Transcript Analytická chemie – seminář

Analytická chemie
Analytická chemie
• zkoumá složení (kvalitu) a množství
(kvantitu) látek
– kvalitativní analýza
• dokazuje přítomnost prvků, skupin nebo sloučenin
– kvantitativní analýza
• určuje látkové množství, hmotnost nebo koncentraci
• předpokladem správně provedené analýzy je
v první řadě vhodný vzorek
– musí mít průměrné složení zkoumané látky
– měl by být stejnorodý
Analytická chemie
• metody analytické chemie
– podle způsobu práce se zkoumanou látkou
• metody chemické
– založené na chemických reakcích zkoumané látky
• metody instrumentální
– založené na využití přístrojů a výpočetní techniky
– podle množství zkoumané látky
• makroanalytické (více než 0,1 g nebo 10 ml)
• semimikroanalytické (0,1> >0,01 nebo >0,1 ml)
• mikroanalytické (0,01> >0,001 nebo 0,1> >0,01 ml)
Kvalitativní analýza
• úkolem je:
– dokázat přítomnost nebo nepřítomnost látky
– zjistit složení neznámého vzorku
• hlavní rozdíly mezi anorganickou a
organickou analýzou:
Anorganická analýza
Organická analýza
Důkazy založeny na rychlých reakcích iontů
Reakce molekul v roztocích jsou pomalejší
Důkaz iontu je zpravidla dostačující informace
Nutná je identifikace molekuly
Ionty lze dokázat i ve směsích
K identifikaci je nutné chemické individuum
Důkaz je často založen na subjektivních metodách
Identifikace obvykle vyžaduje instrumentálních
metod
Kvalitativní analýza
• obecné zásady:
– nikdy nepoužít všechen vzorek
• kvůli případnému opakování některé reakce,
provedení dalších reakcí
– zvolit vhodnou metodu podle množství vzorku
– zaznamenávat všechna pozorování
– popsat vzorek před začátkem analýzy
– vzorek rozpouštět až po provedení zkoušek s
pevnou látkou
– dbát na čistotu laboratorního nádobí a látek
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• velká část anorganických látek jsou látky
iontové
– často rozpustné ve vodě
• při rozpouštění disociují na ionty
– zjištění složení látky tedy sestává z
• důkazu aniontu
• důkazu kationtu
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• reakce využitelné při analýze musejí splňovat:
1. Reakce musí být doprovázena na první pohled viditelnou změnou
(např. vyloučením sraženiny, úplným rozpuštěním sraženiny,
změnou barvy apod.).
2. Reakce musí mít vysokou rovnovážnou konstantu. Musí proběhnout
téměř úplně ve směru k produktům.
3. Reakce musí proběhnou velmi rychle (prakticky okamžitě) již za
normální nebo mírně zvýšené teploty.
4. Reakce musí být pro určitou látku (= ion) nebo skupinu látek
(= skupinu iontů) charakteristická.
Kvalitativní analýza anorganických
látek
– většinou využíváme srážecí, komplexotvorné
nebo redoxní reakce
• postup kvalittativní analýzy anorganických
látek
– orientační zkoušky
– selektivní reakce
– specifické reakce
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• orientační zkoušky
– popis vzorku – barva, vzhled krystalů,...
– pH reakce
a) neutrální: voda, soli silných kyselin a silných
zásad;
b) alkalická: hydroxidy, soli slabých kyselin a silných
zásad;
c) kyselá: kyseliny, soli silných kyselin a slabých
zásad
Kvalitativní analýza anorganických
látek
– odparek
a) žádný: voda, těkavé kyseliny, NH4OH
b) odparek: soli, ostatní látky
– rozpustnost
• ve vodě, kyselinách, (taveninách)
– vývoj plynů
• s H2SO4
–
–
–
–
CO2 (CO32-, HCO3-) – důkaz: reakce s Ba(OH)2
SO2 (SO32-, HSO3-) – důkaz: čichem, reakce s Cr2O72H2S (S2-, HS-) – důkaz: čichem, reakce s Pb(CH3COO)2
NO + NO2 (NO2-) – důkaz hnědé dýmy
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• s NaOH
– NH3 (NH4+) – důkaz: pH papírek, čich
– zkouška v plameni
•
•
•
•
•
těká – soli NH4+, Hg, As,...
praská – hydráty, zpravidla vzorek mění i barvu
taví se – soli alkalických kovů
třaská – NO3-, ClO3-, ClO4barví plamen – Li+, Na+, K+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Cu2+
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• selektivní zkoušky
– selektivní (skupinová) činidla reagují se
skupinami prvků a umožňují je tak rozdělovat do
skupin (analytických tříd)
• specifické zkoušky
– reakce se specifickým činidlem umožňuje
konečné a jednoznačné určení prvku (skupiny)
Určování kationtu
• jako první ověřujeme přítomnost amoniaku
– amonné ionty jsou obsaženy v některých
skupinových činidel
– důkaz amoniaku
• reakce s alkalickými hydroxidy
NH4+ + NaOH → NH3 + Na+ + H2O
• reakce s Nesslerovým činidlem (K2[HgI4])
– ke vzorku se přidá pár kapek hydroxidu a činidla
» pozitivní reakce – vznik žluté až hnědé sraženiny
– reakce je velmi citlivá
Určování kationtu
• Dělení kationtů do tříd
– pro zjednodušení práce jsou kationty
rozděleny do skupin podle reakcí se
skupinovými činidly
– nejběžnější je sirovovodíkový způsob
Určování kationtů
• důkazy kationtů selektivními a specifickými
činidly
– I. třída (Ag+, Pb2+)
• Ag+
– reakce s dichromanem
» pozitivní výsledek:
vznik červenohnědé sraženiny Ag2Cr2O7
rozpustná ve zředěné HNO3 a NH3
• Pb2+
– reakce s dichromanem
» pozitivní výsledek:
vznik žluté sraženiny
Určování kationtů
– II. skupina (Cu2+)
• Cu2+
– barví plamen modrozeleně
– reakce se žlutou krevní solí K4[Fe(CN)6] v mírně
kyselém nebo neutrálním prostředí
» pozitivní výsledek
» červenohnědá sraženina
– reakce s kupronem v mírně kyselém prostředí
» pozitivní výsledek:
vzniká zelená sraženina nerozpustná v NH3
Určování kationtů
– III. skupina (Al3+, Fe2+,3+, Mn2+, Zn2+, Co2+…)
• Al3+
– reakce s alizarinem za přítomnosti amoniaku
» pozitivní výsledek:
vznik červeného laku
• Fe3+
– reakce se žlutou krevní solí K4[Fe(CN)6]
» pozitivní výsledek
vznik tmavě modré sraženiny berlínské modři
Určování kationtů
– reakce s SCN» pozitivní výsledek
vznik intenzivně červeného roztoku, lze vytřepat do
etheru
– reakce s kyselinou salicylovou
» pozitivní výsledek
vznik intenzivního červenofialového zbarvení
– reakce s kyselinou chromotropovou v přítomnosti
octanu
» pozitivní výsledek
vznik itenzivně hnědého roztoku
Určování kationtů
• Fe2+
– reakce s červenou krevní solí K3[Fe(CN)6]
» pozitivní výsledek
vznik modré sraženiny berlínské modři
– reakce se žlutou krevní solí K4[Fe(CN)6]
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny, na vzduchu postupně modrá až do
barvy berlínské modři (často ihned)
• Co2+
– reakce s thiosíranem sodným
» pozitivní výsledek
krystalová drť thiosíranu se zbarví jasně modře
Určování kationtů
– reakce s dusitanem draselným
» pozitivní výsledek
v přebytku dusitanu vznikne žlutá sraženina
K3[Co(NO2)6]
– reakce s thiokyanatanem amonným
» pozitivní výsledek
vznik modrého roztoku [Co(SCN)4]2-
• Mn2+
– reakce s hydroxidy (reakce s hydroxidy)
» pozitivní výsledek
slabě růžová sraženina, postupně hnědne
lze urychlit přítomností H2O2
Určování kationtů
– reakce se sulfidem amonným (reakce s (NH4)2S)
» pozitivní výsledek
vznik narůžovělé sraženiny, na vzduchu postupně
hnědne
• Ni2+
– reakce s amoniakem (reakce s amoniakem)
» pozitivní výsledek
světle zelená sraženi rozpustná v nadbytku NH3 na
modrý roztok
– reakce s diacethylglyoximem (Čugajevovým činidlem)
» pozitivní výsledek
vznik červené sraženiny v amoniakálním nebo
octanovém prostředí
Určování kationtů
• Zn2+
– reakce s hexakyanoželeznatanem draselným
(reakce s K4[Fe(CN)6])
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny
– IV. skupina (Ca2+, Sr2+, Ba2+)
• Ba2+
– barví plamen zeleně
– reakce s chromanem nebo dichromanem
» pozitivní výsledek
vznik žuté sraženiny v prostředí kyseliny octové
Sr2+ a Ca2+ se za těchto podmínek nesrážejí
Určování kationtů
– reakce se sádrovou vodou (nasyceným roztokem CaSO4)
» pozitivní výsledek
okamžitý vznik bílé sraženiny (narozdíl od Sr2+, kde
vzniká pomalu)
• Sr2+
– barví plamen na šarlatově červený
– reakce se sádrovou vodou (nasyceným roztokem CaSO4)
» pozitivní výsledek
postupný vznik bílé sraženiny (narozdíl od Ba2+, kde
vzniká okamžitě)
– reakce s chromany nebo dichromany
» pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny rozpustné v kyselině octové
Určování kationtů
• Ca2+
– barví plamen cihlově červeně
– reakce se šťavelanem amonným (reakce se
šťavelanem amonným)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny
– V. skupina (Na+, K+, Li+, Mg2+)
• Na+
– barví plamen oranžově
Určování kationtů
• K+
– barví plamen růžovofialově
– reakce s hexanitratokabaltitanem sodným
» pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny Fischerovy soli
– reakce s HClO4 nebo NaClO4 (reakce s HClO4 nebo NaClO4)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny chloristanu draselného
• Li+
– barví plamen karmínově červeně
– reakce s fosforečnanem sodným (reakce s Na3PO4)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny ve slabě zásaditém prostředí
Určování kationtů
• Mg2+
– reakce s magnesonem
» pozitivní výsledek
nezřetelná sraženina Mg(OH)2 se zbarví jasně
modře
– reakce s Na2HPO4 (reakce s Na2HPO4)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny
Určování aniontů
• provádí se zpravidla až po důkazu kationtu
– informace o rozpustnosti sloučeniny a
kationtu může velmi výrazně zúžit výběr
možných aniontů
• velký význam mají předběžné zkoušky
– důkazové reakce aniontů jsou méně přesné
• anionty dělíme do tří analytických tříd
podle reakcí se skupinovými činidly
– BaCl2 a AgNO3
Určování aniontů
• předběžné zkoušky aniontů
– pH
• kyselá reakce vylučuje přítomnost aniontu slabých
kyselin
• zásaditá reakce poukazuje na přítomnost aniontu
slabé kyseliny
– barva roztoku
• pakliže není přítomen barevný kationt
– CrO42- žlutá, Cr2O72- oranžová, MnO4- fialová,...
Určování aniontů
– zjištění přítomnosti těkavých kyselin
• reakcí s kyselinou sírovou a zahřátím směsi
– mohou se uvolňovat CO2, SO2, NOx, HCN
– zjištění redukčních účinků sloučeniny
• reakce s roztokem manganistanu nebo jodu
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku (Mn2+, I-)
– zjištění oxidačních účinků sloučeniny
• reakce s jodidem draselným za přítomnosti škrobu
– pozitivní výsledek
zmodrání až zčernání roztoku (I2 + škrob)
Určování aniontů
• analytické třídy aniontů
– I. třída aniontů
• srážejí se barnatými kationty (BaCl2)
• I.A – sraženina je rozpustná v kyselině octové
– CO32-, PO43-, SiO32-
• I.B – sraženina je nerozpustná v kyselině octové i
dusičné
– IO3-, SO42-
• I.C – sraženina je rozpustná v kyselině dusičné,
ale ne v kyselině octové
– F-, SO32-, CrO42-, S2O32-
Určování aniontů
– II .třída aniontů
• vytvářejí sraženinu s Ag+
• II.A – sraženina je rozpustná ve zředěném amoniaku
– Cl–, CN–, [Fe(CN)6]3-
• II.B – sraženina se nerozpouští ani v koncentrovaném
roztoku NH3
– I–, S2-, [Fe(CN)6]4-
• II.C – sraženina se rozpouští v koncentrovaném
roztoku NH3
– Br– a SCN–
Určování aniontů
– III. třída aniontů
• nesráží se ani BaCl2 ani AgNO3
• NO3–, NO2–, ClO3–, ClO4–, CH3COO–
• selektivní reakce aniontů
– SO42• bílá sraženina BaSO4 na rozdíl od ostatních aniontů I.
třídy není rozpustná ani ve zředěné HCl za horka
Určování aniontů
• reakce s Pb(CH3COO)2 (reakce s Pb(CH3COO)2)
– pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny rozpustné v alkalických hydroxidech
– SO32• středně silná redukční činidla
• reakce s manganistanem v kyselém prostředí
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku
Určování aniontů
• reakce s I2 a škrobem
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku
– S2• zředěné kyseliny uvolňují z roztoku zapáchající H2S
– CO32• kyselina sírová vytěsňuje z roztoku CO2
– důkaz reakcí s barytovou vodou Ba(OH)2 → bílý BaCO3
Určování aniontů
– CrO42•
•
•
•
žluté až žlutooranžové zbarvení roztoků
silné oxidační účinky, zejména v kyselém prostředí
okyselením přecházejí na oranžové dichromany
reakce s Ba(CH3COO)2 (v prostředí CH3COOH)
– pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny
• reakce s dusičnanem stříbrným
– pozitivní výsledek
vznik červenohnědé sraženiny rozpustné v NH3 a silných
kyselinách
Určování aniontů
• reakce s jodidem draselným v kyselém prostředí
– pozitivní výsledek
vznik zeleného roztoku Cr3+ a jodu
I2 lze potvrdit přidáním škrobu
• reakce s peroxidem vodíku za přítomnosti H2SO4
– pozitivní výsledek
vznik modrého roztoku CrO(O2)2
ve vodě nestálý CrO(O2)2 lze vytřepat do amylalkoholu
nebo etheru
Určování aniontů
– PO43• reakce s hořečnatou solucí
(reakce s MgCl2 + amonný pufr)
– pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny nerozpustné v NH3, rozpustné v
kyselinách
• reakce s molybdenovou solucí
(reakce s roztokem (NH4)2MoO4 v HNO3)
– pozitivní výsledek
vznik žluté krystalické sraženiny
Určování aniontů
• reakce s AgNO3 v neutrálním prostředí
– pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny rozpustné v NH3 i kyselinách
– SiO32• rozpustné křemičitany přecházejí v kyselém
prostředí na gelovitou kyselinu křemičitou
Určování aniontů
– Cl• chromylchloridová zkouška
– vzorek se odpaří dosucha, přidá se pevný K2Cr2O7 a pár
kapek koncentrované H2SO4
– pozitivní výsledek
vznik oranžovohnědých dýmů CrO2Cl2
– Br• reakce s chlorovou vodou
– pozitivní reakce
vznik Br2, který lze vytřepat do chloroformu (žlutá – hnědá)
Určování aniontů
– I• reakce s AgNO3 (reakce s AgNO3)
– pozitivní výsledek
vznik žlutého AgI, nerozpustného v NH3 a kyselinách,
rozpouští se působením S2O32-
• reakce s octanem olovnatým
– pozitivní výsledek
vznik charakteristicé sraženiny PbI2 („zlatý déšť“)
Určování aniontů
• reakce s Hg(NO3)2 v nadbytku
– pozitivní výsledek
vznik červenooranžové sraženiny HgI2
• reakce s chlorovou vodou
– pozitivní výsledek
vznik I2, lze jej vytřepat do chloroformu (růžová – fialová)
– F• reakce s CaCl2 (reakce s CaCl2)
– pozitivní výsledek
vznik špatně viditelné sraženiny CaF2
Určování aniontů
– NO2• lze je oxidovat i redukovat
• reakce s FeSO4 v prostředí zředěné CH3COOH
– pozitivní výsledek
vznik hnědého proužku => „kroužková reakce“
• reakce s KMnO4 v kyselém prostředí (KMnO4 + H+)
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku MnVII → MnII
Určování aniotnů
• reakce s roztokem KI a škrobem
– pozitivní výsledek
vznik I2, který se škrobem poskytuje modré zbarvení
– NO3• mají oxidační účinky
• reakce s FeSO4 v prostředí zředěné CH3COOH
– pozitivní výsledek
vznik hnědého proužku => „kroužková reakce“
• reakce s difenylaminem
– pozitivní výsledek
po podvrstvení vzorku dojde k vytvoření modrého kroužku na
rozhraní fází
Kvalitativní analýza organických
látek
• narozdíl od anorganických látek jsou
organické látky ve vodě zpravidla
nerozpustné
– v organických rozpouštědlech nedisociují
– nelze přímo využít iontových reakcí
– > je nutné zjišťovanou látku vhodnou metodou
separovat a převést na iontovou sloučeninu
= mineralizace
Kvalitativní analýza organických
látek
• anorganické látky
– prvkově velmi pestré
x
• organické látky
– obsahují poměrně malé množství prvků
• C, H, O, N, halogeny,...
– pro určení sloučeniny nestačí jen určit její
složení, ale i strukturu
=> je nutné využít instrumentálních metod
Důkazy prvků ve sloučeninách
• důkaz uhlíku a vodíku
– zahřívání látky ve zkumavce s CuO
C + 2 CuO → 2 Cu + CO2
• unikající CO2 se dokazuje zaváděním do vápenné
nebo barytové vody (Ca(OH)2, Ba(OH)2)
– pozitivní výsledek
vznik bílého zákalu uhličitanu vápenatého/barnatého
– vodík se ze sloučenin uvolňuje při jejich
termickém rozkladu ve formě vody
• kapičky kondenzují na stěně zkumavky
• potvrzujeme bezvodým CuSO4 → zmodrá
Důkazy prvků ve sloučeninách
• důkaz síry
– oxidačním tavením s dusičnanem a uhličitanem
převedeme síru na síran
• síran dokazujeme reakcí s roztokem BaCl2
– vznik bílého zákalu
• důkaz dusíku
– zahříváním organické sloučeniny se silnou
zásadou
• vznik amoniaku – určujeme čichem nebo pH papírkem
Důkaz prvků ve sloučeninách
• důkaz halogenů
– Beilsteinova zkouška
• žíháním organické látky na očištěném měděném
drátku
• při rozkladu organické látky reagují halogeny s
mědí
– vzniká CuX2, který barví plamen modrozeleně
Důkaz prvků ve sloučeninách
• společný důkaz N, S a halogenů
– Lassaigneova zkouška
– mineralizace s kovovým sodíkem
N → NaCN
S → Na2S
X → NaX
• CN- + Fe2+ → [Fe(CN)6]4- + Fe3+ → berlínská modř
• S2- + nitroprussid sodný → červenofialový roztok
• X- + AgNO3 → AgX, poté další selektivní reakce
Kvantitativní analytická chemie
• stanovení obsahu (zastoupení) látky ve
vzorku
• využívá reakcí
– acidobazických
– komplexotvorných
– srážecích
– redoxních
Kvantitativní analytická chemie
• kvantitativní analytické postupy mohou často
být zatíženy chybami
– hrubá – nepozornost, nedodržení postupu
– soustavná – chyba přístroje, chemikálie, nádobí
– náhodná – kolísání napětí, změny teploty
• základní metody
– vážkové stanovení (gravimetrie)
– odměrné stanovení (titrace, volumetrie)
Vážková analýza
= gravimetrie
• spočívá v kvantitativním vyloučení
sledované látky ve formě sraženiny
– sraženina se vysušší/vyžíhá a zváží
Vážková analýza
• základní operace
– odebírání vzorku
– vážení vzorku
– rozpouštění vzorku
– srážení
– dekantace, filtrace, promývání
– sušení, spalování filtru a žíhání
– vyhodnocení práce – výpočet výsledků
Vážková analýza
• vážení vzorku
– odvážení přímé navážky
• zvážíme látku s přesností na 0,1 mg
• navážené množství kantitativně spláchneme
střičkou do nádoby, aby nedošlo ke ztrátám
– diferenční navažování
• zvážíme lodičku s přibližným množstvím váženého
vzorku
• vzorek přesypeme a zvážíme lodičku se zbytkem
• časově výhodnější, méně pracné
Vážková analýza
• rozpouštění
– pevné látky rozpouštíme nejčastěji v destilované
vodě
– látky nerozpustné ve vodě
• kovy a jejich slitiny, uhličitany, sulfidy a oxidy kovů
• rozpouštíme v kyselinách (HCl, HNO3, H2SO4) nebo v
alkalických hydroxidech
– pokud se látka nerozpouští
• používáme tavení
• vychladlou taveninu pak vyloužíme do kádinky horkou
destilovanou vodou
Vážková analýza
• srážení
– základním požadavkem je kvantitativní
vyloučení stanovované látky ve formě
nerozpustné sraženiny
– produkt musí být dobře filtrovatelný
= s hrubšími částečkami (amorfní sraženiny mají
velký objem a špatně se filtrují)
– úplnosti srážení se přesvědčíme přidáním
malého množství srážedla do čirého roztoku
nad sraženinou
Vážková analýza
• filtrace
– po vysrážení oddělujeme sraženinu od roztoku
– podle druhu sraženiny používáme:
• filtry papírové
– řídký filtr pro objemné amorfní sraženiny
– středně hustý filtr pro krystalické sraženiny
– hustý filtr pro jemné krystalické sraženiny
• porcelánové nebo skleněné filtrační kelímky
– slouží k dalšímu žíhání nebo sušení
– používají se při rychlé filtraci pomocí vývěvy
Vážková analýza
Vážková analýza
• dekantace a promývání
= do kádinky se sraženinou nalijeme množství
promývacího roztoku, sraženinu v něm
rozmícháme a po usazení čirý roztok opatrně
odlijeme přes filtr (opakujeme 3x).
– kvůli odstranění iontů, které by ovlivnily
hmotnost vážené sraženiny
Vážková analýza
• sušení
– v elektrických sušárnách
• většinou sušíme látky, které mají přesně definované
složení, do konstantní hmotnosti v předem zváženém
nádobí (teplota 105 – 150°C).
– žíhání a spalování filtru
• sraženina se spolu s papírovým filtrem zahřívá
kahanem v kelímku do konstantní hmotnosti
– vzorky po vysušení nebo vyžíhání uchováváme v
exsikátorech
Vážková analýza
Vážková analýza
Stanovovaná
složka
Vysrážený
produkt
Teplota sušení, žíhání
(°C)
Vážitelný
produkt
Ag+
AgCl
130
AgCl
Al3+
Al(OH)3
1000
Al2O3
Pb2+
PbCrO4
140
PbCrO4
Pb2+
PbSO4
550
PbSO4
Co2+
CoS
400
CoSO4
Ca2+
CaSO4
600
CaSO4
Fe3+
Fe(OH)3
900
Fe2O3
Cl-
AgCl
130
AgCl
F-
CaF2
500
CaF2
SO42-
BaSO4
700
BaSO4
Odměrná analýza
• podstatou je chemická reakce mezi
– odměrným roztokem známé koncentrace
– přesně daným objemem stanovované látky v
titrační baňce
• z objemů spotřebovaných roztoků
vypočítáme obsah stanovované složky ve
vzorku
Odměrná analýza
• proběhne-li chemická reakce kvantitativně,
zreagovalo právě ekvivalentní látkové
množství
– bylo dosaženo bodu ekvivalence, který
identifikujeme:
• použitím indikátoru (subjektivní metody)
• použitím přístrojů (objektivní metody)
Odměrná analýza
• oproti vážkovému stanovení je:
– rychlá
– přesnější
• chemická reakce pro odměrnou analýzu
musí splňovat
– probíhat rychle
– musí probíhat kvantitativně
– konec reakce (bod ekvivalence) musí být snadno
identifikovatelný
Odměrná analýza
• provádí se takzvaná titrace
– zpravidla pomocí byrety přikapáváme roztok do
titrační baňky, kde probíhá reakce
• přímá titrace
– přidáváme zásobní roztok činidla a zjišťujeme,
jaký objem je třeba pro zreagování vzorku
• zpětná titrace
– přidáme nadbytek činidla a přímou titrací potom
stanovujeme nadbytek přidaného činidla jinou
látkou
Odměrná analýza
Odměrná analýza
Odměrná analýza
Odměrná analýza
Odměrná analýza
• odměrné nádobí
– byrety, pipety, odměrné baňky, odměrné válce
– > kalibrované na vylití (označené EX)
• pipety, byrety
– >kalibrované na dolití (označené IN)
• baňky, válce
– je zpravidla kalibrováno pro teplotu 20°C
• pro dosažení přesnosti je třeba nádobí temperovat
Odměrná analýza
• dělení podle probíhající reakce
– acidobazické titrace
– srážecí titrace
– komplexotvorné titrace
– redoxní titrace
Odměrná analýza
• acidobazické titrace
– založena na neutralizační reakci
– > acidimetrie – stanovení obsahu zásad
- titrujeme kyselinou
– > alkalimetrie – stanovení obsahu kyselin
- titrujeme zásadou
– pH roztoku sledujeme pomocí
• indikátorů – fenolftalein, methyloranž, ...
• přístrojově – pH elektroda,...
Odměrná analýza
– výsledkem titrace je titrační křivka
• závislost pH roztoku na koncentraci přidaného
činidla
• v okolí bodu ekvivalence nastává prudká změna
pH reakční směsi
– je třeba vhodně zvolit acidobazický indikátor s barevným
přechodem v této oblasti
Odměrná analýza
Odměrná analýza
zbarvení v prostředí
Indikátor
kyselém
zásaditém
funkční oblast pH
Thymolová modř
červené
žluté
1,2 - 2,8
Methylová žluť
červené
žluté
2,9 - 4,0
Methyloranž
červené
žluté
3,1 - 4,4
Bromkresolová zeleň
žluté
modré
4,0 - 5,6
Methylčerveň
červené
žluté
4,2 - 6,3
Bromthymolová modř
žluté
modré
6,0 - 7,6
Fenolová červeň
žluté
červené
6,8 - 8,4
Thymolová modř
žluté
modré
8,0 - 9,6
Fenolftalein
bezbarvé
červené
8,2 - 10,0
Thymolftalein
bezbarvé
modré
9,4 - 10,5
Odměrná analýza
• zásobní roztoky
– acidimetrie
• HCl, H2SO4
– připraví se roztok o přibližné koncentraci, která je
stanovena jiným činidlem
» Na2CO3, NaHCO3, hydroxidy
– používají se na stanovení obsahu silných i slabých
kyselin
Odměrná analýza
– alkalimetrie
• NaOH, KOH
– pohlcují vzdušný CO2
– zpravidla se provádí navážka vyšší o 5 – 10 %
– je třeba stanovit koncentraci hydroxidu v roztoku pomocí
jiných činidel
» kyselina šťavelová dihydrát
– používají se na stanovení obsahu silných i slabých
kyselin
Odměrná analýza
• srážecí titrace
– založeny na vzniku sraženiny
– nejběžnější je argentometrie
•
•
•
•
stanovování pomocí sraženin solí stříbrných
zásobním roztokem je AgNO3
stanovení Cl-, Br-, I-, CN-, SCNindikátory
– přímá titrace podle Mohra – K2CrO4 → Ag2CrO4
– zpětná titrace podle Volharda
» nadbytek stanovujeme roztokem KSCN
» indikátor – Fe3+
Odměrná analýza
• komplexometrické titrace
– založeny na tvorbě velmi stabilních komplexů
– činidla
• cheláty – vícedonorové ligandy (EN, EDTA,...)
– chelatometrie
Odměrná analýza
• Hg2+ - například Hg(NO3)2 nebo Hg(ClO4)2
– merkurimetrie
– chelatometrie
• využívá mnohonásobné ligandy, které
se pevně vážou na kation kovu
= cheláty (chelé = klepeta)
• stanovení Pb2+, Bi3+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Ni2+
• indikátory
– eriochromčerň T, murexid, xylenová oranž
Odměrná analýza
• nejběžnější činidla
– chelaton I – kyselina nitrilotrioctová
– chelaton II – EDTA
– chelaton III – dihydrát disodné soli EDTA
– chelaton IV – 1,2-diamincyklohexan-N,N-tetraoctová kyselina
Odměrná analýza
– merkurimetrie
• srážení komplexů rtuťnatých pomocí rozpustných
disociovaných solí rtuťnatých
• stanovení iontů Br-, I-, CN-, SCN• indikátorem je nitroprussid sodný Na2[Fe(CN)5NO]
– vytváří bílou sraženinu s přebytkem Hg2+
Odměrná analýza
• redoxní titrace
– využívají redoxních reakcí
– dělení
• oxidimetrické titrace
– přidáváme oxidační činidlo – KMnO4, KBrO3, ...
• reduktometrické titrace
– přidáváme redukční činidlo – TiCl3, SnCl2, ...
Odměrná analýza
– indikátory
• vratné x nevratné
– některé indikátory nejsou schopny zpětného přechodu
» methyloranž a methylčerveň se při vzniku bromu v
bromatometrii rozkládají → odbarvení roztoku
• vratné
– redoxní x specifické
» specifickým indikátorem je například škrob, indikující
přítomnost jódu
Odměrná analýza
– oxidimetrická stanovení
• KMnO4, KBrO3, Ce(SO4)2, K2Cr2O7, roztok I2
• manganometrie
– odměrným roztokem je KMnO4
– není třeba indikátoru
» fialový MnO4- → bezbarvý Mn2+
– je málo stabilní – časem se znehodnocuje
– koncentrace KMnO4 se stanovuje kyselinou šťavelovou
– stanovení Fe2+, Sb3+, Sn2+, As3+, H2O2, kyselina šťavelová
– nepřímo i kovy, které se srážejí ve fomě málo rozpustných
šťavelanů (Ca2+, Sr2+, Ni2+, Cd2+,...)
Odměrná analýza
• zpětnou titrací je možné stanovit množství oxidačních
činidel
– redukujeme přebytkem Fe2+, který titrujeme KMnO4
– bromatometrie
• titrace roztokem KBrO3
• v přítomnosti oxidovatelné látky:
BrO3- + 6e- + 6 H+ → Br- + 3 H2O
• po vyčerpání oxidovatelné látky:
BrO3- + 5 Br- + 6 H+ → 3 Br2 + 3 H2O
• indikátory methyloranž, methylčerveň, jodid + škrob
Odměrná analýza
• využívá se ke stanovení
– As3+, Sb3+, Sn2+, Cu+, Tl+
• výhody KBrO3
– velmi stabilní a čistý, u připravených roztoků není třeba
upřesňovat jejich koncentraci
• lze využít pro stanovování organických látek (na
bázi oxidace, adice nebo substituce)
– k organické látce se přidá nadbytek BrO3- a Br– vzniklý Br2 reaguje s org. látkou
– nadbytek Br2 je stanoven jodometricky
Odměrná analýza
– cerimetrie
•
•
•
•
založena na redukci Ce(SO4)2 → Ce3+
provádí se v silně kyselém prostředí
téměř stejné oxidační schopnosti jako bromičnan
pro stanovení dosažení bodu ekvivalence se
využívá indikátorů
– dichromatometrie
• využívá redukce K2Cr2O7 → Cr3+
• základní látka – není třeba zpřesňovat koncentraci
• je nutné použít indikátoru
Odměrná analýza
• používá se pro stanovení Fe2+, Cu+, Co2+, Sn2+, I– a
SO32-, některých organických kyselin a glycerolu
– jodometrie
• titrace odměrným roztokem jódu nebo stanovení
obsahu oxidovadel reakcí s I- a následnou titrací
thiosíranem
• základem je redukce I2 → I• při nepřímé titraci reaguje jód s thiosíranem za vzniku
tetrathionanu
I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62-
Odměrná analýza
• přímé stanovení se používá pro
– S2-, SO32-, S2O32-, Sn2+, Sb3+, formaldehyd
• nepřímé stanovení pro všechna běžná oxidovadla
– Cl2, Br2, IO3– ,Cr2O72-, BrO3–, Ce4+, Fe3+, Cu2+, H2O2,
[Fe(CN)6]3+
• jako odměrný roztok se používá Lugolův roztok
– roztok I2 v KI (vzniká především trojodidový anion I3-)
– jód je ve vodě jinak prakticky nerozpustný
• reduktometrické titrace
– titanometrie (Ti3+ → Ti4+)
– chromometrie (Cr2+ → Cr3+)
– ferrometrie (Fe2+ → Fe3+)
Odměrná analýza - příklady
• Vypočítejte látkovou koncentraci odměrného
roztoku KMnO4, jestliže bylo na navážku
0,2205 g (COOH)2·2H2O při titraci v kyselém
prostředí spotřebováno 27,95 ml roztoku
KMnO4.
• [0,025 mol/l ]
Odměrná analýza – příklady
• Odměřili jsme 100 ml vzorku obsahujícího
chloridy. Spotřeba odměrného roztoku
dusičnanu stříbrného s koncentrací
0,0485mol/dm3 byla 21,34ml. Vypočítej
koncentraci Cl- v roztoku.
• [0,01035M]
Odměrná analýza – příklady
• Navážka 1,05g znečištěného KBr byla rozpuštěna
ve vodě a roztok doplněn na objem 100ml.
• Ke 20ml roztoku KBr bylo přidáno 30ml 0,1M
AgNO3 a nespotřebovaný AgNO3 ztitrován 28ml
0,05M NH4SCN.
• Vypočítej procentuální zastoupení KBr ve vzorku.
• [90,67%]
Odměrná analýza - příklady
• Navážka 5,000 g technického FeSO4 byla rozpuštěna a po
převedení do 250 ml odměrné baňky doplněna po značku.
• První podíl 50,0 ml vzorku byl titrován manganometricky a
bylo spotřebováno 33,85 ml 0,02 M KMnO4. Další podíl 50,0
ml byl redukován v Jonesově reduktoru a opět titrován 0,02
M KMnO4. Spotřeba činila 34,80 ml.
• Vypočítejte obsah iontů Fe2+ a Fe3+ (v %) v původním
vzorku.
• [18,9 % Fe2+; 0,53 % Fe3+]
Odměrná analýza – příklady
• Navážili jsme 2,0428g vzorku obsahujícího chloridy a
připravili 250ml zásobního roztoku.
• Na jednu titraci jsme použili 25 ml tohoto roztoku. Přidali
jsme 50 ml odměrného roztoku AgNO3 s koncentrací
c(AgNO3) = 0,048mol/l.
• Spotřeba odměrného roztoku KSCN s koncentrací c(KSCN)
= 0,1073mol/l byla 6,42ml. Vypočítej hmotnostní zlomek
chloridů v roztoku vzorku.
• [30,13%]