Сущность титриметрического метода анализа

Титриметрическим (объемным) анализом называют количественный химический анализ, основанный на измерении объема раствора с точно известной концентрацией реактива, требуемого для реакции с данным количеством определяемого вещества.

В основе метода лежит процесс титрования.

Титрование – приливание одного раствора, концентрация которого точно установлена, к другому раствору, концентрацию которого необходимо определить.

В титриметрическом методе используются два типа растворов:

стандартный (титрант) – раствор с точно известной концентрацией;

рабочий, или титруемый, – раствор, концентрацию которого необходимо определить.

Существуют три приема титрования: прямое, обратное и титрование заместителя (метод замещения).

Прямое титрование. Простейший прием титрования состоит в том, что к измеренному объему раствора или к определенной навеске вещества А, растворенного в подходящем растворителе, по каплям приливают из точно прокалиброванной бюретки стандартный раствор реактива В. Окончание реакции устанавливают по изменению окраски индикатора или другим способом.

Определение содержания HCl в соляной кислоте с помощью NaOH представляет собой пример прямого титрования.

Обратное титрование. Иногда нельзя применить метод прямого титрования, что может быть связано с очень низкой скоростью химической реакции или с тем, что невозможно подобрать подходящий индикатор. Тогда прибегают к так называемому методу обратного титрования (титрования по остатку). Этот прием состоит в том, что к определяемому объему раствора или к определенной навеске вещества А, растворенного в подходящем растворителе, приливают точно измеренный объем стандартного раствора реактива В, взятый в избытке. Избыток не вошедшего в реакцию реактива В оттитровывают стандартным раствором другого вспомогательного реактива В₁ точно известной концентрации.

Например, для определения содержания HCl в соляной кислоте неизвестной концентрации можно прибавить точно отмеренное количество титрованного раствора AgNO₃, взятого в избытке, а затем не прореагировавший AgNO₃ обратно оттитровать подходящим стандартным раствором. Таким реагентом на ионы серебра может быть роданид аммония (NH₄CSN), который образует малорастворимое соединение – AgCSN. Если реакцию обратного титрования вести в присутствии ионов железа (III), то лишняя капля стандартного раствора вспомогательного реактива В₁ вызывает окрашивание раствора в розово-красный цвет вследствие образования Fe(CSN)₃. Появление розовой окраски свидетельствует об окончании реакции.

Метод замещения. В некоторых случаях прибегают к особому приему титрования, называемому титрованием заместителя или методом замещения. Сущность его заключается в следующем: к определяемому веществу А прибавляют какой-либо вспомогательный реагент В₁, взаимодействующий с ним с выделением эквивалентного количества нового вещества А₁, которое оттитровывают стандартным раствором реактива В. Другими словами, вместо непосредственного титрования определяемого вещества А титруют его заместитель А₁.

Поясним на примере. Окислитель KMnO₄ можно оттитровать с помощью стандартного раствора восстановителя. Но не всякий восстановитель пригоден для этой цели. Например, Na₂S₂O₃, являющийся хорошим восстановителем, по ряду причин нельзя непосредственно применить для титрования таких сильных окислителей, какими являются KMnO₄, K₂Cr₂O₇, MnO₂ и т. д. Однако раствор Na₂S₂O₃ с успехом применяют для титрования такого слабого окислителя, как йод. Поэтому на KMnO₄ (А) в кислой среде предварительно действуют вспомогательным реактивом KI (В₁), который реагирует с KMnO₄ с выделением йода (А₁). Йод выделяется в эквивалентном количестве по отношению к KMnO₄. Если оттитровать выделившийся йод (заместитель перманганата калия (А₁)) стандартным раствором основного реактива Na₂S₂O₃ (В), то можно вычислить количество KMnO₄ (А). Конец титрования определяют с помощью индикатора – раствора крахмала. В присутствии йода крахмал окрашивается в синий цвет. По мере восстановления йода тиосульфатом (Na₂S₂O₃) синяя окраска крахмала постепенно исчезает, в точке эквивалентности раствор полностью обесцвечивается. Количество израсходованного на реакцию основного реактива Na₂S₂O₃ (В) эквивалентно количеству выделившегося йода (А₁). Количество выделившегося йода (А₁), в свою очередь, эквивалентно количеству KMnO₄ (А), содержащегося в образце. Зная, сколько основного реактива Na₂S₂O₃ израсходовано на реакцию с I₂, нетрудно вычислить содержание определяемого вещества – KMnO₄.

Точка эквивалентности. Индикаторы. При титровании необходимо установить количество стандартного раствора, эквивалентное количеству определяемого вещества. Для этой цели к исследуемому раствору приливают постепенно стандартный раствор до тех пор, пока не будет достигнуто эквивалентное соотношение. Этот момент титрования называют точкой эквивалентности.

Точку эквивалентности устанавливают по показателям специальных приборов или визуально (по изменению окраски). Вещество, способное изменять цвет растворов при титровании, носит название индикатора (от лат. indicare – показывать, обнаруживать).