Редоксиметрія (продовження)
План
1. Перманганатометрія: принцип методу, стандартні nрозчини, їх виготовлення і стандартизація, практичне застосування.
2. nЙодометрія: принцип методу, стандартні розчини, їх nвиготовлення і стандартизація, індикатори і практичне застосування.
3. nДихроматометрія: основи методу, nстандартні розчини, їх виготовлення і стандартизація, індикатори і практичне nзастосування.
4. nБроматометрія: основи методу, стандартні розчини, їх nвиготовлення і стандартизація, індикатори і практичне застосування.
5. nНітритометрія: основи методу, nстандартні розчини, їх виготовлення і стандартизація, індикатори і практичне nзастосування.
6. nХлорйодиметрія: основи методу, nстандартні розчини, їх виготовлення і стандартизація, індикатори і практичне nзастосування.
7. nЦериметрія: основи методу, nстандартні розчини, їх виготовлення і стандартизація, індикатори і практичне nзастосування.
8. nМетоди редуциметрії.
1. Перманганатометрія: nпринцип методу, стандартні розчини, їх виготовлення і стандартизація, практичне nзастосування.
Перманганатометрія – метод окиснювально-відновного nтитрування. В якому в якості титранта застосовують nстандартний розчин калій перманганату.
Калій перманганат як окиснювач вперше nбув запропонований Ф.Маргірітом у 1846 р. для nтитрування солей феруму(ІІ).
Принципову схему окиснювально-відновного nпроцесу за участю калій перманганату можна представити наступним чином:
MnO4– +5e + 8H+ = Mn2+ + 4H2O.
Окиснювально-відновний nпотенціал даної системи виражають рівнянням Нернста:
З nрівняння видно, що потенціал цієї окиснювально-відновної nпари дуже залежить від рН. Інколи титрування nпроводять в нейтральних або лужних розчинах. Схему цих реакцій можна nпредставити напівреакціями:
MnO4– n+ 3e + 2H2O = MnO2 + 4OH–;
MnO4– + 1e = MnO42-.
Окиснювально-відновні потенціали даних систем виражаються nрівняннями Нернста:
Таким nчином потенціал пари перманганат-диоксид мангану дуже nсильно залежить від концентрації іонів гідроксонію та nіонів гідроксидлу.
Окиснювально-відновний потенціал пари перманганат-манганат nне залежить від рН середовища прямо, стандартний окиснювально-відновний nпотенціал пари невеликий:
Отже, як бачимо nпри титруванні в nнейтральному середовищі утворюється nбурий осад манган(IV) оксиду. Цей осад дуже утруднює фіксацію nкінцевої точки титрування, nа також, володіючи достатньо високою площею поверхні, може адсорбувати визначувану речовину, що призводить до збільшення похибки аналізу.
При nтитруванні у дуже лужних середовищах утворюється манганат-іон, nякий є забарвленим у зелений колір, що утруднює фіксацію nкінцевої точки титрування. Окрім цього манганат-іон вступає в реакцію з водою:
3MnO42- + 2H2O = 2MnO4– + MnO2¯ + 4OH–,
з утворенням nбурого осаду MnO2 і пермангант-іона, nщо спотворює результати аналізу.
Таким nчином найбільш доцільно проводити перманаганатометричне визначення nв кислому середовищі.
Приготування розчину калій перманаганату.
1. Розрахунок і nвзяття наважки. При розрахунках еквівалентної маси перманганату слід врахувати, nщо кількість реагента, яка застосовується на nокиснення визначуваної речовини, залежить від реакції середовища, в якому nвідбувається титрування (відповідно до кількості електронів, які приведені вище nв рівняннях Нернста).
Перманганат nзавжди містить домішки продуктів відновлення, наприклад манган(IV) оксид, а тому nне є станадартною речовиною. Крім того, він легко nрозкладається під впливом відновників – аміаку, органічних речовин, які можуть nпотрапляти у воду. Внаслідок цього концентрація розчину в перший момент після nприготування дещо зменшується. Звідси випливає, що приготувати титрований nрозчин перманганату по точній наважці неможливо. титр його необхідно nвстановлювати не раніше, ніж через 7-10 днів після приготування розчину. За цей nчас окиснення всіх присутніх в розчині відновників встигне закінчитися, і титр nкалій перманганату перестає змінюватися.
Якщо nрозчин перманганату прокип’’ятити, то окиснення nвідновників дуже пришвидшується і всю операцію приготування розчину можна nзакінчити за 1-2 год.
Для nтого, щоб розчин калій перманганату був достатньо стійким і титр його не nзмінювався, осад MnO2, який присутній nв ньому в якості домішки і той, що утворився в результаті окиснення nперманганатом органічних речовин і аміаку, необхідно відідлити, nтак як він каталізує розклад калій перманганату. nНеобхідно також пам’ятати, що перманганат окиснює nгуму, коркові корки, папір та ін. речовини. Таким чином не можна nфільтрувати розчин КMnO4 через паперові фільтри, nа необхідно користуватися скляними фільтруючими тиглями.
Зберігати розчини перманганату необхідно nу темному посуді в темному місці, nтак як світло прискорює розклад КMnO4:
4MnO4– n+ 2H2O = 4MnO2¯ + 4OH– n+ 3О2.
На технічних вагах грубо зважують масу наважки nі розчиняють у воді, виміряній мірним циліндром. Через певний час розчин стандартизують.
Дуже часто стандартний розчин перманганату готують з його розчину, який nдовго зберігався в лабораторії, шляхом розведення. Цей метод nприготування стандартного розчину має ряд nпереваг:
1) nРозчин готується швидко, не містить домішок, nякі окиснюються, вільний від осаду nдвоокису мангану.
2) nВиготовлений розчин nнемає потреби кип’’ятити або багато днів nвідстоювати, як це рекомендується при виготовленні розчину з наважки КMnO4.
3) nВиключається необхідність nвзяття наважки, розчинення, відокремлення осаду двооксиду мангану.
Перманганатометрія – фармакопейний метод аналізу.
Реакція методу: MnO4– + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O
де
Титрант: KMnO4 – вторинний стандартний розчин
Водні розчини не nдуже стійкі:
4MnO4– n+ 2H2O = 4MnO2¯ + 3O2 + n4OH–
процес nприскорюється на світлі, при нагріванні, під дією кислот і основ, в присутності nMn2+, MnO2.
Стандартизація: H2C2O4∙2H2O; Na2C2O4; As2O3; KI; (NH4)2Fe(SO4)2∙6H2O, метал. Fe
2MnO4– + 5H2C2O4 + 6H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
Оксалат амонію має nпереваги перед іншими стандартними речовинами:
1. nДобре кристалізується.
2. nВідповідає визначеному nхімічному складу.
3. nНе містить домішок при nперекристалізації.
4. nВідносно легко розчиняється у воді.
5. nНе взаємодіє з вуглекислим газом і киснем nповітря.
Умови титрування: в сильно кислому середовищі рН << 7
MnO4– + 5e + 8H+ = Mn2+ + 4H2O, E°MnO4-,H+/Mn2+=1,51B
В нейтральному середовищі:
MnO4– + 3e + 2 H2O = MnO2¯ + 4OH–; Е° MnO4-,H2О/MnO2, ОН-=0,60B
В сильнолужному середовищі:
MnO4– + e = MnO42-; Е° MnO4-/MnO42-= 0,56В
3MnO42- + 2Н2О n= MnO2 + 2MnO4– + 4OH–
Титрування nпроводять в сильно кислих розчинах.
1. n[Н+] = 1-2 моль/л (H2SO4). (HNO3, HCl – не використовують)
2. nt°
3. nпосуд скляний (в т.ч. бюретки без гумового шланга).
Індикатор: безіндикаторний nметод (фіксують точку еквівалентності по появі рожевого забарвлення, обумовленного надлишкової кількістю титранту)
Визначувані речовини: відновники: H2O2, Fe (мет.), MgO2, NaNO2, карбонові кислоти, сполуки з гідразогрупами R–NH–NH–R. Окиснювачі Fe3+, CeIV, MnO2, PbO2, NO3–, BrO3–, ClO3–, S2O32-.
5H2O2 n+ 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 n+ 5O2 + 8H2O
5MgO2 + MnO4– + 16H+ = 5Mg2+ + 2Mn2+ +5O2 + 8H2O
5Fe2+ n+ MnO4– + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ n+ 4H2O
5NaNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5NaNO3 + K2SO4 + 3H2O (реверсивне)
зворотнє:
5NaNO2 n+ 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5NaNO3 n+ K2SO4 + 3H2O
надлишок
· n2KMnO4 + 10KI + 8H2SO4 n= 2MnSO4 + 5I2 + 8H2O + 6K2SO4
залишок
I2 n+ 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6
· n2KMnO4 + 10FeSO4 + n8H2SO4 = 5Fe(SO4)3 + 2MnSO4 n+ K2SO4 + 8H2O
залишок
Переваги:
1. nНе потрібно індикатора
2. nможливість використання широкого інтервалу рН
3. nвисоке значення E°MnO4-,H+/Mn2+, Е° MnO4-/MnO42-.
4. nдешевий і доступний реагент
5. nможливість визначення речовин, які не мають nокисно-відновних властивостей.
Недоліки:
1. nВторинний стандартний розчин
2. nНестійкість стандартного розчину.
3. nНеможливо титрувати в присутності Cl– (для сповільнення окиснення nхлорид-іону титрантом використовують суміш Рейнгарда-Ціммермана H2SO4+ MnSO4 + Н3РO4)
4. nЧасто необхідне нагрівання.
5. nСтроге дотримання умов, описаних у методиці, в зв’язку nзалежності від численних факторів.
5. ДИХРОМАТОМЕТРІЯ: ОСНОВА МЕТОДУ, nПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ.
Дихроматометрія – фармакопейний nметод
Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O E° = 1,33B
Титрант: K2Cr2O7 – первинний nстандартний розчин; CrO3 в CH3COOH (льодяна)
Умови титрування: середовище кисле (сульфатнокислому, солянокислому чи фосфатнокислому) n
Індикатор: безіндикаторний nметод (Cr2O72- – оранжевий nколір, Cr3+ – зелений колір)
n
Індикаторний |
||
Внутрішні ox–red індикатори: дифеніламін, N-фенілантранілова кислота, дифеніламіносульфонова кислота |
Хемілюмінесцентний (силоксен) |
Зовнішні ox–red індикатори: лейкометиленовий голубий |
Визначувані речовини: відновники – nпряме титрування: Fe2+, SO32-, I–, AsO33-, аскорбінова nкислота, гліцерин, CH3OH, окисники – зворотнє титрування: NO3–, ClO3–, MnO4– та інші.
Cr2O72- n+ 6[Fe(CN)6]4- + 14H+ n= 2Cr3+ + 6[Fe(CN)6]3- n+ 7H2O.
– nокиснення ванадію (ІV):
H3PO4
Cr2O72- n+ 6VO2+ + 5H2O n= 6VO3– + n2Cr3+ + 10H+.
– nокиснення метанолу:
Cr2O72- n+ CH3OH + 10H+ = 2Cr3+ + CO2 + 6H2O.
– nокиснення гідрохінону:
Cr2O72- n+ C6H4(OH)2 + 12H+ = 2Cr3+ n+ C6H4O2 + 7H2O.
– nокиснення іонів церію (ІІІ):
H3PO4
Cr2O72- n+ 6Ce3+ + 14H+ n= 6Ce4+ + 2Cr3+ n+ 7H2O.
Переваги:
1. nK2Cr2O7 – первинний nстандартний розчин;
2. nСтандартний розчин стійкий;
3. nМожна титрувати в присутності Cl–;
4. nCr2O72- – повільно nреагує з органічними речовинами, присутніх у воді дистильованій;
5. nЄ достатньо сильним окисником і може окиснювати nбагато органічних речовин (тим відрізняється від І2);
6. nНе потребує t°
7. nВикористовується для визначення окисників та відновників;
8. nМожна титрувати 2- і 3- компонентні суміші в присутності nН3РO4 концентрованої.
Недоліки:
1. nМенш сильний окисник, ніж KMnO4;
2. nПовільне протікання реакції;
3. nНеобхідні індикатори;
4. nЧасто зворотнє титрування, бо nмала швидкість реакції.
6. ЙОДОМЕТРІЯ: ПРИНЦИП МЕТОДУ, СТАНДАРТНІ nРОЗЧИНИ, ЇХ ПРИГОТУВАННЯ І СТАНДАРТИЗАЦІЯ, ІНДИКАТОРИ, ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ.
Йодометрія
Метод визначення nокисників непрямим титруванням замісника – І2 стандартним розчином Na2S2O3
Титрант: Na2S2O3 вторинний nстандартний розчин.
2І– + Ох = І2 + Red
Br2 + n2I– = I2 + 2Br–;
2MnO4– n+ 10I– + 16H+ = 5I2 + 2Mn2+ + 8H2O;
ClO3– n+ 6I– + 6H+ = 3I2 + Cl– + 3H2O;
2NO2– n+ 2I– + 4H+ = I2 + 2NO + 2H2O;
H2O2 n+ 2I– + 2H+ = I2 + 2H2O;
2Fe3+ n+ 2I– = I2 + 2Fe2+.
I2 + 2Na2S2O3 n= 2NaI + Na2S4O6
S2O32- + H+ = HSO3– + S¯ в присутності
S2O32- + O2 = 2SO42- + 2S мікроорганізмів
Стандартизація: по КІО3, KBrO3, K2Cr2O7
Cr2O72- n+ 14H+ + 6I– = 3I2 + 2Cr3+ + 7H2O
I2 n+ 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6
Індикатори: 1 % розчин крохмалю (додають в кінці nтитрування, коли забарвлення розчину стає соломяно-жовте, nтитрують до зникнення синього забарвлення)
Визначувані речовини: окисники: H2O2, Na2O2, MgO2, BaO2, Cu(II), K2Cr2O7, KMnO4, Na3AsO4, I2.
Йодиметрія
Метод визначення nвідновників прямим титруванням І2.
Титрант: І2 – вторинний стандартний nрозчин
І2 + nІ– = [І3]–
І3– n+ 2е = 3І– – основна реакція методу
На світлі 4І– n+ О2 + 4Н+ = 2І2 + 2Н2О
Стандартизація: 1) І2 + 2Na2S2O3 n= 2NaI + Na2S4O6
2) по As2O3: As2O3 + n6OH– = 2AsO33- + 3H2O
nAsO33- + 3H+ = 3H3AsO3
nH3AsO3 + I2 + H2O n= H3AsO4 + 2HI
Умови nтитрування:
1. nна холоді титрувати
2. nв присутності речовин треба титрувати, які зв’язуватимуть nпродукти реакції
3. nрН < 8
рН > 9: І2 n+ 2ОН– = І– + ІО– + nН2О
рН < 14: НІ + О2 n= 2І2 + 2Н2О
Індикатори:
1. nбез індикаторний (в т.е. жовте nзабарвлення І2, екстрагують в СНСl3 або CCl4 слабке nрожево-фіолетове забарвлення).
2. nкрохмаль 1% до появи синього забарвлення (3 доби nпридатний)
Визначувані речовини: відновники і nвода (Фішер), As(III) – пряме титрування, Na2SO3 – зворотнє титрування, Hg2Cl2 (Hg2Cl2 +I2 + 6KI = 2K2[HgI4] + 2KCl), анальгін, nантипірин, аскорбінова кислота, гідразини, ізоніазид, кофеїн, метіонін, суму пеніцилінів, nК і Na солі бензилпеніциліну, nНСНО та інші речовини.
Реактив Фішера
SO2 n+ I2 + C6H5N в CH3OH
H2O n+ SO2 + I2 + 3C5H5N = 2C5H5NHI n+ C5H5NSO3
C5H5NSO3 n+ CH3OH = C5H5NHSO4CH3
Переваги:
1. nЗастосовується для широкого кола речовин.
2. nНайбільша точність серед всіх окисно-відновних методів.
3. nМожна титрувати без індикатора.
4. nМожливі неводні розчини йоду, бо добре розчиняється у nорганічних розчинниках.
Недоліки:
1. nЛеткість і вторинних стандартних розчинів.
2. nНеможливо титрувати в дуже кислих і лужних розчинах.
3. nЧасто необхідні спеціальні умови, бо Е° невеликий і реакції є nоборотними.
4. nЧасто зворотнє титрування.
5. nІнколи результати спотворюються через адсорбцію осадами nйоду.
6. nЗміна титру стандартних розчинів.
7. nПорядок доливання не можна порушувати.
Na2S2O3 + Na2CO3 – стандартизують через 1 день
· nS2O32- n+ H2O + CO2 = HCO3– + HSO3– n+ S¯
· n2Na2S2O3 n+ O2 = 2Na2SO4 + 2S¯
· nрозклад тіобактеріями
1% крохмаль стабілізують за HgI2.
7. ХЛОРЙОДИМЕТРІЯ: ОСНОВА nМЕТОДУ, ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ.
Метод визначення nвідновників із застосуванням титранту: ICl, вторинний nстандартний розчин, фармакопейний метод.
Основна реакція методу:
ICl + 2e = I– + Cl– E° = 0,795 B (1)
або 2ICl + n2e = I2 + 2Cl– E° = 1,19 B (2)
ICl + I– = I2 + Cl– E° = 0,795 B (3)
(1) + (3) = (2)
Титрант: ICl (тверда речовина червоного кольору tпл. = 27°С)
5,53г КІ + 3,55г КІО3 n+ 50 мл Н2О + 40 НClконц
2КІ + КІО3 n+ 6НCl = 3ICl + 3КCl + 3Н2О
лимонно-жовтий nколір
Більш ефективний nокисник, ніж І2.
Стандартизація: по Na2S2O3 n
ICl + KI = I2 + KCl
I2 n+ 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6
Способи титрування: пряме; зворотнє і непряме (визначають nфенол, ферум (ІІ), Hg2Cl2, сульфіти, резорцин, саліцилати, nетакридину лактат)
Умови титрування: кисле, нейтральне, слабко лужне nсередовище
В сильно nлужному:
ICl + 2OH– = Cl– + IO– + H2O
I2 + 2OH– = IO– + I– + H2O
Індикатор: 1% крохмаль (ICl + KI = I2 + KCl); nпотенціометричний спосіб.
Визначувані речовини: відновники: nсульфамідні препарати, барбітурати, тіобарбітурати, nновокаїн, риванол, інші органічні речовини. Hg(I), Sn(II), As(III), Sb(III), Fe(II), I–, SO32-, SCN–, аскорбінова nкислота, гідразин, гідрохінон, метіонін.
2Fe2+ + ICl = 2Fe3+ + I– + Cl–
(pH = 0,5 – 1,0, в nприсутності H2Y2- для зв’язування Fe3+: H2Y2- + Fe3+ ® FeY– + 2H+)
2[Fe(CN)6]4- n+ 2ICl = 2[Fe(CN)6]3- n+ I2 + Cl– (в присутності nнатрій гідрокарбонату)
етакридину лактат (зворонє титрування):
ICl + KI = I2 + KCl
залишок
I2 + n2Na2S2O3 = n2NaI + Na2S4O6
8. ЙОДАТОМЕТРІЯ: ОСНОВА МЕТОДУ, ПРАКТИЧНЕ nЗАСТОСУВАННЯ.
Це метод nвизначення різних відновників титруванням розчином КІО3. Метод nфармакопейний.
Рівняння методу: ІО3– + 6е n+ 6Н+ = І– + 3Н2О Е° = 1,08 В,
досить високі nокисні властивості (Сн = 6См)
Йодат-іон здатний в кислому середовищі, в залежності від умов, nвідновлюватись також до йоду:
ІО3– n+ 5е + 6Н+ = ½ І2 + 3Н2О Е° = 1,195 В
Титрант: КІО3 (х.ч.) – первинний стандартний розчин. Або вторинний, тоді nстандартизація по Na2S2O3.
КІО3 n+ 5КІ + 3 H2SO4 = 3І2 n+ 3K2SO4 + 3H2O
I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6
Індикатор: 1% крохмаль
Визначувані речовини: пряме nтитрування – відновники: І–, SO32-, SCN–, S2O32-, C6H8O6, зворотнє титрування – окисники: Sn(II), Sb(III), As(III).
5I– n+ IO3– + 6H+ = 3I2 + 3H2O
2I2 n+ IO3– + 6HCl = 5ICl + Cl– n+ 3H2O
аскорб. кислота: 3C6H8O6 n+ KIO3 = C6H6O6 + KI + 3H2O
KI + KIO3 + 6H+ = 3I2¯+ n3H2O.
9. БРОМАТОМЕТРІЯ: ОСНОВА МЕТОДУ, nПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ.
Броматометрія – nметод визначення відновників шляхом титрування стандартним розчином KBrO3.
Основі методу nлежить реакція:
BrO3– + 6H+ + 6e = Br– + 3H2O, E° = 1,44 B
Cн = 6Cм
Титрант: KBrO3 – первинний стандартний розчин. nСтандартизують йодометрично або по As2O3, або nстандартизацію проводять по Na2S2O3.
KBrO3 n+ 5KI + 6HCl = 3I2 + 6KCl + 3H2O
I2 n+ 2Na2S2O3 = Na2S4O6 n+ 2NaI
Умови титрування:
1. nрН дуже кисле (СHCl > 1 моль/л)
2. nінколи t » 70°С (швидкість реакції невисока)
3. nінколи застосовується каталізатор (наприклад, Hg2+).
Індикатори: метиловий оранжевий, метиловий nчервоний. Холодне титрування!!!
KBrO3 + 5KBr + 6HCl = 3Br2 + 6KCl + 3H2O к.т.т. (бром, який утворився взаємодіє з індикатором і nвідбувається знебарвлення розчину)
Визначувані речовини: Sn(II), As(III), Sb(III), Fe(II), H2O2, NO2–, SCN–, As2O3 (лікарські nзасоби – новарсенол, міасенол, nамінарсон, осарсол), nпероксид водню, нітрити, тіоціанати, гідразини, гідроксиламін та ін..
Переваги:
1. Не лише для nвизначення ox i red, але і для nбагатьох органічних речовин.
2. Первинний nстандартний розчин і тривало стійкий.
3. При введенні Hg2+ утворюється [HgBr4]2-, тому зростає nпотенціал системи BrO3–/Br–.
Недоліки:
1. nІнколи H2O, що утворюється nзаважає визначенню багатьох органічних речовин.
2. nОкиснення деяких органічних речовин супроводжується nнебажаними явищами гідролізу, заміщення, приєднання.
Реакція може nбути нестехіометричною.
Бромометрія
Бромометрія – метод визначення відновників з використанням в якості nреагенту, який взаємодіє з визначуваною речовиною, розчину Br2.
В основі методу nлежить реакція:
Br2 + 2е = 2Br–, Е° = 1,09 nВ
Титрант: Br2 одержують (KBrO3, KBr)
BrO3– + 5Br– + 6Н+ n= 3Br2 + 3H2O
Титрування nпряме, зворотнє, непряме.
Визначувані речовини: органічні nречовини, фармацевтичні препарати: ізоніазид, nрезорцин, стрептоцид, тимол та інші.