Jump to content

Кислотно-основное титрование

(Перенаправлено с Алкалиметрия )
Конечная точка кислотно-основного титрования достигается, когда индикатор внезапно меняет цвет.

Кислотно -основное титрование — метод количественного анализа, позволяющий определить концентрацию кислоты или основания Бренстеда-Лоури (титрата) путем ее нейтрализации раствором известной концентрации (титрантом). [ 1 ] Индикатор pH используется для контроля за ходом кислотно-основной реакции и кривую титрования . позволяет построить [ 1 ]

Это отличается от других современных способов титрования, таких как окислительно-восстановительное титрование , осаждение и комплексометрическое титрование . [ 2 ] Хотя эти типы титрования также используются для определения неизвестных количеств веществ, эти вещества варьируются от ионов до металлов. [ 2 ]

Кислотно-основное титрование находит широкое применение в различных научных областях, таких как фармацевтика, экологический мониторинг и контроль качества в промышленности. [ 3 ] Точность и простота этого метода делают его важным инструментом количественного химического анализа, внося значительный вклад в общее понимание химии растворов. [ 4 ]

Сванте Аррениус.

История кислотно-основного титрования восходит к концу 19 века, когда достижения аналитической химии способствовали развитию систематических методов количественного анализа. [ 5 ] Истоки методов титрования можно связать с работой таких химиков, как Карл Фридрих Мор, в середине 1800-х годов. [ 5 ] Его вклад заложил основу для понимания титрования кислот и оснований.

Теоретический прогресс был достигнут благодаря исследованиям шведского химика Сванте Аррениуса , который в конце 19 века представил теорию Аррениуса, обеспечившую теоретическую основу для кислотно-основных реакций. [ 6 ] Эта теоретическая основа, наряду с постоянными экспериментальными усовершенствованиями, способствовала развитию кислотно-основного титрования как точного и широко применимого аналитического метода. [ 6 ]

Со временем этот метод претерпел дальнейшие усовершенствования и адаптации, зарекомендовав себя как важный инструмент в лабораториях различных научных дисциплин.

Алкалиметрия и ацидиметрия

[ редактировать ]

Алкалиметрия и ацидиметрия — это виды объемного анализа, в которых основной реакцией является реакция нейтрализации . Они включают контролируемое добавление кислоты или основания (титранта) известной концентрации к раствору неизвестной концентрации (титрату) до тех пор, пока реакция не достигнет точки стехиометрической эквивалентности. В этот момент моли кислоты и основания равны, в результате чего получается нейтральный раствор: [ 7 ]

Титрование стандартного раствора индикатором метилоранжем. Титрат – в колбе Эрленмейера, титрант – в бюретке.
кислота + основание → соль + вода

Например:

HCl + NaOH → NaCl H +

Ацидиметрия — это специализированное аналитическое применение кислотно-основного титрования для определения концентрации основного (щелочного) вещества с использованием стандартной кислоты. Это можно использовать для слабых и сильных оснований. [ 8 ] Пример ацидиметрического титрования с участием сильного основания следующий:

Ва(ОН) 2 + 2Н + → Нет 2+ + 2 Н 2 О

В этом случае сильное основание (Ba(OH) 2 ) нейтрализуется кислотой до тех пор, пока все основание не прореагирует. Это позволяет зрителю рассчитать концентрацию основания по объему используемой стандартной кислоты.

Алкалиметрия использует ту же концепцию специализированного аналитического кислотно-основного титрования, но для определения концентрации кислого вещества с использованием стандартного основания. [ 8 ] Пример алкалиметрического титрования с участием сильной кислоты следующий:

Н 2 SO 4 + 2 ОН → СЦ 4 2- + 2 Н 2 О

В этом случае сильная кислота (H 2 SO 4 ) нейтрализуется основанием до тех пор, пока вся кислота не прореагирует. Это позволяет зрителю рассчитать концентрацию кислоты по объему используемого стандартного основания.

Стандартный раствор (титрант) хранят в бюретке , а раствор неизвестной концентрации (аналит/титрат) помещают под ним в колбу Эрленмейера с индикатором. [ 9 ]

Выбор индикатора

[ редактировать ]

Для определения конечной точки титрования необходимо выбрать подходящий индикатор pH. [ 10 ] Изменение цвета или другой эффект должны происходить вблизи точки эквивалентности реакции, чтобы экспериментатор мог точно определить, когда эта точка будет достигнута. pH точки эквивалентности можно оценить, используя следующие правила:

  • Сильная кислота реагирует с сильным основанием с образованием нейтрального (рН = 7) раствора.
  • Сильная кислота реагирует со слабым основанием с образованием кислого (рН <7) раствора.
  • Слабая кислота реагирует с сильным основанием с образованием основного раствора (рН > 7).

Эти индикаторы являются важными инструментами в химии и биологии, помогая определять кислотность или щелочность раствора путем наблюдения за цветовыми переходами. [ 10 ] Таблица ниже служит справочным руководством по выбору этих индикаторов и дает представление о диапазонах pH и преобразованиях цвета, связанных с конкретными индикаторами:

Таблица индикаторов титрования [ 11 ]
Название показателя Цвет индикатора Переходный интервал (диапазон pH) Цвет после условий высокого pH
Метиловый оранжевый Оранжевый/Красный 3.1 - 4.4 Желтый
Метиловый красный Красный 4.4 - 6.3 Желтый
Конго Красный Синий 3.0 - 5.2 Красный
фенолфталеин Бесцветный 8.3 - 10.0 Розовый
Тимолфталеин Бесцветный 9.3 - 10.5 Синий
Бромфеноловый синий Желтый 3.0 - 4.6 Синий
Бромкрезоловый зеленый Желтый 3.8 - 5.6 Синий
Тимоловый синий Красный 1.2 - 2.8; 8.0 - 9.6 Синий
Крезол красный Желтый 7.2 - 8.8 Фиолетовый
Нейтральный красный Красный 6.8 - 8.0 Желтый
Три разные точки кислотно-основного титрования с использованием фенолфталеина в качестве индикатора.

Фенолфталеин широко известен как один из наиболее часто используемых кислотно-основных индикаторов в химии. [ 12 ] Его популярность объясняется его эффективностью в широком диапазоне pH и четкими цветовыми переходами. [ 12 ] Резкие и легко обнаруживаемые изменения цвета делают фенолфталеин ценным инструментом для определения конечной точки кислотно-основного титрования, поскольку точное изменение pH означает завершение реакции.

Когда слабая кислота реагирует со слабым основанием, раствор точки эквивалентности будет основным, если основание сильнее, и кислым, если кислота сильнее. Если оба имеют одинаковую силу, то эквивалентный pH будет нейтральным. [ 13 ] Однако слабые кислоты не часто титруют слабыми основаниями, поскольку изменение цвета, отображаемое индикатором, часто происходит быстро, и поэтому наблюдателю очень трудно увидеть изменение цвета.

Точка, в которой индикатор меняет цвет, называется конечной точкой . [ 10 ] Следует выбрать подходящий индикатор, желательно такой, цвет которого будет меняться (конечная точка) вблизи точки эквивалентности реакции.

В дополнение к широкому разнообразию индикаторных растворов практической альтернативой служат pH-бумаги, изготовленные из бумаги или пластика, пропитанные комбинациями этих индикаторов. [ 13 ] pH раствора можно оценить, погрузив в него полоску pH-бумаги и сопоставив наблюдаемый цвет с эталонными стандартами, указанными на контейнере. [ 13 ]

Титрование с превышением

[ редактировать ]
Титрование с превышением с использованием индикатора фенолфталеина.

Превышение титрования является распространенным явлением и относится к ситуации, когда объем титранта, добавленного во время химического титрования, превышает количество, необходимое для достижения точки эквивалентности. [ 14 ] Избыток титранта приводит к тому, что раствор становится немного более щелочным или чрезмерно подкисленным. [ 14 ]

Превышение точки эквивалентности может произойти из-за различных факторов, таких как ошибки в показаниях бюретки, несовершенная стехиометрия реакции или проблемы с обнаружением конечной точки. [ 14 ] Последствия превышения титрования могут повлиять на точность аналитических результатов, особенно при количественном анализе. [ 14 ]

Исследователи и аналитики часто применяют корректирующие меры, такие как обратное титрование. [ 15 ] и использование более точных методов титрования, чтобы смягчить влияние перерегулирования и получить надежные и точные измерения. Понимание причин, последствий и решений, связанных с превышением титрования, имеет решающее значение для достижения точных и воспроизводимых результатов в области химии.

Математический анализ: титрование слабой кислоты

[ редактировать ]
Титрование слабой кислоты сильным основанием с указанием уровня pH, объема титранта и различных точек на протяжении всего процесса титрования.

Для расчета концентраций таблицу ICE . можно использовать [ 16 ] [ 1 ] ICE означает начальное , изменение и равновесие .

рН раствора слабой кислоты , которую титруют раствором сильного основания, можно определить в разных точках этого процесса. Эти пункты относятся к одной из четырех категорий: [ 17 ]

  1. начальный pH
  2. pH до точки эквивалентности
  3. pH в точке эквивалентности
  4. pH после точки эквивалентности

1. Начальное значение pH для раствора слабой кислоты в воде аппроксимируется уравнением: [ 1 ]

где – начальная концентрация иона гидроксония .

2. Уровень pH до точки эквивалентности зависит от количества оставшейся слабой кислоты и количества образовавшегося сопряженного основания. pH можно приблизительно рассчитать по уравнению Хендерсона – Хассельбаха : [ 1 ] где K a константа диссоциации кислоты .

3. Уровень pH в точке эквивалентности зависит от того, сколько слабой кислоты израсходовано на превращение в сопряженное основание. Обратите внимание, что когда кислота нейтрализует основание, pH может быть или не быть нейтральным (pH = 7). Уровень pH зависит от силы кислоты и основания. В случае титрования слабой кислоты и сильного основания pH в точке эквивалентности превышает 7. Таким образом, pH можно рассчитать по следующей формуле: [ 1 ]

Где – концентрация гидроксид-иона. Концентрацию гидроксид-иона рассчитывают исходя из концентрации иона гидроксония и используя следующее соотношение:

Где K b константа диссоциации основания , K w — константа диссоциации воды.

4. Значение pH после точки эквивалентности зависит от концентрации сопряженного основания слабой кислоты и сильного основания титранта. Однако основание титранта сильнее сопряженного основания кислоты. Следовательно, pH в этой области контролируется сильным основанием. Таким образом, pH можно найти, используя следующее: [ 1 ]

где это концентрация добавляемого сильного основания, - объем основания, добавленного до достижения равновесия, - концентрация добавляемой сильной кислоты, и – начальный объем кислоты.

Единая формула

[ редактировать ]

Точнее, единая формула [ 18 ] Ниже приведено описание титрования слабой кислоты сильным основанием от начала до конца:

где « φ = доля завершения титрования (φ < 1 ​​— до точки эквивалентности, φ = 1 — точка эквивалентности, а φ > 1 — после точки эквивалентности)

Кривая титрования монопротонной кислоты. Выделенная розовая область обозначает точку эквивалентности.
= концентрации кислоты и основания соответственно
= объемы кислоты и основания соответственно

Графические методы

[ редактировать ]

Определение pH, связанного с любой стадией процесса титрования, относительно просто для монопротонных кислот и оснований. Монопротонная кислота – это кислота, отдающая один протон. Монопротонное основание – это основание, принимающее один протон. Монопротонная кислота или основание имеет только одну точку эквивалентности на кривой титрования. [ 13 ] [ 9 ]

Кривая титрования дипротонной кислоты. Выделенные розовым области обозначают точки эквивалентности.

Дипротонная кислота отдает два протона, а дипротонное основание принимает два протона. Кривая титрования дипротонного раствора имеет две точки эквивалентности. [ 13 ] [ 9 ]

Полипротонное вещество имеет несколько точек эквивалентности. [ 9 ]

Все реакции титрования содержат небольшие буферные области, которые на графике отображаются горизонтально. Эти области содержат сопоставимые концентрации кислоты и основания, что предотвращает резкие изменения pH при добавлении дополнительной кислоты или основания. [ 19 ] [ 9 ]

Фармацевтическое применение

[ редактировать ]
Химик проводит кислотно-основное титрование в лаборатории.

В фармацевтической промышленности кислотно-основное титрование служит фундаментальным аналитическим методом, имеющим разнообразные применения. Одно из основных применений включает определение концентрации активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) в лекарственных формах, обеспечивая качество продукции и соответствие нормативным стандартам. [ 20 ]

Кислотно-основное титрование особенно ценно при количественном определении кислотных или основных функциональных групп фармацевтических соединений. Кроме того, этот метод используется для анализа добавок или ингредиентов, что упрощает настройку и контроль процесса производства продукта. [ 21 ] Лаборатории контроля качества используют кислотно-основное титрование для оценки чистоты сырья и контроля различных стадий процессов производства лекарств. [ 21 ]

Надежность и простота метода делают его неотъемлемым инструментом фармацевтических исследований и разработок, способствующим производству безопасных и эффективных лекарств.

Приложения для мониторинга окружающей среды

[ редактировать ]
Анализ плодородия почвы методом кислотно-основного титрования.

Кислотно-основное титрование играет решающую роль в мониторинге окружающей среды, предоставляя количественный аналитический метод оценки кислотности или щелочности проб воды. [ 22 ] Измерение таких параметров, как pH, общая щелочность и кислотность, имеет важное значение для оценки воздействия на окружающую среду промышленных сбросов, сельскохозяйственных стоков и других источников загрязнения воды . [ 22 ]

Кислотно-основное титрование позволяет определить буферную емкость природных водных систем, помогая оценить их способность противостоять изменениям pH. [ 23 ] Мониторинг уровня pH важен для сохранения водных экосистем и обеспечения соблюдения экологических норм. [ 23 ]

Кислотно-основное титрование также используется при анализе воздействия кислотных дождей на почву и водные объекты, что способствует общему пониманию и управлению качеством окружающей среды. [ 24 ] Предвидение и надежность метода делают его ценным инструментом для защиты экосистем и оценки воздействия деятельности человека на природные водные ресурсы. [ 24 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г «Кислотно-основное титрование 14,7» . ПеннСтейт . Проверено 7 декабря 2023 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б «Титрование | Определение, типы и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 6 декабря 2023 г.
  3. ^ Раджендрапрасад, Нагараджу; Басавайя, Канакапура; Винай, Басавая Канакапура (2010). «Кислотно-основной титриметрический анализ гидроксизина дигидрохлорида в фармацевтических образцах» . Химическая промышленность и химическое машиностроение Ежеквартальный журнал . 16 (2): 127–132.
  4. ^ Ли, На; Хефферрен, Джон Дж.; Ли, Кеан (26 апреля 2013 г.). Количественный химический анализ . Мировое научное издательство. ISBN  978-981-4452-31-1 .
  5. ^ Перейти обратно: а б Сабадвари, Ференц; Чалмерс®, Роберт А. (1 августа 1979 г.). «Карл Фридрих Мор и аналитическая химия в Германии» . Таланта . 26 (8): 609–617. дои : 10.1016/0039-9140(79)80165-4 . ISSN   0039-9140 .
  6. ^ Перейти обратно: а б Кусатана, Маргарита; Демерути, Маргарита; Цапарлис, Георгиос (1 февраля 2005 г.). «Обучающие заблуждения в отношении кислотно-щелочного равновесия: анализ с точки зрения истории и философии науки» . Наука и образование . 14 (2): 173–193. дои : 10.1007/s11191-005-5719-9 . ISSN   1573-1901 .
  7. ^ «Урок 6.9: Нейтрализация кислот и оснований» . Американское химическое общество . Проверено 7 декабря 2023 г.
  8. ^ Перейти обратно: а б Химический век – Химический словарь – Химические термины . Геспериды. 15 марта 2007 г. п. 14. ISBN  978-1-4067-5758-3 .
  9. ^ Перейти обратно: а б с д и «Кривые титрования» . groups.chem.ubc.ca . Проверено 7 декабря 2023 г.
  10. ^ Перейти обратно: а б с «Показатели кислотно-основного состояния» . groups.chem.ubc.ca . Проверено 7 декабря 2023 г.
  11. ^ Калерт, Хайке; Мейер, Габриэле; Альбрехт, Аня (29 апреля 2016 г.). «Цветные карты кислотно-основного титрования с цветными индикаторами: как выбрать подходящий индикатор и как оценить систематические ошибки титрования» . Химтексты . 2 (2): 7. дои : 10.1007/s40828-016-0026-4 . ISSN   2199-3793 .
  12. ^ Перейти обратно: а б «Фенолфталеин | Индикатор рН, кислотно-основное титрование, индикаторный краситель | Британника» . www.britanica.com . 15 сентября 2023 г. Проверено 5 ноября 2023 г.
  13. ^ Перейти обратно: а б с д и «13.5: Титрование кислоты/основы» . Химия LibreTexts . 13 февраля 2016 г. Проверено 8 октября 2023 г.
  14. ^ Перейти обратно: а б с д Ким, Мён Хун (октябрь 2009 г.). «Как сохранить превышение титрования» .
  15. ^ «Что такое обратное титрование?» . МысльКо . Проверено 5 ноября 2023 г.
  16. ^ Габи (05 августа 2021 г.). «Использование таблицы ICE» . ХимТок . Проверено 6 декабря 2023 г.
  17. ^ Количественный химический анализ, 7Ed. Дэниел К. Харрис. Фриман и компания 2007.
  18. ^ Де Леви, Роберт (1993). «Явное выражение общей формы кривой титрования с точки зрения концентрации: написание единого выражения в замкнутой форме для кривой титрования для различных титрований без использования аппроксимаций или сегментации». Журнал химического образования . 70 (3): 209. Бибкод : 1993JChEd..70..209D . дои : 10.1021/ed070p209 .
  19. ^ «Кривые pH титрования – химия HSC» . Наука готова . Проверено 6 декабря 2023 г.
  20. ^ Альхамдани, Хайдер; Альфахад, Моханад (июль – сентябрь 2021 г.). «Оценка стабильности ацетилсалициловой кислоты в коммерческих таблетках аспирина, доступных на рынке Ирака» (PDF) .
  21. ^ Перейти обратно: а б Чепмен, Огайо (1949). «Статистический контроль качества в аналитических лабораториях колледжей» . Труды Канзасской академии наук . 52 (2): 160–167. дои : 10.2307/3626169 . ISSN   0022-8443 . JSTOR   3626169 .
  22. ^ Перейти обратно: а б Марл, Линн; Гринуэй, Джиллиан М. (01 октября 2005 г.). «Микрофлюидные устройства для мониторинга окружающей среды» . TrAC Тенденции в аналитической химии . 24 (9): 795–802. дои : 10.1016/j.trac.2005.08.003 . ISSN   0165-9936 .
  23. ^ Перейти обратно: а б «Производство мочевины, кислотно-основное регулирование и их взаимодействие в тилапии озера Магади, уникальной костистой кости, адаптированной к сильнощелочной среде» . Journals.biologies.com . Проверено 6 декабря 2023 г.
  24. ^ Перейти обратно: а б Кармановская Наталья Владимировна; Носова, Ольга В; Галишевская Виктория V (2 февраля 2021 г.). «Общественный экологический мониторинг качества водных объектов Норильска и Таймыра» – через Academia.edu .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7e8bd62b60d911aaabdafca820f1b62c__1710873480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7e/2c/7e8bd62b60d911aaabdafca820f1b62c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Acid–base titration - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)