חוברת מעבדה טכניון

שוליךש"עהפקולטה לכימיה מכון טכנולוגי לישראל–הטכניון

מורחב 1בכימיה אנליטית מעבדה

)125102 ,124105 ,124219(

איריס ברזיליר "ד י"נערך ע

חיים ירניצקי' בהנחיית פרופ

ישראל שכטר' פרופ

ר אהרון בלנק"ד

2006 נובמבר: עודכן

2007 אוקטובר: עודכן

2

:תוכן העניינים

עמוד 4 ...............................................................................הקדמה

5 ....................................................................ספרות מומלצת

6 ....................................................ח מכין"הנחיות לכתיבת דו

........................תמיסותהכנת ;NaOHהכנה וכיול ויזואלי של :1ניסוי מספר

....................................NaOHהכנה וכיול ויזואלי של תמיסת

....................Methylene Blueהכנת תמיסות מימיות של הצבע

7

7

9

- הכנה לטיטרציות חמצון; טיטרציות חומצה בסיס מימיות :2ניסוי מספר

..................................................................................חיזור

.....................................NaOHציומטרי של תמיסת כיול פוטנ .................................קביעת תכולת חומצה טרטרית ביין לבן

...............................................קביעת חומצה זרחתית בקולה

אשלגן פרמנגנט תמיסתכיול : חיזור-הכנה לטיטרציות חמצון

KMnO4...............................................................................

13

18

18

19

21

22 .....................................................טיטרציות בתווך אל מימי :3ניסוי מספר ..........................................חיזור ויזואליות- טיטרציות חמצון :4ניסוי מספר

...................(Na2S2O3)כיול תמיסת נתרן תיוסולפאט הכנה ו

................קביעת מי חמצן בשיטה פרמנגנומטרית ויודומטרית ............................. בטבליותC אנליזה יודומטרית של ויטמין

30

33

34

35

................................. חיזור פוטנציומטריותטיטרציות חמצון :5ניסוי מספר ........................................................................צריום-ברזל .....................................................................פרמנגנט-ברזל

36

39

39 ..............................................................לדהקביעת מנגן בפ :6ניסוי מספר

..................................................שיטת ההוספה הסטנדרטית

.....................................................................שיטת גרף כיול

....... USB 2000טר הוראות הפעלה ראשוניות לספקטרופוטומ

41

42

43

44 ................................................................. טיטרציות שיקוע :7ניסוי מספר

...........................AgNO3טיטרציה של כלורידים ויודידים עם

..........................KMnO4טיטרציה של כלורידים ויודידים עם

46

48

49

50 ..................................................אלקטרודות יון סלקטיביות :8ניסוי מספר ..............................................גרבימטריה וקומפלקסומטריה :9ניסוי מספר

......................CaC2O4⋅H2O - קביעה גרבימטרית של סידן כ 9.1

................................... סידן קביעה קומפלקסומטרית של9.2

59

59

63

3

-תוכן העניינים

המשך

עמוד

67 ...........................................אלקטרוגרבימטריה וקולומטריה רקע תאורטיקוע י שי"קביעת אחוז הנחושת בפליז ע: אלקטרוגרבימטריה :10ניסוי מספר

........................................................................אלקטרוליטי

71 ..........................................................................קולומטריה :11ניסוי מספר

................................................................אנליזה של חומצה

..................................................................אנליזה של ארסן

75

75

77 79 ...........................................................ניסויים לבדיקות מים :12ניסוי מספר

4

הקדמה

שבהם יושם דגש על שיטות עבודה נכונות , במעבדה לכימיה אנליטית יבוצעו ניסויים כמותיים

.ומדויקות בנוסף לידע ולהבנה של מושגים יסודיים בכימיה

בדיקת מידת . מראשלהפקת התועלת המירבית מתרגילי המעבדה עליך להתכונן לכל מעבדה

סטודנט . ח מכין ובחן קצר שינתן לפני כל מעבדה''ידי הגשת דו-הכנתך למעבדה תעשה על

ח "עליך לסכם את תוצאותיך ומסקנותיך בדו. תי מוכן לא יורשה להשתתף במעבדהשימצא בל

המדריך . בהתאם להוראות המדריך, מעבדה מסכם מתאים ולמסרו עד שבוע ימים לאחר הניסוי

.לאחר מכןששבוע עליו במשוב לך יתןח וי"יבדוק ויעריך את הדו

בסיום כל תרגיל תוחתם ". ן מעבדהיומ"תוצאות ניסוייך ירשמו במחברת מיוחדת שתשמש כ

לאישור שמקום עבודתך נמצא מסודר בטרם עוזבך את , י הלבורנט או המדריך"מחברתך ע

.י המדריכים"הסבר לניהול יומן המעבדה יינתן ע. המעבדה

ח מעבדה"הוראות להגשת דו

ות ותשובות של התוצאים מלאיםחישוב, ח מכין יכיל פירוט ראקציות שעליהן מתבסס הניסוי''דו

.ח מכין יש להגיש לפני תחילת המעבדה''דו. קצרות לשאלות ההכנה

. ח מעבדה מסכם מתאים ולמסרו עד שבוע לאחר הניסוי"את תוצאותיך ומסקנותיך יש להגיש בדו

תוצאות . י מתיחת קו תחתי"תוצאות ביניים חשובות יש להדגיש ע, ח להיות מסודר וברור"על הדו

.י הקפתן במסגרת"סופיות יש להדגיש ע

לאחר . על הניסויקצרח יש לתת הקדמה קצרה שתכלול את מטרת הניסוי והסבר "לכל דו

יש לחשב את . ההקדמה יש לתאר כל שינוי שנעשה במהלכי הניסוי כפי שהם כתובים בחוברת זו

ח יש להוסיף סיכום קצר "בסוף הדו. לרשום ולהסביר את התוצאות, לפרט, החישובים הדרושים

.קנותומס

הוראות בטיחות לסטודנטים במעבדות הכימיה

הנמצא באתר , עליך להוריד קובץ הוראות בטיחות במעבדות הכימיה, בטרם תתחיל לעבוד

תחת courses/ychemistr/technion/il.ac.technion.www://http/האינטרנט של הפקולטה

עליך לקרוא ולהבין את כל הכתוב . Chemical Laboratories Safety Regulations: הכותרת

.ולהביאו למעבדה הראשונה, לחתום על הספח המצורף בסופו, בקובץ זה

00אנא צפה באתר הוידאו של הקורס במעבדה

html.ChemLab_Analytical/Courses/il.ac.technion.video://http

!סטודנט שלא יהיה ברשותו ספח חתום לא יוכל לבצע את המעבדות

5

:ספרות מומלצת

. החומר התאורטי על הניסויים שתבצעמרבית למצוא את בה תוכל, חלקיתלהלן רשימת ספרים

וכמובן שהינך רשאי ללמוד מכל מקור אחר המקיף את חומר , ריםאין צורך שיהיו בידך כל הספ

תוכל להתיעץ עם המדריך , כמו כן. תופנה אל מקורות ספציפיים יותר, במקרים מיוחדים .הלימוד

.על מקורות נוספים

I. Harris, Daniel C.,

"Quantitative Chemical Analysis"

W.H. Freeman & Co, 2003, 6th Ed. and previous editions.

II. Harris, Daniel C.,

“Exploring chemical analysis”

W.H. Freeman & Co, 2001, 2nd Ed. and previous editions.

III. Skoog, D.A., West, D.M. & Holler, F.J.,

"Fundamentals of Analytical Chemistry"

Saunders College Publishing, 1996, 7th Ed.

IV. Hargis Larry G.,

"Analytical Chemistry Principles and Techniques"

Prentice-Hall International Editions, 1988.

6

הנחיות לכתיבת דו"ח מכין כותרת הניסוי .1

מטרת הניסוי .2

הרלוונטיות לניסוי, משוואות מאוזנות .3

פוטנציאלי , Ksp, מסה מולארית: כמו, נתונים ספרותיים הנחוצים לצורך ביצוע חישובים .4

.חיזור סטנדרטיים וכל נתון אחר הרלוונטי לניסוי

,למשל: דוגמאות חישוב .5

לכתוב את הדרך לחישוב הריכוז , כוז תמיסה כלשהיאם מדובר בטיטרציה לקביעת רי .5.1

.'צפיפות וכו, כ בנתונים כמו מסה מולארית"לשם כך יש צורך בד. של אותה תמיסה

.לכתוב את הדרך לחישוב ריכוזי התמיסות המהולות, אם מכינים גרף כיול מתמיסת אם .5.2

x1<x2כאשר , תוצאות נסיוניות2חישוב אחוז סטיה בין .5.3

100x

x-xerror relative %1

12 ×=

:X, לתוצאה אמיתית , x1, חישוב אחוז סטיה בין תוצאה נסיונית .5.4

100X

x-Xerror relative % 1 ×=

.'לחשב ריכוזים וכו, למצוא יחסי מולים, שבזמן המעבדה אין זמן לאזן משוואות, הרעיון הוא

7

תמיסותהכנת ; NaOHהכנה וכיול ויזואלי של : 1ניסוי מספר

' חלק א01ו של הקורס במעבדה אנא צפה באתר הוידא

' חלק א02במעבדה ו


NaOHתמיסת ויזואלי של הכנה וכיול : טיטרציות חומצה בסיס מימיות 1.1

! אל תשפוך את התמיסה. 3 ,2ות זו תשמש אותך גם במעבדNaOHתמיסת

רשום את שמך על הבקבוק ואחסן אותו במדף המיועד לקבוצתך

. ודא שאין בו סדקים או נזילות. ליטר1ליאתילן בנפח שטוף בקבוק פו -

.ואת קבוצת המעבדה אליה אתה שייך, רשום עליו את שמך-

לגעת בגרגרים אין(ל " מ250 בנפחבתוך כוס ) במאזניים רגילים (NaOH גרם גרגרי 4.5 -שקול כ -

).בידיים חשופות

).?מדוע מבצעים פעולה זו(שטוף את הגרגרים במעט מים מזוקקים ושפוך את הנוזל -

המס בהדרגה את הגרגרים והעבר ). גדולה או כוסמדוד במשורה(ליטר מים מזוקקים 1 -כהכן -

, נער אותו לפני כל שימוש בתמיסה. סגור את הבקבוק.נער היטב; ןאת הנוזל לבקבוק פוליאתיל

.וסגור מיד

מהי נוסחת ) (C8H5O4K) KHPג חומצת אשלגן פתלטי " מ450 -שקילה הפרשית כבשקול -

.ל" מ250 נפחוהעבר לארלנמאייר ב) ?המבנה שלו

. טיפות תמיסת האינדיקטור פנולפתלאין3 -ל מים וכ" מ100 -הוסף כ -

.תנ שהכNaOHא ביורטה בתמיסת מל -

שאינו נעלם , עד לקבלת גוון ורוד חלשNaOH -טטר את חומצת האשלגן הפתלטי בתמיסת ה -

. שניות30 - במשך כ

4 בדיוק של (0.09-0.11M) שהכנת בתחום הריכוזים הרצוי NaOH -בדוק האם תמיסת ה -

בצע טטרציה וויזואלית , לא אם!פנה למדריך, אם הריכוז חורג מתחום זה. ספרות אחרי הנקודה

.0.5% אינו עולה על *עד שאחוז הסטיה בין שתי טיטרציות, נוספת

. לפי הטיטרציה הויזואליתתנ שהכNaOH -חשב את הריכוז המולרי של תמיסת ה

:חישוב אחוזי סטיה בין שתי תוצאות*

:X1, X2 ;X1>X2, חישוב אחוזי סטיה בין שתי תוצאות נסיוניות. א

100X

XXerror %2

21 ×−

=

8

ללא קשר מה גדול (X,"אמיתית" ותוצאה Xexp, חישוב אחוזי סטיה בין תוצאה נסיוניות. ב

!):ממה

100X

XXerror % exp

×−

=

!אל תשפוך את התמיסה. 3 ,2ות זו תשמש אותך גם במעבדNaOHתמיסת


9

ומיהולןמתילן בלוהכנת תמיסות מימיות של הצבע 2.1

' א חלק01אנא צפה באתר הוידאו של הקורס במעבדה



להגדירן כמותית , חלק ניכר מהקביעות האנליטיות מתבצע בתמיסות ולכן חשוב לדעת להכינן

. ם התואמיםולבצע את החישובי

ולא רק על ידי (תמיסות הן מערכות הומוגניות ונוח להגדירן כמותית באמצעות יחידות ריכוז

הוא גודל המבטא תכונה פנימית , בדומה לצפיפות וחום סגולי, ריכוז). גדלים כמשקל או נפח

).ונפח שלא כמו משקל( אינו משתנה עם חלוקת התמיסה ולחלקים -של התמיסה ) רינסיתאינט(

פיפטה (תוך שימוש בכלים וולומטריים , נכין תמיסות על ידי מיהול תמיסה מרוכזת, בניסוי זה

.להכנת ריכוזים מדויקים) ובקבוק כיול

mol/gr.90 373: W.M,Methylene Blue

מהלך הניסוי

,בלבד" מתילן בלופסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתמתילן בלוהדאג לפנות את כל תמיסות

! או למיכלים אחריםולא לכיור

.מטרת ניסוי זה היא לימוד נושא התמיסות והכנתן

.ין בו שהעין יכולה להבחמתילן בלונבדוק מהו הריכוז הנמוך ביותר של תמיסת

.gr/L 0.1לרשותך תמיסת מתילן בלו בריכוז )1

10 המהולה פי ה תמיסנתהכל ל" מ50.0בנפח ובקבוק כיול ל "מ 5בנפח השתמש בפיפטה )2

?המהו צבע התמיסה וריכוז. מהתמיסה הקודמת

.ח" רשום תצפיותיך בטבלה אשר בדו

.עד אשר לא תוכל להבחין בצבע התמיסה, )2(חזור על חלק ) 3

.שבה עדיין אתה יכול לראות צבע, חזור לתמיסה המהולה ביותר

10

.5מהל תמיסה זו פי ל ו" מ25 בנפח השתמש בבקבוק כיול

בו העין האנושית , מתילן בלו מהי הערכתך לגבי הריכוז הנמוך ביותר של תמיסת

? מסוגלת להבחין

11

1' מסמעבדהח ל''דו

_____________________ז.ת____________________ שם הסטודנט

NaOH הכנה וכיול ויזואלי של תמיסת 1.1

:משוואת הטיטרציה

%0.5 טיטרציות שאחוז הסטיה ביניהן אינו עולה על 2סיכום התוצאות עבור

1 יניסו 2 יניסו

1 )גרם (KHPמשקל

KHP 2 ולי מספר מ

3 )ל"מ ( שהוסףNaOHנפח

NaOH 4 מספר מולי

NaOH (M) 5 תמיסת זריכו

6 אחוז סטיה בין התוצאות

ממוצע NaOH תמיסת זריכו

על סמך טיטרציה ויזואלית7

12

ומיהולןמתילן בלוהכנת תמיסות מימיות של הצבע 1.2

(M) ריכוז (gr/L)ריכוז צבע

דיון בתוצאות

13

: 2ניסוי מספר

; NaOH תמיסת פוטנציומטרי שלכיול: טיטרציות חומצה בסיס מימיות 2.1

קביעת חומצה זרחתית בקולה; קביעת תכולת חומצה טרטרית ביין לבן

4KMnOכיול תמיסת אשלגן פרמנגנאט : חיזור-טיטרציות חמצוןהכנה ל 2.2

02 באתר הוידאו של הקורס במעבדה אנא צפה



תכונה זו של .יכולת לנתק קשרים קוטביים במולקולות של חומרים המומסים בתוכםיש מים ל

המים באה לידי ביטוי בכך שמולקולות המים עצמן עוברות תהליך של יינון עצמי ומקיימות שיווי

:משקל עם יוני הידרוניום ויוני הידרוכסיל לפי המשוואה הבאה

2H2O ↔ H3O+ + OH-

. לןבה נדון לה, על שיווי משקל זה של המים מבוססת הגדרת חומצות ובסיסים בתמיסות מימיות

קבוע . יצוין כי המושג של חומצות ובסיסים הוא רחב ביותר ואינו מוגבל דווקא לתמיסות מימיות

:שיווי המשקל לפרוק המים הוא

[H3O+][OH-] __________ ____ = Keq. 1

[H2O]2

נשאר (55.55M)לכן הריכוז המולרי הגבוה של המים , מידת הפרוק של המים ליונים זעומה

: המכיל בתוכו ריכוז זה Kwלמעשה קבוע ומכאן ניתן להגדיר קבוע חדש

Kw = Keq . [H2O]2 = [H3O+][OH-]. 2

:ממדידות הולכה נמצא

Kw = 10-14(25oC)

הידרוניום שווה לריכוז יוני ההידרוכסיל מתהליך יינון המים נובע שבמים נייטרליים ריכוז יוני ה

:ולכן קיים

[H3O+] = [OH-] = 10-7M. 3

כתוצאה מהוספת חומר התורם פרוטונים 10-7M < [+H3O]כאשר המים מכילים ריכוז

, ובדומה, והתמיסה מוגדרת כחומצית) ?מדוע (10-7M > [-OH]הרי אז ) חומצה(לתמיסה

. התמיסה בסיסית10-7M < [-OH]כאשר

:השימוש בריכוזים כה נמוכים הוא מסורבל ולכן משתמשים ביחידות לוגריתמיות בצורה הבאה

pH = -log[H+] . 4

pOH = -log[OH-]. 5

25oC pH + pOH = 14 . 6):-ב( Kwולפי גודלו של

14

.pH=7ובמים טהורים קיים

Keth. = 3×10-20 ). אשר קבוע הפרוק שלו הוא , של אתאנול טהורpH -חשב את ה(

לתמיסה מוגדר כחומצה ואילו בסיס זהו אלקטרוליט המתקשר עם +Hאלקטרוליט התורם יוני

חומצה או בסיס מוגדרים כחזקים או חלשים בהתאם למידת הפרוק שלהם ליונים . יוני מימן

.במים

לשים תלוי בקבוע שווי המשקל של בתמיסת חומצה או בסיס ח -OH או +H3Oריכוז יוני

:לדוגמה. כמו בחומצה או בסיס חזקים, החומצה או הבסיס ואיננו יחסי ישר לריכוז התמיסה

HCl + H2O → H3O+ + Cl- -חומצה חזקה

CH3COOH + H2O ↔ H3O+ + CH3COO- -חומצה חלשה

[H3O+][CH3COO-] Ka = ________________. 7

[CH3COOH]

מלחי חומצות חלשות הם אלקטרוליטים חזקים ובהתמוססם במים מתקבל אניון החומצה

נטייה זו חזקה יותר ככל שקבוע . הנוטה להתקשר עם פרוטון מהמים ליצירת החומצה, החלשה

.תופעה זאת קרויה הידרוליזה). ?מדוע(הפרוק של החומצה קטן יותר

-CH3COO- + H2O ↔ CH3COOH + OH: לדוגמה

:קבוע ההידרוליזה הוא

[OH-][CH3COOH] Kw = __ Kh = ________________. 8

[CH3COO-] Ka

.מובן שתופעת ההידרוליזה שתוארה לעיל קיימת גם במלחי בסיסים חלשים

או בסיס חלש והמלח (נדון עתה בתכונות של תמיסה המכילה חומצה חלשה ואת המלח שלה

. של אלקטרוליט חלש ואלקטרוליט חזק בעלי אניון או קטיון משותףכלומר תערובת , )שלו

התמיסה בהתאם לקבוע שיווי pHהריכוזים היחסיים של החומצה והמלח שלה קובעים את

: בדרך הבאה 7זאת ניתן להמחיש על ידי כתיבת משוואה . המשקל של החומצה החלשה

[CH3COOH] [H3O+] = Ka ____________

[CH3COO-] :או

[CH3COO-] pH = pKa + log ____________. 9

[CH3COOH]

כלומר , 10י שינוי יחס הריכוזים פי " ביחידה אחת ייגרם עpH - ניתן לראות ששינוי ה9ממשוואה

תמיסה כזו נקראת . התמיסהpH - א יגרום לשינוי גדול בשינוי קטן יותר ביחסי הריכוזים ל

קבוע גם כאשר מוסיפים לתמיסה pH בגלל יכולתה לשמור על )buffer solution(תמיסת מגן

15

pH -ישפיע מיהול תמיסת המגן על ה, לדעתך, כיצד(כמויות קטנות יחסית של חומצה או בסיס

).?שלה

הן מהירות מאד ולכן ניתן לנצלן ) ירת מים ומלחליצ(תגובות הסתירה בין חומצות ובסיסים

.י טיטרציה בתמיסה מכוילת של השני"לקביעות כמותיות של האחד ע

התמיסה ועם סיום התגובה חל pH - במהלך הטיטרציות של חומצות ובסיסים חלים שינויים ב

תר קביעת גם כאן חשובה ביו, כבכל טיטרציה. בתחום אחרpH - בתחום אחד לpH -שינוי חד מ

המשנה את צבעו , שהוא עצמו חומצה או בסיס חלש, נקודת הסיום הנעשית באמצעות אינדיקטור

-לכן יש לבחור את האינדיקטור לפי קבוע שווי המשקל שלו כך שצבעו ישתנה ב. צרpHבתחום

pH בהן נבחר האינדיקטור בהתאם ל, בדומה לטיטרציות שיקוע( בו מסתיימת הטיטרציה- Ksp

).שהוא ישקע בגמר השיקוע של החומר הנקבע, כךשלו

קיומה של תופעת ההידרוליזה מאפשר גם קביעות כמותיות של מלחי החומצות והבסיסים

.החלשים בדרך דומה

pH meter -השימוש ב

י מדידת המתח החשמלי בין " התמיסה עpH הינו מכשיר אלקטרוני המודד את pHמד

ברוב . בעלת גולת זכוכית דקה בקצה, דיקטור מיוחדתאלקטרודת ייחוס ואלקטרודת אינ

אלקטרודת ייחוס המכילה , משתמשים באלקטרודה משולבת, כמו בניסוי שתבצע היום, המקרים

אשר רגישה לשינוי ריכוז יון , ואלקטרודת אינדיקטור, בעלת פוטנציאל קבוע, Ag/AgClמסוג

.באותו מבנה זכוכית, המימן בתמיסה מימית

:מבנה אלקטרודת זכוכית

.השומר על אלקטרודת הזכוכית העדינה, קצה האלקטרודה מוגן במכסה פלסטיק

16

:PH510 מדגם Eutech תוצרת pHבמעבדה תשתמש במד

כללי

. וטמפרטורהmVאו , וטמפרטורהpH קורא ומציג ערכי PH510 -מכשיר ה

.פק מתח ישר ומסופק עם מעמד אינטגרלי לאלקטרודה ולגשש הטמפרטורהי ס"הוא מופעל ע

חיבורים לפני הפעלה

. בגב המכשירINPUT מתחברת לשקע pH - אלקטרודת ה-

. בגב המכשירATC גשש הטמפרטורה מתחבר לשקע -

. בגב המכשירDC ספק המתח מתחבר למחבר -

pHכיול

.pH 4,7,10: נקודות3ול של עד בופרים ומאפשר כי3המכשיר מכיר מערכת של

.המכשיר מזהה אוטומטית את הבופרים שבשימוש

. למעלה וציור של כוסית דגימה משמאל למטהCALעם הכניסה למצב כיול יופיעו בצג כיתוב

17

:)4pH 7,(כיול לשתי נקודות

.On/Offי לחצן "הדלק את המכשיר ע .1

, אל תיגע. ב במים מזוקקיםהוצא את האלקטרודה מתמיסת האחסון ושטוף אותה היט .2

תשפשף או תפגע בממברנות הזכוכית הדקיקה שבקצה האלקטרודה ואל תגע בה בתחתית

. הכלי

.ערבב קלות, pH=7 בתמיסת מגן וגשש הטמפרטורה ל את האלקטרודה וטב .3

העליון מראה את קריאת : מספרים2 - וCALבתצוגה יופיעו ; Cal/Measלחץ על כפתור .4

המתן להתיצבות הקריאה ). 7.00(חתון מראה את הערך הנומינלי של הבופר האלקטרודה והת

המספר העליון – לאישור Enterולחץ ) מצד שמאל למעלה בתצוגהReadyיופיע כיתוב (

.יהבהב למשך כמה שניות והמכשיר יעבור לבופר הבא

.וגשש הטמפרטורה במים מזוקקיםהאלקטרודה שטוף את .5

המתן לקבלת , ערבב קלות, pH=4 תמיסת מגן הטמפרטורה לוגשש האלקטרודה העבר את .6

Ready בתצוגה ולחץ Enterלאישור .

.pH למעבר למצב מדידת Cal/Measלחץ על כפתור .7

בזמן שאינך עובד עם האלקטרודה ! חשופה לאוירpHאל תשאיר אלקטרודת

; מי ברזטבול אותה בכוס המכילה

.יטב במים מזוקקיםלפני ביצוע מדידה שטוף את האלקטרודה ה

והחזר אותו KCl 3M מלא את מכסה האלקטרודה בתמיסת –בסיום העבודה

למקומו

18

NaOHתמיסת פוטנציומטרי של כיול 12.1.

! אל תשפוך את התמיסה. 3 זו תשמש אותך גם במעבדה NaOHת תמיס

במדף המיועד לקבוצתךאותואחסן רשום את שמך על הבקבוק ו

.ל" מ250 נפח בכוסותל והעבירן KHP שקול שתי מנות של -

.ל מים" מ100 -הוסף כ -

.pH-meterכייל -

.הצב את הכוס על בוחש מגנטי והפעילו לבחישה אחידה -

ל וקבע את תחום הקפיצה בעקום " מ1.0הוסף מנות של ; NaOH -טטר בעזרת תמיסת ה -

.הטיטרציה

המשך . ל" מ0.1 במנות של NaOHסיף כאשר בסביבת הקפיצה הו, חזור על הטיטרציה פעמיים -

.לטטר גם מעבר לקפיצה

.עבור הטיטרציה השניה) NaOHל " כפונקציה של מpH(צייר עקום טיטרציה -

.עבור אותה הטיטרציה) NaOHל ממוצע " כפונקציה של מpH/Δml Δ(צייר עקום נגזרת -

הטיטרציה הויזואלית פעם מתוצאת (ת נ שהכNaOH -חשב את הריכוז המולרי של תמיסת ה -

). ופעם מתוצאת הטיטרציה הפוטנציומטרית

.ודון בהבדלים, חשב אחוז סטיה בין שתי התוצאות-

והשתמש בו , לפי תוצאות הטיטרציה הפוטנציומטרית העדינהNaOH – קבע את ריכוז ה -

.לחישוביך

קביעת תכולת חומצה טרטרית ביין לבן2.1.2

קרבוכסילית -שהינה חומצה דו, H2C4H4O6, מחומצה טרטריתחומציות היין נובעת ברובה

חומצה טרטרית הינה חומצה חלשה בעלת . HOOCCHOHCHOHCOOH: שהמבנה שלה הינו

,pK1=2.98: וקבועי הפירוק שלה הינם) המודגשים בנוסחה לעיל(שני מימנים חומציים

pK2=4.34. לכן ניטרול של כל מול חומצה דורש שני מולי בסיס NaOH . תגובת הסתירה המלאה

:הינה

H2C4H4O6 + 2 NaOH → Na2C4H4O6 + 2H2O :מהלך הניסוי

. שהכנתNaOH בתמיסת ל" מ10 בנפח מלא ביורטה .1

.ל יין לבן" מ30 -ל בכ" מ100מלא כוס בנפח .2

3-4 -ל מים מזוקקים ו" מ40 -הוסף כ. ל יין לבן לארלנמאייר" מ10.0 העבר בפיפטה .3

תחום ; ורוד בסביבה בסיסית, חסר צבע בסביבה חומצית (ל פתלאיןפנואינדיקטור טיפות

).pH 8.0 – 9.6: מעבר צבע

19

להבלטת מעבר (על נייר לבן , הכנס מגנט לתוך הארלנמאייר והעמידו על גבי בוחש מגנטי .4

).הצבע

. הפעל את הבוחש לבחישה אחידה .5

.יציבהנשאר צבע שינוי טטר את הדוגמה עד .6

עד שאחוז הסטיה בין שתי טיטרציות אינו עולה על , עם נוספת חזור על הטיטרציה פ .7

0.5%.

ממוצע בין שני ריכוזים שאחוז הסטיה ביניהם (חשב את ריכוז החומצה הטרטרית ביין .8

.Molar, gr/L, %(Weight/Volue): ביחידות, )קטן מחצי אחוז

קביעת תכולת חומצה זרחתית בקולה2.1.3

חומצה ). הטיטרנט (NaOH 0.025Mעם ) האנליט( משקה קולה ל דוגמת" מ25בניסוי זה תטטר

וניתן , (pKa1=2.12, pKa2=7.21, pKa3=12.67) פרוטית חלשה-זרחתית הינה חומצה תלת

לאחר שהפרוטון , אולם. NaOHלנטרל בהצלחה את כל שלושת הפרוטונים אם מוסיפים מספיק

דבר המשבש את הכימיה של שאר , הראשון מנוטרל ישנה תחרות עם שאר המרכיבים בתערובת

תגובת . נשתמש רק בנקודה האקויולנטית הראשונה לחישוב ריכוז החומצה, לכן. תהליכי הנטרול

:הנטרול המתאימה לכך הינה

H3PO4 + OH- → H2PO4- + H2O

:מהלך הניסוי

.קרר. CO2 דקות להרחקת 5 - והרתח למשך כ, קולה ל" מ100 - בכל" מ250 בנפח מלא כוס. 1

50.0העבר בפיפטה : 0.025Mלקבלת ריכוז של , 4 שברשותך פי NaOH -מהל את תמיסת ה. 2

.השלם במים מזוקקים וערבב היטב, ל" מ200 לבקבוק כיול בנפח 0.1M בריכוז NaOHל "מ

. המהולהNaOH - ל בתמיסת ה" מ25מלא ביורטה בנפח . 3

. ל מים מזוקקים" מ25 -ו) קרה, רתוחה(ל קולה " מ25.0ל העבר בפיפטה " מ150לכוס בנפח . 4

מכויל לתוך pH המחוברת למד pHהכנס מגנט ואלקטרודת , העמד את הכוס על בוחש מגנטי. 5

. התמיסה

!הזהר על קצה האלקטרודה. הפעל את הבוחש לבחישה אחידה. 6

. ההתחלתי של התמיסהpH -רשום את ה. 7

pH - ורשום את השתנות ה, ל" מ1.0במנות של ) 0.025Mבריכוז (NaOH - טטר עם תמיסת ה. 8

ערוך את תוצאותיך בטבלה . נקודות אקויולנטיות2טטר עד קבלת . במהלך הטיטרציה

:כדוגמת

20

pH mL NaOH

0

1

2

במנות NaOHכאשר בסביבות הנקודות האקויולנטיות הוסף , חזור על הטיטרציה פעם נוספת. 9

.ל" מ0.1של

: העבודהבסיום

שטוף את האלקטרודה במים מזוקקים והחזר אותה לתמיסה בה היתה שרויה -

.בהתחלה

והשאר , שטוף את הביורטה היטב במים מזוקקים. רוקן את הביורטה לכלי פסולת -

.אותה הפוכה על כנה

.לכיוררוקן את כלי הפסולת -

.שטוף את כל הכלים במים מזוקקים -

:עיבוד התוצאות

.)המדויקת (עבור הטיטרציה השניה) NaOHל " כפונקציה של מpH(רציה צייר עקום טיט -

.עבור אותה הטיטרציה) NaOHל ממוצע " כפונקציה של מpH/Δml Δ(צייר עקום נגזרת -

. הנקודות שקיבלת2חומצה זרחתית בקולה לפי חשב את הריכוז המולרי של -

?קת יותראיזה מדוי. השווה בין התוצאות שקיבלת משתי הנקודות-

ליטר וביחידות / דווח על ריכוז החומצה הזרחתית בקולה לפי הנקודה הראשונה ביחידות של מול-

.mg/100 mLשל

! אל תשפוך את התמיסה. 3 זו תשמש אותך גם במעבדה NaOHתמיסת


21

4KMnOל תמיסת אשלגן פרמנגנאט כיו: חיזור-טיטרציות חמצוןהכנה ל 2.2

פרמנגנומטריה היא שיטה לקביעה כמותית של חומרים מחזרים על ידי טיטרציה שלהם בתמיסת

כושר KMnO4 -הטיטרציה נעשית לרוב בסביבה חומצית שבה ל. מכוילת(KMnO4)פרמנגנט

HC1בתוך ולא H2SO4הטיטרציה נעשית בתוך (חימצון מירבי והתגובה היא מוגדרת וכמותית

בשיטה זו נקבעת נקודת . הטיטרציה מתבצעת בדרך כלל בחום לזירוז התגובה). ?מדוע, HNO3או

. המעיד על עודף פרמנגנט, הסיום של הטיטרציה ברגע הופעת הצבע הורוד בתמיסה


. מסוננתKMnO4 0.02Mקבל תמיסת -

250 נפחוהעבר לארלנמאייר ב 1 יבשNa2C2O4 ג" מ200 - שקול בדייקנות בשקילה הפרשית כ -

.ל"מ

.KMnO4 - בל" מ50 בנפח מלא ביורטה -

.H2SO4 1:8 ל" מ15 -ל מים וכ" מ100 -הוסף כ -

. 60-70oCחמם עם מדחום בתוך הארלנמאייר עד - .ים מזוקקים לתוך הארלנמאייר במעט מותושטוף אהוצא את המד חום ו -

תגובת חיזור . עד צבע ורוד הנשאר יציב במשך חצי דקהKMnO4עם החמהטטר את התמיסה -

.של פרמנגנט הינה איטית בהתחלה ולכן צבעו לא נעלם מיד

).תשתמש בה במעבדות הבאות. שמור את התמיסה( KMnO4 חשב את ריכוז תמיסת -

עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן קטן , חזור על הכיול לפחות עוד פעם אחת-

.0.5% - מ

! תשתמש בה במעבדות הבאות!שמור את התמיסה

, רשום את שמך ואת מספר הקבוצה אליה אתה שייך

!ואחסן את הבקבוק בארון המיועד לקבוצתך

.בתום השימוש סגור היטב את הכלי והחזר לדסיקטור בזהירות; נמצא בתוך דסיקטור בחדר המאזניים 1

22

טיטרציות בתווך אל מימי: 3ניסוי מספר

מטרת הניסוי

50%(מתאנול - בתערובת של מים, שאינם מסיסים במים נקבע חומצות ובסיסיםבניסוי זה

בסיס יכולים לשמש בתערובת -נבדוק האם אינדיקטורים נפוצים בטיטרציות חומצה). משקלי

.ונשוה את תחומי מעברי הצבע לפאזה מימית, כזו


html.ChemLab_Analytical/Courses/il.ac.niontech.video://http

בסיס-אינדיקטורים בטיטרציות חומצה

שלצורונים השונים שלו יש , בסיס הוא בעצמו חומצה או בסיס-אינדיקטור בתגובות חומצה

. צבעים שונים

HIn + H2O⇔ H3O+ + In-

][][log

][]][[ 3

HInInpKpH

HInInOHK

a

a

−

−+

+=

=

היחס בין pH=pKaכאשר . pH - נקבע לפי הניתן לראות שהיחס בין החומצה והבסיס הצמוד

התמיסה תראה את הצבע החומצי , באופן כללי. ונראה צבע מעורב, 1:1הצורונים בתמיסה הוא

.10/1< [HIn] /[-In] ואת הצבע הבסיסי כאשר 1/10> [HIn] /[-In]כאשר

pKa ± 1 :י"טווח השתנות הצבע נתון ע

: םהאינדיקטורים בהם תשתמש במעבדה זו הינ

bromocresol purple, bromocresol green, bromophenol blue, bromothymol blue, congo

red, cresol purple, cresol red, methyl red, methyl orange, phenol red, phenolphthalein,

thymol blue, thymolphthalein, curcumin.

בו אינדיקטורים אלה משנים את pHת תחום ה עליך למצוא בספר נתונים א, לפני הגיעך למעבדה

.וכן את המבנה שלהם, )בספר הנתונים תמצא זאת רק בסביבה מימית(צבעם

מימי-טיטרציות בתווך אל

אבל החומציות , שלמות תגובות סתירה תלויה בחלקה בחוזק החומצי או הבסיסי של האנליט

.תתף בתגובת היוניזציהכי הוא מש, של האנליט תלויה בממס(observed)הנראית

. פרוטיים- בסיסיים או א, ניתן לסווג ממסים כאמפיפרוטיים

או , והם עוברים יוניזציה עצמית, יש אופי חומצי ובסיסי יחדיואמפיפרוטייםלממסים

:לפי התגובות הבאות, אוטופרוטוליזה

2H2O ⇔ H3O+ + OH-

23

2C2H5OH ⇔ C2H5OH2+ + C2H5O-

2CH3CO2H ⇔ CH3CO2H2+ + CH3CO2

-

2NH3 ⇔ NH4+ +NH2

-

.-2HS ⇔ H2S+ + S: התגובה הכללית לכך הינה

. ולכן אינם עוברים אוטופרוטוליזה, אבל לא לתת, יכולים לקבל פרוטוניםבסיסייםממסים

. והם אינם עוברים אוטופרוטוליזה, אין אופי חומצי או בסיסיפרוטיים-אלממסים

: הבאהדוגמאות לממסים שונים ניתנות בטבלה

Solvent Autoprotolysis constant, pKHS Dielectric constant Amphiprotic

Acetic acid 14.45 6.1 Acetonitrile 32.2 36.0 Ammonia 33 22 Ethanol 19.5 24.3 Ethylenediamine 15.3 12.9 Methanol 16.7 32.6 Water 14.00 78.5

Aprotic or basic Benzene - 2.3 Dimethylformamide - 36.7 Dioxane - 2.2 n-hexane - 1.9 Methyl isobutylketone - 13.1 pyridine - 12.3

תכונות חשובות של ממסים אמפיפרוטיים

, שלמות תגובת הסתירה בממס אמפיפרוטי תלויה לא רק בחוזק החומצי או הבסיסי של האנליט

:אלא גם בשלוש תכונות של הממס

תכונות חומצה בסיס. 1

: הינו סכום של שתי תגובותHS בממס HAתהליך היוניזציה של חומצה חלשה

1. HA ⇔H+ + A-

2. HS + H+ ⇔ H2S+

3. HA + HS ⇔ H2S+ + A- קבוע שיווי המשקל . הוא מדד לחומציות הפנימית של החומצה1קבוע שיווי המשקל של משואה

מכפלת שני הקבועים האלה נותנת את . הוא מדד לבסיסיות הפנימית של הממס2של משואה

בסיסיות הממס קובעת את קבוע היוניזציה הכללי של , כלומר. 3קבוע שיווי המשקל של משואה

. ממסים בעלי בסיסיות פנימית גבוהה יגדילו את החומציות של חומצות חלשות. חומצה חלשה

.ממסים חומציים יגדילו את הבסיסיות של בסיסים חלשים, באופן דומה

החומציות או הבסיסיות המכסימלית : בסיסי של ממס יש השפעה על אפקט נוסף/לאופי החומצי

טובה יותר מאשר (proton donor)נים אם חומצה מומסת היא תורמת פרוטו. של המומס בתוכו

תגובת היוניזציה , )+H2S(הפרוטון המסולווט

24

HA + HS ⇔ H2S+ + A-

. +H2S בחומצה חלשה יותרHAהאפקט הכולל הוא החלפת כל המומס . מגיעה בהכרח לשלמות

תה בסיסים חזקים מיוחסים לאו, באופן דומה. (leveling effect)תופעה זו נקראת אפקט הייחוס

, דוגמה לאפקט זה היא ההתנהגות של חומצה פרכלורית. -Sרמת בסיסיות נמוכה של אניון הממס

בממס בעל זיקה פחותה . במים100%כולן מיוננות : חומצה הידרוכלורית וחומצה חנקתית במים

אף אחת מן החומצות אינה מיוננת , כמו חומצה אצטית, )בסיס חלש יותר(לקבלת פרוטונים

חומצה אצטית היא , לכן. ולכן החזקה ביותר, וחומצה פרכלורית היא המיוננת ביותר, לחלוטין

) או החומציות(ככל שהבסיסיות , באופן כללי. ממס פחות מייחס לגבי חומצות מאשר מים

.יורד) או בסיסים(כוח הייחוס שלו לגבי חומצות , הפנימית של הממס יורדת

אוטופרוטוליזה. 2

:KHS, י קבוע האוטופרוטוליזה"ממס ניתנת עדרגת היוניזציה של ה

2HS ⇔ H2S+ + S- KHS=[ H2S+][S-] אשר חלקן , בסיס בין מולקולות זהות של אותו ממס- אוטופרוטוליזה היא תגובת חומצה

קבוע האוטופרוטוליזה משפיע על שלמות התגובה בטיטרציות . מתנהגות כחומצה וחלקן כבסיס

תגובת . NaOHי בסיס חזק " המטוטרת במים עHAמצה חלשה נניח למשל חו. חומצה בסיס

:הטיטרציה

HA + NaOH ⇒ A- + Na+ + H2O Keq=1/Kb=Ka/Kw :התגובה הינה, י בסיס חזק סודיום אתוכסיד"ע, עבור אותה חומצה המטוטרת באתנול

HA + C2H5ONa ⇒ A- + Na+ + C2H5OH Keq=1/K’b=K’a/KHS

כלומר תגובת , קטןKeq, גדלKHS - שככל ש, ניתן לראות. ים באתנול הם הקבועK’a ,K’bכאשר

ניתן להגיע למשואה עבור בסיסים המטוטרים עם חומצות , באופן דומה. הטיטרציה פחות שלמה

.נעדיף קבועי אוטופרוטוליזה קטנים ככל האפשר, בטיטרציות בממסים אל מימיים. חזקות

קבועים דיאלקטריים. 3

(proton transfer)מעבר פרוטון : של חומצות ובסיסים הינו תהליך דו שלביתהליך היוניזציה

עבור חומצה חלשה . (dissociation)ואחריו פירוק זוג היונים ליונים נפרדים , ויצירת זוג יונים

HA בממס HS:

Proton transfer: HA + HS ⇔ H2S+A-

Dissociation: H2S+A- ⇔ H2S+ + A-

HA + HS ⇔ H2S+ + A-

ותהליך הפירוק נקבע KHS -הממס ו, בסיס של המומס-י תכונות החומצה"מעבר הפרוטון נקבע ע

הקבוע הדיאלקטרי הוא מדד ליכולתו של . של הממסי המטענים היוניים והקבוע הדיאלקטרי "ע

, תהליך הפירוק מושלם, להם קבוע דיאלקטרי גבוה, במים. הממס להפריד בין מטענים מנוגדים

. והיוניזציה נקבעת רק בשלב מעבר הפרוטון

25

עבור חומצה . הפרדת המטענים אינה יעילה, אשר לה קבוע דיאלקטרי נמוך, בחומצה אצטית

:שללמ, פרכלורית

HClO4 + CH3COOH ⇔ CH3COOH2+ClO4

-

CH3COOH2+ClO4

- ⇔ CH3COOH2+ + ClO4

-

HClO4 + CH3COOH ⇔ CH3COOH2+ + ClO4

-

וניתן היה לחשוב שחומצה פרכלורית היא , 10-5 -קבוע שיווי המשקל עבור התהליך כולו הוא כ

ולכן החומצה , לםהסתבר שתהליך העברת הפרוטון כמעט מוש, אבל. חומצה חלשה בממס זה

.הקבוע הנמוך נובע מהקבוע הדיאלקטרי הנמוך של הממס. הינה חומצה חזקה

pH -משמעות ה

אבל כאשר ! כל עוד מדובר באותו ממס, pH=4 מתמיסה בעלת 10 חומצית פי pH=3תמיסה בעלת

לא ניתן להניח שתמיסה מימית, לכן. אוניברסליתpHלא קיימת סקלת , מדובר בממסים שונים

הניטראלי pH -יש להשוות את ה. pH=7 היא חומצית יותר מתמיסה אתנולית בעלת pH=6בעלת

.הוא שורש קבוע האוטופרוטוליזה" יון המימן"ריכוז : עבור ממסים שונים

פרוטיים-תכונות חשובות של ממסים א

או ולכן הם אינם עוברים אוטופרוטוליזה, פרוטיים אין אופי חומצי או בסיסי-לממסים א

. כ מושלמות"ותגובות הסתירה בד, levelingאין , כתוצאה מכך. מתחרים עם המגיבים על פרוטון

, הבעיה עם ממסים כאלה. פרוטי- במים ניתן לטטר בשלבים בממס אlevelingחומצות שעוברות

.ויש להם קבועים דיאלקטריים נמוכים, שלרוב הם לא ממיסים חומצות או בסיסים נפוצים

סבחירת ממ

שיפור צורת עקום הטיטרציה ומיקום נכון של הנקודה : ניתן לחלק את הדרישות מממס לשתיים

.והיכולת לבצע את הטיטרציה באופן מעשי, האקויולנטית

:על הממס להיות, כדי לקבל עקום טיטרציה טוב

או תורם פרוטון טוב , אם האנליט הינו חומצה, (proton acceptor)מקבל פרוטון טוב .א

(proton donor)בסיסיות של /תגדל את החומציות, על ידי זאת. אם האנליט הינו בסיס

.האנליט

.levelingכדי להקטין , בעל קבוע אוטופרוטוליזה נמוך .ב

.נ להפריד בין מטענים מנוגדים"עמ, בעל קבוע דיאלקטרי גדול .ג

נוח ולהיות, התוצרים והאינדיקטור, על הממס להמיס את המגיבים, מבחינה מעשית .ד

.לעבודה

26

2מהלך הניסוי

,בלבד" פסולת מתנול" המסומנים במימיות לבקבוקי פסולת-דאג לפנות את כל התמיסות האל


: לפי הנוסחהpH -כאשר המתח מתורגם ל, ימדד בצורה פוטנציומטריתpH -ה

pHx=pHs-(Ex-Es)/S) 1(

:כאשר

pHx הוא ה - pH) של הדוגמא) שבהמחו.

pHsהוא ה - pH 3, במקרה שלנו( של סטנדרטKHP 0.05m ,עבורו (pH=5.131

Ex הנמדד הוא המתח (mV)של הדוגמא .

Es הוא המתח הנמדד (mV) של הסטנדרט )KHP.(

S59.16, הוא השיפוע mV/pH unit (25°C).

: האינדיקטורים בהם תשתמש במעבדה זו הינם

bromocresol purple, bromocresol green, bromophenol blue, bromothymol blue, congo

red, cresol purple, cresol red, methyl red, methyl orange, phenol red, phenolphthalein,

thymol blue, thymolphthalein, curcumin.

של pH - י מעבר ה את תחומ(handbook)עליך להוציא מספר נתונים , לפני בואך למעבדה זו

.אינדיקטורים אלה במים

2 Tucker, S. A.; Acree, W. E., Jr., J. Chem Ed., 1994, vol.71(1), p.71-74

.מספר מולי מומס לקילוגרם ממס: מולאליות 3

http://aleph.technion.ac.il/F/?func=find-b&find_code=SYS&request=2268635

27




.לפני ביצוע מדידה שטוף את האלקטרודה היטב במים מזוקקים

אותו והחזרKCl 3M מלא את מכסה האלקטרודה בתמיסת –בסיום העבודה

למקומו

משקלי%50 מים-הכנת תערובת מתאנול. 1

הנח . ליטר1 ליטר והעבר לבקבוק פלסטי של 1תוך משורה של גרם מים מזוקקים ב 400 - מלא כ

.ל"מ/ גרם1: צפיפות המים

העבר . gr/ml 0.79: צפיפות המתאנול. CH3OH)( מתאנול גרם 400 - ל כ"מלא במשורה הנ

. המים המזוקקים המכיל אתלבקבוק הפלסטי

).פתח את הבקבוק לשחרור לחצים(פקוק היטב ונער

)חומצה או בסיס(קביעת אופי הנעלם שברשותך . 2

).pH=4 ולאחר מכך עם בופר pH=7קודם בעזרת בופר . (pH-meterכייל -

). 1' במשpH -אותו תציב לחישובי ה ,KHP 0.05m) Esמדוד את המתח של תמיסת -

).הממס(מתאנול שהכנת :תערובת המיםח של מדוד את המת -

). 1' במשpH - אותו תציב לחישובי ה ,Ex(מדוד את המתח של תמיסת הנעלם -

).pHs=5.131: זכור ( של תמיסת הנעלםpH -חשב את ה -

) ניטראליpH( של הממס pH -חשב את ה, תוך שימוש באותה משואה-

של הנעלם גבוה pH -אם ה: חומצה או בסיסקבע אם ברשותך, של הממס והנעלםpH - לפי ה-

.ואם הוא נמוך מהניטראלי ברשותך חומצה, ברשותך בסיס, מהניטראלי

)מתנול מים( בתווך מימי ובתווך מעורב NaOH - וHClהכנת תמיסות של . 3

: הכןאם הנעלם שבידך הינו בסיס

(HCl 0.1M Fixanal)תקבל מהתמיסה המכויילת שבמים HCl 0.01Mל " מ250. א

מאותה תמיסה מכויילת ) משקלי 50% (מתאנול-מים בתערובת HCl 0.01Mל "מ 500 .ב

)2 שכיילת במעבדה NaOH 0.1Mאותה תכין מתמיסת (במים NaOH 0.01Mל " מ250. ג

.2שכיילת במעבדה תמיסה המ )משקלי 50% (מתאנול-בתערובת מים NaOH 0.01Mל " מ250. ד

:ןהכ אם הנעלם שלך הינו חומצה

)2 שכיילת במעבדה NaOH 0.1Mאותה תכין מתמיסת ( במים NaOH 0.01Mל " מ250. א

2שכיילת במעבדה תמיסה המ )משקלי 50% (מתאנול-בתערובת מים NaOH 0.01Mל " מ500. ב

(HCl 0.1M Fixanal)תקבל מהתמיסה המכויילת שבמים HCl 0.01Mל " מ250. ג

28

.מאותה תמיסה מכויילת )משקלי 50% (מתאנול-בתערובת מים HCl 0.01Mל " מ250. ד

בחירת אינדיקטור. 4

בחר אינדיקטור אחד מתוך רשימת האינדיקטורים , )חומצה או בסיס(בהתאם לנעלם שבידך

. המתאיםpHשעשוי לשנות את צבעו ב , שלרשותך

תווך מימיטיטרציה ב. 5

HClברשותך בתווך מימי טטר של האינדיקטור שpH -ומים שונים של החלהכרת מעברי הצבע בת

0.01M בעזרת NaOH 0.01M, כדלהלןאו להיפך :

.לכוס מתאימה) או בסיס(ל חומצה " מ25.0העבר -

. טיפות אינדיקטור2-3הוסף -

כאשר סמוך לנקודה האקוויולנטית טטר , טבול את האלקטרודה בתמיסה וטטר במנות קצובות -

שים לב לשינויי הצבעים של האינדיקטור ורשום לאורך כל הטיטרציה . במנות קטנות יותר

רשום את הצבעים . המתאימים לנפח המטטר שהוסףpH -ערוך בטבלה את ערכי ה! אותם

.ותחומי השתנותם במהלך הטיטרציה

? המימיתווךה בז המתאים למעבר הצבע עבור אינדיקטור pH - הם תחוומה -

)ימשקל %50מתאנול -מים(תווך מעורב טיטרציה ב. 6

טטר המעורב של האינדיקטור שברשותך בתווך pH -ומים שונים של החלהכרת מעברי הצבע בת

HCl 0.01M בעזרת NaOH 0.01M, כדלהלן, או להיפך:

.לכוס מתאימה) או בסיס(ל חומצה " מ25.0העבר -

. טיפות אינדיקטור2-3הוסף -

ך לנקודה האקוויולנטית טטר כאשר סמו, טבול את האלקטרודה בתמיסה וטטר במנות קצובות -

לאורך כל הטיטרציה שים לב לשינויי הצבעים של האינדיקטור ורשום . במנות קטנות יותר

.1' ערוך בהתאם למשpH -ואת התרגום ל, הפעם מדוד מתחים בסקלת המיליוולטים! אותם

.רשום את הצבעים ותחומי השתנותם במהלך הטיטרציה -

רשום את ? המעורבתווךה בזמעבר הצבע עבור אינדיקטור המתאים לpH - הם תחוומה -

.האינדיקטור שבחרת ואת תחום השתנות הצבע בטבלה הנמצאת בעמדת הניסוי במעבדה

29

בריכוז , חומצה או בסיס שאינם מסיסים במים(טיטרציה פוטנציומטרית של נעלם . א. 7

M.010≅ (תווך מעורב ב)משקלי%50מתאנול -מים (

.מתאנול לכוס מתאימה- ל מהנעלם המומס בתערובת מים" מ25.0העבר -

, קבע האם ברשותך חומצה או בסיס. המתאיםpH - וחשב מהו ה, מדוד את המתח ההתחלתי -

הקפד לטטר במנות . ובעקבותיה טיטרציה עדינה, ערוך טיטרציה אחת גסה. וטטר בהתאם

.קטנות בסביבת הנקודה האקויולנטית

.ם לפי הטיטרציה הפוטנציומטריתקבע את ריכוז הנעל -

) שלך או של חבריך( באיזור הנקודה האקוויולנטית קבע איזה אינדיקטור pH -לפי השתנות ה -

.מתאים לקביעת הנעלם

. טיפות אינדיקטור2-3כאשר הפעם הוסף לתמיסת הנעלם גם , בצע טיטרציה ויזואלית .ב .7

כ "והשווה לריכוז שהתקבל עסמ, יכוז הנעלםחשב את ר, לפי מעבר הצבע של האינדיקטור -

.הטיטרציה הפוטנציומטרית

עיבוד התוצאות

pH (שבחרת עם האינדיקטור NaOH 0.01M או HCl 0.01Mצייר את עקומי הטיטרציה של -

ציין על הגרפים את מיקום מעברי הצבע של . בפאזה המימית והמעורבת) כנגד נפח מטטר

.ניםואת הצבעים השו, האינדיקטור

.השווה את מעברי הצבעים בפאזה המימית לנתונים המופיעים בספרות -

אם יש כאלה , והצע הסבר להבדלים, )מימית ומעורבת(השווה את מעברי הצבע בשתי הפאזות -

).העזר במבנה של האינדיקטורים ובנתונים נוספים המופיעים עליהם(

והסבר את ההבדלים , שתי הפזות השונות בנקודה האקוויולנטית שהתקבלו בpH -השווה את ה -

.ביניהם

?ומדוע, ציין באיזה אינדיקטור בחרת, צייר את עקום הטיטרציה של הנעלם שקיבלת -

וקבע האם ) פוטנציומטרית וויזואלית(השווה בין ריכוזי הנעלם שהתקבלו משתי הקביעות -

.בחירת האינדיקטור היתה מוצלחת

אותו תחשב מהנתונים שימסרו , לפי המשקל המולקולרי) הבאההרשימה מתוך ( זהה את הנעלם -

. ומתוך הריכוז המולרי שמצאת בטיטרציה הפוטנציומטריתgr/Lלך על ריכוזו ביחידות

Salicylic acid, o-Toluic acid, Lidocaine :הנעלמים האפשריים

30

חיזור ויזואליות-טיטרציות חמצון: 4ניסוי מספר

אנליזה יודומטרית של ; יטה פרמנגנומטרית ויודומטרית קביעת מי חמצן בש

בטבליותCויטמין

: חמצן בשתי שיטות- אנליזה של מי; הכרת חומרים מחמצנים ומחזרים :מטרות הניסוי

.פרמנגנומטריה ויודומטריה



תגובות חמצון חיזור: רקע

אשר במהלכן חל שינוי במצב החימצון של המגיבים עקב , חיזור הן תגובות-תגובות חימצון

הוא , ב האחרוקבלתם על ידי המגי, הוא המחזר, מסירת אלקטרונים על ידי אחד המגיבים

הוא תהליך , ומספר החימצון שלו עולה, מוסר אלקטרונים) המחזר(תהליך בו חומר . המחמצן

) המחמצן(תהליך החימצון חייב להתרחש בשילוב עם תהליך חיזור אשר בו חומר אחר . חימצון

.מקבל את האלקטרונים ומספר החימצון שלו יורד

אשר ניתן לקביעה יחסית לסטנדרט שנבחר באופן ,לחומרים שונים כושר חימצון או חיזור שונה

כושר החיזור של חומר מבוטא על ידי פוטנציאל חיזור שנמדד יחסית לפוטנציאל . שרירותי

חומר הוא מחזר חזק יותר ככל שפוטנציאל החיזור שלו שלילי . המוגדר כאפס, החיזור של מימן

, ת פוטנציאלי חיזור סטנדרטייםפוטנציאלי החיזור של חומרים שונים מסודרים בטבל. יותר

ריכוז, 25oC ( של החומרים בתנאים סטנדרטיים) או חימצון(המאפשרת השוואת כושר חיזור

1M.(

המבטאת את תלות Nernstניתן לחשב פוטנציאל בתנאים לא סטנדרטיים באמצעות משוואת

:הפוטנציאל בריכוז התמיסה

[Ox] 0.059 E = E0 + ––––––– log ––––––

[Red] n

[Ox] ,[Red] -הריכוזים המולריים של הצורה המחומצנת ושל הצורה המחוזרת ,

.בהתאמה

n -מספר האלקטרונים העוברים בתגובה .

נלמד להשתמש בטבלת הפוטנציאלים וויים הבאים נכיר חומרים מחמצנים ומחזרים שוניםבניס

. הסטנדרטיים

חיזור לקביעות כמותיות על ידי טיטרציות של חומרים מחזרים - ניתן להשתמש בתגובות חימצון

המקרה הראשון הוא השכיח מפני שתמיסות של . בתמיסות מכוילות של חומר מחמצן או להיפך

- תגובות חימצון. מחזרים עלולות להתחמצן באויר וקשה לשמור על ריכוז מדויק שלהןחומרים

חיזור -וכדי לבצע קביעות כמותיות באמצעות טיטרציות חימצון, חיזור הן לעתים תגובות איטיות

31

בשל ריבוי התוצרים האפשריים בתגובות , כמו כן. שבהם התגובה תהיה מהירה, יש לבחור תנאים

. יש להבטיח תנאים בהם התגובה תהיה בעלת סטוכיומטריה מוגדרת וידועה,חיזור-חימצון

pHהטמפרטורה והתווך בו מבוצעת הטיטרציה הם התנאים העיקריים הקובעים את , התמיסה

.הסטויכיומטריה ואת מהירות התגובה

:חיזור במספר דרכים - ניתן לקבוע את נקודת הסיום של טיטרצית חימצון

.יסה כתוצאה משינוי צבעו של אחד המגיבים עקב שינוי במצב החימצון שלושינוי צבע התמ )א

חיזור אך יוצר עם אחד המגיבים או - הוספת חומר שלישי שאינו משתתף בתגובת החימצון )ב

.התוצרים תרכובת בעלת צבע אופייני

חיזור שהוא עצמו חומר מחמצן או מחזר בעל צבע אופייני -שימוש באינדיקטור חימצון )ג

במצבי חימצון שונים והוא בעל פוטנציאל חיזור כזה שיגיב מיד לאחר גמר תגובת

.הטיטרציה

.שימוש במדידה פוטנציומטרית העוקבת אחר שינויי מתח בתמיסה במהלך הטיטרציה )ד

חיזור-כללים לקביעת מספר החימצון ואיזון תגובות חימצון

:כובת כללים לקביעת מספר החימצון של יסודות בתוך תר♦

.מספר החימצון של יסוד טהור הוא אפס .1

שבהם החמצן בעל , חוץ מפרוכסידים, בותו בכל התרכ- 2מספר החימצון של חמצן הוא .2

.H2O2 - כמו ב,1-ן ודרגת חמצ

בות הידרידים של מתכות בהן דרגת החימצון ו חוץ מבתרכ+1מספר החימצון של מימן הוא .3

.CaH2, NaH -כמו ב,-1 של המימן היא

.סכום מספרי החימצון של כל היסודות בתרכובת בלתי טעונה שווה לאפס .4

סכום מספרי (סיכום מספרי החימצון של כל היסודות בתרכובת טעונה שווה למטענו .5

MnO4 -החימצון ב ).-1 - שווה ל-

:חיזור בשיטת חצאי תגובות- איזון תגובות חימצון♦

מהחומר המחזר אל החומר (קטרונים ממגיב אחד לשני חיזור חל מעבר אל- בתגובות חימצון

תגובות אלו יכולות להתרחש בסביבה . תגובות אלקטרוכימיותולכן תגובות אלו הן ) המחמצן

. נחוצים לאיזון התגובהH2O או +OH-, Hולכן , בסיסית או נייטרלית, חומצית

= לבין Fe+2תגובה בין : 1דוגמא 7O2Crבסביבה חומצית .

Fe+2 + Cr2O72- ↔ Fe+3 + Cr+3 + H2O

I. י שימוש במספרי חימצון זהה את המחמצן והמחזר בכל חצי תגובה"ע

Cr2O7 -ב (Cr+6 .א .Cr+3 -מתחזר ל) -2

Fe+3. - מתחמצן לFe+2 .ב

II. כתוב את חצי תגובת החיזור :

Cr2O72- ↔ 2Cr+3

.+Hי הוספתו לצד שבו חסר " ע+Hאזן .א

. לצד שבו חסר חמצןH2Oי הוספת "אזן חמצן ע .ב

32

Cr2O72- + 14H+ ↔ 2Cr+3 + 7H2O

י הוספת אלקטרונים לצד שבו חסרים מטענים שליליים"אזן מטענים ע .ג

Cr2O72-+ 14H+ + 6e ↔ 2Cr+3 + 7H2O

III. כתוב את חצי תגובת החימצון ואזן אותה:

Fe+2 ↔ Fe+3 + e

IV. אז מתקבלת , 6 - י הכפלת משוואת החימצון ב" חצאי התגובה ואזן אלקטרונים ע2צרף

:תגובה כוללת מאוזנת

6Fe+2 + Cr2O72- + 14H+ ↔ 6Fe+3 + 2Cr+3 + 7H2O

:איזון בסביבה ניטרלית או בסיסית : 2דוגמא

Fe+2 + MnO4- + H2O ↔ Fe+3 + MnO2 + OH-

I. זהה מחמצן ומחזר א (Mn+7 מתחזר ל- Mn+4.

.Fe+3 -מתחמצן ל Fe+2) ב

II .כתוב את חצי תגובת החיזור

MnO4- ↔ MnO2

י הוספת מים בצד שבו חסר חמצן"אזן חמצן ע) א

MnO4- ↔ MnO2 + 2H2O

כמספר -OHי הוספת מים בצד שבו חסר מימן ובצד השני הוסף "אזן מימן ע) ב

. מולקולות המים

MnO4- + 2H2O ↔ MnO2 + 4OH-

.1 חצאי תגובה כמו בדוגמא 2אזן מטענים וצרף ) ג

33

)3O2S2Na(כיול תמיסת נתרן תיוסולפאט הכנה ו 1.4

. חמצןאלא יש לכיילו עם חומר מ, הוא אינו מהווה סטנדרט ראשוני. תיוסולפט הוא חומר מחזר

המחמצן במקרה זה צריך להיות בעל כושר חימצון מתון כדי למנוע חימצון הגפרית למצבי חימצון

, KIO3לשם כך נשתמש ביוד הנוצר בתגובה של כמות מדודה של . גבוהים בצורה בלתי מבוקרת

.עם עודף של יודיד) סטנדרט ראשוני(


)3O2S2Na(תמיסת נתרן תיוסולפאט הכנת

והשלם לנפח המס , Na2S2O3.5H2O 4' גר 12.5 – כהוסף. ל מים מזוקקים" מ400 -הכן בכוס כ -

.ל" מ500של

.הנמצא על שולחנך העבר לבקבוק פלסטיק -

תמיסת נתרן תיוסולפאט כיול

המס במים . ל" מ250לבקבוק כיול בנפח של העבר. 5 יבשKIO3' גר0.5 - שקול במדויק כ-

.לם עד לקווהש, מזוקקים

.ם מתאיארלנמאייר שהכנת לKIO3ל מתמיסת " מ50 העבר בפיפטה -

עלול לגרום ! המנע ממגע החומר .0.5M H2SO4ל תמיסת " מ10 - וKI' גר2 - בזהירות כהוסף -

!כוויות

:בשלב זה משתחרר יוד לפי המשוואה

IO3- + 6H+ + 5I- → 3I2 + 3H2O

:לפי, הכנת עד קבלת צבע צהוב שNa2S2O3 בתמיסת טטר מייד -

I2 + 2S2O32- → 2I- + S4O6

2-

.והשלם את הטיטרציה עד היעלמות הצבע הכחול ממשורהל תמיסת עמילן " מ2 הוסף-

עד שיהיו בידיך שתי תוצאות , פעמיים נוספות בצורה עדינהלפחות עוד טרציה חזור על הטי-

.0.5% - שאחוז הסטיה ביניהן קטן מ

.טיים בתוך המעבדהשקילה במאזניים חצי אנלי; נמצא במגש בעמדת הניסוי 4 .בתום השימוש סגור היטב את הכלי והחזר לדסיקטור בזהירות; נמצא בתוך דסיקטור בחדר המאזניים 5

34

ושיטה יודומטרית ) 2O2Hחימצון (חמצן בשיטה פרמנגנומטרית - קביעת מי2.4

)2O2Hחיזור (

6חמצן על ידי פרמנגנט- קביעת מי12.4.

,בלבד" פרמנגנט ויודפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתדאג לפנות את כל


):מאוזנת אינה התגובה: לבשים (הקביעה הינה ישירה והתהליך המתרחש

H2O2 + MnO4- + H+ → O2 + Mn+2 +H2O

:דיוקים בטיטרציה שמקורם בשתי סיבות עיקריות- קיימים א

I. חמצן מתפרקים באופן עצמי-מי.

II. חמצן מסחריים מכילים חומרים אורגניים מייצבים שהם עצמם מגיבים עם -מי

.הפרמנגנט


.מיסת פרמנגנאט מכויילתתל ב" מ50 מלא ביורטה בנפח -

ל ומהל עד לקו " מ250 בנפח החמצן שקבלת לבקבוק כיול –ל מדוגמת מי " מ10העבר בפיפטה -

.ערבב היטב .במים מזוקקים

. ל'' מ250ל מהדוגמא המהולה לתוך ארלנמאיר בנפח '' מ25.0 בעזרת פיפטה וולומטרית העבר -

וטטר עם תמיסת פרמנגנט 1.5M H2SO4ל תמיסת ''מ 25 -כ, ל מים מזוקקים'' מ50 -הוסף כ -

.מכוילת עד שצבע התמיסה הופך סגול בהיר

.0.5% - עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן קטן מ, חזור על הקביעה -

חמצן בשיטה יודומטרית– קביעת מי 22.4.

,בלבד" ט ויודפרמנגנפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתדאג לפנות את כל


התגובה אינה : שים לב(חמצן בסביבה חומצית מגיבים עם יוד בהתאם לתגובה הבאה - מי

):מאוזנת

H2O2 + I- + 2H+ → I2 + H2O . י הוספת מלח מוליבדאט''אך ניתן לזרז אותה ע, התגובה היא איטית

.ד שנוצר מגיב עם תמיסת תיוסולפטהיו

לך הניסוימה

.ל'' מ250ל מהדוגמא המהולה לתוך ארלנמאיר בנפח '' מ25.0בעזרת פיפטה וולומטרית העבר

21ראה עמוד . במידה ולא כיילת עדיין תמיסת פרמנגנט כייל אותה כעת 6

35

:הוסף לארלנמאייר

.ל מים מזוקקים'' מ20 -כ .1

.1.5M H2SO4ל '' מ10 .2

. מוצקKIשל ' גר1 .3

חמצן -לתגובה בין מי) קטליזטור(המשמש כזרז , 3% מוליבדאט נתרן טיפות תמיסת 3 .4

.לבין יודיד

חומר זה מגיב עם החומצה ומייצר אוירה . ((NaHCO3)ספטולה גדושה נתרן ביקרבונט .5

יוני היודיד במערכת אינם נמצאים במגע עם החמצן , באוירה כזו. CO2אינרטית של

).ואינם מתחמצנים על ידו ליוד, שבאויר

הוסף . עד שצבעה ישתנה לחום בהירNa2S2O3טטר את התמיסה בעזרת התמיסה המכוילת של

.שחור נעלם- ל של תמיסת עמילן והמשך בטיטרציה עד שהצבע הכחול'' מ2 עד 1

.0.5% -עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן קטן מחזור על הטיטרציה

.הסבר את ההבדלים שהתקבלו. השווה את התוצאות שקבלת בשתי השיטות

בשיטה יודומטריתC קביעת ויטמין3.4

,בלבד" פרמנגנט ויודפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתת את כל דאג לפנו


.מצוי בפירות וירקות ובמיוחד בפרי הדר, )C6H8O6 M.W. 176.19, חומצה אסקורבית (Cויטמין

ת ביצירת תאי דם ובהתפתחות העצמו, חשוב בריפוי, הוא מעורב במסלולים מטבוליים רבים

.והרקמות

.י יוד בתמיסה חומצית" עובר חמצון מהיר ובאופן כמותי עCויטמין

.(Back Titration)י טיטרציה חוזרת " בשיטה עקיפה עCבניסוי שלנו נקבע ויטמין


.)נמצא במגש בעמדה (Cשקול בשקילה מדויקת טבלית ויטמין

לא כל חומרי ( H2SO4 0.5M ל תמיסת " מ60 -ב Cל המס טבלית ויטמין " מ150בתוך כוס בנפח

).הקישור והחיזוק מתמוססים

.ל והשלם עד הקו במים מזוקקים" מ100העבר כמותית לבקבוק כיול בנפח

ל " מ50.00 - ו KIר " ג2ל והוסף " מ250מהתמיסה לארלנמייר בנפח ל " מ25העבר בפיפטה

).בפיפטה (KIO3תמיסת

ל תמיסת עמילן והמשך לטטר " מ2הוסף . ילת עד לצבע צהוב חיוור מכו Na2S2O3טטר בתמיסת

.כחול/ עד העלמות הגוון השחור

עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה , חזור על הטיטרציה פעם נוספת, אם הזמן מאפשר

.0.5% -ביניהן קטן מ

. בדוגמאCחשב מהו אחוז הויטמין

36

:ר פוטנציומטריותטיטרציות חמצון חיזו: 5ניסוי מספר

פרמנגנט- ברזל; צריום- ברזל



. בהן תיקבע נקודת הסיום בשיטה פוטנציומטריתחיזור-בניסוי זה נבצע טיטרציות חימצון

במהלך הטיטרציה נעקוב אחרי שינוי המתח החלים עם הוספת מטטר לתמיסה ונשווה את עקום

על ידי טיטרציה Fe+2נבצע קביעה כמותית של . הטיטרציה הנסיוני לעקום המתקבל מחישוב

נשווה את עקומי , KMnO4של וכן על ידי טיטרציה בתמיסה מכוילת Ce+4בתמיסה מכוילת של

.הטיטרציה הפוטנצייומטרית ונקבע מיהו המטטר המתאים יותר לקביעה

בכל טיטרציה פוטנציומטרית נמדד הפרש הפוטנציאלים בין שתי אלקטרודות טבולות בתמיסה

אנו נעקוב אחרי שינוי הפרש הפוטנציאלים במהלך של . הנבדקת המחוברות לפוטנציומטר

:טרנט הוא מחמצן והאנליט הוא מחזר טיטרציה שבה הטי

Fe2+ (analyte) + Ce4+ (titrant) ↔ Fe3+ + Ce3+

.בעלת פוטנציאל קבוע, או קלומל Ag/AgCl - אלקטרודת ייחוס: האלקטרודות

Redox || Fe2+, Fe3+| Pt: חוט פלטינה טבול במערכת - אלקטרודת אינדיקטור

נמדד הפרש הפוטנציאלים בין אלקטרודת האינדיקטור לבין בכל נקודה של הטיטרציה

Emeas. = Eind. - Eref: אלקטרודת הייחוס

ושימוש בנתוני Nernstעקומי הטיטרציה הפוטנציומטרית ניתנים לחישוב בעזרת משוואת

.הפוטנציאלים הסטנדרטיים של התגובות

Ce+4 + e ↔ Ce+3 Eo: בדוגמא שלנוA = 1.44V (in H2SO4)

Fe+3 + e ↔ Fe+2 EoB = 0.77V

Eo = 0.66Vשל התא

.ואה ומגיע מהר לשיווי משקל בהתאם למשוFe+2 מגיב במהירות עם Ce+4במהלך הטיטרציה

הברזל יוניי "הפוטנציאל יהיה מבוקר ע, Ce+4 עוד לא הוספנו Fe+2.יש : בתחילת הטיטרציה

:בלבד

[Fe+2] Eind = Eo

Fe+3/Fe+2 - 0.0592 log –––––––של אלקטרודת האינדיקטור . [Fe+3]

אלא ערך גבולי כי משיקולי שיווי משקל קיימת כמות מזערית של -∞חלתי איננו הערך ההת

[Fe+3].

: טיטרציה 10% -ב

0.9 EFe = 0.771 - 0.0592 log –––––

0.1

37

0.75 ––––– E = 0.771 - 0.0592 log: טיטרציה 25% -ב

0.25

E = 0.771 = Eo : טיטרציה 50% -בFe

[Fe+2] : וגם מתקיים––––––– EFe = 0.771-0.0592 log: מתקייםבאופן כללי

[Fe+3]

[Ce+2] ECe = 1.44-0.0592 log –––––––

[Ce+3]

בשיווי משקל EFe = ECe; [Fe+2] ≅ [Ce+4]; [Fe+3] = [Ce+3] : בנקודה האקויולנטית

2Eind = 1.44 + 0.771 Eeq.p. = 1.105V

האקויוולנטית ' יהיה הפוטנציאל בנק, עבר של יותר מאלקטרון אחדבאופן כללי כאשר יש מ

:ממוצע משוקלל של שני חצאי התגובות

nAEA + nBEo

B Eeq.p. = –––––––––––––

nA + nB

- והטיטרנט Fe+2האנליט הוא . עבור ניסוי זה נשתמש באותה מערכת ובאותן אלקטרודות

MnO4-.

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

[Fe+3]/[Fe+2] הנקודה האקויולנטית נחשב לפי היחס פנילאת הפוטנציאל

[Fe+2] nFeEFe = nFeEo

Fe - 0.0592 log –––––––– [Fe+3]

MnO4צי התגובה של חיזור ח : היא -

MnO4- + 8H+ + 5e ↔ Mn+2 + 4H2O

:והפוטנציאל אחרי הנקודה האקויולנטית

[Mn+2] 5EMnO4- =5Eo

MnO4- - 0.0592 log ––––––––––––– [MnO4

-][H+]8

38

: יהיה בנקודה האקויולנטיתהפרש הפוטנציאלים

[Fe+2][Mn+2] (nFe + nMnO4-)Eep=nFeEo

Fe+nMnO4--EoMnO4--0.0592 log ––––––––––––––––

[Fe+2][MnO4-][H+]8

MnO4 - לFe+2בהתאם לסטוכיומטריה של התגובה בין -:

[Fe+3] = 5[Mn+2]

[Fe+2] = 5[MnO4-]

l 6Eeq.p. = Eo: ולכן

Fe + 5EoMnO4- - 0.0592 log ––––––

[H+]8

39

טיטרציה פוטנציומטרית של ברזל עם צריום1.5

,בלבד" פסולת צריום" המסומנים בלבקבוקי פסולתהמכילה צריום הפסולתדאג לפנות את כל


: הכן מערכת פוטנציומטרית -

)י מד המתח מאחורהתקןמחוברת לקצה האדום של ה(פלטינה : אלקטרודה עובדת

התקןה. אלקטרודת היחוס של אלקטרודת הזכוכית המשולבת: אלקטרודת יחוס

. ומחבר רק את היחוסזכוכיתמנתק את אלקטרודת ה



.במים מזוקקיםלפני ביצוע מדידה שטוף את האלקטרודה היטב


למקומו

. מכוילתCe4+ ,0.1Mל בתמיסת " מ25.0מלא ביורטה בנפח -

ל ומהל עד לקו במים " מ100 בנפחל מתמיסת הנעלם לבקבוק כיול " מ20העבר בפיפטה -

. מזוקקים

.ל" מ250 נפח לכוס ב!)המהול (ל מתמיסת הנעלם" מ10.0ה העבר בפיפט -

.ל מים וטבול את האלקטרודות בתמיסה" מ100 -הוסף כ -

.הפעל את הבוחש המגנטי לבחישה אחידה ורשום את המתח ההתחלתי -

שלל וקבע את התחום המקורב " מ1.0במנות בנות , מכוילתCe4+ ,0.1Mטטר בתמיסת -

.ום הטיטרציההקפיצה בעק

.ל" מ0.1 של ובאזור הקפיצה טטר במנות חזור על הטיטרציה -

7 טיטרציה פוטנציומטרית של ברזל עם פרמנגנט2.5

,בלבד" פרמנגנט ויודפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתדאג לפנות את כל


.שכיילת KMnO4 0.02ל בתמיסת " מ25.0מלא ביורטה בנפח -

.ל" מ250 נפח לכוס ב!)המהול (תמיסת הנעלםמל " מ10.0העבר בפיפטה -

. וטבול את האלקטרודות בתמיסהH2SO4 1:8ל תמיסת " מ50 -הוסף כ -

.ל"מ 1.0 שלבמנות שכיילת KMnO4 0.02 תטטר בתמיס -

.ל" מ0.1 של ובאזור הקפיצה טטר במנות חזור על הטיטרציה -

! אל תשפוך את התמיסה. 6,7, 5, 4 ותשמש אותך במעבד זו תKMnO4 תמיסת

המיועד לקבוצתךארוןרשום את שמך על הבקבוק ואחסן אותו ב

21ראה עמוד . במידה ולא כיילת עדיין תמיסת פרמנגנט כייל אותה כעת 7

40


. מכוילת+0.1M Ce4 בתמיסת +Fe2צייר עקום טיטרציה של .1

.צייר עקום נגזרת של הטיטרציה באזור הקפיצה .2

.ליטר/ בתמיסה בגרם+Fe2חשב ריכוז .3

. טיטרציה100% - ו50%, 30% - ב התאורטיחשב את המתח .4

. והסבר את ההבדלים1 לתוצאות בגרף בסעיף 4השווה את חישוביך בסעיף .5

.הייחוסחשב את הפוטנציאל של אלקטרודת , )1 (-מתוך העקום שציירת ב .6

מכוילת לעקום KMnO4 ,0.02M בתמיסת +Fe2השווה את עקום הטיטרציה של .7

מצא את השונה והמשותף בין שתי הטיטרציות והסבר איזהו . +Ce4יה בתמיסת הטיטרצ

.המטטר המתאים יותר לקביעת ברזל

Cr2O7 עם +Fe2פתח ביטוי המקשר בין הפוטנציאל לבין הריכוזים במקרה של טיטרציות .8-

.בסביבה חומצית

41

סטנדרטיתההוספה בשיטת הקביעת מנגן בפלדה : 6ניסוי מספר

גרף כיול ובשיטת



ה חנקתית י המסת הפלדה בחומצ" ע+Mn2 -השיטה מבוססת על הפיכת המנגן המתכתי בפלדה ל

MnO4)כ הפיכתו ליון הפרמנגנט הסגול "ואח :לפי המשואה, י חימצון עם אשלגן פריודאט" ע(-

2Mn2+ + 5IO4- + 9H2O ⇔ 2 MnO4

- + 5IO3- + 6H3O+

IO4תמיסת הפרמנגנט יציבה בנוכחות עודף הריכוז הגבוה של. nm 525 -הבליעה נמדדת ב. -

היוצרת את הקומפלכס , י הוספת חומצה זרחתית"לכן ממוסך עו, עלול להפריע בקביעה(III)ברזל

.פוספאט-חסר הצבע ברזל

,עקרונית, שיטת ההוספה הסטנדרטית היא שיטה מהירה יחסית לשיטת עקום הכיול ומאפשרת

שיטה זו היא כללית ואפשר להשתמש בה בכל. קביעת ריכוז חומר נעלם תוך שתי מדידות בלבד

.השיטות הפוטומטריות וגם בשיטות אלקטרואנליטיות מסוימות

בשלב ראשון קובעים את בליעת התמיסה המכילה את הנעלם. 1

(1) Abs. = εXlCX

. מקדם הבליעה המולארי של הנעלם- εX: כאשר

CX -ריכוז הנעלם

l -הדרך האופטית

של ) בריכוז ידוע( של תמיסה סטנדרטית v2 נפח ,v1עלם בנפח מוסיפים לתמיסת הנ, בשלב השני. 2

:הבליעה שתתקבל בשלב זה תהיה. האלמנט הנעלם

Abs lC vv v

lC vv v

X X X S.=+

++

ε ε1

1 2

2

1 2

. ריכוז הסטנדרט- CSכאשר

.CXניתן לחלץ את ) 2 (- ו) 1(מתוך שתי המשואות

:ערוך מספר מדידותניתן ל, להגדלת הדיוק של השיטה

ה הסטנדרטית נתון בציור ההוספפתרון גרפי של שיטת

)2 ( )4 ( )6 ( )8 (

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

864 2 1 4 1 2 1 0

ם על הנ ת מ דגי ל סף שהו ט לי אנ ה ז כו רי

א ו ת

42

:עיין בקישור הבא לעזרה

htm.mangnese/labmanual/230che/oliver/edu.csudh.www://http


,בלבד" פרמנגנטפסולת " המסומנים ב פסולת לבקבוקיהפסולתדאג לפנות את כל


שיטת ההוספה הסטנדרטית .1

העבר לכוס , בזהירות, במנדף. ל" מ250 גרם דוגמת פלדה והעבר לכוס בנפח 0.5 - כשקול בדייקנות

ר והרתח בעדינות מספ, כסה את הכוס בזכוכית שעון. HNO3 6Mל " מ50 - כהמכילה את הפלדה

גרם 1 - כהוסף בזהירותהסר את הדוגמה מפלטת החימום ו. דקות עד המסת הדוגמה8ammonium peroxodisulfate [(NH4)2S2O8] .דקות 5 -כסה בזכוכית שעון והרתח למשך עוד כ

שטוף את הכוס . ל" מ100והעבר לבקבוק כיול בנפח , קרר לטמפרטורת החדר. לחימצון הפחמן

.השלם במים מזוקקים. לבקבוק הכיול גם את מי השטיפהוהעבר, יםמספר פעמים במים מזוקק

כוס אחת . ל" מ250ל מהתמיסה לכוסות בנפח " מ20.0העבר ארבע מנות בנפח , בעזרת פיפטה

רביעית ישמשו + והכוסות שלישית , כוס שניה תשמש למדידת בליעת הדוגמא, תשמש כבלאנק

:ת לפי הטבלה הבאהטפל בכוסו. הסטנדרט+ למדידת בליעת הדוגמא

KIO4 (g) STD.Mn (mL)9 H3PO4 (mL)

)בלאנק (1כוס 5 0.00 0.0

)דוגמה (2כוס 5 0.00 0.4

)1הוספה +דוגמה (3כוס 5 1.00 0.4

)2הוספה +דוגמה (4כוס 5 2.00 0.4

. ל" מ50והעבר כמותית לבקבוקי כיול בנפח , קרר, דקות5הרתח את כל התמיסות בעדינות למשך

. השלם עד לקו במים מזוקקים

).nm 400-600בין ( משמשת כבלאנק1 כאשר תמיסה 4, 3, 2מדוד את בליעת התמיסות

. לפי שיטת ההוספה הסטנדרטיתחשב את אחוז המנגן בפלדה

.אם נמצא בדוגמא, ון פחמן שלב זה נועד לחימצ8

גרם 0.1 - הוסף כ, או מכילה תחמוצות חומות של מנגן, אם התמיסה בשלב זה הינה ורודה

sodium bisulfite (NaHSO3) , דקות5וחמם לעוד .

.ההוספה בעזרת פיפטור אוטומטי. 100ppm -כ בריכוז+Mn2תמיסה סטנדרטית של 9

43

10שיטת גרף כיול. 2

ל את הנפחים " מ50 העבר לבקבוקי כיול בנפח 0.02M - של כ בריכוזKMnO4מתמיסת אם של

.בעזרת פיפטור אוטומטי ל" מ2 ,1.5 ,1 ,0.5: םהבאי

.השלם במים מזוקקים

).מים: בלאנק(מדוד את בליעת התמיסות

חשב ריכוז המנגן לפי שיטת גרף ) דוגמת הפלדה ללא ההוספה הסטנדרטית (2מתוך בליעת דוגמא

.הכיול

!אין לשטוף קיווטות באצטון! אין לסמן את הקיווטות בשום צורה שהיא

?ומדוע, לדעתך, איזו מדויקת יותר. שווה בין התוצאות שקיבלת משתי השיטותה

! אל תשפוך את התמיסה. 7,6, 5 ,4ות מעבדב זו תשמש אותך KMnO4 תמיסת

המיועד לקבוצתךארוןרשום את שמך על הבקבוק ואחסן אותו ב

21ראה עמוד . כייל אותה כעת, גנטבמידה ולא כיילת עדיין תמיסת פרמנ 10

44

VIS-UV2000 USBהוראות הפעלה ראשוניות לספקטרופוטומטר

זהו . Ocean Optics מתוצרת USB 2000ו תעבדו במעבדה זו הינו ספקטרומטר המכשיר עלי

סיב אופטי המוביל את האור לתוך (ולו כניסה אחת , בגודל חפיסת קלפים, מכשיר קומפקטי

בעזרת תוכנה מתאימה ניתן לראות . השולחת את הנתונים למחשבUSBויציאת ) הספקטרומטר

.ולעבד את הספקטרא

: נראית להלןUSB2000 -יר הדיאגרמה של מכש

פוגע בסריג , אור המגיע מהסיב האופטי מוחזר מן המראה בצד המרוחק של הספקטרומטר

המראה הממקדת . ומופרד לאורכי הגל המרכיבים אותו(diffraction grating)העקיפה

(focusing mirror)ממקדת את האור על גלאי ה - CCD .הגלאי ואורך הגל ישנו קשר בין מיקום

ולכן עצמת האור כפונקציה של המיקום על הגלאי הינה ביחס ישר לעוצמה כפונקציה , של האור

. שזהו הספקטרום, של אורך הגל

להפוך , שתפקידם לקרוא את המטען על הגלאי, בדיאגרמה לא נראים הרכיבים האלקטרוניים

.USB - אותו לאות דיגיטלי ולפרמטו ליציאת ה

אל : הזהר במיוחד על הסיב האופטי העדין. ולכן נבקשך לשמור עליו, יר חדיש ומודרניזהו מכש

.תכופף אותו ואל תניח עליו דברים

. למחשבUSB-ודא כי המכשיר מחובר לחשמל וכבל ה .1

. לפי המדידה שתבצע(UV, Vis)ות /הדלק את המנורה .2

,תייםבינ. )התייצבות תרמית( דקות כאשר המנורות דלוקות 10- המתן כ .3

OOICHEM:הפעל את המחשב ופתח את התוכנה .4

mode of operation: scope -יש לודא שנמצאים ב .5

45

י מילוי הערכים הרצויים על גבי הציר "ע, סדר את תחום אורכי הגל לתחום הרצוי .6

).בהתחלה ובסוף(

.scanיש ללחוץ על , במידה ולא מופיע ספקטרום על המסך .7

: המכשירסדר את הפרמטרים הבאים של .8

Average – 10 ;Boxcar – 20

Integration Period-אך לא לרוויה, לסדר עד שהספקטרום מגיע למכסימום.

.storeכ על "ואח dark על חסום את הדרך האופטית ולחץ. 9

.פתח את הדרך האופטית; subtract dark במשבצת של √סמן . 10

.referenceלחץ על . 11

.storeלחץ על וblankהכנס קיווטת . 12

התוכנה מחסירה ספקטרום חושך ( וודא שמתקבל קו ישר באפס absorbanceעבור למוד של . 13

).ובלאנק

.continuous וסמן את scanהכנס קיווטת דוגמא ולחץ על . 14

. ניתן לשמור את כל הספקטרא. 15

:עריכת גרף כיול באורך גל מסוים. 16

.select concentration wavelength ובחר spectrometer -הכנס ל -

ערך הבליעה מופיע בחלונית . selectולחץ , את הסמן לאורך הגל הרצוי) בעזרת העכבר(העבר -

.מימין

calculate ובחר spectrometer - הכנס ל, למדידת הבליעה של דוגמאות נוספות באורך גל זה -

calibration curve.

ועבור כל ריכוז הכנס קיווטה ולחץ , למדודמלא בטבלה את הריכוזים של התמיסות שברצונך -

.scanעל

תוצאות הרגרסיה מופיעות . view calibration curveלחץ על , כדי לראות את גרף הכיול -

.בחלונית מימין

.כבה את המנורות ואת המחשב, בסיום העבודה. 17

46

טיטרציות שיקוע: 7ניסוי מספר

םאנליזה פוטנציומטרית של כלורידים ויודידי


קביעה סלקטיבית של יוני יודיד וכלוריד;דת כסףוהכרת אלקטר



. ת שיקוע משמשות לקביעת ריכוז אנליט היוצר עם הטיטרנט מלח קשה תמסטיטרציו

ניתן להשתמש באינדיקציה ויזואלית . בטיטרציה עם יוני כסף-X, כ לקביעת הלידים"בד

.או פוטנציומטרית

Ag : )s( AgX⇔ -X + +Ag+ עם X-טיטרציה של . 1

[ ] ( )[ ]X

AgXKspAg−

+ = : Ve<V

] -X][+Ag= [ Ksp -X + + Ag⇔ )s( AgX:eV= V

[Ag+] = [X-] = √Ksp(AgX)

])access(+Ag] = [+Ag [: Ve>V

47

Ag+י "טיטרציה של תערובת הלידים ע. 2

Ag+ + I- + Cl- ⇔ AgI(s) + AgCl(s) :קציית הטיטרציהרא

שבו חצי תא אחד , במהלך הטיטרציה יש ליצור תא גלואני+Ag לעקוב אחר השתנות ריכוז כדי

להלן חישוב . אלקטרודת ייחוס–וחצי התא השני הוא בעל מתח קבוע , הוא תערובת הטיטרציה

יתכן ובניסוי תעבוד עם אלקטרודת (ודת ייחוס עבור מתח התא עם אלקטרודת קלומל כאלקטר

).V 0.197עבורה המתח הינו , כסף כלורי/כסף

:ראקציית התא

Hg2Cl2 (s) + 2e- ⇔ 2Hg (l) + 2Cl- E0a = 0.268 V

×2 Ag+ + e- ⇔ Ag (s) E0c = 0.799 V

2Hg (l) + 2Cl- + 2Ag+ ⇔ Hg2Cl2 (s) + 2Ag (s)

[ ] [ ] ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−−⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

+−=−=

2log

205916.0268.01log05916.0799.0EaEcEcell Cl

Ag

Ec Ea = const. = 0.241 V

⇒ Ecell = 0.558 + 0.05916log[Ag+]

( ) [ ] ( )[ ]

( ) [ ] ( )

( ) [ ] ( )[ ]

( ) [ ] ( )

( ) [ ] [ ]AgaceessAg ClVeV

AgClKspAg ClVeV

Cl

AgClKspAg ClVeV

AgIKspAg IVeV

I

AgIKspAg IVeV

+=+−>

=+−=

−=+−<

=+−=

−=+−<

48

3AgNO טיטרציה עם 7.1 מהלך הניסוי

,בלבד" Ag+, AgCl, AgIפסולת " המסומנים ב פסולת לבקבוקיהפסולתדאג לפנות את כל


.ל" מ250 לבקבוק כיול בנפח שקיבלת בויילהנעלםכל כמותית את בצורה העבר -

.הוסף מים מזוקקים במנות קטנות עד המסת הדוגמא והשלם עד הקו -

והעבר כמותית 3AgNO גרם 1.7 - כשקול בדיקנות : M.10 - בריכוז כ3AgNOהכן תמיסת -

. חשב את הריכוז המדוייק של התמיסה.ערבב היטב להמסה מלאה. ל" מ100לבקבוק כיול בנפח

! ליד המאזניים וחסכניתעבוד בצורה נקיה! החומר יקר מאד ומלכלך מאד: שים לב

של ( ייחוסאלקטרודתו) כאלקטרודה עובדת(ציומטרית עם אלקטרודת כסף נהעמד מערכת פוט -

. המחוברות למד מתח)אלקטרודת זכוכית



.במים מזוקקים היטב לפני ביצוע מדידה שטוף את האלקטרודה

KCl 3M מלא את מכסה האלקטרודה בתמיסת –בסיום העבודה

ו למקומווהחזר אות

.ל מהנעלם לכוס מתאימה" מ25.00העבר בפיפטה -

עקוב אחר השתנות המתח עם התקדמות הטיטרציה עד לקבלת . שהכנתAgNO3 טטר בתמיסת -

15-30מרווח הזמן בין שתי קריאות בטיטרציה לא יעלה על : חשוב(שתי נקודות אקויוולנטיות

). שניות

0.1ת טטר במנות של ו האקויוולנטיותכאשר בקרבת הנקוד, חזור על הטיטרציה פעמיים נוספות -

.ל"מ

.צייר גרף טיטרציה וגרף נגזרת -

. בנעלם-KCl וKIחשב את מספר הגרמים של -

שהכנת לבקבוק חום AgNO3העבר את שארית תמיסת

AgNO3 ∼ 0.1M: המסומן כ

49

11 עם פרמנגנטI- - וCl-טיטרציה של תערובת 7.2


.י טיטרציה עם יון פרמנגנט''לקטיבית של יוני יודיד בתערובת יוני יודיד וכלוריד עקביעה ס מהלך הניסוי

,בלבד" פרמנגנטפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתדאג לפנות את כל


של (טרודת ייחוסואלק) כאלקטרודה עובדת(יומטרית עם אלקטרודת פלטינה צ העמד מערכת פוטנ-

. המחוברות למד מתח)אלקטרודת זכוכית

.ל מהנעלם לכוס מתאימה" מ25.00 העבר בפיפטה -

ומים מזוקקים בכמות המאפשרת כיסוי מלא של , 1.5M H2SO4ל תמיסת '' מ10 הוסף -

.האלקטרודות

דמות עקוב אחר השתנות המתח עם התק. )0.02M - כבריכוז ( טטר בתמיסת פרמנגנט מכויילת-

.הטיטרציה

0.1כאשר בקרבת הנקודה האקויוולנטית טטר במנות של , חזור על הטיטרציה פעמיים נוספות -

.ל"מ

השווה את התוצאות עם אלו שהתקבלו בטיטרצית . בנעלםKIחשב את מספר הגרמים של

.השיקוע

! אל תשפוך את התמיסה. 7,6, 5, 4 ות זו תשמש אותך במעבדKMnO4 תמיסת

המיועד לקבוצתךארוןם את שמך על הבקבוק ואחסן אותו ברשו

21ראה עמוד . כייל אותה כעת, במידה ולא כיילת עדיין תמיסת פרמנגנט 11

50

אלקטרודת פלואוריד: אלקטרודת יון סלקטיבית: 8ניסוי מספר


.ה פעילותןהכרת אלקטרודת יון סלקטיבית והשפעת גורמים שונים על אופ

' חלק א08אנא צפה באתר הוידאו של הקורס במעבדה


לאלקטרודות אלה יש . אלקטרודות יון סלקטיביות מגיבות באופן עדיף לצורון מסויים בתמיסה

ה תמיסה המכילה את בצד הפנימי ישנ. ממברנה דקה המפרידה את הדוגמא מפנים האלקטרודה

הבדל הפוטנציאלים דרך הממברנה . בצד החיצוני נמצאת הדוגמא. היון הרצוי באקטיביות קבועה

:י"ונתון ע, של האנליט בין התמיסה הפנימית והדוגמא) ריכוזים(תלוי בהבדלים באקטיביות

En

AA

C=0 05916 1

2

. log ) (volts, at 25o

:תחלקות לסוגים הבאיםאלקטרודות יון סלקטיביות מ

).+Ag+ , K+ , Li( וקטיונים מונוולנטיים נוספים +H עבור ממברנות זכוכית

).+F-, Cu2( המבוססות על גבישים של מלחים אנאורגניים אלקטרודות מצב מוצק

בעלות ממברנה הידרופובית הרוויה בנוזל מחליף יונים אלקטרודות מצב נוזלי

.הידרופובי

.ות מורכבותאלקטרוד

מקדם הסלקטיביות

יכולה Xאלקטרודה המשמשת למדידת היון . אין אלקטרודה המגיבה באופן בלעדי ליון אחד

מקדם י "הרגישות של האלקטרודה לצורונים שונים נתונה ע .Yלהגיב גם ליון אחר

:הסלקטיביות

X toresponse Y toresponse

, =YXk

אחרת יהיו הפרעות , (k<<1)וי שמקדם הסלקטיביות יהיה קטן מאד באופן אידיאלי רצ

:י המשוואה"ניתן לתאר את ההתנהגות של רוב האלקטרודות ע. משמעותיות

( )E constant= ± +⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥∑β 0 05916. log ,n

A k AX

X X Y Yn n

Y

X Y

היא האקטיביות של כל הצורונים AY - היא האקטיביות של היון בו מעוניינים וAXכאשר

. הוא מקדם הסלקטיביות שהוגדר קודםkX,Y - וnY או nXמטען כל צורון הוא . (Y)המפריעים

עבור 1 - קרוב לβהערך של . הוא אניוןX הוא קטיון ושלילי אם X חיובי אם log -הסימן לפני ה

. רוב האלקטרודות

51

אלקטרודת פלואוריד

. Eu(II) - המזוהם בLaF3זוהי דוגמא לאלקטרודת מצב מוצק המבוססת על גביש אנאורגני של

- ו0.1M NaFהתמיסה הפנימית מכילה ). La(III) במקום Eu(II)זיהום פירושו הוספת מעט (

0.1M NaCl .ניתן לתאר את תגובת האלקטרודה כ:

( ) [ ])outside(log05916.0constantE −−=F

Aβ

-Fאלקטרודת הפלואוריד נותנת תגובה כמעט נרנסטיאנית בתחום ריכוזי . 1 - קרוב לβ כאשר

10-6-1 M . יותר להאלקטרודה רגישה- F-1000 - מאשר לצורונים אחרים בפקטור הגדול מ .

-F נמוך pH -ב. kF-, OH- =0.1עבורו מקדם הסלקטיביות הוא , -OHהצורון המפריע היחידי הוא

. עבורו האלקטרודה אינה רגישהHF (pKa=3.17)-הופך ל

שאלות הכנה

ם להלןקרא בעיון את דפי ההסבר על אלקטרודות הפלואוריד המצורפי

. פעילותהןהסבר את אופ? מהי אלקטרודת היון הסלקטיבית .1

.תגובה נרנסטיאנית: הסבר את המושג הבא .2

כפונקציה של ו ,ריד בתמיסהאוריד כפונקציה של ריכוז הפלואומהי תגובת אלקטרודת הפלו .3

pH התמיסה ?

?מדוע יש צורך בשמירת חוזק יוני קבוע .4

52

אלקטרודת פלואוריד


תגובת האלקטרודה כפונקציה של ריכוז יון הפלואור 8.1

נשתמש . יש לחבר למד המתח גם אלקטרודת יחוס, תכדי להשתמש באלקטרודת היון הסלקטיבי

.הסברים ינתנו להלן. pH -באלקטרודת הייחוס אשר נמצאת בתוך אלקטרודת ה

. ר אותה חשופה באוירהשא, לא בשימושת הפלואורידאלקטרוד כאשר !ותהזהר על האלקטרוד

!)אל תמלא בו שום תמיסה! יבש( החזר את מכסה האלקטרודה –בסיום העבודה

בזמן שאינך עובד עם האלקטרודה טבול אותה בכוס ! חשופה לאוירpHאלקטרודת אל תשאיר

; מי ברזהמכילה


והחזר אותו למקומו KCl 3M מכסה האלקטרודה בתמיסת מלא את–בסיום העבודה

.0.1M בריכוז NaFקבל תמיסת -

M 1×10: הכן תמיסות בריכוזים --6

, 1×10-2

, 1×10-3

,1×10-4

, 1×10

-5 50בבקבוקי כיול בנפח

M 1×10להכנת התמיסה בריכוז . ל"מל מהתמיסה " מ5.0 ל" מ50בקבוק כיול בנפח מדוד ל 2-

,)נ להביא את כל התמיסות לאותו חוזק יוני"עמ (NaCl 1Mל " מ4.5הוסף . 0.1Mבריכוז

.מהל עד הקו במים מזוקקיםו

M 1×10 להכנת התמיסה בריכוז -ל מהתמיסה " מ5.0 ל" מ50בקבוק כיול בנפח מדוד ל 3-

M 1×10בריכוז מהל עד הקו במים ו ,NaCl 1Mל " מ4.5הוסף . שהכנת בסעיף הקודם 2-

.קקיםמזו

NaClל " מ4.5אל תשכח להוסיף לכל בקבוק כיול . המשך להכין את שאר התמיסות בדרך זו -

1M!

. pHבעזרת אלקטרודת ) רגיל (pHכייל מד -

BNC -י הכנסת חיבור ה"ע) ספרות משמעותיות5(חבר את אלקטרודת הפלואוריד למד מתח -

, pH -ודת היחוס של אלקטרודת הבתור אלקטרודת ייחוס תשמש אלקטר. (INPUT)למקומו

הכנס קצה אחד של חוט חשמלי למד : שיעשה בדרך הבאהpH - מדי ה2י חיבור בין "וזאת ע

הרגיל pH -ואת קצהו השני הכנס למד ה, REFהיכן שכתוב , ) ספרות משמעותיות5(המתח

.REFהיכן שכתוב , מאחור

53

חוט חשמלי

INPUT

REF

pH ) 5מד מתח / ספרות) , מבט מלפנים

( רגיל) , pHמד מתח / מבט מאחור

REF

pHאלקטרודת אלקטרודת

יון סלקטיבית

טבול בזהירות את .ל" מ25 בנפח פוליאתילן לכוסד המהולה ביותרתמיסת הפלואוריהעבר מ -

. בתמיסה)אלקטרודה עובדת (ידאלקטרודת יון הפלואורו pH -אלקטרודת ה

. שניות30ת להתייצב במשך ו הרשה לקריא. התמיסהמדוד את מתח -

. חזור על מדידות המתח עבור שאר התמיסות -

).על סקלה לוגריתמית(ד ריכוז הסטנדרטים כנג) מיליוולט( שרטט גרף של המתח -

? איזה חלק של הגרף לינארי -

? מהו השיפוע וכיצד הוא קשור למשוואת נרנסט -

קביעת ריכוז פלואוריד במשחת שיניים28.

ההכנות לניסוי יתבצעו במנדף

.אוריד המוצהר היצרן ואת ריכוז יון הפלו רשום את שם.בחר משחת שיניים לאנליזה -

והעבר כמותית לכוס בנפח של ם בסירת שקילה העשויה פוליאתילן ג משחת שיניי" מ200שקול -

. מפלסטיק" שוטר" ו* TISABל " מ50 -ל תוך שימוש ב" מ250

מהל עד הקו . ל" מ100קרר והעבר כמותית לבקבוק כיול בנפח . הרתח את התמיסה לשתי דקות-

. במים מזוקקים

.יסה שהכנת מדוד את המתח של התמ-

.י היצרן" השוה לריכוז המוצהר ע? במשחת השיניים-F מהו ריכוז -

על האלקטרודה pH אפקט 38.

NaF 1×10 קבל תמיסת --4

M pH ∼3 .

* TISAB-Total Ionic Strength Adjustment Bufferל חומצה אצטית " מ57י " הינה תמיסה הניתנת להכנה ע

, ל מים" מ500 - בתוך כCDTA (1,2 cyclohexylene dinitrilo tetra acetic acid)' גר4 - וNaCl' גר58, קרחית . ומיהול לליטרNaOH 5Mעם 5.0-5.5 לערך של pH-וכיוון ה

54

pH - טבול בזהירות את מערכת אלקטרודת ה. ל" מ25 בנפח פוליאתילן העבר מהתמיסה לכוס-

.pH - ה מתח התמיסה ואתלואור בתמיסה ומדוד אתאלקטרודת יון הפו

י הוספת כמות קטנה של " עpH -כוון את ערך ה. 3 - 12 של pHבתחום חזור על המדידות-

NaOH י " ומדוד עמבקבוק טפיpH-meter .העלה את ערך ה- pHביחידה אחת כל פעם .

10×1עם תמיסת ) מתחו pH(כעת חזור על המדידות --1

M NaF, pH ∼3.

. עבור תמיסות הפלואוריד בשני הריכוזים שמדדתpH שרטט גרף של מתח כנגד -

? גבוה ונמוךpH - מדוע ההתנהגות הלינארית של הגרף נשברת ב-

? העליון קטן ככל שקטן ריכוז יון הפלואורpH - מדוע גבול ה-

מתחילה להעלם בריכוזי פלואור ) ט כנגד ריכוזמיליוול( מדוע התגובה הנרנסטיאנית של העקום -

?נמוכים

? בפוליאתילן ולא בזכוכית NaF -מדוע נשמרו כל תמיסות ה -

55

:ה תשתמשבדפים להלן תמצא מידע שימושי על אלקטרודת הפלואוריד ב

56

57

58

59

וקומפלקסומטריהגרבימטריה: 9ניסוי מספר

השואה ; ריכוז סידן בתמיסהקביעת לצורך הכרת שיטות אנליזה גרבימטרית : מטרת הניסוי

.EDTAיטה קומפלכסומטרית עם לש

O2H⋅4O2CaC -כ קביעה גרבימטרית של סידן 9.1



וקביעת , מכלול שיטות המבוססות על הפיכת האנליט לתוצר קשה תמס: גרבימטריתאנליזה

.י שקילת התוצר הסופי"האנליט ע

, הגורם לשיקוע מהיר, שיטה גרבימטרית המונעת הווצרות עודף מקומי של משקע:שיקוע הומוגני

.גבישים קטנים וזיהומים הלכודים במשקע

י "השגת שיקוע הומוגני נעשית ע. ים בהם לא חל שיקועמכילה תערובת בתנא: תמיסה הומוגנית

).' וכוpH', טמפ(שינוי מבוקר ואיטי של התנאים

:דרישות מהתוצר השוקע

.קשה תמס -

.טהור -

.קל לסינון -

.בעל הרכב קבוע וידוע -

, המסת כמות שקולה של החומר: קביעה כמותית בשיטה גרבימטרית נעשית בשלבים הבאים

החישוב הכמותי של החומר . שטיפתו וייבושו, סינון המשקע הנוצר, ף ראגנט משקעהוספת עוד

. הנקבע נעשה על פי משקל המשקע שהתקבל בתהליך

כדי , יש לבחור בראגנט משקע בעל משקל מולקולרי גבוה, לקבלת משקע בעל משקל סביר

ובעל , ה תמסהמשקע המתקבל צריך להיות קש. שהפקטור הגרבימטרי יהיה נמוך ככל האפשר

.הרכב יציב וידוע

:להבטחת קביעה מדויקת יש להקפיד על הפרטים הבאים

, לשם כך מוסיפים עודף של הראגנט המשקע; שיקוע מלא של החומר הנקבע .א

.הגורם לשיקוע מהיר, אלא שאין להוסיף עודף גדול מדי

לשם כך נעשה השיקוע ; היווצרות גבישים גדולים הניתנים לסינון בקלות .ב

, הוספת הראגנט המשקע נעשית באיטיות תוך בחישה, מיסות חומציות מהולותמת

.השיקוע נעשה בחום והתמיסה מושהית למשך זמן מה לפני סינונה

.י סינונו מהתמיסה"בידוד המשקע ע .ג

60

שטיפת המשקע לשם טיהורו מזיהומים הספוחים : קבלת משקע נקי מזיהומים .ד

ם טיהורו משיהומים שנלכדו בתוך הסריג על פניו או המסת המשקע וגיבושו מחדש לש

.הגבישי

.ייבוש המשקע בחום ושקילתו .ה

אולם מגבלתה העיקרית היא , השיטה שתוארה לעיל היא השיטה הגרבימטרית השכיחה

הגורם לשיקוע מהיר ולהיווצרות גבישים קטנים בעלי , היווצרות של עודף מקומי של המשקע

היא שיטת , קביעה גרבימטרית בשיטה הפותרת בעיה זוניתן לבצע . הנלכדים בסריג, זיהומים

של החומר הנקבע עם הראגנט תערובת התמיסה ההומוגנית מכילה. השיקוע מתמיסה הומוגנית

הגורם , )' וכוpH', טמפ(שינוי מבוקר ואיטי של התנאים . בתנאים בהם לא חל שיקוע,המשקע

יביא להיווצרןת משקע , פים מקומייםלהיווצרותו ההדרגתית של המשקע בגוף התמיסה ללא עוד

י יצירת המגיב בתוך התמיסה "בשיקוע ההומוגני הקלאסי נעשית התאמת התנאים ע. אחיד ונקי

).ראה להלן(הידרוליזה של אוריאה יוצרת סביבה בסיסית בעת חימום , למשל. בתהליך איטי

פת סוני הסידן על ידי הוניתן לקבוע כמותית את י. נקבע את ריכוז הסידן בתמיסה, בניסוי זה

: לפי התגובהCaC2O4⋅H2O -אוקסלאט בסביבה בסיסית ליצירת סידן אוקסלאט מונוהידראט

Ca2+ + C2O42- + H2O CaC2O4⋅H2O

:תיון האוקסלאט מהווה תוצר הידרוליזה של חומצה אוקסאלי

H2C2O4 H+ + HC2O4- pKa = 1.25

HC2O4- H+ + C2O4

2- pKa = 4.27

.בסביבה חומצית ניתן לקבל כמות קטנה בלבד של משקע

.על מנת לקבל גבישים נקיים וגדולים תהליך השיקוע חייב להיות אחיד ואיטי

אה בסביבה חומצית יפים אורלכן מוסי , pH -קצב השיקוע נקבע על ידי קצב העלאת ה

:ומחממים

(H2N)2CO + 3H2O + heat CO2 + 2NH4+ + 2OH-


,בלבד" אוקסלאטפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתדאג לפנות את כל


אותן שקול וסיקטורוקוררו בד בתנור שיובשו (Gooches) מזכוכית תי כוריות סינוןשסמן .1

! ודא שהן אינן סדוקות או שבורות.בדייקנות

). חרסינה הנמצאת בארונךליבתוך כ( בשלב הסינון קרח לצורך השטיפותם באמבט מיקרר .2

61

, הוסף בזהירות. ל" מ400ל מים מזוקקים בכוס בנפח " מ200 -מלא כ: HCl 0.1Mהכן .3

.ערבב בעדינות. מרוכזתHClל " מ2 -כ, ממשורה

אותה קודםטוף ש(מהנעלם ל " מ25.0 בפיפטהל העבר" מ 250בנפח מסומנותלשתי כוסות .4

.) כך ניתן לוודא שהיא תהיה נקייה–במעט נעלם

אדום ( וחמש טיפות אינדיקטור מתיל אדום, שהכנת 0.1M HClל "מ75 -הוסף לכל כוס כ .5

.6.0) - מבוה הגpH - וצהוב ב4.8 - נמוך מpH -ב

קסאלט אמוניום אול " מ25 - כ, תוך כדי בחישה במקל זכוכית,באיטיותהוסף לכל כוס .6

לתוך הכוס והוצא מקל הזכוכיתשטוף את שאריות החומר שעל . משקלי 4% -בריכוז כ

.מן הכוס ותוא

וחמם את התמיסה עד לרתיחה מאוד כסה בזכוכית שעון, אהיגרם אור 15 - הוסף כלכל כוס .7

.צהובאו עד קבלת צבע , )מהדלקת הפלטה(דקות 45-קלה לכ

חשוב מאוד שהרתיחה תהיה . בע כתוםצן במעבר גם אם הרתיחה מאוד איטית ניתן לאבח

.קלה ומבוקרת

הוסף מספר פעמים כמויות קטנות . ששקלתהכוריתסנן בואקום את התמיסה החמה לתוך .8

, לאחר שכל החומר הועבר. כית העזר במוט זכו–יפה טשל מים מזוקקים קרים לש) ל" מ3 -כ(

.קרים וסנןל מים " מ10 - ככוס פעמיים בשטוף כל

.כת הואקוםרסגור את מע. עוד כדקההשאר את הכורית במערכת הואקוםבתום השטיפות .9

סיקטורדלקירור ב כוריותאת ההעבר . 150oC בטמפרטורה של ש את הדוגמה כשעה בתנורבי .10

נוטה ( החומר היגרוסקופי – הקפד לשקול מהר . בדייקנותןשקול אותו ,לטמפרטורת החדר

) .לספוח מים

חזור על כך עד להתייצבות המשקל . לקרר ולשקול, דקות 10 זמן של המשך לחמם לפרקי .11

) . מיליגרם 0.3בטווח של (

ציין גם את הריכוז הממוצע ואת . בנעלם,+Ca2, חשב את הריכוז המולרי של יוני הסידן .12

.הסטייה בין התוצאות

).אל תנסה לנקותן(מסור את הכוריות המכילות את המשקע כפי שהן .13

62

בתנאים הללו החומר שמתקבל הוא . מעלות150- וי אנו מייבשים את החומר בבניס :הערה

CaC2O4⋅H2Oניתן לראות בדיאגרמת זאת ו TGA) מוצג כיצד בה ,)גרבימטרית-אנליזה תרמו

:טמפרטורההכפונקציה של חומר מאבד את המסהה

! ולא לפי קרבונטCaC2O4⋅H2Oהחישובים נעשים על פי , לכן

:שאלות

.תגובת השיקוע" מהירות"הסבר את חשיבות .א

?מדוע לא מערבבים את התמיסה במהלך החימום .ב

?מדוע משתמשים בחומצה כלורית ולא לדוגמה חומצה חנקתית .ג

האם לפי דעתך ניתן לקבוע את אחוז הסידן באבן דולמיט . באבן דולומיט ישנו סידן .ד . רשום בקיצור מהלך ניסוי.פרט את תשובתך? בשיטה זו

.בדוק את מכפלת המסיסות של סידן אוקסאלט מונוהידראט .ה

?אבן דולומיט יכולים להפריע לבדיקת הסידןבאלו חומרים .ו

63

)displacement(בטיטרצית התמרה EDTA עם סידןקביעה של 9.2

רקע תאורטי–קומפלקסומטריה

יכולים : חומצות לואיסשהם , כתטיטרציה קומפלכסומטרית משמשת לקביעת יוני מת

. בסיסי לואיסשהן לכן , י ליגנדות”לחלוק זוגות אלקטרונים הנתרמים ע

EDTAהיא ליגנדה הקסאפרוטית ,H6Y2+ :

HNCH2CH2NH

CH2CO2H

CH2CO2H

HO2CH2C

HO2CH2C

+ +

והאחרונים לפרוטונים , ארבעת הערכים הראשונים מתייחסים לפרוטונים הקרבוכסיליים

.האמיניים

: מוגדרת כαY-4משל ל , αעבור כל צורון מגדירים את הגודל

α 44

2 2 3 4

4

6 5 4 3 2 3

−−

+ + − − − −

−

=+ + + + + +

=YY

H Y H Y H Y H Y H Y H Y Y

Y

EDTA

. הוא הריכוז הכולל של כל הצורונים החפשיים בתמיסה] EDTA[כאשר

:מ עבור הראקציה" הוא קבוע שEDTA-קבוע ההווצרות של קומפלכס מתכת

Mn+ + Y4- ⇔ MYn-4 f

n

nKMY

M Y=

−

+ −

4

4

Kf מוגדר עבור הראקציה של Y-4ב האבל רו, עם יון המתכת - EDTA אינו נמצא בצורה זו

נוח לכן לבטא את הפרקציה . הצורונים האחרים דומיננטיים יותר. pH=10.24 -מתחת ל

: מ כ" ואת קבוע שαY-4 [EDTA] = [-Y4]: של הצורון החפשי כ

f

n

n

n

nY

KMY

M Y

MY

M EDTA= =

−

+ −

−

+−

4

4

4

4α

:מגדירים קבוע הווצרות אפקטיבי, קבועpH -ב

f Y f

n

nK KMY

M EDTA' = ⋅ =−

−

+α 4

4

K’f את הווצרות מתארMYn-4ב - pHמסויים :

Mn+ + EDTA ⇔ MYn-4 K’f = αY-4 Kf

. K’f ולהעריך את αY-4 ניתן למצוא את pHבכל

pK1=0.0 pK2=1.5 pK3=2.0 pK4=2.66 pK5=6.16 pK6=10.24

64

EDTAטיטרציות עם

EDTA -יון המתכת הוא בתפקיד החומצה ו, בסיס-באופן אנלוגי לטיטרציות חומצה

:תגובת הטיטרציה היא. בתפקיד הבסיס

Mn+ + EDTA ⇔ MYn-4 K’f = αY-4 Kf

הנחלקת , ניתן להניח את שלמות התגובה בכל שלב בטיטרציה, גדול מספיקK’fאם

:לשלושה איזורים

ריכוז המתכת . EDTA אחרי תגובה עם nM+ באיזור זה ישנו עודף :' האק' לפני הנק- 1

. זניחMYn-4פירוק . שלא הגיב+Mnהחפשית הוא ריכוז

ריכוז המתכת החפשית נובע . 1:1 ביחס EDTAכל יוני המתכת הגיבו עם :' האק' הנק- 2

.[EDTA] = [+Mn]בנקודה זו . K’fמפירוק חלק מהקומפלכס לפי

- ריכוז ה. וכמעט כל יוני המתכת מקומפלכסיםEDTA יש עודף :' האק' אחרי הנק- 3

EDTAוריכוז המתכת מחושב לפי , מחושב לפי העודףK’f.

בטיטרציות קומפלכסומטריותאינדיקטורים

האינדיקטורים המשמשים בטיטרציות אלה הם צבעים אורגניים היוצרים קומפלכסים

. בתחומי ריכוזים האופיניים למתכת ולאינדיקטור המסויימים, צבעוניים עם יוני מתכת

. -H2In: ונסמנו, שהוא חומצה חלשה, Eriochrome Black T (EBT)אינדיקטור נפוץ הוא

:ותו כחומצה חלשה נראית במשוואות הבאותהתנהג

H2O + H2In- ⇔ HIn2- + H3O+ K1 = 5×10-7

H2O + HIn2- ⇔ In3- + H3O+ K2 = 2.8×10-12

כלומר שכדי לזהות , -H2In -כמו ל ,כ צבע אדום" יש בדEBTלקומפלכסים המתכתיים של

ישלוט בהעדר -HIn2די שהצבע הכחול של כ, או יותר7 - לpH -יון מתכתי יש לווסת את ה

. והתמיסה אדומה, האינדיקטור מקמפלכס את יון המתכת' האק' עד הנק. מתכת חופשית

:התמיסה הופכת כחולה כתוצאה מהראקציה, נמצא מעט בעודףEDTAכאשר

MIn- + HY3- ⇔ Hin2- + MY2-

M-In < M-EDTA: הדרישה מקבועי היציבות

EBT. (blocking)היא חוסמת אותו , תחררת לחלוטין מהאינדיקטוראם המתכת אינה מש

ולכן אינו יכול לשמש אינדיקטור , +Cu2+, Ni2+, Co2+, Cr3+, Fe3+, Al3י "נחסם ע

. בטיטרציה ישירה עם יונים אלה

אדום

כחול

כחול

כתום

65

)Auxilary Complexing Agent(ראגנטי עזר

ואז שוקעים ההידרוכסידים , לבסיסיpH - עבור רוב הקטיונים המתכתיים יש לווסת את ה

. מוסיפים ראגנט עזר מקמפלכס שישמור על הקטיון בתמיסה, כדי למנוע זאת. המתכתיים

) pH≅10, בופר(אבץ מטוטר בתווך המכיל ריכוז גבוה של אמוניה ואמוניום כלוריד , למשל

אבל בנוסף לכך אמוניה יוצרת קומפלכס , EDTAלהבטחת שלמות הטיטרציה בינו לבין

.הידרוכסיד-יס עם האבץ ומונעת הווצרות משקע אבץמס

M-Aux. < M-EDTA: הדרישה מקבועי היציבות

מיסוך

מגיב +Al3, למשל. EDTAראגנט ממסך הוא ראגנט המגן על חלק מהאנליט מתגובה עם

AlF6 ליצירת קומפלכס יציב -Fעם י מיסוך " ע+Al3 בתערובת עם +Mg2ניתן לטטר . -3

. EDTA יגיב עם +Mg2ואז רק , -Fבהתחלה עם

.ניקל ועוד, קובלט, ציאניד יוצר קומפלכסים יציבים עם קדמיום

Int.-Mask. > Int.-EDTA: הדרישה מקבועי היציבות

. הוא תהליך של שחרור המתכת מהראגנט הממסךמיסוך-דה

EDTAשיטות טיטרציה עם

הנכון שבו קבוע pH -יש לווסת ל. סטנדרטיEDTA האנליט מטוטר עם :טיטרציה ישירה -

. חדה' אק' גדול מספיק ליצירת נקEDTA-ההווצרות האפקטיבי עבור הקומפלכס מתכת

.בהרבה טיטרציות משתמשים בראגנטי עזר למניעת שיקוע ההידרוכסיד

והעודף מטוטר עם תמיסה , מוספת לאנליטEDTA כמות ידועה של :טיטרציה חוזרת -

:משתמשים כאשר. תי אחרסטנדרטית של יון מתכ

.EDTA האנליט שוקע בהעדר -

. איטית מדיEDTA התגובה עם -

כלומר מגיב איתו , את האינדיקטור(blocking)האנליט חוסם : אין אינדיקטור מתאים-

.הסיום' באופן בלתי הפיך ולא מאפשר להבחין בנק

ליט הדרישה מהמתכת המשמשת בטיטרציה החוזרת שהיא לא תשחרר את האנ

.EDTAמהקומפלכס שלו עם

)תשמש לקביעת סידן בנעלם (טיטרצית התמרה -

לעומת . אינה מדוייקת מאחר וליון זה אין אינדיקטור מתאים,+Ca2 , סידןטיטרציה ישירה של

עבור Kf, בנוסף. +Mg2 ,מגנזיוםמשמש כאינדיקטור טוב לEriochrom Black T (EBT) זאת

CaY2–גבוה יותר מ - Kf ל שMgY2– (logKMgY = 8.69 , logKCaY = 10.70) .

.טיטרציית התמרהב שתמשנוח לה, בתנאים אלה

66

MgYסידן מוסיפים כמות קטנה של תמיסה המכילה את הקומפלקס המכילה יונילתמיסה

).הנפח המדוייק שמוסיפים אינו חשוב(

לתמיסה MgYיסה של הוספת תמ, מכיוון שהקומפלקס של הסידן יותר יציב מזה של המגנזיום

אם מספר המולים של סידן . +Ca2י " מהקומפלקס והחלפתו ע+Mg2 - גורמת לדחיית ה+Ca2של

, +Ca2 מולים של x-y בתמיסה יםנשאר, y שהוספו הוא MgYומספר המולים של , xבתמיסה הוא

.מכוילת EDTA תמיסתמטטרים עםאותם

אשר הוסיפו בהתחלה +Mg2 - מגיב ה, ציהבתגובת הטיטר EDTA - אחרי שכל הסידן הגיב עם ה

י שינוי הצבע של "גמר הקומפלקסציה שלו מתגלה ע. מוליםy כמותו -ואשר נדחה מהקומפלקס

.האינדיקטור

שהוא מספר מולי הסידן , y = x mol + (x-y): שיש להוסיף לנקודה זו הואEDTA - כ ה"סה

.שהיו בתמיסה ההתחלתית


! מתבצע במנדףהניסוי כולו

,בלבד" אמוניאקליתEDTAפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתדאג לפנות את כל


ל והשלם עד " מ100ל מתמיסת הנעלם לבקבוק כיול בנפח " מ10.0, בעזרת פיפטה, העבר .1

.הקו במים מזוקקים

.ל" מ250 לארלנמייר בנפח המהולל מהנעלם "מ 10.0, בעזרת פיפטה, העבר .2

Mg-EDTA 0.1Mל תמיסת " מ1 , )ל" מ25 בנפח משורהמ( pH = 10 ל בופר" מ10 הוסף .3

).לקבלת צבע ורוד כהה( .E.B.T טיפות מהאינדיקטורמספרו) ל" מ10ממשורה בנפח (

, "נקי"עד לשינוי לצבע כחול וטטר EDTA 0.01Mל בתמיסת " מ25מלא ביורטה בנפח .4

).רצוי לשים דף לבן מתחת לארלנמייר. (כל גוון של ורוד ללא

עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה , חזור על הטיטרציה לפחות עוד פעם אחת .5

.0.5%ביניהן לא עולה על

ציין גם את הריכוז הממוצע ואת . בנעלם,+Ca2, חשב את הריכוז המולרי של יוני הסידן .6

.הסטייה בין התוצאות

.ריכוז שהתקבל בשיטה הגרבימטריתהשווה ל .7

.דון בתוצאות שהתקבלו בשתי השיטות .8

67

אלקטרוגרבימטריה וקולומטריה: אלקטרואנליזה

העליה במשקל . משקעים את האנליט כמוצק על הקתודה או האנודהאלקטרוגרבימטריהב

מבוססת על מדידת הזרם והזמןקולומטריה. האלקטרודה היא מדד ישיר לכמות האנליט

.הדרושים לסיום ראקציה כימית

זהו תהליך אשר בו ראקציה מתרחשת בכיוון הלא ספונטני תוך אספקת זרם אלקטרוליזה

+Pb2+ + 2H2O ⇔ PbO2 (s) + H2 (g) + 2H: למשל עבור התגובה. חשמלי

Eo=-1.458V , ולא ימינה, כלומר הכיוון הספונטני הוא שמאלה.

:שעוברת בכל נקודה במעגל היא qת המטען כמו t עובר בזמן Iכאשר זרם

q = I ⋅ t

:מולי האלקטרונים שעוברים' מס

Moles of e- =

מספר , )חצי תא(אלקטרונים פר מולקולה בתגובת החיזור שלו nאם עבור צורון מסויים דרושים

= Moles reacted הוא tהמולים של צורון זה שהגיבו בזמן

אבל כדי . בתנאי זרם זניחים) תגובה ספונטנית(עד עתה חישבנו את המתח של תאים גלואנים

3, כאשר עובר זרם. שתא יבצע עבודה או כדי שתתרחש אלקטרוליזה זרם משמעותי צריך לעבור

: לאלקטרוליזהגורמים פועלים להקטנת המתח של תא גלוואני או להגדלת המתח שיש לספק

מתח אוהמי. 1

המתח האוהמיהמתח הדרוש כדי לאלץ זרם לזרום דרך תא נקרא . לכל תא יש התנגדות מסויימת

E ohmic = IR: י חוק אוהם"והוא נתון ע

. היא התנגדות התאR - הוא הזרם וIכאשר

מתח התא יורד משום , רםאם בתא זורם ז. I = 0בתא גלוואני בשיווי משקל אין מתח אוהמי כי

. שחלק מהאנרגיה החופשית המשתחררת מהתגובה הכימית צריכה לפצות על התנגדות התא עצמו

המתח המסופק לתא אלקטרוליטי צריך להיות גדול מספיק כדי לייצר את האנרגיה החופשית

.לתגובה הכימית ולהתגבר על התנגדות התא

והמתח שיש לספק לאלקטרוליזה צריך IR - במתח תא גלואני יורד, בהעדר אפקטים נוספים

.נ שזרם יוכל לעבור"עמ IR - להיות גדול ב

קיטוב ריכוז. 2

: ובו מתרחשת התגובה+Cd2נניח חצי תא המורכב מאלקטרודת קדמיום הטבולה בתוך תמיסת

Cd (s) ⇒ Cd2+ + 2e-

0[+Cd2] - כוז בתמיסה כנסמן את הרי. קרוב מאד לפני האלקטרודה+Cd2ראקציה זו מייצרת יוני

ריכוזים אלה יהיו שווים אם היונים עוברים . s[+Cd2] -ואת הריכוז בקרבת האלקטרודה כ

Coulomb Amperes Seconds

I ⋅ t F F=9.6485309×104C/mol

I ⋅ t nF

68

0[+Cd2] - יהיה גדול מ s[+Cd2], אם לא. י בחישה"דיפוזיה מהירה או מועברים מהאלקטרודה ע

:s[+Cd2]י "מתח האלקטרודה נקבע ע. נ האלקטרודה" מיוצרים עפ+Cd2מכיוון שיוני

s2

0

]Cd[1log

205916.0 - (anode) E= (anode) E +

. בתמיסה+Cd2 מתח האנודה יהיה כמצופה מריכוז s = [Cd2+]0[+Cd2]אם

, שהיונים לא בורחים מהאלקטרודה באותה מהירות בה הם נוצרים, אם הזרם עובר במהירות כזו

[Cd2+]s יהיה גדול מ - [Cd2+]0 . כאשר[Cd2+]s ≠ [Cd2+]0 תח מ. קיטוב ריכוז זהו מצב של

בתא גלוואני קיטוב ריכוז . ירד{E (cathode) - E (anode)}האנודה יהיה חיובי יותר ומתח התא

שלילי (באלקטרוליזה קיטוב ריכוז גורם לכך שיש לספק מתח גדול יותר . במתחירידהגורם ל

. מזה שיש לספק בהעדר קיטוב) יותר

מקטין (העלאת החוזק היוני , חישהב, העלאת הטמפרטורה: בין הגורמים המקטינים קיטוב ריכוז

.הגדלת שטח הפנים של האלקטרודה, )את הכוחות האלקטרוסטטיים בין היונים והאלקטרודה

מתח יתר. 3

ישנן תגובות אלקטרוליטיות הדורשות מתחים גבוהים מן המצופה ותאים גלוואניים המייצרים

. ומבטלים את קיטוב הריכוזמתח פחות מן הצפוי גם כאשר לוקחים בחשבון את המתח האוהמי

ניתן לייחס זאת לאנרגיית . מתח יתרההפרש בין המתח הצפוי והמתח שיש לספק נקרא

המחסום שיש לעבור לפני שהמגיבים יכולים להפוך : האקטיבציה של תגובת האלקטרודה

, ליותר מולקולות יש מספיק אנרגיה להתגבר על המחסום, גבוהה יותר' ככל שהטמפ. לתוצרים

. התגובה מהירה יותרו

:H2 - ומחזרו ל+H3O -נסתכל על הראקציה שבה אלקטרון מאלקטרודת מתכת מועבר ל

H3O+ + e- ⇒ 1/2 H2 + H2O

וקצב החיזור יכול להיות מאד , יש לעבור מחסום אנרגטי גדול כדי שמעבר האלקטרון יתרחש

, רונים באלקטרודה גדלהאנרגיית האלקט) מתח היתר(אם מספקים מתח לאלקטרודה . איטי

מתח היתר הוא המתח הדרוש עבור . המחסום למעבר האלקטרון יורד וקצב תגובת החיזור עולה

. מתח היתר עולה, ככל שרוצים קצב גבוה יותר. קצב ראקציה מסויים

69

כי האנרגיה הפוטנציאלית של אלקטרון תלויה במתכת בה , מתח היתר תלוי בהרכב האלקטרודה

. כן הוא תלוי גם באופן שבו מגיב הראגנט עם האלקטרודהכמו. הוא נמצא

אלקטרוליזה במתח קבוע

E (applied) = E (cathode) - E (anode) - IR - overpotential: המתח שיש לספק לתא

.2.0V- - ב1.0M HNO3 - ב+0.10M Cu2נניח את האלקטרוליזה של

Cu2+ + 2e- ⇔ Cu (s) Eo = 0.339קתודה : תגובות התא

H2O ⇔ 1/2 O2 (g) + 2H+ + 2e- Eo = -1.229 אנודה

H2O + Cu2+ ⇔ Cu (s) + 1/2 O2 (g) + 2H+ Eo = -0.890כ " סה

- ialoverpotent - IR : המתח הדרוש מחושב לפי][][

log2

05916.02

2210 2

+

+

−=Cu

HPEE O

+Cu2לבסוף יש מעט מדי . בתמיסה יורד+Cu2 שוקע על פני האלקטרודה ריכוז Cu (s)כאשר

מכיוון שהזרם . וקצב הגעתו לאלקטרודה אינו מהיר מספיק כדי לאפשר לזרם ההתחלתי להשאר

ל בגלל הריכוז הגבוה ש, מתח האנודה קבוע. המתח האוהמי ופוטנציאל היתר יורדים גם כן, יורד

,קטניםoverpotential -וIR - קבועים וE (anode) - וE (applied)אם ). מים(הממס המתחמצן

E (cathode)הערך של . חייבת להיות שלילית יותר כדי שהמשוואה תתקייםE (cathode)

וכאשר הוא יורד עוד יונים אחרים H2 - ל+Hממשיך לרדת עד שהוא שלילי מספיק לחזר את

אינה אלקטרוליזה במתח קבוע , לכן. יכולים להתחזר ) +Co2+, Sn2+, Ni2 כמו(בתמיסה

.סלקטיבית

כדי למנוע זאת ולמנוע . בקתודה גורמת למשקע המתכתי להיות נקבובי ושבריריH2היווצרות

cathodic depolarizerכ שלילי ולחזר מתכות אחרות מוסף לתמיסה "ממתח הקתודה להיות כ

NO3כמו : ותוצר החיזור אינו מפריע לשיקוע התקין+H -ות רבה יותר מהמתחזר בקל, -

NO3- + 10 H+ + 8e- ⇒ NH4

+ +3H2O Eo = 0.880V

NO3 -לפי פוטנציאלי החיזור היינו מצפים שאבל . שלו גדול יותרEoכי , יתחזר לפני הנחושת-

NO3מתח היתר של . גבוה מספיק כך שחיזור הנחושת מתרחש קודם-

ניתן לחזר נחושת בתמיסה חומצית חזקה . pH -י שליטה ב" לשלוט בסלקטיביות התגובה עניתן

, אינו גדול מספיק+Hאם ריכוז . מתחזר לפניהן+H כי +Cd2+, Zn2+, Ni2בלי לחזר מתכות כמו

. המתכות הללו יתחזרו לפניו

אלקטרוליזה בזרם קבוע

כדי . את הזרם אם המתח המסופק קבועקיטוב ריכוז מפחית . שיטה זו הכי פחות סלקטיבית

מתח הקתודה גדל ונעשה שלילי עד . שהזרם יהיה קבוע יש להגדיל כל הזמן את המתח המסופק

.cathodic depolarizerשהוא מגיע לערך של חיזור מימן או

70

אלקטרוליזה מבוקרת מתח

ערכים שליליים בשתיהן מתח הקתודה מגיע ל. השיטות הקודמות סובלות מחוסר סלקטיביות2

, כאשר שומרים על מתח הקתודה קבוע. המביאים לחיזור צורונים אחרים מלבד הצורון הנקבע

.הסלקטיביות עולה

קולומטריה

, זוהי שיטה מדויקת. קולומטריה מבוססת על ספירת האלקטרונים המשתתפים בראקציה כימית

. הנצרכים מיד כשנוצרים,in-situרגישה וניתן ליצור באמצעותה ראגנטים בלתי יציבים

יש למדוד רק את הזמן הדרוש , אם ידוע הזרם. זרם קבוע מספקים טיטרציות קולומטריותב

היא סלקטיבית מבוקרת מתחקולומטריה . q = I ⋅ t: להשלמת התגובה במטרה לדעת את המטען

נמדד המטען. אבל יורד אקספוננציאלית עם ירידת ריכוז האנליט, בהתחלה הזרם גבוה. יותר

: לפי

∫=t

Idtq0

, יעילות זרם100% - תנאי הכרחי באנליזה קולומטרית הוא שהתגובות האנליטיות יתרחשו ב

(mediators)מתווכים הרבה פעמים משתמשים ב. כלומר שכל האלקטרונים ילכו לתגובה הרצויה

:יטרציהי הט" בשיטה קולומטרית ע+Fe2ניתן לקבוע , למשל. להגברת היעילות

Fe2+ ⇒ Fe3+ + e-

. ישנו קיטוב ריכוז, יורד משמעותית+Fe2כאשר ריכוז . בהתחלה תגובה זו אחראית לכל הזרם

:י התגובה"מתח האנודה יכול לעלות לנקודה שבה מים יתחמצנו לחמצן והזרם יינשא בעיקר ע

H2O ⇔ 1/2 O2 (g) + 2H+ + 2e-

התגובה, כאשר האלקטרודה מתקטבת.+Ce3מוסיפים עודף , כדי למנוע תגובה זו

Ce3+ ⇒ Ce4+ + e-

עובר בדיפוזיה לתמיסה ומחמצן כל +Ce4. מתחילה במתח נמוך יותר מזה הדרוש לחימצון המים

Fe2+ שהוא פוגש :

Fe2+ + Ce4+ ⇒ Fe3+ + Ce3

.מתווךכמתפקד , שאינו עובר כל שינוי, יון הצריום. +Fe3 - ל+Fe2כ התגובה נטו היא חימצון "בסה

71

אלקטרוגבימטריה: 10ניסוי מספר

י שיקוע אלקטרוליטי"קביעת אחוז הנחושת בפליז ע



שיקוע הנחושת המתכתית יעשה על גבי קתודה העשויה . בשיטה זו נקבע את אחוז הנחושת בפליז

וממוקמת קונצנטרית לקתודה להבטחת שדה חשמלי , האנודה היא סליל פלטינה. רשת פלטינה

.במטרה לקבל משקע אחיד על פני הקתודה, אחיד

:תגובות קתודיות אפשריות

E°=0.34 V Cu2+ + 2e ⇔ Cu(s)

E°=0.00 V 2H+ + 2e ⇔ 2H (g)

:תגובות אנודיות אפשריות

E°=-1.23V 2H2O ⇔ O2 (g) + 4H+ + 4e

E°=-2.01 V 2SO42- ⇔ S2O8

2- + 2e

E°=פוטנציאל חיזור סטנדרטי.

ניתן לראות שבתמיסת נחושת שבה החומציות אינה , מתוך הפוטנציאלים הסטנדרטיים הנתונים

.ובאנודה יחול חימצון המים, נחושת לפני המימן על פני הקתודהתחוזר ה, גבוהה מדי

:תגובת התא הכללית תהיה

Cu2+ + H2O ⇔ Cu(s) + 1/2 O2 (g) + 2H+

:נוסחת נרנסט עבור תגובה זו

[ ][ ]22

2

4

0+2

0

CuOHlog

40596.0

E CuCuE OHOE22 +

++−=

p

בחישוב המתח יש להתחשב גם . התא ישתנה במהלך השיקוע של יוני הנחושת רואים שמתח מכאן

). התנגדות ×זרם (IRובמפל , מתחי היתר של האנודה והקתודהב

72

תאור המכשור

מאלצים מתח מסוים בין שתי . בציור הבא מתוארת מערכת טיפוסית עבור שיקוע אלקטרוליטי

י הסטת "י הוולטמטר וניתן לויסות ע"המתח נמדד ע. האלקטרודות הטבולות בתמיסה הנבדקת

.המגע על סליל הפוטנציומטר

י שיקוע אלקטרוליטי"קביעת אחוז הנחושת בפליז ע

בתוספת כמויות , עופרת וברזל, בדיל, אבץ, בעיקר מנחושתת המורכבסגסוגת מתכתיתפליז הוא

:הרכביו הנפוצים נעים בגבולות הבאים. זעירות של יסודות אחרים

Fe Pb Sn Zn Cu

0-3% 0-6% 0-6% 5-40% 50-90%

בדרך . ממיסים את המדגם בחומצה חנקתית, לקביעת הנחושת בלבדאו, לאנליזת הדוגמה כולה

, בטיפול מתאים. השוקע כתחמוצת מהודרטת, זו עוברים לתמיסה כל היסודות פרט לבדיל

.הניתן לשקילה, SnO2 -ל, לאחר סינון, הופכים את הבדיל

73


,בלבד" ות חומציתמתכפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולתהפסולתדאג לפנות את כל


אחת . וחמם על פלטת חימום, ל מים מזוקקים" מ200 -ל בכ" מ250מלא שתי כוסות בנפח -

.והשניה להוספת מים חמים בהמשך, (1:100)תשמש להכנת חומצה חנקתית מהולה

.ל" מ400ח של והעבירם לשתי כוסות בנפ) ' גר1 -כ(שקול במדוייק שני מדגמים מהנעלם -

:בצע את הפעולות הבאות בכל מדגם -

!). במנדף ( מרוכזת HNO3ל " מ15 -ל מים ו" מ10הוסף -

אדים (חמם בזהירות עד להפלטות תחמוצות חנקן . כסה את הכוס במהירות בזכוכית שעון-

עד המנע מאידוי . ל בלבד" מ5-10 - עד אשר יוותרו בכוס כבזהירותוהמשך לאדות , )חומים

מנת להבטיח שיקוע כמותי של כל הבדיל כחומצה סטנית - על האדוי להמשך כשעה על! יובש

(H2SnO3) ,עיכול ארוך יותר אינו מזיק.

דקות להבטחת התמוססותם 10-20ל מים חמים וחמם שנית במשך " מ50 - עתה מהל בכ-

.המושלמת של המלחים המסיסים

250 ואסוף את התסנין כמותית בכוס בנפח 1ינון מספר דרך נייר ס, סנן בעוד התמיסה חמה-

.העבירו שנית דרך אותו מסנן, במקרה והתסנין אינו צלול. ל"מ

. (1:100) מהולה חמה HNO3 פעמים במנות קטנות של תמיסת 10 שטוף את המשקע לפחות -

מכיל את יוני הנחושת אותם תשקע בהמשך בשיטה , כולל נוזל השטיפה, התסנין

.טרוגרבימטריתאלק

. מרוכזת HNO3 ל" מ4 -אוריאה ו' גר1 לתמיסה אשר התקבלה לאחר הרחקת הבדיל הוסף -

.וודא שהן נקיות ויבשות) רשת וסליל( קבל זוג אלקטרודות פלטינה -

הסליל ישמש כאנודה . שקול את אלקטרודת הרשת במדוייק וחברה כקתודה לספק הזרם-

.וימוקם במרכז הקתודה

).מ" ס1 -כ(טבול את האלקטרודות בתמיסה כך שהקצה העליון של הרשת ישאר חשוף -

, ובצע אלקטרוליזה, הפעל את הבוחש המגנטי, קבל את אישור המדריך לתקינות החיבורים-

. דקות45 -במשך כ, )בתנאים אלה, וולט בקירוב2.5התואם מתח של ( אמפר 2.5בזרם של

.ן בהעלמו ההדרגתי של צבעה התכול של התמיסהבהתקדם האלקטרוליזה תבחי

: גמר השיקוע יבדק בשתי דרכים-

הוסף מים מזוקקים לכוס בה טבולות האלקטרודות ובדוק האם מוסיפה הקתודה ) א

שטוף גם את דפנות . להצטפות בנחושת בחלקה העליון שעד כה לא היה טבול בתמיסה

.הכוס וזכוכית השעון

צבע כחול כהה מורה . טפטף טיפה מהתמיסה על גבי זכוכית שעון והוסף טיפת אמוניה מרוכזת) ב

.על נוכחות נחושת בתמיסה

ללא הפסקת (הנמך את הכוס ושטוף את האלקטרודות במים מזוקקים , עם גמר התהליך-

. דקות ושקול בדייקנות10 - ייבש באויר כ, את הקתודה באצטוןשטוף). המתח

74

:ערותה

אם . התמיסה מתוכה מבצעים את אלקטרוליזת הנחושת מכילה חומצה בריכוז גבוה למדי. 1

לחומצה החנקתית השפעה רצויה להבטחת , השיקוע אינו מושלם, התמיסה חמוצה מדי

נוכחות הניטרט מונעת .הנדבק היטב לאלקטרודה, ל נחושתהיווצרות משקע טהור ש

: גזיהיווצרות מימן

NO3-+ 10H

++ 8e → NH4

+ + 3H2O

אנו מספקים יון . חומציות התמיסה קטנה עם התקדמות האלקטרוליזה, כתוצאה מתגובה זו

NO3NO2יש להבטיח העדר. י הוספת חומצה חנקתית"ע -

המפריע לשיקוע וגורם להיווצרות ( -

לפני הוספתה או , נקתיתידי הרתחת החומצה הח-על) תחמוצת הנחושת במקום נחושת מתכתית

:ידי הוספת אוריאה לתמיסה- על

2HNO2 + (NH2)2CO → CO2 + 2N2 + 3H2O

.PbO2 - אשר נמצאת בכמויות קטנות בדוגמאות פליז תשקע על פני האנודה כ, עופרת. 2

Feקיימת סכנה של חיזור . נוכחות ברזל מפריעה לשיקוע הנחושת. 3Fe -ל +3

2+ העלול לחזר

NO3NO2 - ל -

-.

.יתחזרו באופן עדיף על פני הקתודה, מתכות הנמצאות מתחת לנחושת בשורה האלקטרוכימית. 4

75

pH-meter מחשב

גשר מלח

PtPt

ספק זרם

מערכת אינדיקציה

מערכת גנרציה

תא אלקטרודת עזרתא אלקטרודה עובדת

קולומטריה : 11ניסוי מספר

אנליזה קולומטרית של ארסן ושל חומצה



טיטרציה קולומטרית של חומצה11.1

:מטרות הניסוי

י חימצון או חיזור של מים"עבסיס והפקת חומצה -

ם אינדיקטור עבסיס/חומצהקולומטרית של טיטרציה -

)ללא אינדיקטור (ת פוטנציומטרית עם אינדיקציה טיטרציה קולומטריי "עחומצה קביעת ריכוז -

שני תאים המכילים תמיסה מימית של אלקטרוליט נושא : מערכת הניסוי נראית בציור להלן

(KNO3)א אלקטרודת בתוך כל ת). ?מדוע יש צורך בהפרדת התאים(י גשר מלח " מופרדים ע

, pHאלקטרודת בתוך אחד התאים טבולה גם , .שתי האלקטרודות מחוברות לספק זרם; פלטינה

. עם התקדמות הטיטרציה התמיסהpH - מעקב אחר שינויי בל

:התגובות המתרחשות על אלקטרודות הפלטינה

:הערות

!אל תפעיל את המערכת ללא אישור המדריך. 1

.ON לגעת במגעים כאשר הספק במצב אין. 2

) STAND BYלא במצב (כאשר המתג מופעל . מיליאמפר20-50הנסיון מבוצע בזרם קבוע של . 3

.האלקטרודה המחוברת אליו היא חיובית

העבר את , חלפת הקוטביות ובעת הפסקת הניסוי מכל סיבה שהיאבעת ה, בסיום הניסוי. 4

.STAND BYהמערכת למצב

--HH22OO ½½ OO22 ++ 22HH++ ++22 ee חמצון מיםחמצון מים : : אנודהאנודה((++))

--HH22OO ++ ee-- ½½ HH22 ++ OOHH חיזור מיםחיזור מים: : קטודה קטודה((--))

76


המחובר למחשב דרך כניסת Analogue to Digital (A2D)יועברו למחשב בעזרת כרטיס הנתונים

USB .בעזרת תוכנה מתאימה ניתן לעקוב אחר הנתונים ולעבד אותם.

.Coul_titrationפתח את תוכנת איסוף הנתונים . Userתמש הכנס למחשב תחת שם מש

).50במקום (10 - לNumber of scansשנה את הערך של , בחלון שיפתח

.10 עד 3 - כך שתתחיל מY-שנה את סקלת ציר ה

נ להפסיק את "עמ. enable streamלחץ על , למחשבpH -נ להתחיל בהעברת הנתונים ממד ה"עמ

.(enable stream) שנית על אותו לחצן הנתונים לחץ איסוף

רשום את שם , בזמן איסוף הנתונים.save dataלחץ לפני כן על , אם ברצונך לשמור את הנתונים

!הקובץ ומיקומו

בסיס באופן קולומטרי ומעקב אחר השינויים עם אינדיקטור/הכנת חומצה. א

אלקטרודה בזמן שאינך עובד עם ה! חשופה לאוירpHאל תשאיר אלקטרודת




למקומו

. מטרpH כייל -

קטור טיפות אינדי3 - ו )אלקטרוליט נושא( 3KNO M2 ל תמיסת" מ50 - לתא העבודה הכנס כ-

.)?ומהו תחום מעבר הצבע, בסיס/מהם הצבעים של אינדיקטור זה בחומצה (פנול אדום

.לכיסוי האלקטרודהעד 3KNO M2 מלא את תא העזר בתמיסת-

.ופקוק את הגשר מיד, שים לב שלא תהיה בועה. רוויה KNO3 מלא גשר מלח בתמיסת -

חשב לפי (ידי הזרמת זרם במשך כדקה -על, העבודהבתוך תא, הכן באופן קולומטרי חומצה-

).המיליאקויולנטים של החומצה שקיבלת' הנתונים את מס

.החלף קוטביות והתחל בטיטרציה. STAND BY העבר את המערכת למצב -

שים לב ). כדקה( המשך ליצור עודף בסיס מעבר לנדרש על מנת להגיע לנקודה האקויולנטית -

.לשינויי הצבע בתא

י טיטרציה קולומטרית" ע חד פרוטית ביעת ריכוז חומצהק. ב

). חד פרוטיתחומצה(ל מתמיסת הנעלם " מ1.0 בעזרת פיפטור אוטומטי העבר לתא נקי -

. אינדיקטוראיןהפעם : שים לב. 3KNO M2ל תמיסת " מ50 - הוסף כ-

.ר מידופקוק את הגש, שים לב שלא תהיה בועה. רוויה KNO3 מלא גשר מלח בתמיסת-

. הפוטנציומטריתתוך ניצול מערכת האינדיקציה, טטר קולומטרית וקבע את סיום הטיטרציה-

77

ל נוספים מתמיסת הנעלם '' מ1.0 הוסף , בסיסי pHכאשר הגעת ל, אחרי הנקודה האקויולנטית -

!אל תעצור את המערכת בין ההוספות. פעמים5חזור על הניסוי לפחות . וטטר שנית

. ואת הריכוז המולארי של החומצהות המיליאקויולנטים של הנעלםת כמ חשב א-

.ח המסכם"צרף גרף זה לדו. והדפס אותוword העתק את גרף הטיטרציה לתוכנת -

ארסן קביעה קולומטרית של 11.2

As2O3 - כארסןלקביעה כמותית של , -I הנוצר על ידי חימצון אנודי של I2בקביעה זו מנצלים

arsenious oxide)( .המחוברות לספק זרם , בתא הקולומטרי ממוקמות שתי אלקטרודות פלטינה

.כאינדיקטור לסוף התגובה משמש עמילן. )?מדוע אין צורך בהפרדת תאים (קבוע

:התגובות המתרחשות

:I2 - ל -Iחימצון אנודי של

2 I- → I2 + 2 e-

As התגובה בין 3+

:I2 - ל

As2O3 + 2I2 + 5H2O → 2H3AsO4 + 4I- + 4H+

.והתגובה השניה מתרחשת בתמיסה, שים לב כי התגובה הראשונה מתרחשת על האלקטרודה

בסביבה חומצית מדי יתהפך כיוון התגובה וגם יפגע . בקירוב8 תגובה זו יהיה pH -יש להקפיד ש

- פובתמיסה בסיסית מדי יעבור היוד להי; )יעבור הידרוליזה(כושר העמילן לשמש כאינדיקטור

I2 + 2OH- → IO- + I- + H2O . :יודיד לפי המשוואה

מונעות CO2 -בועות ה, בנוסף; NaHCO3 אופטימלי של התמיסה מוסיפים pH כדי לשמור על

.I2 - ל -Iחימצון

:תגובות האלקטרודות

+As2O3 + 2I2 + 5H2O → 2H3AsO4 + 4I- + 4H :תגובת הטיטרציה

((++)) יוד יוד חמצון חמצון : : אנודהאנודה 22II-- II22 ++ 22ee--

((--)) חיזור מיםחיזור מים: : קטודהקטודה HH22OO ++ ee-- ½½ HH22 ++ OOHH-- Pt Pt

78


עם כפפותהעבודה תתבצע ! ארסן הינו חומר רעיל

בלבד " פסולת ארסן" כמסומניםהבגמר הניסוי שפוך את כל התמיסות לבקבוקי פסולת

ולא לכיור או לבקבוקים אחרים

%1הכנת עמילן

. מזוקקיםל מים" מ5 - גרם עמילן בכ0.5 - כ בעזרת שוטר גומיערבב, ל"מ 25בכוס בנפח

. מזוקקיםל מים" מ45 -חמם כ, ל" מ100בנפח , בכוס אחרת

. תוך כדי ערבוב, גומיבעזרת שוטר למים החמיםמים- תערובת העמילןהוסף את

.רתח את התמיסה עד שהיא צלולהה. הבא לרתיחה

.קררחימום והפלטת הורד מ

קביעת ארסן

במים )ל" מ100בקבוק כיול בנפח ול " מ10בעזרת פיפטה בנפח (10מהל את תמיסת הנעלם פי -

.מזוקקים

.ל" מ100בנפח ל מים לכוס " מ50 -העבר כ-

.1%ל תמיסת עמילן " מ5 - וKIר '' ג5 -כ' NaHCO3 גרם 3.5 הוסף -

באיזו . טרם קיבלת אישור מהמדריךאל תפעיל את הספק. חבר את האלקטרודות לספק הזרם-

?קוטביות תבחר

הפעל בחישה . ומקם אותו כך שיהיה מתחת לאלקטרודה העובדת, שים בכוס בוחש מגנטי-

.אחידה

.5mAהפעל את המערכת והעבר זרם של , לאחר קבלת האישור-

.(Reset)אפס את רשם הזמן . הפסק הזרמת הזרם עם הופעת גוון בתמיסה-

ובצע , )שהכנת מבעוד מועד (10ל תמיסת נעלם מהולה פי " מ2 בעזרת פיפטור אוטומטיף הוס-

.אותו גוון עד להופעתו החוזרת של, פעלת הזרםי ה''את הטיטרציה ע

ל '' מ2אפס את מד הזמן וחזור על אותה טיטרציה עם מנה נוספת של . רשום את הזמן שהתקבל -

בצע עיבוד סטטיסטי של התוצאות ). פעמים10פחות חזור על הטיטרציה ל. (נעלם לאותה כוס

.ח המסכם''בדו

.בגרם לליטר, בנעלםAs2O3 חשב את ריכוז -

79

ניסויים לבדיקות מים: 12ניסוי מספר

Mg:הקטיונים העיקריים הם. המים בטבע מכילים מלחים שונים בכמויות משתנות2+

, Ca2+,

Na+ .ם ביקרבונטי: האניונים העיקריים הםHCO3-

-Clכלורידים ,-SO42סולפטים ,

NO3וכמויות קטנות של ניטרטים .' וכוZn, Cu, Feכמו כן נמצאים יסודות קורט כמו למשל . -

-" קשיות חולפת"מבחינים בין ". מים קשים"מים המכילים מלחי סידן ומגנזיום נקראים

"Temporary hardness" - קשיות " ו,סידן ומגנזיום כאשר המים מכילים ביקרבונטים של

כאשר המים מכילים סולפטים וכלורידים של סידן - "Permanent hardness"" מתמדת

.ומגנזיום

נובע מהעובדה שניתן באמצעי פשוט כמו הרתחה לשקע את יוני הסידן " קשיות חולפת"השם

ים קרבונטים בהרתחה הופך הביקרבונט לקרבונט ומתקבל. את המים" רכך"י כך ל"והמגנזיום וע

:התגובות המתרחשות הן. שהם מלחים קשי תמס, של סידן ומגנזיום

2HCO3- ↔ CO32- + CO2 + H2O

Ca2+ + CO32- ↔ CaCO3(s)

Mg2+ + CO32- ↔ MgCO3(s)

".קשיות מתמדת "-עקב הרתחה ומכאן השם יוני סולפט וכלוריד לא משתנים

או ) מליון מיליגרמים( בליטר מים CaCO3את קשיות המים מבטאים במספר מיליגרמים של

.ppm (μg/mL = mg/L, Parts per million) במינוח המקובלעקב היווצרות משקע , בעיקר בתהליכים של חימום, קשיות המים מהווה בעיה רצינית בתעשיה

המים או להרחקה " ריכוך"מכאן הצורך במציאת דרכים ל. ס בדפנות הדודים או בצנרתבלתי מסי

.טוטלית של מלחים מהמים

.בניסוי נקבע כמותית את ריכוזי היונים העיקריים

80

תרגילי חישוב בנושא מחליפי יונים

ואוספים את +H דרך מחליף יונים חומצי טעון 0.150M KClל תמיסת " מ40מעבירים .1

כתוב את התגובה וחשב את ריכוז המפעילים . ל" מ250אנט בתוך בקבוק מדידה של האפלו

.בבקבוק

ואוספים -Cl דרך מחליף אניונים בסיסי טעון 0.20M Na3PO4ל תמיסת " מ30מעבירים .2

כתוב את התגובה וחשב את ריכוז המפעילים . ל" מ200את האפלואנט בבקבוק מדידה של

.בבקבוק

חשב את מספר . מילימול לגרם4.70צי חזק הוא בעל קבול של מחליף קטיונים חומ .3

. גרם שרף יכולה לקלוט2.250שכמות של ) כל אחד לחוד (+Mg2 ושל +Naהמיליגרמים של

- גרם דוגמה ב2.0ממיסים . דוגמה מכילה ניטרט הנתרן ומרכיבים אורגניים לא יוניים .4

ומטטרים את +Hליף קטיונים טעון ל מהתמיסה דרך מח" מ10.0מעבירים . ל מים" מ100.0

? בדוגמהNaNO3מהו אחוז . 0.111Mל " מ15.0האפלואנט עם

עד NaClמעבירים בעמודה תמיסת . +H גרם מחליף קטיונים טעון 20.0עמודה מכילה .5

מוהלים את . +Na - הוחלף ב+H של התמיסה היוצאת מהעמודה מעיד על כך שכל pH -אשר ה

מהו . 0.1N NaOHל " מ19.5ל ממנה עם " מ25.0ח של ליטר ומטטרים התמיסה היוצאת לנפ

).meq/g 3.0: תשובה(? meq/g - קיבול המחליף ב

- עד לNaClמעבירים בעמודה תמיסת . -OH גרם מחליף אניונים טעון 10עמודה מכילה .6

pHל " מ17.5ל מהתמיסה מטטרים עם " מ20. ל" מ500 - נייטרלי ומוהלים את האפלואנט ל

0.10N HCl . 5.0י המסת "מעבירים בעמודה תמיסה שהוכנה ע, לאחר קביעת קבול המחליף

SO4גרם דוגמה המכילה מעבירים בעמודה את התמיסה עד אשר בדיקה . ל מים" מ100 - ב-2

55ה שהועבר נפח התמיס. כלומר העמודה רוויה בסולפט, BaSO4 מורה על שקע של +Ba2עם

SO4אחוז חשב. ל"מ . בדוגמה-2

אם קבול , +H מועברת דרך מחליף קטיונים טעון NaCl 10g/1ל תמיסה המכילה " מ200 .7

מהו מינימום המשקל של שרף יבש הדרוש לספיחה . של שרף יבשmeq/g 5.1המחליף הוא

?מלאה

8. (VOSO4) Vanadyl-Sulphateמזוהם ב, המשווק מסחרית - H2SO4ו - H2O . הוכנה

מדידות . ל מים" מ50.0 - במסחרי VOSO4של ' גר0.2447י המסת "תמיסה ע

ל " מ0.0243M .0.0500 - השווה לVO+2ספקטרופוטומטריות מעידות על ריכוז יוני

ושחרור VO+2לקישור (+Hמהתמיסה הנקבעת הועברו דרך עמודת מחליף קטיונים הטעון

H+ .( ל " מ13.03לטיטרציה של האפלואנט נדרשוNaOH 0.02274N . מצא אחוז משקלי של

).H2O ,H2SO4 ,VOSO4של (כל מרכיב בתרכובת המסחרית

81

בדיקות מים

.2Mg+ - ו2Ca+ קביעת ריכוז יוני. 1

בשלב ראשון נקבעים שני הקטיונים . EDTAקביעת יונים אלה נעשית בטיטרציה ישירה עם

+Ca2נקבע ריכוז שני בשלב. Eriochrome Black T תוך שימוש באינדיקטור pH 10 - ביחד ב

.Hydroxy-naphtol-blue -באמצעות האינדיקטור , בסביבה בסיסית חזקה, בלבד

קביעת ריכוז יוני . 2+

Na

י " מריכוז הקטיונים הכללי שיקבע ע+Mg2 - ו+Ca2י הפחתת ריכוז " יקבע ע+Naריכוז יוני

.המחליף קטיונים

קביעת תכולת קטיונים כללית. 3

את . שברזין+Hמחליפים הקטיונים את מקום , +Hרך מחליף קטיונים טעון בהעברת המים ד

.י כך לדעת את ריכוז הקטיונים הכללי"וע, ניתן לקבוע באמצעות בסיס סטנדרטי+H -ריכוז ה

RSO3 + M+ ↔ RSO3M + H+

בהחלפת הקטיונים : קהשיטה זו טובה רק עבור מלחים בהם האניונים הם נגזרת של חומצה חז

כאשר האניון הוא נגזרת . אותה סותרים עם בסיס, מתקבלת החומצה החזקה המתאימה+H -ב

אשר , H2CO3 החומצה החלשה +Hמתקבלת בהחלפת הקטיון ב , -HCO3כגון , של חומצה חלשה

H2CO3מרתיחים לפרוק החומצה , לאחר העברת המים דרך המחליף, לכן.משבשת את התוצאות

ורק אז מטטרים עם הבסיס הסטנדרטי קביעה זו אינה כוללת את הקטיונים שהיו , ומיםCO2 -ל

HCO3 - קשורים למכאן שריכוז הקטיונים הכלליים הוא סכום האקויולנטים שהתקבלו .-

ומספר האקויולנטים המתקבלים , לאחר העברה במחליף קטיונים, מכויילNaOHבטיטרציה עם

.עבור ביקרבונט

ת ביקרבונטקביע. 4

HCO3, ביקרבונט (BCG) בנוכחות האינדיקטור HClניתן לקביעה עם , בהיותו בסיס חלש, -

Bromocresol-Green .

קביעת כלוריד. 5

. מכוייל AgNO3באמצעות , הקביעה תבוצע בשיטה קונדוקטומטרית

קביעת סולפט. 6

HCO3 -ו, -Cl(ות י הפחתת ריכוזי האניונים שנקבעו ישיר"ריכוז הסולפט יקבע עמריכוז ) -

.-Clי מחליף אניונים טעון "שיקבע ע, האניונים הכללי

82

קביעת תכולת אניונים כללית. 7

את ריכוז יוני .י האניונים שבמים"יוחלף הכלוריד ע, -Clבהעברת המים דרך מחליף אניונים טעון

. ששוחררו מהעמודה ניתן לקבוע בשיטה קונדוקטומטרית-Clה

ניסוימהלך ה

העתק את תכולת היונים שתבדוק בניסוי כפי . רשום את שם היצרן.קבל דוגמת מים מינרלים

.שכתוב על הבקבוק

קביעת ריכוז יוני . 1+2

Ca ו- +2

Mg בעזרת תמיסה מכויילת של EDTA12:

!חלק זה יתבצע במנדף

EDTAפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולת מחלק זההפסולתדאג לפנות את כל

! או למיכלים אחרים ולא לכיור,בלבד" וניאקליתאמ

: ביחד2Ca+ - ו2Mg+קביעת ) א

:טיטרציה מקורבת

ל מים " מ50 - הוסף כ. ל" מ250 בנפחל דוגמת מים לתוך ארלנמאייר " מ50מדוד בפיפטה

לקבלת צבע (.E.B.Tטיפות של האינדיקטור מספר ו(pH - 10)ל תמיסת מגן " מ10, מזוקקים

ללא ( לכחול מורוד כההתוך בחישה עד מעבר הצבע , 0.01M EDTA הוסף מהביורטה .)ורוד כהה

).גוון ורוד

:טיטרציה מדויקת

ל מים " מ50 - הוסף כ. ל" מ250 בנפחל דוגמת מים לתוך ארלנמאייר " מ50מדוד בפיפטה

2-תוך בחישה עד כ, 0.01M EDTAהוסף מהביורטה . (pH - 10)ל תמיסת מגן " מ10, מזוקקים

וקבע את נקודת הסיום .E.B.T של האינדיקטור מספר טיפותהוסף . הסיום' ל לפני נק"מ

תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן אינו 2עד שיהיו בידך , חזור על הקביעה פעם נוספת. יקנותבדי

.0.5%עולה על

: בלבד2Ca+קביעת ) ב

הוסף במשורה . ל" מ250של ל בעזרת פיפטה מדוגמת המים לתוך בקבוק ארלנמאייר " מ50מדוד

הוסף לתמיסה גרגירים . NaOH 30%ל תמיסת " מ10 -ו, 20%אמין -ל תמיסת טריאתנול" מ10

0.01M EDTAוטטר עם , Hydroxy-naphthol-blue (HNB)מועטים מאוד של האינדיקטור

.עד מעבר הצבע מסגול לתכלת

)56עמוד (9 של ניסוי 2סומטריה ניתן בהקדמה לחלק כחומר תאורטי על קומפל 12

83

)ים לביקרבונטבלי הקטיונים הקשור (קביעת תכולת קטיונים כללית. 2

טיפות לדקה דרך עמודת מחליף 30והעבר אותם בקצב של , ל מדוגמת המים" מ25מדוד בפיפטה

בדוק . ל מים מזוקקים" מ25 -העבר את כל הדוגמה ושטוף את העמודה ב. +Hקטיונים טעונת

הרתח את . ל מים מזוקקים" מ25 העבר עוד י חומצpH -האם . pH בעזרת נייר יותלהעדר חומצ

פתלאין -הוסף לתמיסה שאספת מספר טיפות אינדיקטור פנול. קרר. דקות2 -התמיסה במשך כ

.NaOH 0.02Mוטטר עם

).העברת המים בעמודת המחליף (יש לבצע בדיקה זו פעמיים בלבד

קביעת ביקרבונט. 3

ם מכויילת בנוכחות האינדיקטורי0.02M HClל דוגמת מים וטטר אותה עם " מ50מדוד בפיפטה

קרר והמשך לטטר עד לקבלת ', דק2 -הרתח כ. אפור-עד קבלת צבע כחול, BCG+ מתיל אדום

.צבע וורוד

קביעת כלוריד. 4

בשיטה 0.04M AgNO3ל עם " מ0.5טטר במנות של . ל דוגמת מים" מ50מדוד בפיפטה

הסטיה תוצאות שאחוז 2עד שיהיו בידך , יש לבצע בדיקה זו פעמיים לפחות. קונדוקטומטרית

.0.5%ביניהן אינו עולה על

,בלבד " Ag+, AgClפסולת " המסומנים ב לבקבוקי פסולת מחלק זההפסולתדאג לפנות את כל


קביעת תכולת אניונים כללית. 5

ל מדוגמת המים והעבר אותם באיטיות דרך עמודת מחליף אניונים טעונת" מ25מדוד בפיפטה

.Cl- בדוק להעדר כלורידים באמצעות - העמודה צריכה להיות שטופה היטב במים מזוקקים

AgNO3כפי שבצעת בקביעת , קונדוקטומטריתבשיטה טטר את התמיסה שאספת . אינדיקטור

.כלוריד במים

,בלבד " Ag+, AgClפסולת " המסומנים בלבקבוקי פסולת מחלק זה הפסולתדאג לפנות את כל

! למיכלים אחרים אוולא לכיור

84


:את התוצאות יש לסכם בטבלה הבאה

אקויולנטים

כללי , קטיונים

(N)

Mg2+

(ppm)

Ca2+

(ppm)

CaCO3

(ppm)

Na+

(ppm)

HCO3-

(M)

Cl-

(M)

אקויולנטים

כללי , אניונים

(N)

: שים לב

הקפד בחישוביך על ). M( וחלק במולריות )N(חלק מהריכוזים ניתנים ביחידות של נורמליות . א

. טעויותיעתמעבר נכון בין היחידות למנ

.בדוק התאמה בין ריכוז קטיונים כללי לריכוז אניונים כללי. ב

.השוה את תוצאותיך לתוצאות היצרן. ג

Documents

חוברת מעבדה טכניון