تيتراسيون اسيد وباز(قسمت اول)

به نام خدا

مواد وابزارهای لازم:

ارلن 250ml                   2عدد                 آب مقطر تازه جوشیده                   نمونه اسید سولفوریک مجهول

بورت                              1عدد                 اسید استاندارد اولیه                      نمونه سرکه مجهول

بشر 100                        1عدد                 شیشه ساعتی 1عدد                      قیف شیشه ای      1عدد

فنول فتالئین(phenolphthalein)            پی پت حبابدار1عدد                      بشر 250            1عدد

 

تئوری:

یک اکی والان از هر اسید با یک اکی والان از هر باز واکنش می دهد .بنابراین چنانچه محلول از اسید با غلظت نامعلوم در اختیارداشته باشید میتوانید غلظت آن را با تیتراسیون تعیین کنید. کافی است حجم معنی از آنرا برداشته وتیتر کنید وحجم سود مورد نیاز با غلظت معلوم جهت تیتراسیون را اندازه بگیرید . برای اینکه بفهمید درکدام نقطه مقادیر اکی والان با هم مخلوط شده اند بایستی از معرفی مثل فنل فتالئین که رنگ آن را از حالت بی رنگ در یک محلول اسیدی به صورت درمحیط بازی تغییر می کند استفاده کنید. اگر مثل این آزمایش ،به تدریج یک محلول بازی به یک محلول اسیدی افزوده شود به نقطه ای که درآن یک رنگ پایدار صورتی ظاهر شود نقطه اکی والان گفته می شود .دراین نقطه که گاهی اوقات نقطه ختم عمل نامیده می شود از مقدار کم واکنشگر مورد استفاده (تیترانت )که به مقدار اضافی برای رسیدن به تغییر رنگ ،ریخته شده است صرف نظر می کنیم.

می توان فرض کرد که تعداد اکی والان های برابری از اسید وباز مخلوط شده اند .با اندازه گیری حجم دو محلول مخلوط شده ودانستن نرمالیته یکی ازدو محلول می توانید نرمالیته دیگری را بیابید .

دراین آزمایش ابتدا محلولی از باز هیدروکسید سدیم آماده می کنید .سپس آن را بایک اسید معلوم تیتر می کنید و به دقت نرمالیته باز را تعیین می نمایید .دردو قسمت 7 و 8 سود استاندارد شده را برای تعیین نرمالیته ،یک محلول اسید سولفوریک  ویک نمونه سرکه ناخالص بکار برده ووزن ملکولی اسید را تعیین می کنید.

چندین نکته درکار تیتراسیون اسید آلی وجود دارد .یکی این که شما نمی دانید درهر مول اسید آلی چند مول هیدروژن قابل خنثی شدن توسط باز وجود دارد . مگر این که ظرفیت اسید قبلا به شما گفته شده باشد . نکته دیگر این که اسید های جامد مجهول در آب سرد ،کمی نامحلول است . در تئوری این مسئله مهمی نیست چون سود ،اسید نامحلول را به یک نمک محلول تبدیل می کند .ولی در عمل ،می دانید که اسید حل نشده بسیار اهسته با سود واکنش می دهد که این مشکل مهمی است .برای حل کردن اسید بایستی بلافاصله قبل از شروع تیتراسیون به ارلن حاوی اسید آلی کمی حرارت دهید تا اسید کاملا حل شودو درطول تیتراسیون متبلور نشود . این گرما بر روی تعادل اثر می گذارد ولی نه آنقدر که خطای قابل ملاحظه ای ایجاد کند.مسئله سوم این است که درنقطه اکی والان ،به علت طبیعت اسید آلی مورد استفاده به عنوان اسید محلول کمی محلول قلیایی است  .اتفاقا فنل فتالئین تحت شرایط کمی بازی از بی رنگ به ارغوانی تغییر رنگ می دهد.

تیتراسیون:

تعریف:

روشی که توسط آن ، محلولی با غلظت مشخص به محلولی دیگر اضافه می‌شود تا واکنش شیمیایی بین دو ماده حل شده کامل گردد، تیتراسیون نامیده می‌شود.

مقدمه

تیتر کردن از روش‌های تجزیه حجمی است. در تجزیه حجمی ابتدا جسم را حل کرده و حجم معینی از محلول آن را با محلول دیگری که غلظت آن مشخص است که همان محلول استاندارد نامیده می‌شود، می‌سنجند. در تیتراسیون محلول استاندارد به‌طور آهسته از یک بورت به محلول حاوی حجم مشخص یا وزن مشخص از ماده حل شده اضافه می‌شود.
افزایش محلول استاندارد ، آنقدر ادامه می‌یابد تا مقدار آن از نظر اکی‌والان برابر مقدار جسم حل شده شود. نقطه اکی‌والان نقطه ای است که در آن ، مقدار محلول استاندارد افزوده شده از نظر شیمیایی برابر با مقدار حجم مورد نظر در محلول مجهول است. این نقطه را نقطه پایان عمل از نظر تئوری یا نقطه هم ارزی نیز می‌گویند.

روش تیتر کردن

در عمل تیتر کردن ، محلول استاندارد را از یک بورت به محلولی که باید غلظت آن اندازه گرفته می‌شود، می‌افزایند و این عمل تا وقتی ادامه دارد تا واکنش شیمیایی بین محلول استاندارد و تیتر شونده کامل شود. سپس با استفاده از حجم و غلظت محلول استاندارد و حجم محلول تیتر شونده ، غلظت محلول تیتر شونده را حساب می‌کنند.

یک مثال

نقطه اکی‌والان در عمل تیتر کردن NaCl با نقره تیترات وقتی مشخص می‌شود که برای هر وزن فرمولی Cl^– در محیط یک وزن فرمول Ag⁺ وارد محیط عمل شده باشد و یا در تیتر کردن ، سولفوریک اسید (H₂SO₄ ) با سدیم هیدروکسید ( NaOH ) نقطه اکی‌والان وقتی پدید می‌آید که دو وزن فرمولی اسید و دو وزن فرمولی باز وارد محیط عمل شوند.

تشخیص نقطه اکی‌والان

نقطه اکی‌والان در عمل بوسیله تغییر فیزیکی ( مثلا تغییر رنگ ) شناخته می‌شود. نقطه ای که این تغییر رنگ در آن روی می‌دهد، نقطه پایان تیتر کردن است. در تیتراسیون اسید و باز شناساگرها برای تعیین زمان حصول نقطه اکی‌والان بکار می‌روند. تغییر رنگ معرف ، نشانگر نقطه پایانی تیتراسیون می‌باشد.

 

انواع تیتر کردن

بر حسب واکنش‌هایی که بین محلول تیتر شونده و استاندارد صورت می‌گیرد، تجزیه‌های حجمی (تیتراسیون) به دو دسته تقسیم می‌شوند:

·         روش‌هایی که بر اساس ترکیب یون‌ها هستند. یعنی تغییر ظرفیت در فعل و انفعالات مربوط به آن صورت نمی‌گیرد. این روش‌ها عبارت اند از:

1.      واکنش‌های خنثی شدن یا واکنش‌های اسید و باز

2.      واکنش‌های رسوبی

3.      واکنش‌هایی که تولید ترکیبات کمپلکس می‌کنند.

·         روشهایی که بر اساس انتقال الکترون هستند؛ مانند واکنش‌های اکسایش و کاهش

تیتر کردن واکنش های اسید و باز یا خنثی شدن

تیتر کردن ، عبارت است از تعیین مقدار اسید یا باز موجود در یک محلول که با افزایش تدریجی یک باز به غلظت مشخص یا بر عکس انجام می‌گیرد. موقعی که محلول یک باز دارای یونهای ^-OH است به محلول اسید اضافه کنیم، واکنش خنثی شدن انجام می‌شود:

‌

OH^- + H₃O⁺ →  2H₂O

تيتراسيون اسيد وباز (قسمت دوم)

محاسبات

معمولا حجم مشخص (V) از محلول اسید با نرمالیته مجهول (N) انتخاب کرده ، به‌کمک یک بورت مدرج به‌تدریج محلو ل یک باز به نرمالیته مشخص (N) به آن اضافه می‌کنند. عمل خنثی شدن وقتی کامل است که مقدار اکی‌والان گرم های باز مصرفی برابر مقدار اکی‌والان گرم های اسید موجود در محلول شود.

برای این که عمل تیتراسیون بدقت انجام شود، باید عمل افزایش محلول باز درست موقعی متوقف گردد که تساوی فوق برقرار شود. روش معمول و همگانی برای تعیین پایان تیتراسیون استفاده از شناساگرهاست. دستگاه PH متر نیز برای محاسبات دقیق در تعیین نقطه اکی والان کاربرد دارد.

واکنش خنثی شدن :
تیتراسیونهای خنثی‌شدن بطور گسترده در تعیین غلظت آنالیتهایی کاربرد دارند که یا اسید و یا باز هستند، یا با استفاده از روشهای مناسب به چنین گونه‌هایی تبدیل می‌شوند. آب ، حلال معمول برای تیتراسیون خنثی‌شدن است، زیرا بسادگی در دسترس و ارزان و غیرسمی است. پایین بودن ضریب انبساط دمایی آن یک خاصیت اضافی دیگر است.
ولی بعضی از آنالیتها در محیط آبی قابل تیتر کردن نیستند، زیرا انحلال‌پذیری آنها بسیار پایین است، یا چون قدرتهای اسیدی یا بازی آن چندان زیاد نیست که نقاط پایان رضایت بخشی را فراهم کنند. غلظت چنین موادی را اغلب می‌توان با تیتر کردن آنها در حلال دیگر به غیر از آب تعیین کرد.   
نظریه تیتراسیونهای خنثی‌کردن        
محلولهای استاندارد اسیدها و بازهای قوی را بطور گسترده‌ای برای تعیین آنالیتهایی بکار می‌برند که خود اسید یا بازند یا می‌توانند با اعمال شیمیایی به چنین گونه‌هایی تبدیل شوند.           
واکنشگرها برای واکنشهای خنثی‌شدن
محلولهای استاندارد برای تیتراسیونهای خنثی شدن همواره از اسیدها یا بازهای قوی تهیه می‌شوند، زیرا این نوع واکنشگرها تیزترین نقطه پایانی را ارائه می‌کنند.            
محلولهای استاندارد            
محلولهای استاندارد بکار گرفته شده در تیتراسیونهای خنثی شده ، اسیدهای قوی یا بازهای قوی هستند. زیرا این اجسام در مقایسه با اسیدهای ضعیف و بازهای ضعیف بطور کاملتر با آنالیت واکنش می‌دهند. اسیدهای استاندارد از اسید هیدرو کلرویک ، اسید پرکلریک و اسید سولفوریک تهیه می‌شوند. اسید نیتریک بندرت بکار برده می‌شود، زیرا خاصیت آن بعنوان یک اکسنده ، عامل بالقوه‌ای برای واکنشهای جانبی ناخواسته است.    

باید بخاطر داشت که محلولهای گرم و غلیظ اسید سولفوریک و اسید پرکلریک نیز عوامل اکسنده مستعدی هستند و بنابراین پرخطرند.

بنابراین ، خوشبختانه ، محلولهای رقیق این واکنشگرها نسبتا بی‌خطرند و می‌توانند بدون احتیاطهای خاص بجز محافظت چشم ، در آزمایشهای شیمی تجزیه‌ای بکار برده شوند. محلولهای استاندارد بازی معمولا از هیدروکسید سدیم ، هیدروکسید پتاسیم و گهگاه از هیدروکسید باریم تهیه می‌شوند. مجددا ، هنگام کار با این واکنشگرها و محلولهای آنها باید همیشه چشمها محافظت شوند.         

نظریه رفتار شناساگر          
بسیاری از اجسام طبیعی و سنتزی ، رنگهایی از خود نشان می‌دهند که به PH محلولی که این اجسام در آن حل شده‌اند، بستگی دارند. برخی از این اجسام که طی قرنها برای نشان دادن خاصیت قلیایی یا اسیدی آب بکار برده شده‌اند، در سالهای اخیر بعنوان شناساگر اسید و باز بکار گرفته می‌شوند. بطور کلی ، شناساگرهای اسید و باز ، اسیدها و بازهای ضعیف آلی هستند که بسته به تفکیک یا تجمع ، متحمل تغییرات ساختاری درونی می‌شوند که به تغییر در رنگ منجر می‌شود.
کاربردهای نوعی تیتراسیونهای خنثی‌شدن        
تیتراسیونهای خنثی‌شدن در اندازه گیری آن دسته از گونه‌های بی‌شمار معدنی ، آلی و زیستی که خواص اسیدی یا بازی ذاتی دارند بکار برده می‌شوند. ولی کاربردهای بسیاری به همان اندازه اهمیت وجود دارند که در آنها ترکیب مورد تجزیه با یک واکنشگر مناسب به یک اسید یا باز تبدیل و سپس با یک باز یا اسید قوی استاندارد تیتر می‌شود.       
دو نوع عمده از نقاط پایانی بطور گسترده در تیتراسیونهای خنثی‌شدن بکار برده می‌شود. نوع اول یک نقطه پایانی بصری است و بر پایه تغییر رنگ شناساگر قرار دارد. نوع دوم یک نقطه پایانی پتانسیومتری است که در آن پتانسیل یک سیستم الکترود شیشه - کامومل با یک وسیله اندازه گیری ولتاژ تعیین می‌شود. پتانسیل اندازه گیری شده مستقیما متناسب با PH است.
تجزیه عنصری      
تعدادی از عناصر مهم را که در سیستمهای آلی و زیستی دخالت می‌کنند، می‌توان به سهولت با روشهایی که در مرحله پایانی به یک تیتراسیون اسید و باز ختم می‌شوند، اندازه گیری کرد. عموما عناصری که قابلیت این نوع تجزیه را دارند، غیر فلزند و شامل کربن ، نیتروژن ، گوگرد ، کلر ، برم ، فلوئور و چند گونه نامتداول دیگرند. در هر مورد ، عنصر به یک اسید یا باز معدنی تبدیل و متعاقبا تیتر می شود.           

بعنوان مثال ، نیتروژن در بسیاری از مواد با اهمیت در پژوهش ، صنعت ، کشاورزی یافت می‌شود. مثلا نیتروژن در اسیدهای آمینه ، پروتئینها ، داروهای سنتزی ، کودهای شیمیایی ، مواد منفجره ، خاک ، آبهای آشامیدنی و رنگها وجود دارد. پس روشهای تجزیه‌ای برای تعیین نیتروژن بویژه در مواد آلی از اهمیت بسیاری برخوردارند.  
اندازه گیری مواد معدنی      
تعداد زیادی از گونه‌های معدنی را می‌توان توسط تیتراسیون با اسیدها یا بازهای قوی اندازه گیری کرد. بعنوان مثال ، نمکهای آمونیوم را می‌توان بسادگی با تبدیل به آمونیاک توسط باز قوی و سپس تقطیر در دستگاه کلدال اندازه گیری کرد. آمونیاک طبق روش کلدال جمع آوری و تیتر می‌شود. روشی را که برای نمکهای آمونیوم بیان شد، می‌توان برای اندازه گیری نیترات و نیتریت معدنی تعمیم داد.       
تعیین گروههای عاملی آلی   
تیتراسیونهای خنثی‌شدن برای سنجش مستقیم و غیر مستقیم انواع گروههای عاملی آلی روشهای ساده‌ای را فراهم می‌کنند.
کاربرد واکنشهای خنثی شدن در محیط غیر آبی 
دو نوع از ترکیباتی را که در محیط آبی قابل تیتر کردن نیستند، می‌توان با تیتراسیون خنثی‌شدن در حلالهای غیر آبی مناسب اندازه گیری کرد. دسته اول ، اسیدها و بازهای آلی با وزن مولکولی زیادند که انحلال‌پذیری محدودی در آب دارند. نوع دوم ترکیبات معدنی یا آلی هستند که از نظر اسید و باز آنقدر ضعیف هستند ( یا کوچکتر از ) که نقاط پایانی رضایتبخشی در محیط آبی ارائه نمی‌دهند.          
مثالهایی از این دسته عبارتند از آمینهای آروماتیک ، فنلها و نمکهای مختلفی از اسیدهای معدنی و کربوکسیلیک. اغلب ترکیباتی که نقاط پایانی رضایت بخشی در آب ندارند، در حلالهایی که خاصیت اسیدی یا بازی آنها را افزایش می‌دهند نقاط پایانی تیزی را ارائه می‌دهند.          
هر چند تیتراسیونهای غیر آبی ، اندازه گیری گونه‌ای را که در آب قابل تیتراسیون نیست، امکان پذیر می‌سازند، معایب چندی نیز در استفاده از آنها وجود دارد. معمولا حلالها ، گران و اغلب فرار و سمی‌اند. همچنین اکثر آنها ضرایب انبساط کاملا بزرگی دارند و کنترل بیشتری دمای واکنشگر برای جلوگیری از بروز خطاهای نامعین در اندازه گیری حجم لازم است.       
معرفهای PH یا شناساگرهای شیمیایی اسید و باز ، ترکیبات رنگی یا غیر رنگی آلی با وزن مولکولی بالا هستند که در آب یا حلال‌های دیگر به دو صورت اسیدی و بازی وجود دارند.   
نگاه اجمالی         
بهترین شناساگرهای اسید - باز ، اسیدهای آلی ضعیف می‌باشند. شکل اسیدی شناساگر رنگ مشخصی دارد و در صورت از دست دادن پروتون ، به ترکیب بازی که دارای رنگ دیگری می‌باشد، تبدیل می‌شود. یعنی تغییر رنگ اغلب شناساگرها از محلول بستگی به تغییر شکل آنها دارد. با استفاده از شناساگرها می‌توان PH یک محلول را تعین کرد شناساگرهای مختلفی برای تعیین PH شناخته شده‌اند که هر یک در محدوده خاصی از PH تغییر رنگ می‌دهند.            
چگونگی تغییر رنگ یک شناساگر      
شناساگرها ، اسیدها یا بازهای ضعیفی هستند و چون اکثر آنها شدیدا رنگی هستند، در هر اندازه گیری PH چند قطره از محلول رقیق شناساگر کافی می‌باشد. شناساگرهای اسید - باز را معمولا به صورت HIn نشان می‌دهند.

فرم اسیدی HIn ↔ H+ + -In فرم بازی       
(Ka= (H+)x(In-)/(HIn)           
اگر محلولی شامل دو جزء رنگی A و B باشد، معمولا رنگ A در مخلوط وقتی توسط چشم انسان تشخیص داده می‌شود که شدت آن ، ده برابر بیشتر از شدت رنگ B باشد، چون شدت آن تابع غلظت است. بنابراین رنگ ترکیب اسیدی شناساگر زمانی قابل رویت است که :
(10In-) = (HIn)           

و رنگ و ترکیب بازی شناساگر زمانی قابل مشاهده است که:          

(In-) = 10(HIn)           

انتظار می‌رود وقتی که (In-) = (HIn) می‌باشد، رنگ شناساگر حد واسط بین دو رنگ باشد. در آن نقطه ویژه :       
Ka شناساگر برابر غلظت +H و PKa = PH است. در نتیجه PH ای که در آن یک شناساگر که PKa آن نزدیک PH نقطه هم‌ارزی تیتراسیون است، تغییر رنگ شناساگر در نزدیک نقطه تعادل ، امکان‌پذیر می‌باشد.     
اهمیت استفاده از شناساگر مناسب در تیتراسیون
با استفاده از انواع شناساگر ، می‌توان PH یک محلول را تعیین کرد. برای این کار لازم است محدوده PH تغییر رنگ شناساگر را بدانیم. در تیتراسیونهای اسید و باز هم لازم است که PKa شناساگر مورد استفاده به PH محلول مورد نظر نزدیک باشد، در غیر این صورت آزمایش همراه با خطا خواهد بود. اگر شناساگر قبل از نقطه هم‌ارزی تغییر رنگ دهد، حجم نقطه پایان کمتر از نقطه هم‌ارزی (خنثی شدن اسید یا باز) است و اگر شناساگر بعد از نقطه هم ارزی تغییر رنگ دهد، حجم نقطه پایان بیشتر از نقطه هم ارزی است.      
در برخی از موارد مخلوطی از دو یا چند شناساگر در یک تیتراسیون مصرف می‌شود تا تغییر رنگ مشخصی در نقطه پایان رخ دهد. بعنوان مثال می‌توان متیلن آبی را با متیلن قرمز مخلوط کرده و یک شناساگر مخلوط بوجود آورد که در PH حدود 5.4 از بنفش به سبز تغییر رنگ می‌دهد. در این مورد ، متیلن آبی حین تیتراسیون بدون تغییر رنگ می‌ماند. اما متیلن قرمز در PHهای ‌کمتر از حدود 5.4 قرمز و در PHهای بیشتر از حدود 5.4 زرد می‌باشد.           
در PHهای ‌کمتر ، قرمز و آبی ترکیب شده و رنگ بنفش ایجاد می‌کنند و در PHهای بیشتر ، زرد و آبی ترکیب شده و رنگ سبز ایجاد می‌کنند. دیدن تغییر رنگ بنفش به سبز ، آسان تر از تشخیص تغییر رنگ قرمز به زرد در شناساگر متیلن سرخ تنهاست.

تيتراسيون اسيد وباز قسمت سوم

شرح آزمایش:

پی ست پراز آب مقطر گیره وپایه را برای خود آماده کنید .هیتر را روشن کرده عینک فراموش نشود .

1-     دریک بشر کوچک کمی مایع ظرفشویی در اب ،حل کرده ،آن را داخل بورت بریزید ،بورت را به صور ت افقی در دودست گرفته بچرخانید تادرحالیکه شیر بورت را باز نگه داشته اید سرتاسر جداره داخلی بورت شستشو داده شود. محتویات بورت را از طریق شیر ان دور بریزید وشیر را در این هنگام باز وبسته کنید تا شسته شود .دقیقا به طریق مشابه بورت را دوبار با آب معمولی ودو بار با آب مقطر ودر نهایت بک بار با کمی از محلول سود رقیق شده ای که درمرحله 2 تهیه خواهید کرد شستشو دهید . محتویات بورت را دور بریزید .

2-     یک بشر 250 را کاملا بشویید وبا  آب مقطر آب بکشید نیازی به خشک کردن بشر نیست . به وسیله آن از روی میز محلول ها مقدار تقریبی 40-50ml از محلول سود NaOH غلیظ بردارید وبه محل میز خود ببرید .زیر شیر تانک آب مقطر ان قدر به این محلول آب مقطر  بیافزایید تا حجم ان به حدود 150ml برسد. درب بشر  را با شیشه ساعتی بپوشانید ودر طول آزمایش درب سود رقیق شده ای که درست کرده اید را بسته نگه دارید وفقط از همین سود درتمام تیتراسیون ها با صرفه جویی کامل استفاده کنید .

3-     یک بشر کوچک را کاملا بشویید وبا آب مقطر آب بکشید وبا دقت خشک کنید به وسیله این بشر از روی میز محلول های مقدار حدود 30ml از محلول اسید استاندارد اولیه را بردارید و غلظت دقیق این محلول را یادداشت نمایید . بشر حاوی اسید استاندارد را علامت گذاری کرده به محل میز خود ببرید . یک پی پت حباب دار 25 برداشته ودر یک بشر کوچک مفداری اب معمولی ریخته و از ان با مکیدن سرپی پت به کمک بادکنک انقدر آب بالا بکشید تا 3/1از حباب پی پت پر شود . پی پت را دردو دست گرفته بچرخانید ومحتویات انرا دور بریزید . این کار را با آب مفطر هم انجام دهید.

درنهایت آب داخل پی پت را به وسیله بادکنک  خارج کرده نوک پی پت را با دستمال خشک کنید و در بشر حاوی اسید استاندارد بگذارید . با دهان محلول را بالا بکشید تا به کمتر از 5/1 حباب ،سطح محلول بالا بیاید .با انگشت دهانه پی پت را گرفته ومحتویات آن را دور بریزید .

4-     به کمک پوآر (بادکنکPipette filler ) آنقدر از محلول اسید استاندارد خود را در پی پت بکشید که سطح مقعر محلول منطبق بر خط نشانه پی پت شود..

درحالی که انگشت اشاره خودرا به بالای پی پت محکم فشار می دهید محلول داخل ان را درون یک ارلن تمیز که لازم نیست خشک باشد بریزید ونوک پی پت را به جدار داخلی ارلن تماس دهید. به محتویات ارلن 3 تا 4 قطره معرف هنل فتالئین بیافزایید و ارلن را بدون استفاده از همزن وبا آهسته تکان دادن هم بزنید.

5-     از بشر حاوی سود رقیق مقدار تقریبی 10ml را داخل بورتی که با دست نگه داشته اید ریخته ان را بشویید. بورت را با کمک قیف از سود رقیق پرکنید . قیف را بردارید هوای زیر شیر بورت را تخلیه کنید .

سطح محلول داخل بورت را روی صفر یا هر درجه دیگری تنظیم واین درجه را به عنوان درجه اولیه یادداشت کنید. اکنون بورت برای انجام تیتراسیون آماده است .تمام جدار خارجی ان را با دستمال خشک کنید .

6-      ارلن حاوی اسید استاندارد را که به ان 2 قطره معرف نیز اضافه کردید زیر شیر بورت قرارد اده وزیر ارلفن یک کاغذ سفید بگذارید تا تغییر رنگی که درنفطه ختم عمل خواهید دید بهتر وسریع تر دیده شود . درجه اولهی بورت را یادداشت کرده وتیتراسیون را شروع کنید. به این ترتیب که دقیقا درحالتی که مرتبا از طریق بورت ،تیترانت را به ارلن حاوی تیتر شونده قطره قطره می افزایید وبا یک دست شیر بورت را کنترل می کنید با دست دیگر ارلن را مرتبا وآهسته تکان داده وفقط به رنگ محلول داخل ارلن دقت نمایید . آنقدر سود از بورت بیافزاییدتابه نقطه ختم بر سید. در کلیه تیتراسیون های این ازمایش نقطه ختم عمل هنگامی است که محلول بی رنگ به رنگ صورتی به خیلی روشن در اید.

هنگامی که هر قطره سود به محلول اضافه می شود موقتا یک رنگ ارغوانی در اطراف قطره داخل ارلن ظاهر می شود ولی وقتی محلول را به هم بزنید این رنگ از بین می رود . هر چه به انتهای تیتراسیون نزدیک تر می شوید طول عمر این رنگ بیشتر می شود اما پایان تیتراسیون هنگامی است که رنگ صورتی بسیار کم رنگ برای حدود 30 ثانیه پایدار بماند واز بین نرود.

دراین موقع شیر بورت را کاملا بسته و درجه بورت را بخوانید و درجه اولیه ان را  از آن کم کنید .حجم سود مصرف ی در این تیتراسیون را یادداشت کنید (v₁).محتویات ارلن را دور بریزید .

درتیتراسیون های بعدی هم که از معرف فنل فتالئین  استفاده می کنید همین رنگ را پیدا خواهید کرد . با انجام این مرحله سو د رقیق شده شما به وسیله اسید استاندار د اولیه ،فیکس یا استاندارد شده است . یعنی غلظت دقیق آن معلوم خواهد شد واکنون می توانید از این سود برای تیتراسیون های بعدی به عنوان سود استاندارد ثانویه استفاده نمایید وغلظت دقیق نمونه های اسید مجهول را تعیین نمایید .

7-     دقیقا طبق قسمت 3 از روی میز محلول به جای اسید استاندارد اولیه مقداری نمونه محلول اسید سولفوریک مجهول برداشته ومثل قبل تیتراسیون را تکرار کنید همه اقدامات عینا انجام گرفته وحجم سود استاندارد معرفی برای تیتراسین اسید یادداشت شود (v₂).

8-     دقیقا همین عملیات را برای تیتراسیون نمونه ای از سرکه به منظور تعیین غلظت اسید استیک (CH₃COOH)در آن تکرار وحجم سود استاندارد مصرفی را یادداشت کنید(v₃).

9-     هدف از این مرحله تعیین جرم ملکولی یک نمونه اسید آلی جامد مجهول است.

ترازو را روشن کنید . یک ارلن 250 کاملا خشک وتمیز را روی کفه ترازو قرارداه ترازو را صفر کنید . به وسیله اسپاتول (Spatula) مقدارکمی از نمونه اسید جامد مجهول را در الن بریزید آنقدر که ترازو وزنی بین 600 تا 700 میلی گرم را نشان دهد.

وزن دقیق را یادداشت کنید (W) . ظرفیت اسید یعنی تعداد پروتون قابل خنثی شدن درهر ملکول اسید رانیز یادداشت نمایید.(n) ترازو را خاموش کنید . درب نمونه اسید جامد را نیز ببندید وارلن را به محل میز کار خود ببرید به ان حدود 40تا 50 میلی لیتر آب مقطر بیافزایید . در حالی که ارلن را با دستمال گرفته اید آن را آهسته تکان دهید تا به کمک حرارت ،تمام اسید جامد به طور کامل حل شود . اجازه ندهید محلول بجوشد . به محلول گرم 4- 3 قطره معرف فنل فتالئین افزوده ،درجه اولیه بورت را یادداشت کرده ومثل قبل تیتراسیون را انجام دهید .درختم عمل همان رنگ صورتی روشن مشاهده خواهد شد حجم سود مصرفی را حساب ویادداشت کنید.(v₄) .

تيتراسيون اسيد و بازقسمت چهارم

داده ها:

= حجم محلول شاهد تیتر شده 25ml

= درجه اولیه بورت22.5

= درجه نهایی بورت            23.7                                         V₁= حجم سود مصرفی1.2ml

 

KHC₈H₄O₄ = حجم محلول اسید استاندارد تیتر شده 25ml

=  نرمالیته اسید استاندارد اولیه0.1

= درجه اولیه بورت0

= درجه نهایی بورت            13                                            V₂= حجم سود مصرفی13ml

H₂SO₄= حجم محلول اسید سولفوریک تیتر شده 25ml

= درجه اولیه بورت13

= درجه نهایی بورت            21                                            V₃= حجم سود مصرفی8ml

 

CH₃COOH= حجم سرکه تیتر شده 25ml

= درجه اولیه بورت0

= درجه نهایی بورت            13                                            V₄= حجم سود مصرفی13ml

 

= وزن اسید آلی جامد مجهول700mgr

= ظرفیت اسید 1 eq/mole

= درجه اولیه بورت21

= درجه نهایی بورت            39.5                                         V₅= حجم سود مصرفی18.5ml

N_(KHPh) = 0.100

M ( HC₉H_7­O₄) =180.16 gr/mole

محاسبات:

1)      نرمالیته سود رقیق شده را محاسبه کنید . سود رقیق (N×V₁) = اسید استاندارد اولیه  (N×V)

2)      نرمالیته نمونه اسید سولفوریک مجهول وغلظت مولار آن را حساب کنید.

3)      نرمالیته نمونه سرکه (نسبت به اسید استیک )رامحاسبه کنید.

4)      برای تعیین جرم ملکولی اسید جامد آلی مجهول به ترتیب تعداد اکی والان سود به کار رفته را محاسبه نموده وبا توجه به جرم اسید آلی مجهول وظرفیت آن ،وزن اکی والان اسید آلی وجرم ملکولی آن را به دست آورید.

5)      محاسبات مربوط به سایر تیتراسیون های پیش بینی شده را نیز به روش های فوق انجام دهید.

محاسبات انجام شده در آزمايش:

Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA MicrosoftInternetExplorer4

H₂SO₄(aq) + NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + H₂O(l)

V × N (acid) = V × N (base) or

V ×M ×n (acid) = V ×M ×n (base)

كه درآن:

V= حجم

N= نرماليته محلول 

تعداد H⁺ دراسيد يا تعداد OH^- دربازها n=

M=مولاريته محلول

1) V × N _(KHC8H4O4) = V × N _(NaOH) →25ml × 0.1 = 50ml × N_(NaOH) → N_(NaOH) = 0.05

2) V × N _(H2SO4) = V × N _(NaOH) →25ml × N _(H2SO4)  = 50ml × 0.05→ N _(H2SO4) = 0.1

3) V × N _(CH3COOH) = V × N _(NaOH) →25ml × N _(CH3COOH)  = 50ml × 0.05→ N _(CH3COOH) = 0.1

4) V × N _(NaOH) =W(mgr)/M(1M)  × n(eq.mole)  →50ml ×0.05=0.7(gr)/M(gr.mole)×1(eq.mole)

2.5=0.7(eq) / M →M = 0.7 / 2.5 = 0.28(gr.mole)

5) V × N _(NaOH) =W_(HC9H7­O4)  / M(1M)  × n(eq.mole)  →

50ml ×0.05 =W_(HC9H7­O4) /180.16(gr.mole) ×1(eq.mole) →W = 450.4 mgr = 0.4504gr

تيتراسيون اسيد وباز قسمت پاسخ هاي پيشنهادي براي سوالات

سوالات:

1-     درتیتراسیون های اسید – باز برای کارهای دقیق تر توصیه می شود آب مقطر را قبل از استفاده بجوشانید تا CO₂ محلول دران خارج شود . چنانچه این کار را نکنید CO₂ چه اثری بر روی نتایج می گذارد؟

2-     تفاوت بین دواصطلاح نقطه ختم و نقطه اکی والان چیست؟

3-     ملاریته H⁺ در یک محلول H₂SO₄ ,1M  به طور قابل ملاحظه ای از 2M کم تر است . چرا؟پس به چه دلیل 2 مول کامل از سود برای خنثی کردن یک مول اسید سولفوریک مصرف می شود؟

4-     با رسیدن به نقطه ختم عمل ،رنگ ارغوانی ضعیف وپایدار بدست می آید وحجم سود مصرفی یادداشت می شد اما با گذشت زمان چند دقیقه ای ،دوباره این رنگ از بین می رود . چرا ؟واکنشهای اتفاق افتاده در این زمان را بنویسید.

5-     هنگام استفاده ازپی پت چرا لازم است قبلا آن را یک بار با خود محلول مورد نظر هم شستشو دهید ؟

6-      در هر تیتراسیون آیا خشک بودن ارلن مهم است ؟چرا؟

7-     درقسمت 9 چنانچه ذکر نشده بود که اسید شما مونو پرو تیک (یک ظرفیتی  ت n=1) یا دی پروتیک (دوظرفیتی n=2) است ولی اسید آلی واقعا دو پروتون قابل خنثی شدن داشت وشما با فرض مونو پروتیک بودن اسید کار می کردید چه خطایی در مقدار محاسبه شده وزن ملکول گرم اسید شما ایجاد می شد؟

8-     درقسمت 9 چرا انتظار دارید که نمک آلی مجهول شما محلول تر از خود اسید آلی باشد؟

پاسخ نامه(پاسخ هاي پيشنهادي):

1-     سديم هيدروكسيد با دي اكسيد كربن واكنش مي دهد و سديم هيدرو‍ژن كربنات وسديم كربنات به شكلي ناخالصي با سديم هيدروكسيد همراه مي شوند:

درصورت وجود CO₂ ممكن است واكنش هاي زير رخ دهد وتغييرات اساسي در نتايج واكنش ايجاد نمايد.

2NaOH + CO₂ →Na₂CO₃ + H₂O

NaOH + CO₂ →Na₂CO₃

ودرصورت افزايش مقدار CO₂ واكنش هاي زيرانجام مي شود:

Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ →2NaHCO₃

NaHCO₃(s) + CH₃COOH(l) →CO₂(g) + H₂O(l) + CH₃COONa(aq)

2NaHCO₃(aq) + H₂SO₄(aq) →Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O (aq) + 2CO₂(g)

2-     نقطه ختم عمل(End Point) درتيتراسيون يعني هنگامي كه اسيد كاملا توسط باز خنثي شود واز روي تغيير رنگ شناساگر كه به مقدار كم به محلول اضافه مي گردد تشخيص داده مي شود.اما نقطه اكي والان(Equivalence Point)يعني زماني كه يك محلول بازي به تدريج به يك محلول اسيدي اضافه گردد وبا اضافه كردن چند قطره معرف به تدريج يك رنگ پايدار حاصل شود .

3-     قسمت اول سوال - زيرا ملاريته با ظرفيت H⁺و OH^- درمحلول رابطه مستقيم دارد – قسمت دوم سوال به اين دليل كه ظرفيت اسيد سولفوريكH₂SO₄ n = 2))برابر 2 است وبراي خنثي كردن يك مول اسيد سولفوريك نيازبه دومول هيدروكسيد سديم NaOH n = 1)) كه ظرفيت آن برابر يك است،داريم.

4-     زماني ما محلول را رنگي(ارغواني) مشاهده مي كنيم كه دامنه PH بين 6- 11 باشد و با گذشت زمان وعبوراز نقطه ختم عمل(End Point) بر PH افزوده مي شود درنتيجه پس از چند لحظه مجددا رنگ ارغواني به بي رنگي ميل مي كند.

واكنش بين فنول فتالئين phenolphthalein با هيدروكسيد سديم  NaOH

 

واكنش بين هيدروكسيد سديم با اسيد استيك( اولي معادله ملكولي و دومي معادله يوني)

NaOH + CH₃COOH = CH₃COONa+H₂O PH>7

CH₃-COO^- + HOH↔ CH₃-COOH+OH^-

 

HC₂H₃O₂(aq) + Na⁺ (aq) + OH^- (aq) → Na⁺ (aq) + C₂H₃O₂^- (aq) + H₂O

معادله يوني خالص:

HC₂H₃O₂(aq) + OH^- (aq) → C₂H₃O₂^- (aq) + H₂O

 

5-     براي ازبين بردن ناخالصي ها و خارج كردن هر ماده يا تركيب شيميايي به غير از محلول مورد نظر و آغشته شدن سرتاسر پي پت به ماده محلول ، بايستي پي پت با محلول شستشو داده شود.

6-      زيرا در محلولي كه در بورت به همراه هيدروكسيد سديم ريخته شده است مقدار100ميلي ليتر آب حل شده است و وجود كمي رطوبت در ارلن نبايستي خيلي در روند آزمايشها تاثير گذار باشد؛چون در كليه اين واكنشهاي تيتراسيوني آب به عنوان شاهد عمل مي كند و نقش مستقيم در نتايج داده ها نبايستي داشته باشد .

7-    با توجه به رابطه V × N _(NaOH) =W(mgr)/M(1M)  × n(eq.mole)   يا   W=V.N / M.n وزن محاسبه شده بيش تر از اندازه واقعي به دست مي آمد.

8-     زيرا اسيد هاي آلي جزء گروه اسيد هاي ضعيف به شمار مي روند و يك اسيد ضعيف اسيدي است كه فقط قسمتي از آن در آب يونيزه مي شود. مانند انحلال اسيد هيدروسيانيك (HCN)درآب:

HCN(aq) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + CN^-(aq)

 

منابع:                                                                                                                             References

جزوه دستورکار آزمایشگاه شیمی عمومی (1) رامین آریانپور

كتاب شيمي عمومي ابينك جلد اول ترجمه دكتر محمد حسين حبيبي واسدالله كشاورز(ترجمه از چاپ چهارم 1993)

http://www.titrationh2so4withnaoh.info

http://www.chemie.uni-regensburg.de

http://www.gregthatcher.com

http://www.academist.ir

http://www.daneshname.roshd.ir