Сараптаманаң талдаудың титриметриялық және гравиметриялық әдістері химиялық сараптаманың классикалық әдістеріне жатады

Сараптаманаң талдаудың титриметриялық және гравиметриялық әдістері химиялық сараптаманың классикалық әдістеріне жатады. Бұл әдістерде химиялық реакция жүргізіп, титриметриялық әдіс бойынша жұмсалған реагенттің көлемін немесе гравиметриялық әдіс бойынша алынған өнімнің массасын өлшейді. Титриметриялық, гравиметриялық және көптеген физика – химиялық сараптамаларда қолданылатын көптеген химиялық реакциялар ерітіндіде жүреді. Бұл қышқыл-негіздік әрекеттесу, тотығу-тотықсыздану, комплекстүзу, аз еритін қосылыстарды тұндыру реакциялары болып келеді.

Бұл реакцияларға негізделген титриметриялық сараптама әдістері – нейтралдау, тотығу-тотықсыздану, комплексонометриялық, тұндырумен титрлеу деп аталады. Өз кезегінде олар ациди және алкаламетриялық, перманганатометриялық, иодометриялық, дихроматометриялық, аргентометриялық және т.б. деп бөлінеді.

Титриметриялық сараптама жүргізуде эквиваленттік нүктені анықтау титрлеумен – анықталатын заттың ерітіндісіне біртіндеп тирант қосумен жүреді. Соның өзінде эквиваленттік нүктені индикатор көмегімен байқайды. Химиялық индикаторлар өздерінің түстерін тотығу-тотықсыздану потенциалының рН-на, ерітіндіде реагенттің қалдығы байқалғанда немесе анықталатын заттың жойылуына тәуелді өзгертеді. Бұл реакцияның эквиваленттілігінің байқалғанын және титрлеудің аяқталғанын білдіреді. Титриметриялық сараптама әдісі, жылдамдық бойынша жүзеге асырғанда, гравиметриялық сараптама әдісіне қарағанда маңыздылығы зор.

Қазіргі уақытта аналитикалық химия негіздері оқытылатын химия, химия-технологиялық және химиялық емес мамандықтарының студенттеріне арнап бұл әдістемелік нұсқаны басып шығаруды қажет көріп отырмыз. Бұл кітапта тәжірибелік жұмыста қажет болатын білімнен басқа, шынайы объектілердің (судың түрлері, жер, минералды заттар, руда, ерітінділер, химиялық препараттар) сараптамаларындағы туындауы мүмкін мәселелердің шешімінде маңызы зор болатын химиялық әдістер беріген.


1 Аналитикалық зертханада жұмыс істеу ережелері

Аналитикалық анықтама, элементті байқау болса да немесе оның санын анықтауда да, тәжірибелік жұмыс кезінде мұқияттылықты талап етеді. Сондықтан жұмысқа кіріспес бұрын студенттер өз орныңдарын дайындап, реактивтер мен құрал-жабдықтармен танысып, қауіпсіздік техникасы бойынша инструктаж өту қажет.

Жұмыстың мұқият орындалып, тәжірибаенің сәтті өтуін қамтамасыз ету үшін келесі ортақ ережелерді орындау қажет:

1) Жұмыс орны жұмыс басталмас бұрын дайындалып, аяқталғаннан кейін жиналуы міндетті. Жұмыс орнында тазалық пен тәртіп сақталуы қажет. Сараптамада қолданылмайтын бөтен реагенттер мен заттар жұмыс орнында тұрмауы керек.

2) Жұмыс алдында сараптамаға қажетті реагенттер мен құрал-жабдықтарды дайындау керек.

3) Реагенттері бар ыдыстар арнайы орында сақталады және оларды орыннан орынға ауыстыруға болмайды.

4) Химиялық реактивтерді мөлшерден тыс шығындауға тыйым салынады.

5) Ерітінділерді арнайы өлшеуіш пипеткалармен немесе тамшылап өлшеу керек. Егер реактивтің көлемін нақты өлшеу қажет емес болса, онда цилиндрмен де өлшеуге болады.

6) Құрғақ реактивтерді шпательдің көмегімен алады.

7) Егер алынған тұнбаны немесе ерітіндіні біраз уақытқа қалдырса, онда ыдыстың сыртына дайындалған заттың атауын және қандай уақытқа қалдырылғанын жазу қажет.

8) Егер сараптамада «ыстық» су қолданылды деп жазылса, онда 60-70ºС-қа дейін, ал егер «жылы» су қолданылса, онда сұйықтықты 30-40ºС-қа дейін ысытады.

9) Сараптаманың нәтижесі жұмыс дәптеріне жазылады.

Қажет болса бір түрлі үлгіден сынақтан екі өлшенді алады және екеуінің бірінде гигроскопиялық судың құрамын анықтайды.

1.1.2 НАВЕСКАНЫ еріту үшін оны толығымен ерітетін реактив таңдалынады немесе егер сараптамадағы зат суда ерігіш болса, онда барлық сараптамада қолданылатын дистильденген суды қолданады.

1.1.3 Көптеген сарапталынатын заттарды ерітуде қолданылатын негізгі шарттар: қыздыру, қайнату, буландыру үшін тартпалы шкафтарда орналастырылған құмды моншаларды қолданады.

1.1.4 Сараптаманың түріне немесе әдісіне қарамастан өлшеуіш құралдардың дәлдігін тексеру қажет.

1.1.5 Сараптама нәтижесінің нақтылығын анықтау мақсатымен нәтижені дұрыс тексеру қажет.

2. 
   Көлемді анықтауларды жүргізу ережелері
   

Стандартты ерітінділердің титрлерін сараптаушы сынақтардың стандартты түрлерімен анықтайды.

1.2.1 Ерітіндінің титрін белгілеуде, сондай-ақ көлемді әдістермен берілген компоненттің құрамын анықтауда үш рет анықтама жүргізу қажет. Титрлеудің нәтижесі 0,1-0,2%-тен артық болмауы қажет.

1.2.2 Титрлеудің соңында индикатор түсінің өзгерісін нақтылап белгілеу үшін, сарапталушы ерітіндінің түсін титрлеуші ерітіндінің эквиваленттігі кезінде болуы керек түсі бар «куәгерлердің» түсімен салыстырамыз. «Куәгер» дегеніміз – сарапталушы ерітіндінің титрлеудің соңындағы құрамы мен көлеміне сәйкес келетін ерітінді.

1.2.3 Титрлеу кезінде индикаторды аз немесе түстің өзгерісін байқау үшін жеткілікті мөлшерден артық қолдануға болмайды.

1.2.4 Реактивтерді бірінен соң бірі анықталу әдісі талап еткен жүйемен құю керек, сонымен қатар жұмыстың жүйелі жүруін қадағалау керек.

1.3.2 Сағаттық шынымен жабылған кристалды тұнбаны стақанда тұндырғаннан кейін, бірнеше сағатқа қалдырады немесе 1-2 сағат бойы аздап қыздырады. Аморфты тұнбаны бірден сүзеді.

1.3.3 Қыздыру кезінде ерітінді мен тұнбаны декантация әдісімен сүзгіге көшіреді, яғни шыны таяқшаның көмегімен тұнбадан ерітіндіні төгіп тастайды.

1.3.4 Сүзгіні ойық пен оның арасында көпіршік болмайтындай етіп орналастыру керек. Ойықтың мұрыны сүзінді төгіліп жатқан стақан қабырғасына тиіп тұруы қажет. Сүзгіні соңына дейін сұйықтықпен толтыруға болмайды.

1.3.5 Сүзгідегідегі тұнбаны шаю шайғыштың көмегімен жүзеге асырылады, жиі-жиі аз-аздап шаю қажет. Шаю аяқталған соң шаюдың толықтығына сынақ жүргізіледі. Сүзу мен шаюды аз уақыт ішінде орындау қажет. Шайылмаған тұнба қалдырмауы тиіс.

1.3.6 Сүзгідегі тұнба және ойық арнайы шкафқа орналастырылып, ойық қағазбен жабылып, құрғатылады. Құрғату әдетте 90-100ºС температурада 20-30 минут орындалады. Құрғатылған тұнба алдын-ала тұрақты массаға дейін келтіріліп дайындалған тигельге орналастырылады.

1.3.7 Тұнбасы бар сүзгінің күйіп кетпеуін қадағалап, жанғыш жалынының бетінде ұстайды. Кейін тигельді муфельді пешке салып, берілген температурада 15-20 минут қыздырады.

1.3.8 Тигельді суыту үшін эксикаторға орналастырып, 20-25 минутқа қалдырады, кейін салмағын өлшейді. Тұнбаның нақты массасы анықталғанша қайталанады.

Өлшеудің нәтижелері арнайы зертханалық дәптерге жазылады.

2 Нейтралдау әдісі

2.1 Қысқа теориялық мәліметтер
Қышқыл-негіздік титрлеу әдісінің негізі протонның титранттан титрленетін затқа немесе титрленетін заттан титрантқа ауысу реакциясы болып келеді. Қышқыл-негіздік реакция стехеометриялы жүреді және үлкен жылдамдықпен сипатталады.

Бұл әдіс бойынша қандай-да бір қышқылдың титрленген ерітіндісін қолданып, сілтілердің сандық анықталуын жүргізуге болады (ацидиметрия) немесе сілтінің титрленген ерітіндісін қолданып, қышқылды сандық анықтауға болады (алкалиметрия). Жұмыс ерітіндісі ретінде концентрациясы 0,05-тен 1 моль/л-ге дейінгі күшті қышқыл (НС1, Н₂SО₄ және т.б.) ерітіндісін немесе дәл осындай концентрациялы күшті негізді (NаОН, КОН, Ва(ОН)₂) қолданады. Титрленген қышқыл мен сілтінің нақты концентрациясын біріншілік стандартты заттардың бір әдісімен анықтайды. Қышқыл ерітіндісін стандарттау үшін натрий декагидраттетраборатын қолданады. Бураның жақсы қасиеттерінің бірі 190,71г/моль-ге тең эквивалентті молярлы массасы. Нейтралдау әдісінде эквивалентті нүктенің, яғни онымен әрекеттесетін анықталушы заттың саны дәл анықталуы маңызды. Тәжірибеде эквивалентті нүктені индикатор түсінің өзгеруімен анықтайды.

Нейтралдау кезінде титрленетін ерітіндінің рН-ы қосылған стандартты ерітінді көлеміне және оның титріне байланысты өзгереді. Титрлеудің әртүрлі уақытында ерітіндіде қалатын қышқыл немесе қосылған стандартты ерітіндінің мөлшерін абцисса осіне, ал ордината осіне ерітіндіге сәйкес келетін рН мәнін белгілеп, алынған нүктелерді бір-бірімен қосып, рН мәнінің өзгерісін байқауға болады. Әрбір нейтралдау процесін графикалық түрде титрленетін ерітіндіге қышқылдың немесе сілтінің жұмсалған мөлшеріне байланысты рН өзгерісін сипаттайтын титрлеу қисығы ретінде қарастыруға болады. Титрлеу қисығын салу үшін рН мәнін санайды:

- э.н-не дейін;

- э.н. кезінде;

- э.н.-нен кейін.

Титрлеудің әртүрлі уақытына сәйкес ерітіндінің рН мәнін судағы, қышқылдың сулы ерітінділеріндегі, негіздердегі, гидролизденуші тұздардағы сутек иондарының көнцентрация мәндерін анықтайтын формулалармен есептейді. Титрлеу қисықтары титрлеу кезіндегі әртүрлі уақыттағы ерітіндінің рН-ның өзгерісін қадағалауға, әсер етуші заттардың нейтралдау процесіне әсерін зерттеуге, титрлеудің соңын анықтап, индикаторларды дұрыс таңдауға мүмкіндік туғызады. Әрбір индикатордың түсі рН мәні анықталған тар интервал арасында өзгереді, сонымен қатар бұл интервал тек қана берілген рН индикатордың қасиетіне тәуелді және әрекеттесуші қышқыл мен негіз табиғатына байланысты емес.

Индикатор түсі көрінгендегі рН мәнінің аймағын индикатордың ауысу интервалы деп атайды.

2) Қышқыл ерітіндісін стандарттау үшін натрий тетраборат ерітіндісін дайындау.

3) Дайындалған қышқыл ерітіндісін стандарттау.

4)Қышқыл-негізді титрлеу әдісі көмегімен берілген заттардың құрамын анықтау керек: а) ерітіндідегі сілтіні; ә) аммоний тұздарындағы аммиакты.

Құрал-жабдықтар. Аналитикалық таразы, квадрантты, электр плиткалар, штативтер, бюреткалар, ойықтар, 100 және 250 мл-лік өлшеуіш колбалар, 250 мл-лік Эрленнмейер колбалары, 10,25 мл-лік тамшуырлар, резина груша.

Тәжірибелік бөлім. Тұз қышқылы ерітіндісін дайындалу.

Ерітінді формуласы НС1, мол. салмағы 36,46, Э_НС1 36,46

0,5 л 0,1 н. ерітінді дайындау үшін қажетті тұз қышқылының мөлшерін есептейді. Ареометр көмегімен анықталған қышқыл ерітіндісінің тығыздығы 1,179 г/см-ге тең. 1 л 0,1 н. тұз қышқылы ерітіндісі құрамында 3,646 г НС1 бар. Ең алдымен, концентрлі тұз қышқылының қандай көлемінде осындай мөлшерлі НС1 бар екенін есептейді. Есептеулер жүргізу үшін күшті қышқыл ерітінділері мен сілтілердің тығыздық кестесін пайдаланып, тұз қышқылының құрамында жобалап 36% НС1 бар екенін анықтаймыз. Пропорция құрастырамыз:

100 г НС1 ерітіндісінде 36 г НС1

х г НС1 ерітіндісінде 3,646 г НС1

Концентрлі тұз қышқылын өлшеу ыңғайсыз болғандықтан, 10,12 г 36%-ы тұз қышқылы қандай көлем алатынын анықтайды.

Концентрлі тұз қышқылының есептелген көлемін тамшуырмен өлшеп, аздаған дистильденген сумен мұқият араластырады. Кейін, ақырындап су құя отырып, ерітіндіні жақсылап араластырып, көлемді 0,5 мл-ге дейін жеткізеді.

Тұз қышқылы ерітіндісін стандарттау.

0,1 н. қышқыл ерітіндісін 0,1 н. натрий тетраборат бойынша белгілейді. Ол үшін дәл өлшем (19,068 г 1 л-ге) бюксте ондық таңбалы дәлдікпен арнайы таразыда өлшейді. Кейін бюксті аналитикалық таразыға ауыстырып төртінші ондық таңбаға дейін өлшейді. Тетраборатты өлшеп, жалпақ және қысқа трубкалы құрғақ ойық арқылы мойыны құрғақ өлшеуіш колбаға еңгізеді. Бюкс пен ойыста қалып қойған Nа₂В₄О₇·10Н₂О кристалдарын, колбаның ішіне ыстық су құюмен мұқият шаяды. Колбаға ыстық дистильденген су құяды. Кейін колбаның ішіндегісін абайлап араластырады. Бүкіл тетраборат суда ерігеннен кейін, колбаны бөлме температурасына дейін суытып, алынған ерітіндінің көлемін суық дистильденген сумен белгіленген өлшемге дейін жеткізеді. Колбаны тығынмен жауып, дайындалған ерітіндіні мұқият араластырады. Осыдан кейін ерітінді титрлеуге дайын.

Екі колбаға тамшуырмен 10 мл натрий тетраборат ерітіндісін құяды, 2-3 тамшы метилораж тамызады. Ерітінді сары түсті болып шығады.

0,1 н. қышқыл ерітіндісімен қызғылт-сары немесе қызғылт түс пайда болғанша титрлейді. Егер екі титрлеудің нәтижелері арасындағы айырмашылық бірнеше жүздік мл-ге болса, онда титрлеу аяқталды деп есепеуге болады.