم کربنات باشد. برای انجام این کارف محلول اشباع سود ( 50%) تهیه کرده و آن را برای چند روز در داخل بطری پلی اتیلن راکد می‌گذارند. چون حلالیت سدیم کربنات در NaOH غلیظ خیلی پایین است و به صورت رسوب در ته ظرف جمع می‌شود، بنابراین محلول زلال قسمت بالایی ظرف عاری از کربنات خواهد بود. حجم معینی از این محلول را برداشته و پس از رقیق کردن تا حجم مناسب، محلولی با غلظت تقریبی از NaOH تهیه می‌کنند. آب مورد نیاز برای رقیق کردن باید جوشانده شود تا CO2 آن خارج گردد و پس از سرد کردن مورد استفاده قرار گیرد. معمولاً محلول‌های سود را در بطری‌های پلی اتیلن نگه‌داری می‌کنند زیرا شیشه توسعه NaOH مورد حمله قرار می‌گیرد.

برای استاندارد کردن سود، چندین اسید استاندارد اولیه وجود دارند ولی متداولترین آن‌ها پتاسیم هیدروژن فتالات (KHC8H4O4) به نام KHP دارای خلوص زیاد بوده، جاذب الرطوبه نیست و وزن هم ارزی بزرگی (23/204) دارد و به راحتی می‌توان آن را با قیمت مناسب خریداری کرد.

روش کلدال برای اندازه‌گیری ازت

تیتراسیون‌های اسید ـ باز به طور وسیعی برای اندازه‌گیری ترکیب غیر فلزی مواد به کار می‌رود. عناصری مانند ازت، گوگرد، کربن، فسفر و هالوژن‌ها را به راحتی می‌توان به گونه‌های اسید یا بازی تبدیل و سپس با محلول استاندارد مناسب تیتر کرد. یکی از این روش‌ها حدود 100 سال پیش توسطKjeldahl (kel-dol تلفظ می‌شود) عنوان شد و به نام روش کلدال معروف است. روش کلدال، روش استانندارد و پذیرفته شده برای اندازه‌گیری ازت موجود در پروتئین‌ها، منجمله خون، گوشت و حبوبات است.

در این روش، نمونه را در درون بالن گردن دراز ( به نام بالن کلدال) با سولفوریک اسید اکسیده می‌کند. در خلال مرحله اکسایش، کربن به CO2، هیدروژن به H2O و ازت به NH تبدیل می‌شود. میزان توفیق در تبدیل ازت به  NH بستگی به حالت ابتدایی ازت دارد. آمین‌ها، آمیدها و سایر ترکیبات نیتروژن‌دار در حالت کاهیده به راحتی تبدیل می‌شوند، در حالی که ترکیبات آلی حاوی ازت اکسید مانند نیترات‌ها، نیتریت‌ها و ترکیبات نیتر و تولید N2 یا اکسیدهای ازت خواهند کرد. و از این رو در محلول سولفوریک اسید باقی نخواهند ماند. برای جلوگیری از این عمل، می‌توان نمونه را قبل از مرحله هضم با سولفوریک اسید تحت تأثیر یک عامل کاهنده قرار داد تا تبدیل کامل ازت به حالت اکسایش مطلوب برای تبدیل به  NH در مرحله هضم تضمین شود. یک عامل کاهنده مفید، سالیسیلیک اسید همراه با سدیم تیوسولفات است. نیترات‌ها و نیتریت‌های معدنی را با آلیاژ دواردا (50 درصد cu، 45 درصد Al و 5 درصد Zn) به NH3 تبدیل مِ‌کنند. در این مودر، اصلاً سولفوریک اسید لازم نیست. اکسایش با سولفوریک اسید کند است و ممکن است بیش از یک ساعت طول بکشد. با افرایش یک نمک خنثی مانند پتاسیم سولفات، نقطه جوش H2SO4 را می‌توان افزایش داد تا سرعت اکسایش افزایش یابد. کاتالیزورهایی مانند جیوه، مس یا سلینیم را نیز می‌توان برای افزایش سرعت به کار برد.

بعد از آنکه اکسایش کامل شدف محتویات بالن را خنک کرده و سپسش با احتیاط کامل NaOH غلیظ را از طریق تماس دادن با جداره داخل بالن به درون آن می‌ریزند تا در پایین مخلوط سولفوریک اسید رقیق، لایه‌ای تشکیل دهد. وسیله تقطیر را متثل کرده و دو لایه محلول را با احتیاط مخلوط می‌کنند. برای تقطیر NH3، مخلوط بازی حاصله را با قراردادن یک تله قطرات در سر راه آن حرات می‌دهند تا از خروج قطرات ریز NaOH همراه با جریان بخار جلوگیری کند. NH3 جمع آوری شده را به درون مازاد اسید استاندارد تزریق کرده و سپس اضافی اسد را با تیتراسیون برگشتی تعیین می‌کنند. نقطه پایانی تیراسیون را در حوالی pH=4 رؤیت می‌کنند تا تیتراسیون  NH، که اسید مزدوج NH3، انجام نشود، راه دیگر آن است که NH3 در داخل مقدار مازاد بوریک اسید جمع آوری شود:

 H2BO  +   NH H3BO+NH3

یون بورات،  H2BO   به قدر کافی قوی است (77/4 = pKb) که بتوان آن را با HCl تیتر کرد. مجدداً باید از شناساگری با دامنه تغییر رنگ اسیدی استفاده کرد. مزیت این روش آن است که در ابتدا نیازی به دانستن مقدار دقیق بوریک اسید نیست و در نتیجه فقط یک محلول استاندارد برای اندازه‌گیری یون بورات تولید شده کفایت می‌کند.

اندازه‌گیری کربنات و مخلوط‌های کربنات با دیگر بازها

تعیین کیفی و کمی اجزای موجود در محلول حاوی سدیم کربنات، سدیم هیدروژن کربنات و سدیم هیدروکسید، یا به صورت تنها و یا مخلوط، مثال جالبی است از اینکه چگونگی تیتراسیون‌های خنثی شدن را می‌توان برای اندازه‌گیری مخلوط‌ها به کار گرفت. از سه ماده مذکور، بیش از دو ماده نمی‌تواند به مقدار محسوس وجود داشته باشد زیرا که ماده سوم در اثر واکنش حذف می‌شود. مثلاً مخلوطی از سدیم هیدروکسید و سدیم هیدروژن کربنات منجر به تشکیل سدیم کربنات می‌شود تا اینکه یکی از این دو واکنش کننده اولیه (یا هر دو آن‌ها) تماماً مصرف شود. اگر سدیم هیدروکسید تماماً مصرف شود، محلول حاوی سدیم کربنات و سدیم هیدروژن کربنات خواهد بود. چنانچه سدیم هیدروژن کربنات و سدیم هیدروکسید مخلوط شده باشد، گونه‌ی حل شده اصل سدیم کربنات خواهد بود.

برای اندازه‌گییر این مخلوط‌ها، لازم است دو تیتراسیون انجام شود. یکی از این دو تیتراسیون در حضور شناساگر با دامنه تییر رنگ بازی، مانند فنل فتالئین، و دیگری در حضور شناساگری با دامنه تغییر رنگ اسیدی، مانند سبز بروموکرزول انجام می‌شود. سپس با توجه به حجم نسبی اسید مصرف شده برای انجام تیراسیون حجم‌های یکسان از محلول نمونه ترکیب اجزای موجود در مخلوط تعیین می‌شود. پس از انکه ترکیب محلول مشخص شد، داده‌های حجمی را می‌توان برای محاسبه غلظت هر جزء به کار برد.



نوع مطلب : آزمایشگاه تجزیه