| Wykonanie oznaczenia:
Aparatura: pehametr, elektroda szklana kombinowana, mieszadło magnetyczne.
Metodyka oznaczenia: Pomiary pH prowadzimy na pehametrze typ …………. przy pomocy elektrody szklanej kombinowanej ESAgP-309W.
Przed wykonaniem pomiarów pehametr należy wykalibrować na dwa bufory wzorcowe pH20oC = 6,88 (bufor fosforanowy) i pH20oC = 9,22 (bufor boraksowy).
Pomiary i kalibrację wykonujemy zgodnie z instrukcją obsługi. Roztwór węglanów i wodorowęglanów otrzymany od asystenta uzupełniamy wodą destylowaną do kreski w kolbie miarowej na 100 ml. Następnie pobieramy 10 ml do naczynka pomiarowego i również uzupełniamy wodą destylowaną do ok. 100 ml. W naczynku pomiarowym umieszczamy magnes mieszadła oraz zanurzamy elektrodę (należy pamiętać aby wyprowadzenie elektrody odniesienia było również zanurzone). Sprawdzamy i regulujemy obroty mieszadła. Odczytujemy pH roztworu przed miareczkowaniem (ok. 10). Biuretę uzupełniamy mianowanym roztworem kwasu (ok. 0,1 mol/l HCl) i przystępujemy do miareczkowania. W pierwszym miareczkowaniu dodajemy porcjami po 0,5 ml kwasu odczytując i zapisując pH roztworu w tabeli (I pomiar). Miareczkowanie przerywamy, gdy pH roztwory osiągnie wartość około 2,0 i nie będzie się zmieniać przy dalszym dodawaniu porcji kwasu. Dokonujemy analizy zapisów i wybieramy, przy jakich objętościach występują skoki miareczkowania. Przygotowujemy drugą próbkę i miareczkujemy ją analogicznie zawężając pomiary w obrębie skoków miareczkowania (w obrębie skoków dodajemy po 0,1 ml kwasu).Wyniki zestawiamy w tabeli:
pomiar orientacyjny
|
pomiar dokładny
|
VHCl
|
pH
|
VHCl
|
pH
|
0,0
|
|
0,0
|
|
0,5
|
|
|
|
1,0
|
|
|
|
1,5
|
|
|
|
2,0
|
|
|
|
2,5
|
|
|
|
3,0
|
|
|
|
3,5
|
|
|
|
4,0
|
|
|
|
4,5
|
|
|
|
5,0
|
|
|
|
5,5
|
|
|
|
6,0
|
|
|
|
6,5
|
|
|
|
7,0
|
|
|
|
7,5
|
|
|
|
8,0
|
|
|
|
8,5
|
|
|
|
9,0
|
|
|
|
9,5
|
|
|
|
10,0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Następnie sporządzamy wykres pH = f (VHCl) i wyznaczamy graficznie punkty równoważnikowe (metodą wykreślania równoległych). Odczytujemy objętości kwasu odpowiadające punktom równoważnikowym
V1 = objętość kwasu równoważna ½ Na2CO3
V2 = objętość kwasu równoważna Na2CO3 i NaHCO3
Wynik podajemy jako sumę milimoli Na2CO3 i NaHCO3.
-
Ilość milimoli Na2CO3 = CHCl ∙ V1 ∙ Wk/p
-
Ilość milimoli NaHCO3 = CHCl ∙ (V2 - 2V1) ∙ Wk/p
Wyniki podajemy z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
Imię i nazwisko studenta
|
Data
|
Ocena
|
Podpis prowadzącego
|
|
|
|
|
MIARECZKOWANIE KONDUKTOMETRYCZNE
Na ćwiczeniach obowiązuje materiał zawarty w podręczniku:
R. Kocjan „Chemia analityczna. Podręcznik dla studentów. Analiza instrumentalna. Tom 2” – rozdz. 1.4.3 (str. 23-25); 13.1-13.7 (str. 328 – 347)
Konduktometria polega na pomiarze przewodnictwa elektrycznego lub oporu roztworu znajdującego się między dwiema elektrodami obojętnymi w warunkach stosowania napięcia zmiennego o częstotliwości nie przekraczającej ok. 105 Hz.
Zdolność do przewodzenia prądu jest jedna z cech elektrolitów. Nie jest to jednak właściwość swoista dla danego jonu, jak np. potencjał. Wielkość przewodnictwa zależy od wszystkich jonów obecnych w roztworze i od reakcji zachodzących miedzy nimi. Jeżeli jednak stężenia wszystkich soli (z wyjątkiem badanej) są niezmienne, to obserwowane zmiany przewodnictwa można powiązać ze zmianami stężenia badanej soli. Na tej zasadzie opiera się analiza konduktometryczna.
Do pomiaru oporu lub przewodnictwa metali służy mostek Wheatstone’a. Jednak
w odróżnieniu od przewodników metalicznych pomiar oporu elektrolitów może być tylko
w niektórych przypadkach wykonywany przy zastosowaniu prądu stałego. Prąd stały powoduje bowiem zmiany w składzie elektrolitu i na powierzchni elektrod.
Istnieje liniowa zależność pomiędzy stężeniem danego jonu i jego udziałem
w przewodnictwie roztworu, więc można oceniać postęp reakcji wykonując szereg kolejnych pomiarów konduktometrycznych, co jest podstawą metody znanej jako miareczkowanie konduktometryczne. W tej metodzie zmiana przewodnictwa jest powiązana ze zmianą stężenia tego rodzaju jonów, który reaguje w czasie miareczkowania. Miareczkowania konduktometryczne są stosowane do oznaczania wielu związków organicznych
i nieorganicznych przy zastosowaniu reakcji zobojętniania, wytrącania i kompleksowania. Ponadto pomiary przewodnictwa mogą być stosowane do wyznaczenia stałych dysocjacji
i tworzenia kompleksów, pomiarów rozpuszczalności oraz wpływu rozpuszczalnika
w roztworze.
Podobnie jak w przypadku przewodników metalicznych, wartość R oporu zależy nie tylko od wewnętrznych właściwości roztworu, ale od jego długości i powierzchni przekroju:
R = ρ l/A
Gdzie: ρ jest opornością właściwą materiału, tzn. opornością między przeciwległymi ścianami sześcianu (tego materiału) o krawędzi 1 cm.
Wartość ρ (wyrażona w cm.) jest zwykle znacznie większa niż dla metali.
Iloraz l/A w przypadku naczynka konduktometrycznego jest znany jako tzw. „stała naczynka” „K” lub „Kn” wyznaczana przez kalibrowanie roztworem o znanej oporności właściwej.
Odwrotnością oporności właściwej jest przewodnictwo właściwe κ o wymiarze
-1 cm-1, czyli 1 przez cm. Mamy więc:
1/R = A/ ρl = κ(A/l) = κ/Kn.
Jeżeli do naczynka, w którym A = 1 cm2 i l=1 cm przyłożyć napięcie 1 V, to natężenie prądu w amperach będzie równe wartości κ, czyli 1/R.
Dla roztworów elektrolitów przewodnictwo właściwe jest funkcją stężenia
elektrolitu – w bardzo rozcieńczonych roztworach mocnych (całkowicie dysocjowanych) elektrolitów przewodnictwo staje się proporcjonalne do stężenia.
Przewodnictwo molowe (konduktywność molowa) jest określona wzorem:
= 1000 κ/c (-1 mol-1 · cm2)
gdzie: κ – przewodnictwo właściwe, c – stężenie molowe
Wartość może być wyznaczona z pomiarów R, Kni c przy pomocy zależności:
= 1000 Kn/cR.
Przewodnictwo molowe rośnie ze wzrostem rozcieńczenia i osiąga wartość graniczną o, jest wielkością charakterystyczną dla danego elektrolitu i składa się z granicznych przewodnictw kationów: i anionów + o = + .
Np. o (KCl) = 74 + 76 = 150.
Wartości oraz mogą być wyznaczane innymi metodami i są charakterystyczne dla każdego rodzaju jonów. Np. w 25oC: o (KCl) = 150.
Przykładowe wartości granicznego przewodnictwa molowego jonów
-
KATIONY
|
|
ANIONY
|
|
H+
|
349,82
|
OH-
|
197,60
|
Na+
|
50,10
|
Cl-
|
76,34
|
K+
|
73,50
|
I-
|
76,85
|
NH
|
~73
|
NO
|
71,46
|
Ca2+
|
122,00
|
CH3COO-
|
40,90
|
Zn2+
|
108,00
|
ClO
|
67
|
Ag+
|
61,90
|
SO
|
159,60
|
Widać, że wartości o jonów wodorowych i wodorotlenowych są znacznie większe
od o pozostałych jonów, co jest podstawą konduktometrycznych miareczkowań alkacymetrycznych: w przypadku mocnych elektrolitów w miarę postępującego zobojętniania przewodnictwo roztworu maleje, osiąga minimum w punkcie równoważnikowym i znowu wzrasta po jego przekroczeniu. W przypadku zobojętniania słabego elektrolitu (np. kwasu organicznego) mocnym (np. NaOH) otrzymuje się dwie rosnące proste po różnych nachyleniach.
WYKONANIE OZNACZENIA
Przeprowadzono miareczkowanie następujących roztworów:
-
Mocny kwas HCl – miareczkowaną mocna zasadą NaOH o stężeniu ……………..
-
Sól NH4Cl miareczkowano mocnym kwasem HCl o stężeniu ……………………..
-
Słabą zasadą p-toluidynę miareczkowano mocnym kwasem HCl
o stężeniu …………………..
Każde oznaczenie przeprowadzono dwa razy.
Wyniki pomiarów zamieszczono w tabelach:
-
Miareczkowanie HCl
|
Objętość
dodawanego titranta
|
G (S)
I pomiar
|
G (S)
II pomiar
|
G (wartość średnia)
|
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
|
|
|
-
Miareczkowanie NH4Cl
|
Objętość
dodawanego titranta
|
G (S)
I pomiar
|
G (S)
II pomiar
|
G (wartość średnia)
|
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
|
|
|
-
Miareczkowanie p-toluidyny
|
Objętość
dodawanego titranta
|
G (S)
I pomiar
|
G (S)
II pomiar
|
G (wartość średnia)
|
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
|
|
|
Z wyliczonych wartości średnich przewodnictwa (dla poszczególnych miareczkowań) sporządzono wykresy G = f(v).
Ilości HCl lub NaOH odpowiadające PR wynoszą odpowiednio:
-
Miareczkowanie I –
-
Miareczkowanie II –
-
Miareczkowanie III
Stężenia oznaczanych składników wynoszą odpowiednio:
-
Miareczkowanie I – (podaj oznaczany składnik i jego zawartość)
-
Miareczkowanie II –
-
Miareczkowanie III
Przykłady krzywych miareczkowania
-
Krzywa miareczkowania mocnego kwasu – mocna zasadą
[H+] [Cl-] + [Na+][OH-] H2O + [Na+] [Cl-]
-
Krzywa miareczkowania słabej zasady – mocną zasadą
[NH] + [Cl-] + [K+] + [OH-] H2O + [K+] + [Cl-] + [NH3]
-
Krzywa miareczkowania słabego kwasu – mocną zasadą
lub słabej zasady – mocnym kwasem
|
