Натрий гидроксиді мен натрий карбонатының ерітіндіде бірге болған кездегі мөлшерін анықтау әдістемесі
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3
1 Әдеби шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5
Химия пәнінен оқушылардың халықаралық Менделеев олимпиадасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5
Халықаралық химиялық олимпиада ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...
6
Сапалық анализдегі жалпы реакциялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
7
Жалынды бояу және спектрлерді зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
8
Титриметрлік әдістің орындалу жолына қарай жіктелуі және тәсілдері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
10
Қышқылдық-негіздік титрлеу мәні және оны қолдану ... ... ... ... ... ...
12
Редоксиметрия әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
17
Редоксиметрия әдісінің индикаторлары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .
19
Комплексонометрия ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
23
2 Әдістемелік бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
28
Олимпиадалық сапалық анализ бойынша эксперименттік есептердің шығару әдістемелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
28
2.1.1 Сапалық анализ бойынша есептердің шығару алгоритмдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
28
2.1.2 Сапалық анализ бойынша есептердің шығару мысалдары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
32
2.2 Олимпиадалық сандық анализ бойынша эксперименттік есептердің шығару әдістемелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
43
2.2.1 Натрий гидроксиді мен натрий карбонатының ерітіндіде бірге болған кездегі мөлшерін анықтау әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .
43
2.2.2 Ерітіндідегі фосфор қышқылының массасын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
48
2.2.3 Тотығу - тотықсыздану әдісі бойынша мыс кристаллогидратындағы мыстың мөлшерін анықтау ... ... ... ... ... ... ...
52
2.2.4 Калий бихроматын анықтау әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
54
2.2.5 Никель (ІІ) ионының су ерітіндісіндегі массасын комплексонометрлік титрлеу арқылы анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
60
ҚОРЫТЫНДЫ
64
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
65
КІРІСПЕ
Жұмыстың өзектілігі. Қазіргі уақытта дарынды балалар қатысатын пәндік олимпиадаларға көп көңіл бөлінеді. Сондықтан оқушылардың химия пәні бойынша олимпиадаға дайындығы және нәтижесі оқу процесінің де, мектептің де өзекті міндеті болып табылады. Оқушылардың химия пәні бойынша олимпиадалық есептерді теориялық және эксперименттік айналымдарға бөледі. Олимпиаданың теориялық айналымына ЖОО-ның бағдарламасы бойынша әр түрлі типтегі күрделі, стандартты емес есептер кіреді.
К. Бекішевтің ойынша теориялық айналымға көптеген дарынды балалар, егер олар қажетті әдебиетпен қамтамасыз етілсе, өздігінен дайындала алады. Оқушыда білім байлығы жақсы болса, онда тек шығару алгоритмін білу маңызды.
Оқушыларды олимпиадаға дайындау кезінде К.Бекішевтің факультативтік курсына сүйену ұсынылады [1]. Онда химиялық олимпиадалардың әр түрлі кезеңдерін өткізудің көп жылдық тәжірибесі берілген.
Теориялық есептерді шешуге оқушыларды дайындау үшін мел мен тақта және әдебиеттер де жеткілікті. Ал тәжірибелік есептердің шығару жолдарын үйретіп, орындалу техникасын көрсету үшін құрал - жабдықтар мен қоса сәйкесті реактивтер қажет.
Олимпиаданың эксперименттік айналымы сапалық және сандық талдаудан тұрады. Сапалық талдауға эксперимент арқылы белгісіз заттарды табу жатады. Сандық талдау - титриметрлік әдіс бойынша белгісіз концентрацияны анықтау.
Қазіргі уақытта мектептерде еңбек қауіпсіздігі техникасының нұсқаулығы бойынша реактивтердің тізімі шектелген. Осыған байланысты, әсіресе эксперименттік айналым бойынша оқушылардың дайындығы қиындайды. Сондықтан аудандық, облыстық олимпиадаға қатысатын оқушылар теориялық турдан жоғары балл алып, тәжірибелік турларда өз білім деңгейлерін толық көрсете алмайды. Эксперименттік айналымда оң нәтижелерге жету үшін берілген тақырып бойынша теориялық негіздерді тереңірек қарастыру қажет.
Осыған орай олимпиадалық эксперименттік есептердің шығару алгоритмдері және теориялық негіздері туралы әдістемелерді білу қажеттілігі туындайды. Сондықтан олимпиадалық эксперименттік есептердің сапалық талдауын және сандық талдауын қышқылдық - негіздік, тотығу - тотықсыздану, комплексонометриялық әдістер бойынша нақты есептердің шығару жолдарын ұсыну білім беру үрдісінің өзекті мәселелерінің бірі болып саналады.
Осыған орай жұмыстың мақсаты есептерді шығару жөніндегі әдістемелерді ұсыну болып табылады.
Осы мақсатқа қол жеткізу үшін бірқатар міндеттерді орындау қажет:
- олимпиадалар туралы әдебиеттерді саралау;
әр түрлі деңгейдегі олимпиадалардың маңызына тоқталу;
- сапалық талдаудың теориялық негіздерін зерттеу;
- сапалық есептерді шығару үшін әр түрлі алгоритм түрлерін әзірлеу;
- сандық есептерді шығарудың әдістемелерін ұсыну.
Дипломдық жұмыстың нысаны - химиялық олимпиадалардың есептері.
Дипломдық жұмыстың пәні - олимпиадалық эксперименттік есептердің шығару жолдары.
Дипломдық жұмыстың ғылыми жаңалығы - эксперименттік есептерді шығару әдістемелерінің ұсыныстары болып табылады.
Тәжірибелік маңыздылығы әдістемелік ұсыныстардың мектептерде оқушыларды химия пәні бойынша олимпиадаларға дайындау үшін қолдануға болады.
Дипломдық жұмыстың теориялық және методологиялық негізіне - бейорганикалық , сапалық және сандық анализ пәндері жатады.
Дипломдық жұмыстың базасы - әр түрлі деңгейдегі олимпиадалық эксперименттік есептер.
ӘДЕБИ ШОЛУ
Химия пәнінен оқушылардың халықаралық Менделеев олимпиадасы
Химия пәнінен оқушылардың халықаралық Менделеев олимпиадасы жоғары деңгейдегі пәндік олимпиадалардың жүйесінде бірегей орын алады. Химиктер жалғыз жаратылысшылардың арасында бұрынғы Жалпыодақтық олимпиаданың дәстүрлерін сақтай алды, кейін ол КСРО-ның ыдырауынан кейін де жыл сайын, бірақ енді екі бағыт бойынша: химия пәнінен оқушылардың жалпыресейлік олимпиадасы және халықаралық Менделеев олимпиадасы болып өткізілді.
2004 жылдан бастап Менделеев олимпиадаларда, ТМД және Балтия елдерінің оқушыларынан басқа, Болгария, Македония және Румыния командалары қатыса бастады, ал 2012 жылдан бастап олимпиадаға Венгрия, Түркия және Сауд Арабиясы қосылды [ 1 ].
Оқушылардың Менделеев олимпиадалары қатысушы елдерде бірыңғай білім кеңістігін қолдау және дамытудың қуатты құралы болып табылды. Сонымен қатар, жеңімпаздар және жүлдегерлер үшін - бұл Мәскеу университетінде және басқа жетекші ресейлік оқу орындарында тегін оқу мүмкіндігі. Менделеев олимпиадаларының жүлдегерлері - мектеп бітірушілері ресейлік оқу орындарына қабылдау емтиханысыз бірінші курсқа қабылданады.
Олимпиада әділ қазыларын және оның ұйымдық комитетін әр түрлі жылдарда РҒА академиктері А.Л. Бучаченко, Ю.А. Золотов, П.Д. Саркисов, профессор Ю.А. Устынюк сияқты белгілі ғалымдар басқарды. 1997 жылдан бастап және осы күнге дейін олимпиаданың ұйымдық комитетін М.В. Ломоносов атындағы ММУ химия факультетінің деканы РҒА академигі Валерий Васильевич Лунин басқаруда. 2002 жылдан бастап және осы күнге дейін олимпиаданың әдістемелік комиссиясының және халықаралық әділ қазылардың төрағасы - ММУ химия факультетінің профессоры Валентин Георгиевич Ненайденко. Олимпиаданың ұйымдық комитетінің және әдістемелік комиссиясының құрамына жетекші оқу орындарының профессорлары және оқытушылары, сонымен қатар қатысушы елдердің жалпы білім беру мектептерінің химия пәнінің мұғалімдері кіреді. Олимпиаданың әдістемелік комиссиясының құрамында студенттер және аспиранттар - Менделеев олимпиадаларының кешегі жеңімпаздары жұмыс істейді; бұл дәстүрлерді сақтауға көмектеседі және бірнеше жыл алға бірізділік қамтамасыз етілді [2].
Халықаралық химиялық олимпиада
Халықаралық химиялық олимпиада (ХХО, ағылш. IСhO, International Chemistry Olympiad) -- оқушыларға арналған химия пәнінен жыл сайынғы жарыс. Олимпиаданың негізгі міндеті - барлық әлемде оқушылардың химиялық ғылымдарға деген қызығушылықты арттыру болып табылады.
Әрбір елді кемінде төрт адамнан және екі тәлімгер: жетекші және ғылыми жетекшіден тұратын команда таныстырады. Қатысушылардың жасы жиырмадан аспауы тиіс және олар оқу орнында оқымауы тиіс.
Халықаралық химиялық олимпиада (ХХО) орта мектеп оқушылары үшін жыл сайынғы олимпиада болып табылады.
Бірінші ХХО Прагада (Чехословакия) 1968 жылы өтті. Содан бастап іс-шара 1971 жылдан басқа, жыл сайын өткізіледі. Алғашқы жарыстарға қатысқан делегация ретінде, негізінде бұрыңғы Шығыс блок елдері болды.
Конкурстың құрылымы және ережелері
ХХО-ға қатысуға ниет білдірген елдер олимпиадаға дейінгі екі кезекті айналымдарға бақылаушыларды жіберуі тиіс, сонда олардың студенттері осы іс-шараға қатыса алады.
Конкурс екі емтиханнан тұрады: теориялық емтихан және тәжірибелік емтихан. Екеуі де 5 сағатқа дейін созылады және әр түрлі күндерде өтеді. Теориялық емтиханда 60 балл, ал тәжірибелік емтиханда - 40 балл жинауға болады. Әрбір емтихан бір-біріне байланыссыз бағаланады, ал емтихандардың нәтижелері теориялық пен тәжірибелік (эксперименттік) турдың қосындысы қатысушының жалпы нәтижесін анықтайды. Әрбір қатысушы елдің 2 тәлімгерінен тұратын халықаралық әділ қазылар есептің бәсекелестігін талқылайды және оқушыларға ыңғайлы тілге аударады.
Химиядан халықаралық олимпиаданы өткізу идеясы 1968 жылы бұрыңғы Чехословакияда туындады. Ол халықаралық байланыстар санын арттыру және елдер арасында ақпарат алмасу мақсатымен әзірленді. Шақырулар Румыниядан басқа, барлық социалистік елдердің комитеттеріне жіберілді. Бірақ 1968 жылы мамыр айында Чехословакияда өткен Кеңесте бірінші халықаралық конкурсқа тек Польша мен Венгрия қатысты.
Химиядан бірінші халықаралық олимпиада Прагада 1968 жылғы 18-21 маусым аралығында өтті. Үш қатысушы ел алты оқушыдан тұратын команданы жіберді. Төрт теориялық есептер ұсынылды. Осы уақытқа дейін келесі конкурстың жалпы курсы ұсынылды. Химиядан екінші олимпиада 1969 жылы Польшада өтті, сонымен қатар Болгария да қатысты. Әрбір команда бес оқушыдан тұрды, және эксперименттік айналым қосылды. Кейін қатысушылардың санын төрт адамға дейін шектеуге және одан да көп командаларды шақыруға шешім қабылданды. Үшінші олимпиада 1970 жылы Венгрияда ұйымдастырылды, жаңа қатысушылар: ГДР, Румыния және Кеңес Одағы. Осы конкурста үштен артық жүлде қарастырылды.
1971 жылы олимпиада өткізілмеді, себебі 1970 жылы конкурсты өткізетін ұйымдастырушылар мен өткізетін ел келісе алмады. Бұл шешім үш жылдан кейін шешілді. Кеңес Одағы олимпиаданы 1972 жылы, Болгарияда - 1973 және Румынияда - 1974 жылы қабылдады. 1972 жылы алғашқы рет дайындық есептер пайда болды. Бұдан басқа отырыста әділ қазыларға Вьетнамға, Монғолияға және Кубаға шақыруларды жіберуге ұсынылды.
Бірақ шақырулар жіберілмеді, сондықтан қатысушы елдер саны не бары жеті болды.
1974 жылы Румыния, Швецияның және Югославияның қатысуын ұсынды, Германия және Австрия бақылаушыларды жіберді.
Германия Федеративтік Республикасы - бақылаушыны жіберген НАТО-ның бірінші елі болды, себебі Брандт үкіметінде Шығыста келісімшарттары болды. Осылайша, 1975 жылы Батыс Германия, Австрия және Бельгия да химиядан халықаралық олимпиадаға қатысты.
Социалистік емес елде бірінші олимпиада 1980 жылы Линцте (Австрия) өтті, бірақ оған Кеңес Одағы қатыспады. Содан бастап қатысушы елдердің саны өсті. 1980 жылы 13 ел қатысты, бірақ Франкфурттегі олимпиадада (1984) олардың саны 21 болды. Кеңес Одағы ыдырағаннан кейін бұл сан одан да көбейді. Бұдан басқа, Азия елдерінің және латынамерикалық елдердің қызығушылығы арта бастады. 1998 жылы 47 ел қатысты. Осы уақытта химиядан халықаралық олимпиадаға 68 команда қатысуда [3].
1.3 Сапалық анализдегі жалпы реакциялар
Анализделетін қоспаның табиғатына байланысты, оны талдау үшін сыни бағаның негізінде әр түрлі жалпы реакцияларды қолдануға болады, олардың негізінде анализдің нәтижелері туралы маңызды қорытындылар жасауға болады. Топтық, талғағыштық (селективтік) және айрықша реакциялар бар [4].
Топтық реакциялар. Топтық реакциялар бір топтың иондарымен бірдей әрекеттеседі. Топтық реактивтерді қолдану және олардың әрекеті нәтижелерінің дұрыс бағасы талдаудың барысына үлкен әсер етеді. Бұл кезде иондардың белгілі тобының бар - жоғы туралы қорытынды жасау үшін шамалы реактивтер санын қолдануға болады. Ерітіндіден белгілі топ иондарының бөлінуінен кейін топтық реактивті қосу кезінде байқалатын оң әсер, ерітіндінің құрамында берілген топтың иондары бар екенін көрсетеді. Топтық реактивтер, мысалы, HCl, H2SO4, H2S, AgNO3, BaCl2 т.с.с. [5].
Талғағыштық (селективтік) реакциялар - шектелген иондар санымен ұқсас аналитикалық әсерді беретін реакциялар. Егер осы иондар әр түрлі аналитикалық топтарда болса, талғамдылық реакцияны иондарды нақты бөлумен анықтау реакциясы ретінде қарастыруға болады. Реакциялардың жүру шарттарын дәл қадағалау қажет, себебі реакцияның талғамдылығы рН - қа, реагенттердің температурасына және концентрациясына байланысты болады [5].
Айрықша реакциялар. Егер белгілі жағдайларда реактивтің әрекеті кезінде тек қана бір элемент немесе ион анықталса, реакция айрықша болып табылады. Айрықша реакциялар жеңіл орындалуы және көрнекті болуы тиіс.
Егер реакция сенімсіз болса, онда оны қолданудың қажеті жоқ. Қазірге дейін біршама мінсіз айырықша реакциялар ұсынылады. Органикалық реагенттерді қолданудың арқасында осындай реакциялардың саны үнемі өсуде. Никельді табу үшін әдеттегі айрықша реакциялар никельдің (ІІ) ионымен қызыл күрең - қызыл тұнбаны түзейтін диметилглиоксим болып табылады [5].
Топтық немесе талғағыштық реагенттерді иондарды алдын ала бөлу шартымен айырықша реакция ретінде қолдануға болады. Мысалы, кадмийді күкіртті сутекпен өзара әрекеттесу кезінде кадмий сульфиді түрінде табуға болады [4].
1.4 Жалынды бояу және спектрлерді зерттеу
Жоғары температуралардың әрекеті кезінде атомдағы электрондар қоздырылады және тым жоғары энергетикалық деңгейге ауысады. Электрондардың бұрынғы энергетикалық деңгейге ауысу кезінде белгілі толқын ұзындығы жарық шығарады. Әрбір элемент үшін сипаттамалық толқын ұзындығы бар. Газ жалынының салыстырмалы төмен температурасының әсерінен аз ғана элементтер жарық шығарады. Оларға сілтілі, сілтілі - жер, сонымен қатар кейбір ауыр элементтер жатады. Қозу температурасы аниондарға да байланысты болады. Сілтілі - жер металдардың сульфаттары жалында жарық шығармайды. Жалынның боялуына қатысты сынамалар үшін хлоридтерді қолдану жөн. Бірнеше элементтер болған жағдайларда қарапайым спектроскопты қолдану жөн [1].
Спектроскопты қолдану алдында көзбен шолу керек және таза затты енгізген кезде жалынның бояуын есте сақтау қажет. Жалынды аналитикалық маңызды элементтермен бояу жөніндегі жалпы деректер, сондай - ақ олардың жарықтану толқындарының сипаттамалық ұзындықтары 1 - кестеде келтірілді. Натрий желілері барлық элементтердің спектрлерінде көрінетіндіктен, олар кесте жолына қосымша енгізілген.
Тәжірибеде жалынның боялуына сынамаларды өткізу үшін жақсы жұмыс істейтін таза жанарғыны қолдану керек. Заттың шамалы мөлшерін кішкентай сағаттық шыныға немесе тамшы пластинкаға, ал басқа сағаттық немесе көршілес шыныға тамшылық пластинкаға - 12М HCl орналастырады. Жанарғының түссіз жалынында магнезиялық таяқшамен немесе шыны таяқшаға дәнекерленген платиналық сыммен қояды. Егер натриймен жалынның боялуы жойылмаса, магнезиялық таяқшаны немесе платиналық сымды 12М HCl ерітіндісінде жуады, жалынның элементке тән бояуы жойылғанша қайталап тексереді [7].
1-кесте. Жалынды бояу және толқындардың сипаттамалық ұзындықтары.
Эле-мент
Жалын түсі
Тән желінің ұзынд.,
нм
Толқын ұзындығы (нм) және желінің спектрде орналасуы
700 600 500
Ескертпе
Li
Шымқай қызыл-қызыл
671
(Na)
Бояу бірден пайда болады
Na
Сары
589
(Na)
Өте қарқынды бояу
K
Ақшыл күлгін
768, 404
(Na)
404 нм кезінде желі әдетте көрінбейді
Rb
Қызыл-күлгін
780,421
(Na)
Бояу бойынша калийден айыруға қиын
Cs
Қызыл-күлгін
456,459
(Na)
Бояу бойынша калийден айыруға қиын
Ca
Кірпіш түсті қызыл
632,553
(Na)
Sr
Шымқай қызыл-қызыл
606,663,
675
(Na)
Ba
Ақ жасыл
524,514
(Na)
Жасыл жолдардың пайда болуы
Tl
Жасыл
535
(Na)
Өте тән бояу
In
Көк-күлгін
451
(Na)
Заттарды сенімді түрде сәйкестендіру үшін қол спектроскоп қолдану қажет. Жақсы нәтижелер тек қана толқын ұзындықтарының шкаласымен және салыстыру призмасымен жабдықталған қол спектроскоп жұмыс жасағанда шығады.
Спектрлік талдауды және жалынның боялуына қатысты сынамаларды толығымен қараңғы жайларда өткізу жөн. Егер мұны аналитикалық зертханада жүзеге асыру мүмкін болмаса, құралды тікелей күн көздерінен бөгеу қажет [1].
1.5 Титриметрлік әдістің орындалу жолына қарай жіктелуі және тәсілдері
Титриметрлік әдіс орындалу жолына қарай пипеткалау және жеке өлшем әдісі болып жіктеледі:
Пипеткалау әдісінде анализделетін заттың өлшемін өлшеу колбасында ерітіп, сумен өлшеу сақинасына дейін жеткізіп, титрлеуге осы ерітіндіден аликвот деп аталатын мөлшерді пипеткамен алып, конустық колбаға құйып титрлейді.
Әдістің жетістігі - эквиваленттік нүктені дәл анықтауға болады, кемшілігі көлем үш рет өлшенетін болғандықтан қателігі болуы мүмкін.
Жеке өлшем әдісі анализделетін затты кез - келген көлемде ерітіп, осы ерітіндіні толық титрлейді. Пипеткалау әдісімен салыстырғанда нәтижесі дәлірек болады. Бұл әдістердің есептеу жолдары әртүрлі.
Титрлеудің негізгі тәсілдері, тура титрлеу
Сілтіні қышқылмен титрлеу тура титрлеуге жатады. Тура титрлеуде анықталатын зат титрантпен тікелей әрекетттеседі.Бір ғана жұмыс ерітіндісі - титрант қолданылады.
Жанама титрлеу, кері титрлеу, реверсивті титрлеу
Жанама титрлеу. Бұл әдісте анықталатын (А) затына арнайы қосымша реагент (В1) қосылады, реакция нәтижесінде (А) затына эквивалентті шыққан (А1) негізгі жұмыс ерітіндісімен (В ) титрленеді [8].
Мысалы:
К2Cr2O7+6KI+7H2SO4=3I2+4K2SO4+Cr2(S O4)3+7H2O
A В1 А1
Реакция нәтижесінде анықталатын К2Cr2O7 ерітіндісіне эквивалентті I2 ерітіндісі бөлінеді.
Иод ерітіндісі стандартты тиосульфат ерітіндісімен титрленеді.
I2+2Na2S2O3=Na2S4O6 +2NaI
В
I2-орынбасушы
Na2S2O3 - негізгі стандартты ерітінді - титрант. Калий дихроматының массасы:
CH (Na2S2O3) * V(Na2S2O3) * Mэ(К2Cr2O7) * Vөлшеу колбасы
m (К2Cr2O7 ) =
1000 * Vаликвот
Жанама титрлеу эквивалент нүктені дәл анықтау, анықталатын зат пен титранттың арасындағы реакция нәтижесінде мүмкін болмаған жағдайда қолданылады.
Кері титрлеу. Кері титрлеу тәсілінде екі жұмыс ерітіндісі қолданылады: негізгі және қосымша.
Мысалы: хлорид - ионын анықтағанда, алдымен күміс нитратының (негізгі жұмыс ерітіндісі - титрант) артық белгілі мөлшері құйылады:
Ag+ + Cl- = AgCl
Реакцияға түспеген күміс нитратының AgNO3 артық мөлшері аммоний тиоцианатымен ( қосымша жұмыс ерітіндісі) титрленеді:
Ag+ + SCN- =AgSCN
Индикатор Fe3+ аммоний тиоцианатымен ерітінді түсі қызғылданғанша титрленеді.
Fe3+ + 3 SCN- -- Fe(SCN)3 ;
Хлорид ионының массасын AgNO3 ерітіндісінің жалпы көлемі белгілі және хлорид ионымен реакцияға түспеген артық көлемі белгілі болғандықтан, жеңіл есептеуге болады:
mCl= C(AgNO3)*V(AgNO3)- C(NH4SCN)* V(NH4SCN)1000 * Mэ(Сl-) * Vөлш.к
Кері титрлеудің жалпы формуласы:
m(A)= (CH1V1- CH2V2)* Mэ(A) Vөлш.к.1000* Vаликвот
Мұндағы CH1V1 - артық мөлшерде қосылатын негізгі титрант,
CH2V2 - қосымша титрант.
Реверсивті титрлеу. Реверсивті титрлеуде титрант - стандартты ерітінді анықталатын заттың ерітіндісімен титрленеді. Мысалы анықталатын зат HNO2., титрант KMnO4 қышқыл ортада. Колбаға KMnO4 құйылады, бюреткада HNO2 болады, себебі HNO2 ерітіндісінің ауадағы оттекпен тотығып, есептеу нәтижесіне қателік тудыратын, ішінара HNO3 түзілмеуі үшін беткі қабаты кішкене (диаметрі аз) бюреткаға құйылады.
1.6 Қышқылдық-негіздік титрлеу мәні және оны қолдану
Қышқылдық - негіздік титрлеу әдісінің негізі, ацидиметрия, алкалиметрия.
Қышқылдық - негіздік титрлеу қышқылдар мен негіздердің арасындағы реакцияға негізделген:
Н3О+ + ОН- -- 2Н2О
Пайдаланылатын титрантқа байланысты бұл әдіс ацидиметрия және алкалиметрия болып бөлінеді.
Ацидиметрия (латынның асіdum - кислота сөзінен шыққан) - жұмыс ерітіндісі қышқылдар (HCl, H2SO4) болып келетін нейтралдау әдісі. Анықталатын заттар - күшті, әлсіз негіздер, негіздік тұздар, негіздік қасиет көрсететін әлсіз қышқылдардың тұздары т.б.
Алкалиметрия (латынның alcoli - щелочь сөзінен шыққан) - жұмыс ерітіндісі негіздер (NaOH, KOH) болып келетін әдіс. Алкалиметрлік титрлеу мен күшті және әлсіз қышқылдарды, қышқыл тұздарды, қышқылдық қасиет көрсететін әлсіз негіздердің тұздарын т.б. анықтайды.
Нейтралдау реакциясында сыртқы көзге көрінетін аналитикалық сигнал, мысалы ерітінді түсінің өзгеруі байқалмайды. Сондықтан эквиваленттік нүктені анықтауға қышқылдық-негіздік индикаторлар, физика-химиялық титрлеу әдістерінде потенциометрия, кондуктометрия т.б. қолданылады.
Қышқылдық - негіздік индикаторлар
Қышқылдық - негіздік индикаторлар ерітінді рН - ына байланысты түсін өзгертіп отырады.
Мысалы, лакмус қышқылдық ортада - қызыл, ал негіздік ортада - көк, метилді қызғылт - сары қышқыл ортада - қызыл, ал негіздік ортада - сары түс көрсетеді. Қышқылдық - негіздік индикаторлар - суда протолиттік қасиет көрсететін әлсіз органикалық қышқылдар мен негіздер. Қышқылдық индикаторлар ішін ара диссоциацияланады:
HJnd = H+ + Jnd-,
мұндағы HJnd - индикатордың диссоциацияланбаған молекуласы, Jnd- - индикатордың анионы.
Индикатор түсін ауыстыру аралығы, индикаторлар теориясы
Остьвальдтың 1894 ж шығарған иондық теориясы бойынша индикатордың диссоциацияланбаған молекуласы HJnd және Jnd- анионы әр түрлі түс көрсетеді. Индикатор түсінің өзгеруін бұл теория диссоциация тепе - теңдігінің ауысуымен түсіндіреді. Ерітіндіде сутек ионының концентрациясы көбейсе, тепе-теңдік солға қарай ауысады, индикатор түсі HJnd молекулалық форманы көрсетеді - қышқылдық, қышқылдық азайса индикатор аниондық Jnd- түрге өзгереді [9].
Егер индикатор формаларының біреуі ( HJnd немесе Jnd-) түссіз болса, оларды бір түсті деп атайды, мысалы фенолфталейн, ерітінді рН-ы өзгергенде не түс береді, не түссізденеді. Екі түрі де түсті индикаторлар, метилді қызғылт - сары, метилді қызыл т.б. екі түсті деп аталады.
Индикаторлардың тепе-теңдігі массалар әсерінің заңына бағынады және индикаторлардың диссоциациялану константасымен сипатталады:
HJnd -- H+ + Jnd-
K0HInd = aH+ * aInd- aHInd = H+* Ind-HInd* νH+ * νInd-νHInd (1)
мұндағы ν - активтілік коэффиценті.
Практикада көбірек қолданылатын метилді қызғылт сарының (метиловый оранжевый) қышқыл түрі HJnd - қызыл, негіздік түрі Jnd- - сары.
Концентрациялық константасы:
KHInd = H+ * Ind-HInd (2)
Теңдеуді түрлендірсе:
KHIndH - = Ind-HInd (3)
(3) қатынас сутек ионының концентрациясы өскен сайын Ind-HInd бөлшегінің мәні кішірейіп, нәтижесінде [Jnd-] сары түс азаяды, керісінше қышқылдық азайса (сутек ионының концентрациясы) Ind-HInd қатынасының мәні көбейіп, сары түс көбейеді.
Теңдеуді логарифмдесе (3) теңдеу төменгі түрге келеді.
H+ = KHInd* HIndInd- ;
- lgH+= -lgKInd- lgHIndInd-
pH = pKHInd- lgHIndInd- ; (4)
мұндағы рКHJnd - индикатордың көрсеткіші.
Сыртқы көзге бір түсті ерітіндідегі екінші түсті байқау үшін оның құрамы 10% пайыздан төмен болмау керек, яғни HIndInd- қатынасы - ден қатынасындай. HIndInd- = 10 болса ерітінді көзге қызыл болып қабылданады, ал HIndInd- = 0,1 - сары. 10 = HIndInd- = 0,1 арасында ерітінді қызғылт сары түс көрсетеді.
Индикатордың өзінің түсін өзгертетін рН интервалы индикатордың түсін ауыстыру аралығы деп аталады.
Бұл аралықты анықтау үшін (4) теңдеуге және мәндері қойылады:
рН = рКHJnd - lg HIndInd-= рКHJnd - lg = рКHJnd - 1;
рН = рКHJnd - lg = рКHJnd + 1, осыдан
∆ рН = рКHJnd 1; (5)
Формула (5) индикатор түсінің ауыстыру аралығы рН-тың шамамен екі бірлігіне тең. Ауыстыру облысын табу үшін индикатор көрсеткішін білу қажет. Мысалы, метилді қызғылт сарының рКHJnd = 3,46; ∆рН = рКHJnd 1 = 3,46 1; метилді қызғылт сары индикаторының түсін ауыстыру аралығы 3,46 - 1 = 2,46, 3,46 + 1 = 4,46; ∆рН = 2,46 - 4,46. Бұл шамамен алынған облыс, эксперимент жүзінде ∆рН = 3,1 - 4,4. Көпнегізді қышқылдық индикаторлардың түсін ауыстыру аралығы бірнеше болады. Мысалы, тимол көгі рК1[HJnd] = 1,65 және рК2(HJnd) = 9,20, қышқыл ортада ∆рН 1,2 - 2,8; ал негіздік ортада ∆рН 8,0 - 9,6.
Негіздік индикаторлардың жалпы формуласы
Jnd OH + H+ -- Jnd+ + H2O; (6)
мұндағы JndOH - молекулалық форма; Jnd+ - индикатордың катионы.
Кейбір индикаторлар амфотерлік: қышқылдық та, негіздік те қасиет көрсетеді.
Индикаторлар көпшілік жағдайда индикаторлардың түсін ауыстыру аралығымен емес титрлеу көрсеткішімен сипатталады. Берілген индикаторлармен титрлеу үрдісі аяқталатын рН шамасы титрлеу көрсеткіші (показатель титрования) деп аталады да рТ әріпімен белгіленеді.
Титрлеу көрсеткіші логарифмдік түрде:
рТ = -lg[x],
мұндағы [x] - индикатор түсін күрт өзгертетін ионның концентрациясы.
Қышқылдық - негіздік индикаторлардың тепе - теңдік үрдісінде молекуланың диссоциациялануымен қатар, құрылымы бойынша бір - бірінен өзгеше ішкі молекулалық топтағы атомдардың ауысуы жүреді.
Ерітінді түсінің өзгеруі индикатор молекуласындағы атомдардың қайта топтасып, құрылымының бір түрден екінші түрге ауысуымен сипатталады. Осыған орай индикаторлардың иондық теориясы хромофорлық теориямен толықтырылады.
Хромофорлық теория бойынша ерітінді ортасының рН-ы өзгеруіне байланысты қышқылдық-негіздік индикатор молекуласының құрылымы өзгереді. Бұл құбылыс бензоидтық-хиноидтық таутомериямен түсіндіріледі.
Иондық - хромофорлық теория бойынша қышқылдық - негіздік индикаторлардың құрамында түс бергіш бөлшектер - хромофорлар бар, яғни қосарланған қос байланысы бар атомдардың ерекше тобы.
Мысалы:
-- N = O нитротоп
−N = N − азотоп
С = O карбонил тобы
4.
бензолдық топ хиноидтық топ
Индикатор түсін күшейтетін - ауксохромдар
гидроксил тобы ОН-
амино топ - NH2
эфир тобы - О - СН3
радикал тобы - С2Н5
Мысалы, n - нитрофенол индикаторы
түссіз (А) сары (В) сары (С)
Ерітінді ортасының қышқылдық немесе негіздік болуына байланысты n- нитрофенолдың таутомериясы өзгеруімен қатар диссоциациялану процесі де жүреді. Паранитрофенолдың көп мөлшері анион (С) түрінде болған жағдайға қышқыл қосса, тепе - теңдік молекула (В) түріне ауысады, ерітіндідегі (В) таутомерінің концентрациясының әрі қарай көбеюі I тепе - теңдікке әкеледі де нәтижесінде индикатор (А) түріне айналып түссізденеді. Керісінше, паранитрофенолдың түссіз ерітіндісіне сілті қосса, түзілген Н+ ионымен байланысып І тепе-теңдік оңға қарай, одан әрі ІІ тепе-теңдік (С) түріне ауысады да, нәтижесінде ерітіндідегі молекуланың (А) формасы жойылып, (С) анион түрінің көбеюінен ерітінді сары түске ауысады [13].
Сонымен, паранитрофенол индикаторының мысалы арқылы индикаторлар теориясының иондық-хромофорлық теорияға біріккенін көруге болады.
Қарастырылған теориядан басқа координациялық-иондық, хинофеноляттық т.б. теориялар бар.
Индикатор формулаларының құрылымы толығынан органикалық химия курсында қарастырылады.
Қышқылдық-негіздік титрлеудегі жиі кездсетін индикаторлар
Аналитикалық практикада қышқылдық - негіздік титрлеу әдісінде көп қолданылатын индикаторлардың бірі - фенолфталеин. Фенолфталеин қышқылдық индикаторға жатады. Фенолфталеин молекуласының құрамына кіретін үш бензолдық ядроның біреуі хиноидтық қайта топтасуға ұшырап, ерітіндіде тепе - теңдік орнайды.
Ерітіндіге ОН- ионы қосылғанда тепе-теңдік оңға ауысып, индикатор түсі қызылға ауысады.
Фенолфталеин 50 % пайыздық спиртте 0,1 % пайыздық ерітінді түрінде қолданылады [10].
Метилоранж - негіздік индикаторларға жатады, дәлірек айтқанда амфотерлік қасиет көрсетеді, себебі молекула құрамында қышқылдық қасиет көрсететін SO3H және негіздік қасиет көрсететін N(CH3)2 тобы бар.
Диссоциацияланғанда оң және теріс зарядты ионды беретін амфотерлі иондар (амфиондар) түзіледі:
Бұл иондар ерітінді қышқылданғанда қызғылт түс, ал сілті қосқанда ОН- ионы амфотерлі ионмен әрекеттесіп, индикатордың құрылымы өзгеріп сары түс береді:
Метилоранж индикаторының 0,1 % пайыздық су ерітіндісі түрінде қолданылады.
1.7 Редоксиметрия әдістері
Редоксиметрия әдісі тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген. Тотығу-тотықсыздану потенциалы Нернст теңдеуімен анықталады:
E= Eo + RTnF ln OxRed
Мұндағы Е0 - берілген жұптың стандарттық тотығу потенциалы, R - газ тұрақтысы (8,313 джмоль град), Т - абсолюттік температура, F - фарадей саны (96500 Клмоль экв), n - электрондар саны.
Егер натурал логарифмнен ондық логарифмге ауыстырса, Нернст теңдеуі (200С температурасында) келесідей өрнектеледі:
E= E0+ 0,058n lgOxRed
250 С температурасында
E= E0+ 0,059n lgOxRed
Тотығу - тотықсыздану реакциясының керекті бағытта ауысуын қанағаттандыру үшін, тотығу-тотықсыздану процесінде, тепе - теңдік жағдай болу мүмкіндігін ескеру қажет.
Редокс жұбының стандарттық потенциалы бойынша тепе-теңдік константасы
lgК = [E01 - E011]n 0,058
мұндағы К - тепе-теңдік константасы, E01 және E011 - стандарттық редокс-потенциал, n - ауысатын электрондар саны.
Жұптың стандартты редокс - потенциалының айырмасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым тепе-теңдік константасы үлкен болады.
Тотықтырғыштардың, тотықсыздандырғыштардың концентрациясын өзгерту арқылы реакция бағытын ауыстыруға болады.
Нақты реакция теңдеуіне тепе-теңдік константасының есептелуі:
2КМnO4 + 10FeSO4 + 8Н2SO4 -- 5Fе2(SO4)3 + 2МnSO4 + К2SO4 + 8Н2О
5Fе2+ + МnO4- + 8Н+ -- 5Fе3+ + Мn2+ + 4 Н2О
Кестеден:
E01= МnO4- + 8Н+ Мn2+ + 4 Н2О=1,51 В
E011 = Fе3+ Fе2+ = 0,77 В
Негізгі формулаға қойып, тепе-теңдік константасын есептеуге болады:
lgK = [E01 - E011]n 0,058 = = 63,8
К = [Мn2+] [ Ғе3+] [МnO4-] [ Ғе2+] [Н+]8 = 10,63,8
Тепе-теңдік константасының үлкен мәні реакцияның толық солдан оңға қарай жүретінін көрсетеді. Редокс-реакцияның константасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым реакция аяғына дейін толық жүреді және екі жұптың стандартты редокс потенциалының айырмасы үлкен болады.
1.8 Редоксиметрия әдісінің индикаторлары
Редоксиметрия әдісімен титрлеу индикатормен де индикаторсыз да жүреді. Индикаторсыз - перманганатометрия әдісі титрленеді. Иодометрия әдісінде крахмал бос иод қатысуында адсорбциялық көк түсті қосылыс түзеді. Редокс - потенциалдың өзгеруінен түсін өзгертетін индикаторлар, редокс-индикаторлар деп аталады. Редокс - индикаторларға дифениламин NH(C6H5)2 жатады. Түссіз ерітінділерге тотықтырғыштармен әсер еткенде ол күлгін-көк түске өзгереді. Дифениламин көп тотықтырғыштармен тотығады. Тотыққан және тотықсызданған түрлері әр түрлі түс береді.
Редокс - индикаторларға қойылатын талаптар:
1. Тотыққан және тотықсызданған форманың түстері әртүрлі болуы керек.
2. Ерітінді түсінің өзгеруі индикатордың өте аз мөлшерінде байқалуы тиіс.
3. Эквиваленттік нүктеде индикатор тотықтырғыштың немесе тотықсыздандырғыштың аз мөлшерімен әрекеттескені дұрыс.
4. Әсер ету интервалының өте аз болғаны тиімді.
5. Индикатор қоршаған ортаға тұрақты, ауадан оттек, CO2 сіңірмеуі керек. Индикаторлардың тепе-теңдік жағдайына Нернст теңдеуі қолданылады.
Редокс-индикатордың ауысу облысын анықтау үшін потенциалдық мәні есептеледі.
, - түсі
, - түсі
Бұл теңдеулер концентрация бастапқы концентрациядан 10 есе аз немесе көп болған жағдайды көрсетеді. Редокс-индикаторының потенциалының ауысу облысы:
Дифениламиннің стандарттық потенциалы
Е0=0,76 n=2
Дифениламин индикаторы Е0,73В түссіз, Е0,79В күлгін-көк түсті береді.
Дифениламин индикаторы түсінің өзгеру интервалы 0,73 - 0,79В
Редокс әдісінде қайтымсыз индикаторлар ( метил қызғылт - сары, метил қызыл және т.б) қолданылады, олар тотықтырғыштың артық мөлшерінде өздерінің түсін өзгертеді [15].
Перманганатометрия әдісі перманганат ионының MnO4- қышқыл немесе нейтрал ортадағы тотықтырғыштық қасиетіне негізделген. Қышқыл ортада марганецтің қызғылт - күлгін түсі түссізденеді.
Тотықсыздану нәтижесінде Mn2+ түзіледі.
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4 - 5Fe2(SO4)3+2MnSO4+ K2SO4 + 8H2O
5Fe2+ +MnO4- +8H+ = Mn2+ + 4H2O
MnO4-+ 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O
MnO4[-] 5 электрон қосып алады. M(KMnO4) =158,03,
Мэкв(KMnO4)= 158,03 5= 31,6 гмоль
Марганец (VІІ) сілтілік немесе нейтрал ортада марганец (IV) түзеді.
2KМnO4 + Cr2(SO4)3+8KOH = 2MnO2+3K2SO4+4H2O
MnO4- +4H++3e = MnO2 + 2H2O
MnO4- +3H2O + 3e = MnO(OH)2 + 4OH-
MnO4[-] 3 электрон қабылдайды, сондықтан моль эквиваленті:
Мэкв (KMnO4)= 158,03 3 = 52,67 гмоль
Mn2+ және марганец тотығы (ІV) MnO2 бір-біріне ауыса алады:
MnO2 + 4H+ + 2e = Mn2+ + 2H2O
Сутек ионының концентрациясының өсуі, тепе-теңдікті Mn2+ ионы түзілу жағына қарай ауыстырады. Н+ ионының концентрациясы аз болса, тепе - теңдік марганец тотығына (ІV) MnO2 қарай ауысады, бұл сілтілік немесе нейтрал ортада MnO2 түзілетіндігінің айғағы.
Калий перманганатының тотықтыру үрдісі көбінесе қышқыл ортада жүреді.
Екінші жағынан сілтілік немесе нейтрал ортада қоңыр түсті MnO2 түзілуі эквиваленттік нүктені дәл анықтауға кедергі жасайды. Сонымен қатар калий перманганатының қышқыл ортадағы тотықтырғыш қасиеті сілтілік ортамен салыстырғанда әлде қайда жоғары.
Иодометрия әдісінің негізі, иодометрия әдісіне қолданылатын жұмыс ерітінділері. Анықталатын заттың мөлшерін бөлінген немесе сіңірілген иодтың мөлшері бойынша анықтайтын титриметрлік анализдің түрі - иодометрия әдісі деп аталады.
J2 + 2e = 2J-
J2 - тотықтырғыш Е (J2\2J-) = +0,54 В. Бос иодпен тотығу - тотықсыздану потенциалдарының +0,54 вольттан кішілері тотығады. Тотықсыздандырғыштар иодтың жұмыс ерітіндісімен тікелей титрлеу арқылы анықталады.
Потенциалы +0,54 вольттан үлкен тотықтырғыштар иодид-ионымен тотықсызданады.
Иодид - ионының тотығу нәтижесінде түзілген иод натрий тиосульфатымен титрленеді.
2NaS2O3 + J2= 2NaJ+ Na2S4O6
Бұл реакция иодометрия әдісіндегі ең маңыздысы.
Na2S4O6 - натрий тетратионаты деп аталады, иондық реакция.
2S2O32- + J2 - = 2J-+ S4O62-
Екі тиосульфат - ионының 2S2O32- жалпы түрде 4 артық электроны бар, екі электронын беріп, бір тетратионат - ионына S4O62- айналады.
2S2O32--2e = S4O62-
J2+ 2e = 2J-
Натрий тиосульфатының моль-эквиваленті иодпен әрекеттескенде молярлық массасына тең: M(Na2S2O3*5H2O) = 248,19 г\моль, себебі тиосульфаттың 2 ионы 2S2O32- иодтың молекуласымен J2 әрекеттеседі.
Иодтың әр атомы J ионына дейін тотықсызданып, бір электрон ғана қосып алады, сондықтан иодтың моль - эквиваленті - 126,9 г\моль.
Иодометрия әдісіндегі жұмыс ерітінділері: иодтың титрленген ерітіндісі, тотықсыздандырғыштарды анықтауға, натрий тиосульфатының Na2S2O3 титрленген ерітіндісі тотықтырғыштарды анықтауға қолданылады.
Тотықтырғыштарды тікелей тотықсыздандырғыштармен натрий тиосульфатымен немесе калий иодидімен, эквиваленттік нүктенің нақты анықталмауына байланысты титрлеуге болмайды.
Сондықтан тотықтырғыштарды, жанама әдіспен орын басушыны анықтау әдісімен анықтайды.
Бұл жағдайда калий иодиді мен күкірт қышқылының қоспасына дәл өлшенген пипеткамен тотықтырғыш, мысалы, KМnO4 ерітіндісі қосылады.
Реакция нәтижесінде анықталатын затқа эквивалентті мөлшерде J2 бөлініп, тиосульфат ерітіндісімен титрленеді.
а) 2KМnO4 + 10KJ+8H2SO4= 5J2+2MnSO4+ 6K2SO4+8H2O
2MnO4 -+ 8H+ + 5e = 2Mn2+ + 4H2O 2
2J--2e = J2 5
б) 2Na2S2O3 + J2 = Na2S4O6 + 2NaJ
2S2O3 2- -2e = S4O6 2- 1
J2+2 e= 2J- 1
Бөлінген J2 калий перманганатына эквиваленті болғандықтан, натрий тиосульфатының көлемі арқылы калий перманганатының концентрациясы анықталады:
CН(KMnO4) * V (KМnO4) = CН(Na2S2O3) * V(Na2S2O3)
Осы әдіспен тотықтырғыштарды : Cl2, K2CrO7, Br2, мыстың (ІІ) тұздарын, KСlO3, темірдің (ІІІ) тұздарын анықтауға болады.
Е J2 2J- = +0,54 B
Иодометрия әдісіндегі реакцияның жүру шарттары.
J2+2 e= 2J- реакциясы қайтымды, аяғына дейін жүру үшін келесі шарттарды орындау қажет:
1. Иод ұшқыш зат болғандықтан, титрлеу салқын жағдайда жүреді және температура жоғарылаған сайын, крахмалдың сезімділігі төмендейді.
2. Иодометрлік әдісті күшті сілтілік ортада жүргізуге болмайды, себебі иод сілтімен реакцияға түседі:
J2 + 2NaOH = NaJO + NaJ + H2O
J2 + 2OH- = JO- + J- + H2O
Гипоиодид (JO-) күшті тотықтырғыш иодпен J2 салыстырғанда тиосульфатты ішінара сульфат ионына дейін тотықтырады:
S2O32-+4JO-+2OH- = 4J-+ 2SO42- + H2O
Бұл иодометрлік әдістің нәтижесін қателікке соқтырады. Ерітінді рН-ы 9 - дан аспау керек.
3. Тотықтырғыштарды анықтағанда калий иодидінің артық мөлшері қосылады, бөлінген иодты ерітіп, реакция нәтижесінде комплексті тұз түзеді:
KJ + J2 = K[J3] немесе J- + J2 = [J3]-
Бұл тиосульфатпен титрлеу кезінде ыдырап, бос иод түзеді. Калий иодидінің артық мөлшері J- ионы мен анықталатын тотықтырғыштың арасындағы реакцияның жүруін тездетеді.
4. Реакцияға Н+ ионы қатысатын болса, ерітінді қышқылдығының жоғарылауы реакция жылдамдығын тездетеді [16].
5. Тотықтырғышпен калий иодидінің арасында реакция жүру үшін белгілі бір уақыт керек. Сондықтан тотықтырғышты қосқан соң, 3-5 минут қараңғы жерге қойылады. Жарық иодид - ионының ауадағы оттекпен тотығуын тездетеді:
4J- + 4H+ + O2= 2J2 + H2O
1.9 Комплексонометрия
Комплексонометрия - кейбір органикалық реагенттердің анықталатын ионмен әрекеттесуіне негізделген титриметрлік әдіс. Металл иондары комплексондармен құрамы тұрақты, жақсы еритін, аз диссоциацияланатын қосылыстар түзеді.
Комплексондар - органикалық қосылыстар, аминополикарбон қышқылының туындылары, ең қарапайымы.
Иминодисірке қышқылы
Практикада көбірек қолданылатындары келесі комплексондар:
Комплексон II - этилендиаминтетрасірке қышқылы
Комплексон III (трилон Б) этилендиаминтетрасірке қышқылының екі натрий тұзы:
Бір уақытта комплекстің орталық атомымен бірнеше координациялық байланысқа қабілетті комплексон молекуласында бірнеше функционалдық топтар бар.
Трилон Б көптеген катиондармен берік және суда жақсы еритін ішкі комплекстер түзеді. Олар металл атомдарының карбоксил тобындағы сутек атомының орнын басу арқылы және катионның аминотоптағы азот атомымен байланысы нәтижесінде түзіледі.
Трилон Б көптеген катиондарды: Са2+, Mg2+, Ba2+, Co3+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Al3+, CN-, PO43- анықтауға қолданылады.
Трилон Б реагентімен титрлегенде тотығу дәрежесі әртүрлі металл иондарымен төмендегідей реакция жүреді:
Реакция теңдеулерінен көрініп тұрғандай катионның зарядына тәуелсіз комплекс түзілу реакциясына тек қана бір анион қатысады және сутектің екі ионы түзіледі.
Титранттың эквиваленттік молярлық массасы және анықталатын катионның эквиваленттік молярлық массасы- молярлық массаға тең, 1М:1М қатынаспен әрекеттеседі.
Реакцияның жүруіне ерітінді ортасы рН әсер етеді. Са2+, Mg2+ иондарын анықтау үшін аммиактық буфер (NH4OH + NH4Cl) қолданылады.
Fe3+ ионы өте тұрақты комплекс түзетіндіктен қышқылдық ортада титрлеуге болады.
Эквиваленттік нүктені анықтау.
Комплексонометрия әдісінде эквиваленттік нүкте бірнеше жолмен анықталады:
металл катионы комплексонмен әрекеттескенде металл катионына эквивалентті мөлшерде Н+ ионы бөлінетін болғандықта, Н+ ионының концентрациясын алкалиметрлік әдіспен анықтау арқылы анықталатын катионның мөлшері анықталады;
комплексонометрлік титрлеуде эквиваленттік нүктені физика-химиялық (спектрофотометрлік, амперометрлік, потенциометрлік) әдістермен анықтауға болады;
металл индикаторлардың түсінің өзгеруімен титрлеудің аяқталуы анықталады.
Комплексонометрия әдісіне қолданылатын индикаторлар.
Металло - хром индикаторлар - катиондармен түсті комплекс түсетін органикалық бояғыштар.
Шварценбах лабораториясында кездейсоқ ашылған алғашқы индикатор - мурексид.
Мурексид - пурпур қышқылының аммоний тұзы өзінің түсін кейбір катиондардың қатысында ерітінді ортасының рН - ына байланысты өзгертеді.
Индикатордың құрылымдық формуласы:
Жалпы NH4H4 Ind түрінде белгілеуге болады. Мурексидтің ерітіндідегі тепе-теңдік сызбанұсқасы:
қызыл күлгін күлгін көгілдір
Ca2+ ионымен мурексид қызыл түс, Со2+, Ni2+, Cu2+ иондарымен сары түс береді. Мысалы Ni2+ ионын анықтағанда аммиакты ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3
1 Әдеби шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5
Химия пәнінен оқушылардың халықаралық Менделеев олимпиадасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5
Халықаралық химиялық олимпиада ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...
6
Сапалық анализдегі жалпы реакциялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
7
Жалынды бояу және спектрлерді зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
8
Титриметрлік әдістің орындалу жолына қарай жіктелуі және тәсілдері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
10
Қышқылдық-негіздік титрлеу мәні және оны қолдану ... ... ... ... ... ...
12
Редоксиметрия әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
17
Редоксиметрия әдісінің индикаторлары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .
19
Комплексонометрия ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
23
2 Әдістемелік бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
28
Олимпиадалық сапалық анализ бойынша эксперименттік есептердің шығару әдістемелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
28
2.1.1 Сапалық анализ бойынша есептердің шығару алгоритмдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
28
2.1.2 Сапалық анализ бойынша есептердің шығару мысалдары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
32
2.2 Олимпиадалық сандық анализ бойынша эксперименттік есептердің шығару әдістемелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
43
2.2.1 Натрий гидроксиді мен натрий карбонатының ерітіндіде бірге болған кездегі мөлшерін анықтау әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .
43
2.2.2 Ерітіндідегі фосфор қышқылының массасын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
48
2.2.3 Тотығу - тотықсыздану әдісі бойынша мыс кристаллогидратындағы мыстың мөлшерін анықтау ... ... ... ... ... ... ...
52
2.2.4 Калий бихроматын анықтау әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
54
2.2.5 Никель (ІІ) ионының су ерітіндісіндегі массасын комплексонометрлік титрлеу арқылы анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
60
ҚОРЫТЫНДЫ
64
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
65
КІРІСПЕ
Жұмыстың өзектілігі. Қазіргі уақытта дарынды балалар қатысатын пәндік олимпиадаларға көп көңіл бөлінеді. Сондықтан оқушылардың химия пәні бойынша олимпиадаға дайындығы және нәтижесі оқу процесінің де, мектептің де өзекті міндеті болып табылады. Оқушылардың химия пәні бойынша олимпиадалық есептерді теориялық және эксперименттік айналымдарға бөледі. Олимпиаданың теориялық айналымына ЖОО-ның бағдарламасы бойынша әр түрлі типтегі күрделі, стандартты емес есептер кіреді.
К. Бекішевтің ойынша теориялық айналымға көптеген дарынды балалар, егер олар қажетті әдебиетпен қамтамасыз етілсе, өздігінен дайындала алады. Оқушыда білім байлығы жақсы болса, онда тек шығару алгоритмін білу маңызды.
Оқушыларды олимпиадаға дайындау кезінде К.Бекішевтің факультативтік курсына сүйену ұсынылады [1]. Онда химиялық олимпиадалардың әр түрлі кезеңдерін өткізудің көп жылдық тәжірибесі берілген.
Теориялық есептерді шешуге оқушыларды дайындау үшін мел мен тақта және әдебиеттер де жеткілікті. Ал тәжірибелік есептердің шығару жолдарын үйретіп, орындалу техникасын көрсету үшін құрал - жабдықтар мен қоса сәйкесті реактивтер қажет.
Олимпиаданың эксперименттік айналымы сапалық және сандық талдаудан тұрады. Сапалық талдауға эксперимент арқылы белгісіз заттарды табу жатады. Сандық талдау - титриметрлік әдіс бойынша белгісіз концентрацияны анықтау.
Қазіргі уақытта мектептерде еңбек қауіпсіздігі техникасының нұсқаулығы бойынша реактивтердің тізімі шектелген. Осыған байланысты, әсіресе эксперименттік айналым бойынша оқушылардың дайындығы қиындайды. Сондықтан аудандық, облыстық олимпиадаға қатысатын оқушылар теориялық турдан жоғары балл алып, тәжірибелік турларда өз білім деңгейлерін толық көрсете алмайды. Эксперименттік айналымда оң нәтижелерге жету үшін берілген тақырып бойынша теориялық негіздерді тереңірек қарастыру қажет.
Осыған орай олимпиадалық эксперименттік есептердің шығару алгоритмдері және теориялық негіздері туралы әдістемелерді білу қажеттілігі туындайды. Сондықтан олимпиадалық эксперименттік есептердің сапалық талдауын және сандық талдауын қышқылдық - негіздік, тотығу - тотықсыздану, комплексонометриялық әдістер бойынша нақты есептердің шығару жолдарын ұсыну білім беру үрдісінің өзекті мәселелерінің бірі болып саналады.
Осыған орай жұмыстың мақсаты есептерді шығару жөніндегі әдістемелерді ұсыну болып табылады.
Осы мақсатқа қол жеткізу үшін бірқатар міндеттерді орындау қажет:
- олимпиадалар туралы әдебиеттерді саралау;
әр түрлі деңгейдегі олимпиадалардың маңызына тоқталу;
- сапалық талдаудың теориялық негіздерін зерттеу;
- сапалық есептерді шығару үшін әр түрлі алгоритм түрлерін әзірлеу;
- сандық есептерді шығарудың әдістемелерін ұсыну.
Дипломдық жұмыстың нысаны - химиялық олимпиадалардың есептері.
Дипломдық жұмыстың пәні - олимпиадалық эксперименттік есептердің шығару жолдары.
Дипломдық жұмыстың ғылыми жаңалығы - эксперименттік есептерді шығару әдістемелерінің ұсыныстары болып табылады.
Тәжірибелік маңыздылығы әдістемелік ұсыныстардың мектептерде оқушыларды химия пәні бойынша олимпиадаларға дайындау үшін қолдануға болады.
Дипломдық жұмыстың теориялық және методологиялық негізіне - бейорганикалық , сапалық және сандық анализ пәндері жатады.
Дипломдық жұмыстың базасы - әр түрлі деңгейдегі олимпиадалық эксперименттік есептер.
ӘДЕБИ ШОЛУ
Химия пәнінен оқушылардың халықаралық Менделеев олимпиадасы
Химия пәнінен оқушылардың халықаралық Менделеев олимпиадасы жоғары деңгейдегі пәндік олимпиадалардың жүйесінде бірегей орын алады. Химиктер жалғыз жаратылысшылардың арасында бұрынғы Жалпыодақтық олимпиаданың дәстүрлерін сақтай алды, кейін ол КСРО-ның ыдырауынан кейін де жыл сайын, бірақ енді екі бағыт бойынша: химия пәнінен оқушылардың жалпыресейлік олимпиадасы және халықаралық Менделеев олимпиадасы болып өткізілді.
2004 жылдан бастап Менделеев олимпиадаларда, ТМД және Балтия елдерінің оқушыларынан басқа, Болгария, Македония және Румыния командалары қатыса бастады, ал 2012 жылдан бастап олимпиадаға Венгрия, Түркия және Сауд Арабиясы қосылды [ 1 ].
Оқушылардың Менделеев олимпиадалары қатысушы елдерде бірыңғай білім кеңістігін қолдау және дамытудың қуатты құралы болып табылды. Сонымен қатар, жеңімпаздар және жүлдегерлер үшін - бұл Мәскеу университетінде және басқа жетекші ресейлік оқу орындарында тегін оқу мүмкіндігі. Менделеев олимпиадаларының жүлдегерлері - мектеп бітірушілері ресейлік оқу орындарына қабылдау емтиханысыз бірінші курсқа қабылданады.
Олимпиада әділ қазыларын және оның ұйымдық комитетін әр түрлі жылдарда РҒА академиктері А.Л. Бучаченко, Ю.А. Золотов, П.Д. Саркисов, профессор Ю.А. Устынюк сияқты белгілі ғалымдар басқарды. 1997 жылдан бастап және осы күнге дейін олимпиаданың ұйымдық комитетін М.В. Ломоносов атындағы ММУ химия факультетінің деканы РҒА академигі Валерий Васильевич Лунин басқаруда. 2002 жылдан бастап және осы күнге дейін олимпиаданың әдістемелік комиссиясының және халықаралық әділ қазылардың төрағасы - ММУ химия факультетінің профессоры Валентин Георгиевич Ненайденко. Олимпиаданың ұйымдық комитетінің және әдістемелік комиссиясының құрамына жетекші оқу орындарының профессорлары және оқытушылары, сонымен қатар қатысушы елдердің жалпы білім беру мектептерінің химия пәнінің мұғалімдері кіреді. Олимпиаданың әдістемелік комиссиясының құрамында студенттер және аспиранттар - Менделеев олимпиадаларының кешегі жеңімпаздары жұмыс істейді; бұл дәстүрлерді сақтауға көмектеседі және бірнеше жыл алға бірізділік қамтамасыз етілді [2].
Халықаралық химиялық олимпиада
Халықаралық химиялық олимпиада (ХХО, ағылш. IСhO, International Chemistry Olympiad) -- оқушыларға арналған химия пәнінен жыл сайынғы жарыс. Олимпиаданың негізгі міндеті - барлық әлемде оқушылардың химиялық ғылымдарға деген қызығушылықты арттыру болып табылады.
Әрбір елді кемінде төрт адамнан және екі тәлімгер: жетекші және ғылыми жетекшіден тұратын команда таныстырады. Қатысушылардың жасы жиырмадан аспауы тиіс және олар оқу орнында оқымауы тиіс.
Халықаралық химиялық олимпиада (ХХО) орта мектеп оқушылары үшін жыл сайынғы олимпиада болып табылады.
Бірінші ХХО Прагада (Чехословакия) 1968 жылы өтті. Содан бастап іс-шара 1971 жылдан басқа, жыл сайын өткізіледі. Алғашқы жарыстарға қатысқан делегация ретінде, негізінде бұрыңғы Шығыс блок елдері болды.
Конкурстың құрылымы және ережелері
ХХО-ға қатысуға ниет білдірген елдер олимпиадаға дейінгі екі кезекті айналымдарға бақылаушыларды жіберуі тиіс, сонда олардың студенттері осы іс-шараға қатыса алады.
Конкурс екі емтиханнан тұрады: теориялық емтихан және тәжірибелік емтихан. Екеуі де 5 сағатқа дейін созылады және әр түрлі күндерде өтеді. Теориялық емтиханда 60 балл, ал тәжірибелік емтиханда - 40 балл жинауға болады. Әрбір емтихан бір-біріне байланыссыз бағаланады, ал емтихандардың нәтижелері теориялық пен тәжірибелік (эксперименттік) турдың қосындысы қатысушының жалпы нәтижесін анықтайды. Әрбір қатысушы елдің 2 тәлімгерінен тұратын халықаралық әділ қазылар есептің бәсекелестігін талқылайды және оқушыларға ыңғайлы тілге аударады.
Химиядан халықаралық олимпиаданы өткізу идеясы 1968 жылы бұрыңғы Чехословакияда туындады. Ол халықаралық байланыстар санын арттыру және елдер арасында ақпарат алмасу мақсатымен әзірленді. Шақырулар Румыниядан басқа, барлық социалистік елдердің комитеттеріне жіберілді. Бірақ 1968 жылы мамыр айында Чехословакияда өткен Кеңесте бірінші халықаралық конкурсқа тек Польша мен Венгрия қатысты.
Химиядан бірінші халықаралық олимпиада Прагада 1968 жылғы 18-21 маусым аралығында өтті. Үш қатысушы ел алты оқушыдан тұратын команданы жіберді. Төрт теориялық есептер ұсынылды. Осы уақытқа дейін келесі конкурстың жалпы курсы ұсынылды. Химиядан екінші олимпиада 1969 жылы Польшада өтті, сонымен қатар Болгария да қатысты. Әрбір команда бес оқушыдан тұрды, және эксперименттік айналым қосылды. Кейін қатысушылардың санын төрт адамға дейін шектеуге және одан да көп командаларды шақыруға шешім қабылданды. Үшінші олимпиада 1970 жылы Венгрияда ұйымдастырылды, жаңа қатысушылар: ГДР, Румыния және Кеңес Одағы. Осы конкурста үштен артық жүлде қарастырылды.
1971 жылы олимпиада өткізілмеді, себебі 1970 жылы конкурсты өткізетін ұйымдастырушылар мен өткізетін ел келісе алмады. Бұл шешім үш жылдан кейін шешілді. Кеңес Одағы олимпиаданы 1972 жылы, Болгарияда - 1973 және Румынияда - 1974 жылы қабылдады. 1972 жылы алғашқы рет дайындық есептер пайда болды. Бұдан басқа отырыста әділ қазыларға Вьетнамға, Монғолияға және Кубаға шақыруларды жіберуге ұсынылды.
Бірақ шақырулар жіберілмеді, сондықтан қатысушы елдер саны не бары жеті болды.
1974 жылы Румыния, Швецияның және Югославияның қатысуын ұсынды, Германия және Австрия бақылаушыларды жіберді.
Германия Федеративтік Республикасы - бақылаушыны жіберген НАТО-ның бірінші елі болды, себебі Брандт үкіметінде Шығыста келісімшарттары болды. Осылайша, 1975 жылы Батыс Германия, Австрия және Бельгия да химиядан халықаралық олимпиадаға қатысты.
Социалистік емес елде бірінші олимпиада 1980 жылы Линцте (Австрия) өтті, бірақ оған Кеңес Одағы қатыспады. Содан бастап қатысушы елдердің саны өсті. 1980 жылы 13 ел қатысты, бірақ Франкфурттегі олимпиадада (1984) олардың саны 21 болды. Кеңес Одағы ыдырағаннан кейін бұл сан одан да көбейді. Бұдан басқа, Азия елдерінің және латынамерикалық елдердің қызығушылығы арта бастады. 1998 жылы 47 ел қатысты. Осы уақытта химиядан халықаралық олимпиадаға 68 команда қатысуда [3].
1.3 Сапалық анализдегі жалпы реакциялар
Анализделетін қоспаның табиғатына байланысты, оны талдау үшін сыни бағаның негізінде әр түрлі жалпы реакцияларды қолдануға болады, олардың негізінде анализдің нәтижелері туралы маңызды қорытындылар жасауға болады. Топтық, талғағыштық (селективтік) және айрықша реакциялар бар [4].
Топтық реакциялар. Топтық реакциялар бір топтың иондарымен бірдей әрекеттеседі. Топтық реактивтерді қолдану және олардың әрекеті нәтижелерінің дұрыс бағасы талдаудың барысына үлкен әсер етеді. Бұл кезде иондардың белгілі тобының бар - жоғы туралы қорытынды жасау үшін шамалы реактивтер санын қолдануға болады. Ерітіндіден белгілі топ иондарының бөлінуінен кейін топтық реактивті қосу кезінде байқалатын оң әсер, ерітіндінің құрамында берілген топтың иондары бар екенін көрсетеді. Топтық реактивтер, мысалы, HCl, H2SO4, H2S, AgNO3, BaCl2 т.с.с. [5].
Талғағыштық (селективтік) реакциялар - шектелген иондар санымен ұқсас аналитикалық әсерді беретін реакциялар. Егер осы иондар әр түрлі аналитикалық топтарда болса, талғамдылық реакцияны иондарды нақты бөлумен анықтау реакциясы ретінде қарастыруға болады. Реакциялардың жүру шарттарын дәл қадағалау қажет, себебі реакцияның талғамдылығы рН - қа, реагенттердің температурасына және концентрациясына байланысты болады [5].
Айрықша реакциялар. Егер белгілі жағдайларда реактивтің әрекеті кезінде тек қана бір элемент немесе ион анықталса, реакция айрықша болып табылады. Айрықша реакциялар жеңіл орындалуы және көрнекті болуы тиіс.
Егер реакция сенімсіз болса, онда оны қолданудың қажеті жоқ. Қазірге дейін біршама мінсіз айырықша реакциялар ұсынылады. Органикалық реагенттерді қолданудың арқасында осындай реакциялардың саны үнемі өсуде. Никельді табу үшін әдеттегі айрықша реакциялар никельдің (ІІ) ионымен қызыл күрең - қызыл тұнбаны түзейтін диметилглиоксим болып табылады [5].
Топтық немесе талғағыштық реагенттерді иондарды алдын ала бөлу шартымен айырықша реакция ретінде қолдануға болады. Мысалы, кадмийді күкіртті сутекпен өзара әрекеттесу кезінде кадмий сульфиді түрінде табуға болады [4].
1.4 Жалынды бояу және спектрлерді зерттеу
Жоғары температуралардың әрекеті кезінде атомдағы электрондар қоздырылады және тым жоғары энергетикалық деңгейге ауысады. Электрондардың бұрынғы энергетикалық деңгейге ауысу кезінде белгілі толқын ұзындығы жарық шығарады. Әрбір элемент үшін сипаттамалық толқын ұзындығы бар. Газ жалынының салыстырмалы төмен температурасының әсерінен аз ғана элементтер жарық шығарады. Оларға сілтілі, сілтілі - жер, сонымен қатар кейбір ауыр элементтер жатады. Қозу температурасы аниондарға да байланысты болады. Сілтілі - жер металдардың сульфаттары жалында жарық шығармайды. Жалынның боялуына қатысты сынамалар үшін хлоридтерді қолдану жөн. Бірнеше элементтер болған жағдайларда қарапайым спектроскопты қолдану жөн [1].
Спектроскопты қолдану алдында көзбен шолу керек және таза затты енгізген кезде жалынның бояуын есте сақтау қажет. Жалынды аналитикалық маңызды элементтермен бояу жөніндегі жалпы деректер, сондай - ақ олардың жарықтану толқындарының сипаттамалық ұзындықтары 1 - кестеде келтірілді. Натрий желілері барлық элементтердің спектрлерінде көрінетіндіктен, олар кесте жолына қосымша енгізілген.
Тәжірибеде жалынның боялуына сынамаларды өткізу үшін жақсы жұмыс істейтін таза жанарғыны қолдану керек. Заттың шамалы мөлшерін кішкентай сағаттық шыныға немесе тамшы пластинкаға, ал басқа сағаттық немесе көршілес шыныға тамшылық пластинкаға - 12М HCl орналастырады. Жанарғының түссіз жалынында магнезиялық таяқшамен немесе шыны таяқшаға дәнекерленген платиналық сыммен қояды. Егер натриймен жалынның боялуы жойылмаса, магнезиялық таяқшаны немесе платиналық сымды 12М HCl ерітіндісінде жуады, жалынның элементке тән бояуы жойылғанша қайталап тексереді [7].
1-кесте. Жалынды бояу және толқындардың сипаттамалық ұзындықтары.
Эле-мент
Жалын түсі
Тән желінің ұзынд.,
нм
Толқын ұзындығы (нм) және желінің спектрде орналасуы
700 600 500
Ескертпе
Li
Шымқай қызыл-қызыл
671
(Na)
Бояу бірден пайда болады
Na
Сары
589
(Na)
Өте қарқынды бояу
K
Ақшыл күлгін
768, 404
(Na)
404 нм кезінде желі әдетте көрінбейді
Rb
Қызыл-күлгін
780,421
(Na)
Бояу бойынша калийден айыруға қиын
Cs
Қызыл-күлгін
456,459
(Na)
Бояу бойынша калийден айыруға қиын
Ca
Кірпіш түсті қызыл
632,553
(Na)
Sr
Шымқай қызыл-қызыл
606,663,
675
(Na)
Ba
Ақ жасыл
524,514
(Na)
Жасыл жолдардың пайда болуы
Tl
Жасыл
535
(Na)
Өте тән бояу
In
Көк-күлгін
451
(Na)
Заттарды сенімді түрде сәйкестендіру үшін қол спектроскоп қолдану қажет. Жақсы нәтижелер тек қана толқын ұзындықтарының шкаласымен және салыстыру призмасымен жабдықталған қол спектроскоп жұмыс жасағанда шығады.
Спектрлік талдауды және жалынның боялуына қатысты сынамаларды толығымен қараңғы жайларда өткізу жөн. Егер мұны аналитикалық зертханада жүзеге асыру мүмкін болмаса, құралды тікелей күн көздерінен бөгеу қажет [1].
1.5 Титриметрлік әдістің орындалу жолына қарай жіктелуі және тәсілдері
Титриметрлік әдіс орындалу жолына қарай пипеткалау және жеке өлшем әдісі болып жіктеледі:
Пипеткалау әдісінде анализделетін заттың өлшемін өлшеу колбасында ерітіп, сумен өлшеу сақинасына дейін жеткізіп, титрлеуге осы ерітіндіден аликвот деп аталатын мөлшерді пипеткамен алып, конустық колбаға құйып титрлейді.
Әдістің жетістігі - эквиваленттік нүктені дәл анықтауға болады, кемшілігі көлем үш рет өлшенетін болғандықтан қателігі болуы мүмкін.
Жеке өлшем әдісі анализделетін затты кез - келген көлемде ерітіп, осы ерітіндіні толық титрлейді. Пипеткалау әдісімен салыстырғанда нәтижесі дәлірек болады. Бұл әдістердің есептеу жолдары әртүрлі.
Титрлеудің негізгі тәсілдері, тура титрлеу
Сілтіні қышқылмен титрлеу тура титрлеуге жатады. Тура титрлеуде анықталатын зат титрантпен тікелей әрекетттеседі.Бір ғана жұмыс ерітіндісі - титрант қолданылады.
Жанама титрлеу, кері титрлеу, реверсивті титрлеу
Жанама титрлеу. Бұл әдісте анықталатын (А) затына арнайы қосымша реагент (В1) қосылады, реакция нәтижесінде (А) затына эквивалентті шыққан (А1) негізгі жұмыс ерітіндісімен (В ) титрленеді [8].
Мысалы:
К2Cr2O7+6KI+7H2SO4=3I2+4K2SO4+Cr2(S O4)3+7H2O
A В1 А1
Реакция нәтижесінде анықталатын К2Cr2O7 ерітіндісіне эквивалентті I2 ерітіндісі бөлінеді.
Иод ерітіндісі стандартты тиосульфат ерітіндісімен титрленеді.
I2+2Na2S2O3=Na2S4O6 +2NaI
В
I2-орынбасушы
Na2S2O3 - негізгі стандартты ерітінді - титрант. Калий дихроматының массасы:
CH (Na2S2O3) * V(Na2S2O3) * Mэ(К2Cr2O7) * Vөлшеу колбасы
m (К2Cr2O7 ) =
1000 * Vаликвот
Жанама титрлеу эквивалент нүктені дәл анықтау, анықталатын зат пен титранттың арасындағы реакция нәтижесінде мүмкін болмаған жағдайда қолданылады.
Кері титрлеу. Кері титрлеу тәсілінде екі жұмыс ерітіндісі қолданылады: негізгі және қосымша.
Мысалы: хлорид - ионын анықтағанда, алдымен күміс нитратының (негізгі жұмыс ерітіндісі - титрант) артық белгілі мөлшері құйылады:
Ag+ + Cl- = AgCl
Реакцияға түспеген күміс нитратының AgNO3 артық мөлшері аммоний тиоцианатымен ( қосымша жұмыс ерітіндісі) титрленеді:
Ag+ + SCN- =AgSCN
Индикатор Fe3+ аммоний тиоцианатымен ерітінді түсі қызғылданғанша титрленеді.
Fe3+ + 3 SCN- -- Fe(SCN)3 ;
Хлорид ионының массасын AgNO3 ерітіндісінің жалпы көлемі белгілі және хлорид ионымен реакцияға түспеген артық көлемі белгілі болғандықтан, жеңіл есептеуге болады:
mCl= C(AgNO3)*V(AgNO3)- C(NH4SCN)* V(NH4SCN)1000 * Mэ(Сl-) * Vөлш.к
Кері титрлеудің жалпы формуласы:
m(A)= (CH1V1- CH2V2)* Mэ(A) Vөлш.к.1000* Vаликвот
Мұндағы CH1V1 - артық мөлшерде қосылатын негізгі титрант,
CH2V2 - қосымша титрант.
Реверсивті титрлеу. Реверсивті титрлеуде титрант - стандартты ерітінді анықталатын заттың ерітіндісімен титрленеді. Мысалы анықталатын зат HNO2., титрант KMnO4 қышқыл ортада. Колбаға KMnO4 құйылады, бюреткада HNO2 болады, себебі HNO2 ерітіндісінің ауадағы оттекпен тотығып, есептеу нәтижесіне қателік тудыратын, ішінара HNO3 түзілмеуі үшін беткі қабаты кішкене (диаметрі аз) бюреткаға құйылады.
1.6 Қышқылдық-негіздік титрлеу мәні және оны қолдану
Қышқылдық - негіздік титрлеу әдісінің негізі, ацидиметрия, алкалиметрия.
Қышқылдық - негіздік титрлеу қышқылдар мен негіздердің арасындағы реакцияға негізделген:
Н3О+ + ОН- -- 2Н2О
Пайдаланылатын титрантқа байланысты бұл әдіс ацидиметрия және алкалиметрия болып бөлінеді.
Ацидиметрия (латынның асіdum - кислота сөзінен шыққан) - жұмыс ерітіндісі қышқылдар (HCl, H2SO4) болып келетін нейтралдау әдісі. Анықталатын заттар - күшті, әлсіз негіздер, негіздік тұздар, негіздік қасиет көрсететін әлсіз қышқылдардың тұздары т.б.
Алкалиметрия (латынның alcoli - щелочь сөзінен шыққан) - жұмыс ерітіндісі негіздер (NaOH, KOH) болып келетін әдіс. Алкалиметрлік титрлеу мен күшті және әлсіз қышқылдарды, қышқыл тұздарды, қышқылдық қасиет көрсететін әлсіз негіздердің тұздарын т.б. анықтайды.
Нейтралдау реакциясында сыртқы көзге көрінетін аналитикалық сигнал, мысалы ерітінді түсінің өзгеруі байқалмайды. Сондықтан эквиваленттік нүктені анықтауға қышқылдық-негіздік индикаторлар, физика-химиялық титрлеу әдістерінде потенциометрия, кондуктометрия т.б. қолданылады.
Қышқылдық - негіздік индикаторлар
Қышқылдық - негіздік индикаторлар ерітінді рН - ына байланысты түсін өзгертіп отырады.
Мысалы, лакмус қышқылдық ортада - қызыл, ал негіздік ортада - көк, метилді қызғылт - сары қышқыл ортада - қызыл, ал негіздік ортада - сары түс көрсетеді. Қышқылдық - негіздік индикаторлар - суда протолиттік қасиет көрсететін әлсіз органикалық қышқылдар мен негіздер. Қышқылдық индикаторлар ішін ара диссоциацияланады:
HJnd = H+ + Jnd-,
мұндағы HJnd - индикатордың диссоциацияланбаған молекуласы, Jnd- - индикатордың анионы.
Индикатор түсін ауыстыру аралығы, индикаторлар теориясы
Остьвальдтың 1894 ж шығарған иондық теориясы бойынша индикатордың диссоциацияланбаған молекуласы HJnd және Jnd- анионы әр түрлі түс көрсетеді. Индикатор түсінің өзгеруін бұл теория диссоциация тепе - теңдігінің ауысуымен түсіндіреді. Ерітіндіде сутек ионының концентрациясы көбейсе, тепе-теңдік солға қарай ауысады, индикатор түсі HJnd молекулалық форманы көрсетеді - қышқылдық, қышқылдық азайса индикатор аниондық Jnd- түрге өзгереді [9].
Егер индикатор формаларының біреуі ( HJnd немесе Jnd-) түссіз болса, оларды бір түсті деп атайды, мысалы фенолфталейн, ерітінді рН-ы өзгергенде не түс береді, не түссізденеді. Екі түрі де түсті индикаторлар, метилді қызғылт - сары, метилді қызыл т.б. екі түсті деп аталады.
Индикаторлардың тепе-теңдігі массалар әсерінің заңына бағынады және индикаторлардың диссоциациялану константасымен сипатталады:
HJnd -- H+ + Jnd-
K0HInd = aH+ * aInd- aHInd = H+* Ind-HInd* νH+ * νInd-νHInd (1)
мұндағы ν - активтілік коэффиценті.
Практикада көбірек қолданылатын метилді қызғылт сарының (метиловый оранжевый) қышқыл түрі HJnd - қызыл, негіздік түрі Jnd- - сары.
Концентрациялық константасы:
KHInd = H+ * Ind-HInd (2)
Теңдеуді түрлендірсе:
KHIndH - = Ind-HInd (3)
(3) қатынас сутек ионының концентрациясы өскен сайын Ind-HInd бөлшегінің мәні кішірейіп, нәтижесінде [Jnd-] сары түс азаяды, керісінше қышқылдық азайса (сутек ионының концентрациясы) Ind-HInd қатынасының мәні көбейіп, сары түс көбейеді.
Теңдеуді логарифмдесе (3) теңдеу төменгі түрге келеді.
H+ = KHInd* HIndInd- ;
- lgH+= -lgKInd- lgHIndInd-
pH = pKHInd- lgHIndInd- ; (4)
мұндағы рКHJnd - индикатордың көрсеткіші.
Сыртқы көзге бір түсті ерітіндідегі екінші түсті байқау үшін оның құрамы 10% пайыздан төмен болмау керек, яғни HIndInd- қатынасы - ден қатынасындай. HIndInd- = 10 болса ерітінді көзге қызыл болып қабылданады, ал HIndInd- = 0,1 - сары. 10 = HIndInd- = 0,1 арасында ерітінді қызғылт сары түс көрсетеді.
Индикатордың өзінің түсін өзгертетін рН интервалы индикатордың түсін ауыстыру аралығы деп аталады.
Бұл аралықты анықтау үшін (4) теңдеуге және мәндері қойылады:
рН = рКHJnd - lg HIndInd-= рКHJnd - lg = рКHJnd - 1;
рН = рКHJnd - lg = рКHJnd + 1, осыдан
∆ рН = рКHJnd 1; (5)
Формула (5) индикатор түсінің ауыстыру аралығы рН-тың шамамен екі бірлігіне тең. Ауыстыру облысын табу үшін индикатор көрсеткішін білу қажет. Мысалы, метилді қызғылт сарының рКHJnd = 3,46; ∆рН = рКHJnd 1 = 3,46 1; метилді қызғылт сары индикаторының түсін ауыстыру аралығы 3,46 - 1 = 2,46, 3,46 + 1 = 4,46; ∆рН = 2,46 - 4,46. Бұл шамамен алынған облыс, эксперимент жүзінде ∆рН = 3,1 - 4,4. Көпнегізді қышқылдық индикаторлардың түсін ауыстыру аралығы бірнеше болады. Мысалы, тимол көгі рК1[HJnd] = 1,65 және рК2(HJnd) = 9,20, қышқыл ортада ∆рН 1,2 - 2,8; ал негіздік ортада ∆рН 8,0 - 9,6.
Негіздік индикаторлардың жалпы формуласы
Jnd OH + H+ -- Jnd+ + H2O; (6)
мұндағы JndOH - молекулалық форма; Jnd+ - индикатордың катионы.
Кейбір индикаторлар амфотерлік: қышқылдық та, негіздік те қасиет көрсетеді.
Индикаторлар көпшілік жағдайда индикаторлардың түсін ауыстыру аралығымен емес титрлеу көрсеткішімен сипатталады. Берілген индикаторлармен титрлеу үрдісі аяқталатын рН шамасы титрлеу көрсеткіші (показатель титрования) деп аталады да рТ әріпімен белгіленеді.
Титрлеу көрсеткіші логарифмдік түрде:
рТ = -lg[x],
мұндағы [x] - индикатор түсін күрт өзгертетін ионның концентрациясы.
Қышқылдық - негіздік индикаторлардың тепе - теңдік үрдісінде молекуланың диссоциациялануымен қатар, құрылымы бойынша бір - бірінен өзгеше ішкі молекулалық топтағы атомдардың ауысуы жүреді.
Ерітінді түсінің өзгеруі индикатор молекуласындағы атомдардың қайта топтасып, құрылымының бір түрден екінші түрге ауысуымен сипатталады. Осыған орай индикаторлардың иондық теориясы хромофорлық теориямен толықтырылады.
Хромофорлық теория бойынша ерітінді ортасының рН-ы өзгеруіне байланысты қышқылдық-негіздік индикатор молекуласының құрылымы өзгереді. Бұл құбылыс бензоидтық-хиноидтық таутомериямен түсіндіріледі.
Иондық - хромофорлық теория бойынша қышқылдық - негіздік индикаторлардың құрамында түс бергіш бөлшектер - хромофорлар бар, яғни қосарланған қос байланысы бар атомдардың ерекше тобы.
Мысалы:
-- N = O нитротоп
−N = N − азотоп
С = O карбонил тобы
4.
бензолдық топ хиноидтық топ
Индикатор түсін күшейтетін - ауксохромдар
гидроксил тобы ОН-
амино топ - NH2
эфир тобы - О - СН3
радикал тобы - С2Н5
Мысалы, n - нитрофенол индикаторы
түссіз (А) сары (В) сары (С)
Ерітінді ортасының қышқылдық немесе негіздік болуына байланысты n- нитрофенолдың таутомериясы өзгеруімен қатар диссоциациялану процесі де жүреді. Паранитрофенолдың көп мөлшері анион (С) түрінде болған жағдайға қышқыл қосса, тепе - теңдік молекула (В) түріне ауысады, ерітіндідегі (В) таутомерінің концентрациясының әрі қарай көбеюі I тепе - теңдікке әкеледі де нәтижесінде индикатор (А) түріне айналып түссізденеді. Керісінше, паранитрофенолдың түссіз ерітіндісіне сілті қосса, түзілген Н+ ионымен байланысып І тепе-теңдік оңға қарай, одан әрі ІІ тепе-теңдік (С) түріне ауысады да, нәтижесінде ерітіндідегі молекуланың (А) формасы жойылып, (С) анион түрінің көбеюінен ерітінді сары түске ауысады [13].
Сонымен, паранитрофенол индикаторының мысалы арқылы индикаторлар теориясының иондық-хромофорлық теорияға біріккенін көруге болады.
Қарастырылған теориядан басқа координациялық-иондық, хинофеноляттық т.б. теориялар бар.
Индикатор формулаларының құрылымы толығынан органикалық химия курсында қарастырылады.
Қышқылдық-негіздік титрлеудегі жиі кездсетін индикаторлар
Аналитикалық практикада қышқылдық - негіздік титрлеу әдісінде көп қолданылатын индикаторлардың бірі - фенолфталеин. Фенолфталеин қышқылдық индикаторға жатады. Фенолфталеин молекуласының құрамына кіретін үш бензолдық ядроның біреуі хиноидтық қайта топтасуға ұшырап, ерітіндіде тепе - теңдік орнайды.
Ерітіндіге ОН- ионы қосылғанда тепе-теңдік оңға ауысып, индикатор түсі қызылға ауысады.
Фенолфталеин 50 % пайыздық спиртте 0,1 % пайыздық ерітінді түрінде қолданылады [10].
Метилоранж - негіздік индикаторларға жатады, дәлірек айтқанда амфотерлік қасиет көрсетеді, себебі молекула құрамында қышқылдық қасиет көрсететін SO3H және негіздік қасиет көрсететін N(CH3)2 тобы бар.
Диссоциацияланғанда оң және теріс зарядты ионды беретін амфотерлі иондар (амфиондар) түзіледі:
Бұл иондар ерітінді қышқылданғанда қызғылт түс, ал сілті қосқанда ОН- ионы амфотерлі ионмен әрекеттесіп, индикатордың құрылымы өзгеріп сары түс береді:
Метилоранж индикаторының 0,1 % пайыздық су ерітіндісі түрінде қолданылады.
1.7 Редоксиметрия әдістері
Редоксиметрия әдісі тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген. Тотығу-тотықсыздану потенциалы Нернст теңдеуімен анықталады:
E= Eo + RTnF ln OxRed
Мұндағы Е0 - берілген жұптың стандарттық тотығу потенциалы, R - газ тұрақтысы (8,313 джмоль град), Т - абсолюттік температура, F - фарадей саны (96500 Клмоль экв), n - электрондар саны.
Егер натурал логарифмнен ондық логарифмге ауыстырса, Нернст теңдеуі (200С температурасында) келесідей өрнектеледі:
E= E0+ 0,058n lgOxRed
250 С температурасында
E= E0+ 0,059n lgOxRed
Тотығу - тотықсыздану реакциясының керекті бағытта ауысуын қанағаттандыру үшін, тотығу-тотықсыздану процесінде, тепе - теңдік жағдай болу мүмкіндігін ескеру қажет.
Редокс жұбының стандарттық потенциалы бойынша тепе-теңдік константасы
lgК = [E01 - E011]n 0,058
мұндағы К - тепе-теңдік константасы, E01 және E011 - стандарттық редокс-потенциал, n - ауысатын электрондар саны.
Жұптың стандартты редокс - потенциалының айырмасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым тепе-теңдік константасы үлкен болады.
Тотықтырғыштардың, тотықсыздандырғыштардың концентрациясын өзгерту арқылы реакция бағытын ауыстыруға болады.
Нақты реакция теңдеуіне тепе-теңдік константасының есептелуі:
2КМnO4 + 10FeSO4 + 8Н2SO4 -- 5Fе2(SO4)3 + 2МnSO4 + К2SO4 + 8Н2О
5Fе2+ + МnO4- + 8Н+ -- 5Fе3+ + Мn2+ + 4 Н2О
Кестеден:
E01= МnO4- + 8Н+ Мn2+ + 4 Н2О=1,51 В
E011 = Fе3+ Fе2+ = 0,77 В
Негізгі формулаға қойып, тепе-теңдік константасын есептеуге болады:
lgK = [E01 - E011]n 0,058 = = 63,8
К = [Мn2+] [ Ғе3+] [МnO4-] [ Ғе2+] [Н+]8 = 10,63,8
Тепе-теңдік константасының үлкен мәні реакцияның толық солдан оңға қарай жүретінін көрсетеді. Редокс-реакцияның константасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым реакция аяғына дейін толық жүреді және екі жұптың стандартты редокс потенциалының айырмасы үлкен болады.
1.8 Редоксиметрия әдісінің индикаторлары
Редоксиметрия әдісімен титрлеу индикатормен де индикаторсыз да жүреді. Индикаторсыз - перманганатометрия әдісі титрленеді. Иодометрия әдісінде крахмал бос иод қатысуында адсорбциялық көк түсті қосылыс түзеді. Редокс - потенциалдың өзгеруінен түсін өзгертетін индикаторлар, редокс-индикаторлар деп аталады. Редокс - индикаторларға дифениламин NH(C6H5)2 жатады. Түссіз ерітінділерге тотықтырғыштармен әсер еткенде ол күлгін-көк түске өзгереді. Дифениламин көп тотықтырғыштармен тотығады. Тотыққан және тотықсызданған түрлері әр түрлі түс береді.
Редокс - индикаторларға қойылатын талаптар:
1. Тотыққан және тотықсызданған форманың түстері әртүрлі болуы керек.
2. Ерітінді түсінің өзгеруі индикатордың өте аз мөлшерінде байқалуы тиіс.
3. Эквиваленттік нүктеде индикатор тотықтырғыштың немесе тотықсыздандырғыштың аз мөлшерімен әрекеттескені дұрыс.
4. Әсер ету интервалының өте аз болғаны тиімді.
5. Индикатор қоршаған ортаға тұрақты, ауадан оттек, CO2 сіңірмеуі керек. Индикаторлардың тепе-теңдік жағдайына Нернст теңдеуі қолданылады.
Редокс-индикатордың ауысу облысын анықтау үшін потенциалдық мәні есептеледі.
, - түсі
, - түсі
Бұл теңдеулер концентрация бастапқы концентрациядан 10 есе аз немесе көп болған жағдайды көрсетеді. Редокс-индикаторының потенциалының ауысу облысы:
Дифениламиннің стандарттық потенциалы
Е0=0,76 n=2
Дифениламин индикаторы Е0,73В түссіз, Е0,79В күлгін-көк түсті береді.
Дифениламин индикаторы түсінің өзгеру интервалы 0,73 - 0,79В
Редокс әдісінде қайтымсыз индикаторлар ( метил қызғылт - сары, метил қызыл және т.б) қолданылады, олар тотықтырғыштың артық мөлшерінде өздерінің түсін өзгертеді [15].
Перманганатометрия әдісі перманганат ионының MnO4- қышқыл немесе нейтрал ортадағы тотықтырғыштық қасиетіне негізделген. Қышқыл ортада марганецтің қызғылт - күлгін түсі түссізденеді.
Тотықсыздану нәтижесінде Mn2+ түзіледі.
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4 - 5Fe2(SO4)3+2MnSO4+ K2SO4 + 8H2O
5Fe2+ +MnO4- +8H+ = Mn2+ + 4H2O
MnO4-+ 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O
MnO4[-] 5 электрон қосып алады. M(KMnO4) =158,03,
Мэкв(KMnO4)= 158,03 5= 31,6 гмоль
Марганец (VІІ) сілтілік немесе нейтрал ортада марганец (IV) түзеді.
2KМnO4 + Cr2(SO4)3+8KOH = 2MnO2+3K2SO4+4H2O
MnO4- +4H++3e = MnO2 + 2H2O
MnO4- +3H2O + 3e = MnO(OH)2 + 4OH-
MnO4[-] 3 электрон қабылдайды, сондықтан моль эквиваленті:
Мэкв (KMnO4)= 158,03 3 = 52,67 гмоль
Mn2+ және марганец тотығы (ІV) MnO2 бір-біріне ауыса алады:
MnO2 + 4H+ + 2e = Mn2+ + 2H2O
Сутек ионының концентрациясының өсуі, тепе-теңдікті Mn2+ ионы түзілу жағына қарай ауыстырады. Н+ ионының концентрациясы аз болса, тепе - теңдік марганец тотығына (ІV) MnO2 қарай ауысады, бұл сілтілік немесе нейтрал ортада MnO2 түзілетіндігінің айғағы.
Калий перманганатының тотықтыру үрдісі көбінесе қышқыл ортада жүреді.
Екінші жағынан сілтілік немесе нейтрал ортада қоңыр түсті MnO2 түзілуі эквиваленттік нүктені дәл анықтауға кедергі жасайды. Сонымен қатар калий перманганатының қышқыл ортадағы тотықтырғыш қасиеті сілтілік ортамен салыстырғанда әлде қайда жоғары.
Иодометрия әдісінің негізі, иодометрия әдісіне қолданылатын жұмыс ерітінділері. Анықталатын заттың мөлшерін бөлінген немесе сіңірілген иодтың мөлшері бойынша анықтайтын титриметрлік анализдің түрі - иодометрия әдісі деп аталады.
J2 + 2e = 2J-
J2 - тотықтырғыш Е (J2\2J-) = +0,54 В. Бос иодпен тотығу - тотықсыздану потенциалдарының +0,54 вольттан кішілері тотығады. Тотықсыздандырғыштар иодтың жұмыс ерітіндісімен тікелей титрлеу арқылы анықталады.
Потенциалы +0,54 вольттан үлкен тотықтырғыштар иодид-ионымен тотықсызданады.
Иодид - ионының тотығу нәтижесінде түзілген иод натрий тиосульфатымен титрленеді.
2NaS2O3 + J2= 2NaJ+ Na2S4O6
Бұл реакция иодометрия әдісіндегі ең маңыздысы.
Na2S4O6 - натрий тетратионаты деп аталады, иондық реакция.
2S2O32- + J2 - = 2J-+ S4O62-
Екі тиосульфат - ионының 2S2O32- жалпы түрде 4 артық электроны бар, екі электронын беріп, бір тетратионат - ионына S4O62- айналады.
2S2O32--2e = S4O62-
J2+ 2e = 2J-
Натрий тиосульфатының моль-эквиваленті иодпен әрекеттескенде молярлық массасына тең: M(Na2S2O3*5H2O) = 248,19 г\моль, себебі тиосульфаттың 2 ионы 2S2O32- иодтың молекуласымен J2 әрекеттеседі.
Иодтың әр атомы J ионына дейін тотықсызданып, бір электрон ғана қосып алады, сондықтан иодтың моль - эквиваленті - 126,9 г\моль.
Иодометрия әдісіндегі жұмыс ерітінділері: иодтың титрленген ерітіндісі, тотықсыздандырғыштарды анықтауға, натрий тиосульфатының Na2S2O3 титрленген ерітіндісі тотықтырғыштарды анықтауға қолданылады.
Тотықтырғыштарды тікелей тотықсыздандырғыштармен натрий тиосульфатымен немесе калий иодидімен, эквиваленттік нүктенің нақты анықталмауына байланысты титрлеуге болмайды.
Сондықтан тотықтырғыштарды, жанама әдіспен орын басушыны анықтау әдісімен анықтайды.
Бұл жағдайда калий иодиді мен күкірт қышқылының қоспасына дәл өлшенген пипеткамен тотықтырғыш, мысалы, KМnO4 ерітіндісі қосылады.
Реакция нәтижесінде анықталатын затқа эквивалентті мөлшерде J2 бөлініп, тиосульфат ерітіндісімен титрленеді.
а) 2KМnO4 + 10KJ+8H2SO4= 5J2+2MnSO4+ 6K2SO4+8H2O
2MnO4 -+ 8H+ + 5e = 2Mn2+ + 4H2O 2
2J--2e = J2 5
б) 2Na2S2O3 + J2 = Na2S4O6 + 2NaJ
2S2O3 2- -2e = S4O6 2- 1
J2+2 e= 2J- 1
Бөлінген J2 калий перманганатына эквиваленті болғандықтан, натрий тиосульфатының көлемі арқылы калий перманганатының концентрациясы анықталады:
CН(KMnO4) * V (KМnO4) = CН(Na2S2O3) * V(Na2S2O3)
Осы әдіспен тотықтырғыштарды : Cl2, K2CrO7, Br2, мыстың (ІІ) тұздарын, KСlO3, темірдің (ІІІ) тұздарын анықтауға болады.
Е J2 2J- = +0,54 B
Иодометрия әдісіндегі реакцияның жүру шарттары.
J2+2 e= 2J- реакциясы қайтымды, аяғына дейін жүру үшін келесі шарттарды орындау қажет:
1. Иод ұшқыш зат болғандықтан, титрлеу салқын жағдайда жүреді және температура жоғарылаған сайын, крахмалдың сезімділігі төмендейді.
2. Иодометрлік әдісті күшті сілтілік ортада жүргізуге болмайды, себебі иод сілтімен реакцияға түседі:
J2 + 2NaOH = NaJO + NaJ + H2O
J2 + 2OH- = JO- + J- + H2O
Гипоиодид (JO-) күшті тотықтырғыш иодпен J2 салыстырғанда тиосульфатты ішінара сульфат ионына дейін тотықтырады:
S2O32-+4JO-+2OH- = 4J-+ 2SO42- + H2O
Бұл иодометрлік әдістің нәтижесін қателікке соқтырады. Ерітінді рН-ы 9 - дан аспау керек.
3. Тотықтырғыштарды анықтағанда калий иодидінің артық мөлшері қосылады, бөлінген иодты ерітіп, реакция нәтижесінде комплексті тұз түзеді:
KJ + J2 = K[J3] немесе J- + J2 = [J3]-
Бұл тиосульфатпен титрлеу кезінде ыдырап, бос иод түзеді. Калий иодидінің артық мөлшері J- ионы мен анықталатын тотықтырғыштың арасындағы реакцияның жүруін тездетеді.
4. Реакцияға Н+ ионы қатысатын болса, ерітінді қышқылдығының жоғарылауы реакция жылдамдығын тездетеді [16].
5. Тотықтырғышпен калий иодидінің арасында реакция жүру үшін белгілі бір уақыт керек. Сондықтан тотықтырғышты қосқан соң, 3-5 минут қараңғы жерге қойылады. Жарық иодид - ионының ауадағы оттекпен тотығуын тездетеді:
4J- + 4H+ + O2= 2J2 + H2O
1.9 Комплексонометрия
Комплексонометрия - кейбір органикалық реагенттердің анықталатын ионмен әрекеттесуіне негізделген титриметрлік әдіс. Металл иондары комплексондармен құрамы тұрақты, жақсы еритін, аз диссоциацияланатын қосылыстар түзеді.
Комплексондар - органикалық қосылыстар, аминополикарбон қышқылының туындылары, ең қарапайымы.
Иминодисірке қышқылы
Практикада көбірек қолданылатындары келесі комплексондар:
Комплексон II - этилендиаминтетрасірке қышқылы
Комплексон III (трилон Б) этилендиаминтетрасірке қышқылының екі натрий тұзы:
Бір уақытта комплекстің орталық атомымен бірнеше координациялық байланысқа қабілетті комплексон молекуласында бірнеше функционалдық топтар бар.
Трилон Б көптеген катиондармен берік және суда жақсы еритін ішкі комплекстер түзеді. Олар металл атомдарының карбоксил тобындағы сутек атомының орнын басу арқылы және катионның аминотоптағы азот атомымен байланысы нәтижесінде түзіледі.
Трилон Б көптеген катиондарды: Са2+, Mg2+, Ba2+, Co3+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Al3+, CN-, PO43- анықтауға қолданылады.
Трилон Б реагентімен титрлегенде тотығу дәрежесі әртүрлі металл иондарымен төмендегідей реакция жүреді:
Реакция теңдеулерінен көрініп тұрғандай катионның зарядына тәуелсіз комплекс түзілу реакциясына тек қана бір анион қатысады және сутектің екі ионы түзіледі.
Титранттың эквиваленттік молярлық массасы және анықталатын катионның эквиваленттік молярлық массасы- молярлық массаға тең, 1М:1М қатынаспен әрекеттеседі.
Реакцияның жүруіне ерітінді ортасы рН әсер етеді. Са2+, Mg2+ иондарын анықтау үшін аммиактық буфер (NH4OH + NH4Cl) қолданылады.
Fe3+ ионы өте тұрақты комплекс түзетіндіктен қышқылдық ортада титрлеуге болады.
Эквиваленттік нүктені анықтау.
Комплексонометрия әдісінде эквиваленттік нүкте бірнеше жолмен анықталады:
металл катионы комплексонмен әрекеттескенде металл катионына эквивалентті мөлшерде Н+ ионы бөлінетін болғандықта, Н+ ионының концентрациясын алкалиметрлік әдіспен анықтау арқылы анықталатын катионның мөлшері анықталады;
комплексонометрлік титрлеуде эквиваленттік нүктені физика-химиялық (спектрофотометрлік, амперометрлік, потенциометрлік) әдістермен анықтауға болады;
металл индикаторлардың түсінің өзгеруімен титрлеудің аяқталуы анықталады.
Комплексонометрия әдісіне қолданылатын индикаторлар.
Металло - хром индикаторлар - катиондармен түсті комплекс түсетін органикалық бояғыштар.
Шварценбах лабораториясында кездейсоқ ашылған алғашқы индикатор - мурексид.
Мурексид - пурпур қышқылының аммоний тұзы өзінің түсін кейбір катиондардың қатысында ерітінді ортасының рН - ына байланысты өзгертеді.
Индикатордың құрылымдық формуласы:
Жалпы NH4H4 Ind түрінде белгілеуге болады. Мурексидтің ерітіндідегі тепе-теңдік сызбанұсқасы:
қызыл күлгін күлгін көгілдір
Ca2+ ионымен мурексид қызыл түс, Со2+, Ni2+, Cu2+ иондарымен сары түс береді. Мысалы Ni2+ ионын анықтағанда аммиакты ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz