Киселинно-алкално титруване

Киселинно-алкално титруване (протолитометрия)

Протолитометрията е част от титриметрия, използваща киселинно-алкална реакция (реакция на неутрализация). Този раздел получи името си от протолитичната теория за киселините и основите.

Протолиметрията се подразделя на ацидиметрия (от лат. Acidum - киселина) и алкалиметрия (от лат. Alcalum - алкал). В ацидиметрията като работен разтвор се използват титрувани разтвори на силни киселини, а в алкалиметрията - алкали.

NH4Cl + 6CH2O  (CH2) 6N4 + HCl + 6H2O

Съдържанието на NH4 + се намира от резултатите от алкалиметрично титруване на заместителя, т.е. HCI.

Протолиметричното титруване се извършва главно във водна среда, но има и неводна версия. В последния случай, чрез избора на подходящия разтворител, е възможно направо да се променя силата на разтворените в него киселини и основи, да се превръщат солите в киселини и основи и т.н. Например HCN във воден разтвор е слаба киселина, а в втечнен амоняк е силна киселина, урея в безводен разтвор на CH3COOH е силна основа, а в втечнен амоняк е киселина и т.н. Следователно, използването на неводно титруване дава възможност за титруване на много слаби киселини и основи, различни смеси на соли с подобни свойства, смеси на соли с киселини и основи, определяне на съединения, неразтворими във вода и разложени от нея.

В зависимост от относителната сила на киселините и основите се разграничават четири основни случая на протолиметрично титруване, всеки от които се моделира от съответния TKT: I - силна киселина се титрува със силна основа; II - силна основа се титрува със силна киселина; III - слаба киселина се титрува със силна основа; IV - слаба основа се титрува със силна киселина.

Протолитичният TKT, нанесен в координатите „pH - V“ или „pH -“, има формата на графика с един или повече S-образни преходи, всеки от които съответства на един или няколко скока на титруване. Точките на пресичане на графика TKT с линиите на неутралност и еквивалентност са от основно значение. Линия, успоредна на оста на абсцисата и преминаваща през рН стойност 7, се нарича линия на неутралност, а точката на нейното пресичане с TKT се нарича точка на неутралност (TH). Линията, успоредна на оста на ординатата и преминаваща през стойността на еквивалентния обем на титранта, се нарича линия на еквивалентност, а точката на пресичане с TKT - точка на еквивалентност (TE).

Нека разгледаме изчисляването на точки в характерните области на всеки от TKT, свързани с четирите основни случая на протолиметрия във водната среда. Формулите за изчисление се получават, като се вземат предвид химичните равновесия, установени във всеки момент на титруване.

I MOH сили. основно, s (MON)

1. Преди титруване в разтвора за титруване използвайте само силна киселина HA. Тъй като HA е силна киселина и дисоциира напълно, тогава [H +] = c (HA) и pH = - lg [H +]  pH = - lg c (HA).

2. По време на титруване до TE, разтворът е доминиран от H + - йони, не титрувани с HA, тъй като всички OH - йони, добавени с титранта, се свързват с вода: HA + MOH MA + H2O, следователно, като се вземе предвид разреждането от титрувания разтвор по време на титруване

3. При ТЕ реакцията на неутрализация е приключила. Титрираният разтвор съдържа само МА сол и вода. МА солта е сол на силна киселина и силна основа, следователно тя не се хидролизира и подобно на водата осигурява неутралността на разтвора (pH = 7).

4. По време на титруване след TE, излишъкът от MOH води до алкална среда на титрувания разтвор, следователно, като се вземе предвид разреждането:

тогава TKT за I-корпуса има формата, показан на фиг. 1.7.1 от плътната линия.

TKT от този тип има огледално-симетрична графика спрямо линията на неутралност и еквивалентност. TE и TN са еднакви.Фенолфталеинът и метиловият оранжев са подходящи за регистрация на TE.

II HA сили. до-това, с (ON)

МОН сили. основно, s (MON)

Изчисляването на точките TKT се извършва съгласно формулите, получени по подобен на случай I:

1. Преди титруване.

За TKT от този тип са валидни всички разпоредби, посочени за случай I, с единствената разлика, че кривата е обратна - от алкалната област до киселинната (вж. Фиг. 1.7.1, пунктирана линия). И двата показателя са подходящи за регистриране на TE.

III МОЗ сили. основно, s (MON)

HAn sl. до-това, с (HAn)

1. Преди титруване в разтвор - само слаба киселина HAn, частично дисоциираща: HAn  H + + An-

Според ZDM, но оттогава

и според уравнението на дисоциацията,

2. Преди FC в разтвор, смес от нереагирала киселина HAn и образуваната сол MAn е буферен разтвор, за който

Буферният разтвор предотвратява рязко изменение на pH при добавяне на титранта и води до по-плосък ход на TKT, отколкото при I.

3. В TE в разтвор само солта на слаба киселина и силна основа MAn, която се подлага на хидролиза, създавайки алкален разтвор:

или в йонна форма

За това химично уравнение:

след заместването [OH-] в KR получаваме:

следователно в Хидр.

В последното равенство [HAn] = [OH-], което следва от уравнението за хидролизата на солта MAn, в допълнение можем да приемем, че [A-]  c [MAn].

4. След TE средата на разтвора е алкална и концентрацията на OH - йони се определя от излишъка на титрант.

Типичен TKT за този случай (фиг. 1.7.2, плътна крива) не е симетричен по отношение на линиите на неутралност и еквивалентност, TE и TH не съвпадат, TE се намира в алкалната област над областта на неутралност. Само фенолфталеинът е подходящ за регистрация на ТЕ.

IV ON сили. до-това, с (ON)

VON sl. основно, s (VON)

1. Преди титруване в разтвор, само слаба основа VOH се дисоциира съгласно уравнението VOHB + + OH -

2. Преди TE в разтвор, смес от нетитрувана слаба BOH основа и образуваната BA сол е буферен разтвор.

3. В TE в разтвор само BA-солта на силна киселина и слаба основа, хидролизирана съгласно уравнението

или в йонна форма.

Това води до натрупване на Н + - йони и киселинната среда на разтвора.

4. След TE средата на разтвора е кисела и рН се определя от излишъка, добавен към този тип TKT, показан с пунктираната линия на фиг. 1.7.2. Той е асиметричен по отношение на линията на еквивалентност и неутралност, TE и TH не съвпадат, TE е в киселинния регион. TKT има по-плосък външен вид в сравнение с II, което се обяснява с действието на получената буферна смес. Фенолфталеинът не е подходящ за регистрация на ТЕ.