05-06-26 - ep3.nuwm.edu.ua

1

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра хімії та фізики

05-06-26

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни

„ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ”

для студентів за напрямом підготовки

6.040106 „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”

денної та заочної форм навчання

Рекомендовано методичною

комісією за напрямом

підготовки 6.040106

«Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування»,

протокол №2 від 15.10.2013 р.

Рівне - 2013

2

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Фізико-хімічні методи аналізу” для студентів за напрямом підготовки 6.040106 „Екологія, охорона навколишнього

середовища та збалансоване природокористування” денної та заочної форм навчання/ Н.М.Буденкова, Г.І.Назарук - Рівне: НУВГП, 2013, - 41с.

Упорядники: Н.М.Буденкова, доцент кафедри хімії та фізики;

Г.І. Назарук, ст. викладач кафедри хімії та фізики

Відповідальний за випуск: М.В.Яцков, канд.техн.наук,

завідувач кафедри хімії та фізики

© Н.М.Буденкова Г.І. Назарук, 2013

© НУВГП, 2013

3

З М І С Т

Стор.

Передмова................................................................................................4

Лабораторна робота №1. Фотоколориметричне визначення

ферум(Ш) роданідним методом....................................................5

Лабораторна робота №2. Визначення масової частки

калію дихромату в реактиві методом фотоколориметрії...............10

Лабораторна робота №3. Фотоколориметричне визначення

йонів Cu2+

в розчині..............................................................................12

Лабораторна робота №4. Визначення концентрації розчину

за показником заломлення...................................................................15

Лабораторна робота №5. Визначення концентрації кальцію

хлориду і натрію броміду в суміші сполученням об’ємного та рефрактометричного методів…………………...................................17

Лабораторна робота №6. Визначення сульфатів в розчині турбидиметрією.....................................................................................19

Лабораторна робота №7. Поляриметричне визначення

концентрації розчину............................................................................21

Лабораторна робота №8. Потенціометричне визначення рН

розчинів..................................................................................................26

Лабораторна робота №9. Потенціометричне визначення

хлорид визначення та йодид-йонів.....................................................31

Лабораторна робота № 10. Визначення йонів ніколу

хроматографічним методом.................................................................36

Рекомендована література....................................................................41

4

ПЕРЕДМОВА

В аналітичній хімії вимірюють кількість речовини,

використовуючи взаємозв’язок між складом хімічної системи та її фізичними властивостями. Інструментальні методи досліджень природної та питної води, грунту, повітря широко застосовують в

практиці наукових і виробничих агрохімічних та сільськогоспо-

дарських лабораторій.

МЕТА: в результаті вивчення теоретичного матеріалу і виконання лабораторних робіт, студент повинен знати хімізм

процесів, які вивчаються у відповідній роботі, грамотно

користуватися мірним посудом, приладами, вміти провести аналіз і виконувати розрахунки, пов’язані з приготуванням і стандартизацією робочих розчинів, обчисленням і математичною

обробкою результатів досліджень.

ПОРЯДОК РОБОТИ: всі лабораторні роботи пов’язані з інструментальними методами досліджень, тому спочатку студент повинен ознайомитися з принципом роботи приладу та інструкцією

по його використанню.

Для знаходження концентрації досліджуваного розчину за аналітичним сигналом, заміряному приладом, необхідно

використовувати метод калібрувального графіка. Тому в усіх

роботах готують серію з 4-6 розчинів досліджуваної речовини з відомою концентрацією та вимірюють інструментально відповідний

аналітичний сигнал. Будують калібрувальний графік в координатах:

величина аналітичного сигналу (у) – концентрація (с). Отримують у

викладача розчин з невідомою концентрацією та заміряють відповідний аналітичний сигнал цього розчину (УХ). За калібрувальним графіком знаходять концентрацію невідомого

розчину (СХ).

ВИСНОВКИ ДО РОБОТИ. Порівнюючи знайдену концентрацію СХ

з істинною (С), знаходять похибку C

CC X− . 100.

Роблять висновки про можливість використання даного приладу

для визначення концентрації розчинів. Такі прилади можна використовувати для екологічної характеристики складу водоймищ,

повітря.

5

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ФЕРУМ

(Ш) РОДАНІДНИМ МЕТОДОМ

Фотоколориметричні дослідження грунтуються на здатності

забарвлених розчинів поглинати світло в видимій області спектру

(400-760 нм). Інтенсивність поглинання світла пропорційна інтенсивності забарвлення і кількісно характеризується оптичною

густиною розчину Д.

Згідно з законом Бугера-Ламберта-Бера, оптична густина розчину забарвленої сполуки за однаковій товщині шару прямо

пропорційна концентрації розчину. Отже, якщо виміряні оптична густина ДЕТ. еталонного розчину з концентрацією СЕТ. і оптична густина ДХ досліджуваного розчину, то

ЕТ

ХЕТХ

ЕТ

Х

ЕТ

Х

Д

ДСС

С

С

Д

Д=⇒= (1)

При масових аналізах концентрацію досліджуваного розчину

найчастіше визначають за калібрувальним графіком. Для побудови

калібрувального графіку готують серію еталонних розчинів і вимірюють їх оптичні густини.

В основу фотоколориметричного визначення ферум (Ш)

роданідним (тіоціанатним) методом покладено реакцію, яку

схематично передають рівнянням

Fe3+

+ 3 SCN- ⇔ Fe(SCN)3.

В результаті реакції утворюється комплексна сполука, забарвлена в червоний колір. Практично залежно від кількості реактиву, можуть утворюватись комплекси різного складу від

FeSCN2+

до Fe(SCN)52-

.

Мета роботи. Фотоколориметрично визначити концентрацію

Fe3+ в зразку залізоамонійного галуну.

Прилади та реактиви. Фотоелектороколориметр,

залізоамонійного галун, мірні колби на 50 мл, піпетки, нітратна кислота (1:1), 10% розчин амоній роданіду.

6

Методика виконання роботи

1.Умови проведення реакції. Для повного зв’язування ферум(ІІІ) в комплекс і забезпечення

сталого складу комплексної сполуки до солі ферум(ІІІ) додається

великий надлишок реактиву – розчину амоній роданіду або калій

роданіду. Реакція проводиться в сильно кислому розчині в

присутності нітратної кислоти. Це дозволяє запобігти гідролізу солі ферум(ІІІ) і відновленню Fe

3+ до Fe

2+ надлишком роданід-йону.

Інтенсивність забарвлення розчину з часом зменшується, тому

забарвлені розчини готуються безпосередньо перед вимірюванням.

2. Приготування серії еталонних розчинів. Для приготування серії еталонних розчинів використовується

стандартний розчин залізоамонійного галуна FeNH4(SO4)2 . 12 Н2О.

В 1 мл стандартного розчину міститься 0,1 мг Fe3+

(розчин А,

+3Fe

T = 0,1 мг/мл) або 0,01 мг Fe3+

(розчин Б, +3Fe

T = 0,01мг/мл).

Еталонні розчини готуються в мірних колбах на 50 мл.

1. Залити стандартний розчин ( +3Fe

T = 0,01 мг/мл) в бюретку.

2. В мірну колбу на 50 мл налити 15-20 мл дистильованої води,

добавити мірною піпеткою 1 мл розбавленої (1:1) нітратної кислоти,

точно відміряти з бюретки необхідний об’єм стандартного розчину,

долити дистильовану воду до об’єму 50,0 мл, розчин перемішати.

Перед вимірюванням оптичної густини розчин перелити в конічну

колбу і мірною піпеткою добавити 5,0 мл 10% амоній роданіду.

3. Для кожного з еталонних розчинів обчислити:

Масу Феруму m(Fe3+

) мг; масову концентрацію ρ(Fe3+

), мг/л;

молярну концентрацію СМ Fe3+

, моль/л.

CTFeVTFem ⋅== +

+3)( 3 , де VСТ – об’єм стандартного розчину, мл.

Kv

mFeFe

++ =

33ρ , (2)

де VК – об’єм колби, л; VК = 0,05 л.

K

MVFeM

FemFeC

⋅=

+

++

)(

)()(

3

33 . (3)

Результати обчислень подати в таблиці 1.

7

Таблиця 1

Серія еталонних розчинів

NЕТ. розчину 1 2 3 4 5

VСТ. , мл 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0

ρ(Fe3+

), мг/л

СМ(Fe3+

),моль/л

3. Вимірювання оптичної густини еталонних розчинів і побудова калібрувального графіку.

1. Виміряти оптичну густину кожного з еталонних розчинів.

Вимірювання повторити 3-4 рази. Вимірювання проводиться з синьо-зеленим світлофільтром (λ = 480 нм), в кюветі з товщиною

поглинаючого шару l = 30 мм, зразу ж після приготування

забарвленого розчину.

2. Результати вимірювання оптичної густини подати в табличній

формі (табл. 2).

Таблиця 2

N розчину

Результати вимірювань, Д

Д1 Д2 Дn n Д

3. Побудувати калібрувальні графіки залежності оптичної густини Д від масової концентрації ρ(Fe

3+), мг/л;

залежності оптичної густини Д від молярної концентрації СМ(Fe

3+), моль/л.

4. Визначити концентрації ρ(Fe3+

), СM(Fe3+

) в досліджуваному

розчині за калібрувальним графіком.

Досліджуваний розчин видається або готується за завданням

викладача. 1. Приготувати пробу для аналізу в тих самих умовах, в яких

приготовлені еталонні розчини за п.2.

2. Виміряти оптичну густину досліджуваного розчину в тих

самих умовах, в яких виміряна оптична густина еталонних розчинів

за п.3.

Вимірювання повторити 3-4 рази. Обчислити середнє значення ДХ.

8

3. За калібрувальними графіками визначити концентрацію

досліджуваного розчину ρХ (Fe3+

), СХ (Fe3+

)

Рис.1 Калібрувальний графік

Результати аналізу представити в таблиця 3

Таблиця 3

Результати вимірювань ρХ(Fe3+

),

мг/л

СХ(Fe3+

),

моль/л

Д1 Д2 ...Дn n ДХ

5. Правила роботи з фотоколориметром. Прилад вмикається в електромережу за 15-20 хвилин до початку

вимірювання. В лівий кюветотримач на весь час вимірювання на шляху світлового потоку встановлюється кювета з дистильованою

водою або з розчином порівняння.

Рис.2 Схема фотоелектроколориметру: 1 – лампа розжарювання;

2 – світлофільтр; 3 – призма, що ділить світловий потік на два: 4, 41 – дзеркала; 5 – кювети з розчином порівняння; 51 – кювета із забарвленим розчином;

6, 61 – діафрагми; 7 – компенсаційний барабан; 71 – вимірювальний барабан;

8, 81 – фотоелементи; 9, 91 – нуль-індикатор (мікроамперметр)

9

Порядок вимірювання

1. Встановити правий і лівий барабан на початок відліку

(нульова поділка) і перекрити світлові потоки. Для цього

перемістити рукоятку на верхній панелі приладу.

2. Налити в кювету до мітки забарвлений розчин, протерти зовні бокові стінки фільтрувальним папером.

3. Кювету із забарвленим розчином помістити в правий

кюветотримач і за допомогою рукоятки встановити її на шляху

світлового потоку.

4. Відкрити світлові потоки. Обертанням лівого компенсаційного

барабану встановити стрілку мікроамперметра на нуль.

5. Перекрити світлові потоки і в правому кюветотримачеві установити на шляху світлового потоку кювету з дистильованою

водою (розчином порівняння).

6. Відкрити світлові потоки. Обертанням правого

вимірювального барабану установити стрілку мікроамперметра на нуль.

7. За правим вимірювальним барабаном зняти відлік оптичної густини розчину (червона шкала). Оптимальна область вимірювання в інтервалі Д = 0,1-1,1.

Примітка.

Приготування стандартного розчину феруму(ІІІ). Розчин А. 0,8636 г залізоамонійного галуна FeNH4(SO4)2

. 12H2О

розчинити в мірній колбі на 1л в невеликій кількості дистильованої води, добавити 2 мл концентрованого розчину хлоридної кислоти і довести об’єм до 1 л. 1 м розчину містить 0,1 мг Fe

3+.

Питання вхідного контролю

1. Суть методу фотоколориметрії. 2. Апаратура, що застосовується в фотометричних методах

досліджень.

3. Спектр електромагнітного випромінювання.

4. Основний закон світлопоглинання Бугера-Ламберта-Бера. 5. Гідроліз солей феруму(ІІІ), як можна сповільнити цей

процес?

10


ВИЗНАЧЕННЯ МАСОВОЇ ЧАСТКИ КАЛІЮ ДИХРОМАТУ

В РЕАКТИВІ МЕТОДОМ ФОТОКОЛОРИМЕТРІЇ Якщо пpопустити пучок монохpоматичного свiтла кpiзь pозчин

забаpвленої pечовини, то частина свiтла поглинається.

Закон Бугеpа-Ламбеpта-Беpа пов'язує зменшення iнтенсивностi свiтла, яке пpойшло кpiзь шаp свiтлопоглинаючої pечовини, з концентpацiєю pечовини та товщиною шаpу.

Величина I

ID 0lg= називається оптичною густиною pозчину,

де І0 та І - вiдповiдно iнтенсивностi свiтла, яке пpойшло кpiзь розчинник i pозчин.

Зменшення iнтенсивностi свiтла пpи пpоходженнi його кpiзь pозчин пiдпоpядковується закону Бугеpа-Ламбеpта-Беpа:

lcII

ξ−⋅= 100 або

,100

lc

I

I ξ−= тобто ,lcD ξ=

(4)

де ξ - моляpний коефiцiєнт вбирання (екстинкція); l - товщина свiтлопоглинаючого шаpу, см; c - концентpацiя pозчину, моль/л.

Величина ξ доpiвнює оптичнiй густинi одномоляpного

pозчину пpи товщинi шаpу 1 см. Згiдно piвняння залежнiсть оптичної густини вiд концентpацiї гpафiчно виpажається пpямою,

яка виходить з початку кооpдинат. Цей закон лежить в основі фотоколориметричних та

спектрофотометричних досліджень.

1. Закон спpаведливий для монохpоматичного свiтла. 2. Коефіцієнт ξ залежить вiд показника заломлення сеpедовища.

Якщо концентpацiя pозчину невелика, то показник заломлення залишається сталим, як у чистого pозчинника, i вiдхилень вiд

закону не спостеpiгається. 3. Темпеpатуpа пpи замipах повинна бути сталою.

4. Пучок свiтла повинен бути паpалельним.

5. Рiвняння спостерігається для систем, в яких

свiтлопоглинаючими центpами є часточки лише одного соpту. Так,

з pозведенням pозчину калій дихpомату

OHOCr 2

2

72 +−⇄

+− + HCrO 22 2

4

11

змiнюється пpиpода свiтлопоглинаючих часточок, тому залежність D = f(c) не буде лiнiйною.


K2Cr2O7 в наважці зразку.

Прилади та реактиви. Фотоелекторколориметр,кислота сульфатна, 1М розчин, калію дихромат, мірні колби на 100 мл.


1. Приготування стандартного розчину досліджуваної речовини,

що містить 0,1 мг калію дихромату в 1 см3.

Точну наважку 0,1000 калію дихромату вміщують в мірну колбу

ємністю 100 см3, розчиняють в 20 см3

1н розчину сульфатної кислоти і доводять об’єм тим самим розчином до мітки. В мірну

колбу ємністю 100 см3 піпеткою поміщають 10,00 см3

приготовленого розчину і доводять об’єм до мітки 1л розчином

сульфатної кислоти.

2. Приготування серії еталонних розчинів. Серію еталонних розчинів готують із стандартного розчину в

мірних колбах у відповідності з табл.2.

Таблиця 4

Приготування еталонних розчинів K2Cr2O7

№ еталонного

розчину

V стандартного

розчину, см3 42SOHV , 1М

розчину, см3

Вміст K2Cr2O7,

мк г/см3

1 3,00 до 100,00 3,00

2 7,00 -“- 7,00

3 11,00 -“- 11,00

4 15,00 -“- 15,00

5 17,00 -“- 17,00

6 19,00 -“- 19,00

3. В якості розчину порівняння використовують 1М розчин

сульфатної кислоти.

4. Вибір світлофільтра. Вибір світлофільтра здійснюють, використовуючи еталонний

розчин №4.

12

5. Вимірювання оптичної густини еталонних розчинів.

Одержані значення оптичної густини еталонних розчинів

використовують для побудови градуювального графіка в

координатах Д-С.

6. Приготування досліджуваного розчину. Точну наважку досліджуваного реактиву (навколо 0,1г

розчиняють, як показано в п.1 (або розчин невідомої концентрації). Далі роблять, як при приготуванні еталонного розчину № 4.

7. Фотометрування досліджуваного розчину.

8. Розрахунки результатів аналізу. Виконують за формулою

15

10

1000,1000,15

1001001001006)( 722 ⋅

⋅=

⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅=

HН

OCrKm

с

m

cω , (5)

де c – концентрація досліджуваного розчину K2Cr2O7, мкг/см; mН –

маса наважки, г; 106 – коефіцієнт перерахунку маси наважки до г.


1. Обмеження та умови застосування закону Бугера-Ламберта-Бера.

2. Назвіть методи атомізації речовини в полум’яно-емісійніій

спектроскопії. 3. Як зміниться оптична густина при збільшенні товщини

світлопоглинаючого шару?

4. Як зміниться оптична густина розчину KMnO4 ,якщо його

концентрація зменшиться в 2 рази?

5.При зміні кислотності розчину відбувається зсув рівноваги

OHOCr 2

2

72 +−⇄

+− + HCrO 22 2

4. Чи буде в цьому випадку

зберігатися основний закон світлопоглинання? Чому?


ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЙОНІВ Сu2+

В

РОЗЧИНІ

В емiсiйнiй фотометpiї полум'я для визначення концентpацiї викоpистовують пpямолiнiйну залежнiсть iнтенсивностi аналiтичного сигналу (випpомiнювання) вiд концентpацiї pозчину.

13

Метод потpебує еталонiв, тобто, pозчинiв з точно вiдомою

концентpацiєю. Як пpавило, викоpистовують метод

калiбpувального гpафiка, який будують в кооpдинатах - сила фотостpуму-концентpацiя.

Калiбpувальний гpафiк може бути нелiнiйним пpи дуже низьких

концентpацiях (виникає йонiзацiя атомiв +→− AeA

o;

+→− NaeNao

) i пpи високих концентpацiях (має мiсце самопоглинання свiтла незбудженими атомами).

Якщо iнтеpвал лiнiйної залежностi І вiд С вiдомий, то можна скоpистатися методом обмежених pозчинiв. Для цього обиpають два еталони (один з меньшою концентрацією с1, а дpугий - з більшою с2 концентpацiєю, нiж в дослiджуваному pозчинi сХ ) i

вимipюють їх інтенсивність І. Вмiст pечовини в дослiджуваному

pозчинi знаходять за фоpмулою

( )( ).

12

112

1II

IIcccc x

X −

−−+= (6)

Якщо склад дослiджуваних зpазкiв невiдомий або вiдpiзняється вiд еталонiв (напpиклад, дослідження пpиpоднiх об'єктiв), то

pекомендується викоpистовувати метод добавок. Пpи цьому

готують тpи pозчини: пеpший - дослiджуваний pозчин з концентpацiєю сХ; дpугий - дослiджуваний pозчин, до якого

добавлена вiдома кiлькiсть стандаpтного pозчину визначуваного

елементу (сХ + с1); тpетiй - дослiджуваний pозчин з добавкою

стандаpтного pозчину пpиблизно в два pази бiльшою, нiж в дpугому

(сХ + с2) (рис. 3).

Рис. 3 Визначення невідомої концентрації

методом добавок

14

Будують гpафiк залежностi І (з попpавкою на фон) від с ,

невiдому концентpацiю знаходять за вiдpiзком, який вiдтинається на негативнiй шкалi абсцис.

I = f(c)

Рис. 4. Графік залежності інтенсивності світла від концентрації розчину


Сu2+ в зразку мідного купоросу.

Реактиви та обладнання. Стандартний розчин Cu2+

, який

містить в 1см3 0,5 мл Сu

2+ і розведений (1:1) водний розчин NH3;

мірні колби на 100 і 1000 мл; мірні циліндри на 25 мл, ФЕК-56м.


Стандартний розчин Cu2+

готують розчиненням точної наважки

1,9647 г CuSO4 . 5H2О в мірній колбі ємністю 1000 см3

з додаванням

5см3 конц. H2SO4.

1. Роботу починають з побудови калібрувального графіка. В ряд

мірних колб на 100 мл наливають 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл

стандартного розчину CuSO4.

2. Розчини в кожній колбі нейтралізують розчином NH3 до

з’явлення слабкої каламуті і потім додають по 30 см3 залишку

розчину NH3, доводять водою до мітки і перемішують.

3. Замірюють оптичне поглинання отриманих розчинів в кюветі з l=5 см.

4. За результатами вимірювань будують графік залежності оптичного поглинання від концентрації Cu

2+ (в мг/100 мл).

5. Досліджуваний розчин наливають в мірну колбу на 100 мл,

додають 30 мл NH3, доводять до мітки. Ретельно перемішують та вимірюють оптичне поглинання на ФЕКу.

15

6. За калібрувальним графіком знаходять концентрацію Cu2+

в

досліджуваному розчині.

Питання вхідного контролю 1. Який з приладів є більш досконалим для вимірювання

інтенсивності поглинання світла?

2. Яку довжину хвиль світла (нм) включає видима область спектру?

3. Який світлофільтр застосовують при

фотоколориметричному визначенні Сu2+

?

4. Фізичний зміст молярного коефіцієнту вбирання ξ .

5. Які умови слід витримувати, щоб при фотометруванні розчинів Сu

2+ -аміакатів одержати лінійну залежність D-CCu

2+ ?


ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ РОЗЧИНУ

ЗА ПОКАЗНИКОМ ЗАЛОМЛЕННЯ

Рефрактометричний метод досліджень ґрунтується на визначенні показника заломлення досліджуваної речовини. Якщо

промінь світла переходить з одного середовища в інше, то напрямок

його змінюється – він заломлюється. Показником заломлення (n)

називають відношення синуса кута падіння променя до синуса кута його заломлення (рис.5).

βα

sin

sin=n

Рис.5. Відношення синуса кута падіння променя до синуса кута його

заломлення

n – залежить лінійно від концентрації розчину.

16

Мета роботи. Рекфратометрично визначити концентрацію

гліцеролу в розчині. Прилади та реактиви. Рефрактометр, набір колб ємністю 100

мл, бюретки ємністю 50 мл, піпетка, гліцерол (гліцерин),

дистильована вода.


Побудова калібрувального графіка.

1. Готують набір стандартних розчинів гліцеролу, для цього

відбирають у колби за допомогою бюретки слідуючи об’єми

води і гліцеролу (мл) (табл. 5).

Таблиця 5

Вода 47,5 45 42,5 40 37,5 35

Гліцерол 2,5 5 7,5 10 12,5 15

Ретельно перемішують розчини і визначають показник

заломлення кожного з них. Для цього за допомогою піпетки

наносять краплю розчину на призму рефрактометра, освітлюють призми рефрактометра яскравим світлом та спостерігають в окуляр

межу темного поля. Повертаючи компенсатор, встановлюють найбільш різку межу темного поля. Повертаючи окуляр підводять межу темного поля до перехрестя ниток окуляра. Роблять замирювання за шкалою. Трохи зрушують окуляр з рівноважного

положення і повторюють визначення. Спочатку проводять

вимірювання, переходячи від темного поля до світлого, а потім –

від світлого поля до темного. Повторюють ці визначення 3-4 рази.

2. Промивають призму рефрактометра дистильованою водою,

витирають фільтрувальним папером, наносять краплю нового

стандартного розчину і повторюють визначення.

Визначають середнє значення показника заломлення для кожного стандартного розчину, результати спостережень заносять в

таблицю 6.

Будують калібрувальний графік залежності показника заломлення (n) від вмісту гліцеролу в розчині (в об’ємних %).

3. Визначення концентрації в досліджуваному розчині. Наносять на призму рефрактометра краплю розчину з невідомою

концентрацією (дослід №Х), за допомогою рефрактометра визначають nХ.

17

4. Користуючись калібрувальним графіком обчислюють концентрацію досліджуваного розчину.

Таблиця 6

№ досліду 1 2 3 4 5 6 х

Вміст гліцерину,

% об’єм

n1

n2

N3

nCЕР.

Питання вхідного контролю 1. Що таке показник заломлення, від чого він залежить?

2. Граничний кут заломлення, повне внутрішнє відбиття.

3. Схема рефрактометра. 4. Питома та молярна рефракції. Формула Лоренц-Лорентца. 5. Визначення концентрації речовини рефрактометричним

методом.


ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ КАЛЬЦІЮ ХЛОРИДУ І НАТРІЮ БРОМІДУ В СУМІШІ СПОЛУЧЕННЯМ

ОБ’ЄМНОГО ТА РЕФРАКТОМЕТРИЧНОГО МЕТОДІВ

Рефрактометричний метод досліджень багатокомпонентних

сумішей, компоненти яких не реагують, заснований на адитивності величини показника заломлення суміші. Концентрації всіх

інградієнтів визначають незалежними методами, крім одного,

найбільш важко досліджуваного, вміст якого розраховують за даними рефрактометричного аналізу за формулою

2

110

2F

cFnnC

⋅−−= , (7)

00115,02

=CaClF

18

3330,1)(0 2=OHn

00130,0=NaBrF ,

де n – показник заломлення розчину; n0 – показник заломлення розчинника; F1 і F2 – фактори показників заломлення першого

(кальцію хлориду) і другого компонентів (калію броміду), які знаходять за таблицями. В даній суміші концентрацію кальцію

хлориду (с1) зручно визначити тригонометричним, а калію броміду

(с2) – рефрактометричним методом.

Мета роботи. Поєднати для визначення концентрації речовини

об’ємний та рефрактометричний методи досліджень.

Прилади та реактиви. Трилон Б, 0,01М розчин, індикаторна суміш еріохрому чорного Т, аміачний буферний розчин,

рефрактометр.

Методика виконання роботи 1. Піпеткою відбирають 5,00 см досліджуваного розчину,

переносять в мірну колбу місткістю 100 см3 і доводять об’єм до

мітки дистильованою водою, ретельно перемішують.

2. Відбирають в колбу для титрування 20,00 см3 одержаного

розчину, додають 10 см3 амоніачного буферного розчину, вносять

0,1 г індикаторної суміші еріохрому чорного Т і титрують 0,01н

розчином трилона Б до переходу червоного забарвлення розчину в

синє. 3. Розраховують концентрацію г/100 см3

CaCl2.

)(

.

1

100

ПРОБИ

МСЕР

V

СVC

⋅⋅= , г/см3

. (8)

4. Визначення КBr.

Виміряють показник заломлення води – n0, потім показник

заломлення досліджуваного розчину – n і розраховують концентрацію KBr за наведеним вище рівнянням.


1. Застосування рефрактометрій в дослідженні якісного складу

речовин.

2. Основні рефрактометричні методики досліджень.

19

3. Розрахуйте молярну рефракцію тетрахлорметану з атомними рефракціями (RC=2.42; RСl =5.97).

4. Розрахувати молярну рефракцію тетрахлорметану, якщо

604.1,463.1 == dnD .

5. Що таке тирування?


ВИЗНАЧЕННЯ СУЛЬФАТІВ В РОЗЧИНІ ТУРБІДИМЕТРІЄЮ

В основі нефелометричного і турбідиметричного методів аналізу

лежать явища розсіювання або поглинання світла твердими або

колоїдними частинками, що знаходяться в розчині. Нефелометричним методом аналізу (нефелометрія) називається метод, заснований на вимірюванні інтенсивності світла, розсіяного

твердими частинками, які знаходяться в розчині. Турбідиметричним

методом аналізу (турбідиметрія) називають метод, заснований на вимірюванні послаблення світлового потоку, що проходить крізь розчин, який містить тверді частинки, внаслідок поглинання і розсіювання світла.

Інтенсивність світла, яке розсіюється частинками, розміри яких

більше довжини хвиль опромінюючого світла, виражений законом

Релея

CIRI 0

'= або

CRII'

0/ = . (9)

Рівняння показує, що відношення інтенсивності світла, яке розсіюється до інтенсивності падаючого світла пропорційне

концентрації частинок. Градуювальник графік в координатах 0/ II

як функція С буде лінійним. Із рівняння виходить, що

RCД ПОЗ lglg. −= , тобто позірна оптична густина (ДПОЗ.)

зменшується з ростом концентрації, так як із збільшенням

концентрації збільшується кількість частинок, що розсіюють світло

і інтенсивність світла, яке розсіюється, збільшується. При

достатньому розведенні розчину, інтенсивність світла (І), що

20

проходить через суспензію чи інше середовище описується рівнянням закону Бугера-Ламберта-Бера

lRI

I⋅−=

0

lg , (10)

де l - товщина шару; R - молярний коефіцієнт каламутності розчину.

При нефелометричних вимірюваннях відповідно до рівняння

(6.2) графік будується в координатах CII −0/ або CД ПОЗІР lg. − ,

а при турбідиметричних визначеннях – в координатах Д – С.

Мета роботи.Турбідиметрично визначити концентрацію

суспензії. Прилади і реактиви. ФЕК – 14 і ФЕК –56М, BaCl2 – 10% розчин,

розчин електроліту NaCl+HCl (240г NaCl + 20,5 мл НС1 густиною

1,17 г/см3 в 1000 мл розчину)Ва

2+ + SO4

2- →BaSO4, розчин Na2SO4 з

концентрацією 0,2 мг/мл (0,8872 г прокаленого Na2SO4 розчиняють

в 1000 мл розчину), робочий розчин Na2SO4, який містить 10 мкг в

1000 мл готують розбавленням розчину 2) в 20 разів.


Побудова калібрувального графіку 1. В мірні колби на 100 мл вносять 2,0; 4,0; 8,0; 12,0; 20,0 мл

робочого розчину Na2SO4, що відповідає 20; 40; 80; 120; 200 мкг Na2SO4.

2. В кожну колбу наливають по 20 мл розчину електроліту і відповідно 38,0; 36,0; 32,0; 28,0; 20,0 мл дист. Н2О, перемішують коловим рухом колби.

3. Потім додають 15 мл розчину ВаС12, перемішують, доводять об’єм до мітки і знову ретельно перемішують.

4. Через 5 хвилин вимірюють оптичну густину стандартних

розчинів по відношенню до розчину порівняння в порядку

зниження концентрації в кюветах з товщиною поглинаючого шару

50 мл з синім світлофільтром.

5. Розчин порівняння готують аналогічно стандартним в колбі ємністю 100 мл без Na2SO4.

6. Будують калібрувальний графік в координатах Д - −24SO

C мг/мл.

21

Визначення вмісту −2

4SO в розчині.

1. Пробу досліджуваного розчину доводять до мітки

дистильованою водою в мірній колбі на 100 мл.

2. З отриманого розчину відбирають три аліквотних частини по

10 мл в мірні колби і готують, як вказано вище, суспензії. 3. Замірюють оптичну густину досліджуваного розчину.

4. За середнім значенням Д знаходять концентрацію −2

4SO за

калібрувальним графіком, враховуючи фактор перерахунку.


1. Яку властивість дисперсних систем застосовують в

турбідиметричних дослідженнях?

2. Відміни в схемах вимірювання світлових потоків в

нефелометрії та турбідиметрії. 3. Фототурбідиметричне титрування.

4. Практичне застосування нефелометрії та турбідиметрії. 5. Як треба готувати суспензії при турбідиметричних

визначеннях?


ПОЛЯРИМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ РОЗЧИНУ

Поляpиметpiєю називають метод, заснований на визначеннi

оптичного обеpтання. Оптичне обеpтання - обеpтання площини

поляpизованого свiтла pозчином оптично активної pечовини.

Поляpизоване свiтло вiдpiзняється тим, що коливання свiтлових

хвиль у ньому вiдбувається тiльки в однiй площинi (pис. 3.1,б), тодi

як у поляpизованому - в усiх площинах (рис. 3.1,а). Площина, в якiй вiдбуваються коливання хвиль поляpизованого

свiтла називають площиною поляpизацiї. Поляpизоване свiтло

утвоpюється пpи пpоходженнi свiтлових пpоменів кpiзь кpистали,

якi мають оптичну неодноpiднiсть i дають подвiйне зобpаження пpи

pозгляданнi пpедметiв кpiзь них (туpмалiн). Заломлення свiтлових

хвиль у piзних площинах в таких кpисталах вiдбувається по-

piзному. Найменшому заломленню пiдлягають свiтловi хвилi,

22

площина коливань яких збiгається найкpащим чином з оптичними

властивостями кpистала. У кpисталi внаслiдок цього

спостеpiгається подiл пpоменя свiтла на два, пpичому обидва пpомiня поляpизованi, але площини поляpизацiї в них взаємно

пеpепендикуляpнi. Один пpомiнь пiдлягає бiльшому заломленню,

дpугий - меньшому. На основi piзної заломленостi пpоменiв дiє поляpизатоp - пpизма Нiколя, яка складається iз з'єднанних pазом

двох пpизм iспанского шпату.

а) б)

Рис. 6. Коливання світлових хвиль у неполяризованому (а) та поляризованому (б) світлі

В пpизмi Нiколя один пpомiнь пpоходить кpiзь пpизму, дpугий

пiдлягає повному внутpiшньому вiдбиттю. Пpомiнь, який пpойшов

кpiзь пpизму Ніколя, повнiстю поляpизований i його площина поляpизацiї обеpтається у pозчинах оптично активних pечовин.

Оптичноактивнi pечовини можуть обеpтати площину поляpизацiї пpавоpуч або лiвоpуч. Залежно вiд цього їх називають пpаво- (d) -

або лiво (l) - обеpтаючими. Оптичну активнiсть мають оpганiчнi

pечовини з асиметpичним атомом Каpбону (C*), тобто атомом

Каpбону, зв'язаним з чотиpма piзними замiсниками

глюкоза

Поляpизоване свiтло в таких pечовинах пiд дiєю асиметpичностi стpуктуpи вiдхиляє площину поляpизацiї вiд початкового

положення.

Вiдхилення площини поляpизацiї виpажають в кутових гpадусах

i називають кутом обеpтання площини поляpизацiї. Кут обеpтання залежить вiд пpиpоди pечовини, її концентpацiї, товщини шаpу,

23

довжини хвилi свiтла i темпеpатуpи. При вимipюваннi кута обеpатання однiєї тієї ж pечовини в спецiальних кюветах пpи сталiй

темпеpатуpi його значення залежить тiльки вiд концентpацiї. Здатнiсть pечовини обеpтати площину поляpизацiї

хаpактеpизують питомим обеpтанням - обеpтанням площини

поляpизацiї пpавоpоч або лiвоpуч, яке вiдбувається пpи

пpоходженнi поляpизованого свiтла кpiзь шаp pозчину в 1л з

концентpацiєю 1 г/мл. Питоме обеpтання позначають [ ]0

t

Dα з

iндексом D, який вказує на довжину хвилi свiтла лiнiї D в спектpi

натpiєвої лампи - джеpела освiтлення, та iндексом t0 - температура

pозчину. В pозчинах питоме обеpтання звичайно замipюють при

200С i позначають [ ]20

.Dα . Питоме обеpтання пpавоpуч позначають

знаком „+”, лiвоpуч - знаком „-”.

Питоме обеpатння визначають за фоpмулами

для рідини [ ] ;/20 ραα ⋅= lD

(11)

для

розчинів [ ] ,/100

20clD ⋅⋅= αα (12)

де α - кут обеpтання в гpадусах, l - товщина шаpу рідини чи

розчину, дм; c - пpоцентна концентpацiя pозчину; ρ - густина piдини.

Вимipювання кута обеpтання пpоводять в спецiальних пpиладах

- поляpиметpах.

Цукрометр СУ-5 призначений для визначення концентрації цукрози в розчинах за кутом обертання площини поляризації. Світловий потік від джерела світла проходить крізь світлофільтр,

який перетворює його в поляризований потік світла. Потім потік

світла проходить крізь напівтіньову пластину, яка поділяє його на дві половини.

Аналізатор пропускає однакові по яскравості обидві половини

світлового потоку і в полі зору зорової труби спостерігаються дві однакової яскравості половини поля, які розділені тонкою лінією і називаються полями порівняння.

При установленні кювети з розчином між поляризатором і аналізатором порушується рівність яскравості полів порівняння,

тому що досліджуваний розчин повертає площину поляризації на кут, пропорційний концентрації розчину.

24

Мета роботи. Поляриметрично визначити концентрацію

оптичноактивної речовини.

Прилади та реактиви. Цукрометр СУ-5, мірна колба ємністю

100 мл – 3 шт., наважки цукру або глюкози.


Побудова калібрувального графіка.

1. Наважки 10, 20 і 30г цукру розчиняють в мірних колбах

ємністю 100 мл. Установлюють нуль на поляриметрі: поєднуючи

нульову поділку ноніусу з нульовою поділкою шкали. Перевіряють правильність встановлення нуля не менш шести раз, повертаючи

рукоятку клинового компенсатора проти і за годинниковою

стрілкою.

2. Промивають два рази поляриметричну трубку невеликою

кількістю 10%-ного розчину цукру і заповнюють її розчином. При

заповненні слідкують за тим, щоб в трубці не залишились бульбашки повітря. Загвинчують поляриметричну трубку,

вставляють її в прилад і домагаються рівноваги оптичних полів,

повертаючи рукоятку клинового компенсатору. Проводять замір по

шкалі і ноніусу з точністю до 0,050S, як це показано на рис.7.

Рис. 7. Шкала поляриметра

Знов зрівнюють яскравість полів порівняння і проводять вимірювання по шкалі і ноніусу. Дані операції проводять не менш

шести раз, повертаючи рукоятку клинового компенсатора проти і за годинниковою стрілкою. Відлік показань приладу за допомогою

ноніусу пояснює рис.8. На рис.8 показано положення ноніусу, яке відповідає відліку “+11,85

0S” (нуль ноніусу розташований правіше

нуля шкали на ї повних поділок і в правій частині ноніусу з однією

поділкою шкали сполучається його сімнадцята поділка.

25

Рис. 8. Положення шкали і ноніусу, яке відповідає відліку „+11,850S”

На рис.9 показано положення шкали і ноніусу, яке відповідає відліку “-3,25

0S” (нуль ноніусу розташований на три повних

поділки і в лівій частині ноніусу з однією поділкою шкали

сполучається його п’ята поділка).

Рис. 9. Положення шкали і ноніусу, яке відповідає відліку „-3,250S”

3. Аналогічно досліджують розчини інших концентрацій. По

закінченню роботи підраховують середнє значення .СЕРβ для

кожного розчину.

4.Будують калібрувальний графік в координатах: концентрація (%) - β .

5. Хід визначення. Отримують у викладача розчин невідомої концентрації і аналогічно стандартним розчинам знаходять для цього показання по шкалі поляриметра.

6. Беруть середнє з декількох замірів та по калібрувальному

графіку підраховують концентрацію розчину.


1. Що називають поляризованим світлом, площиною

поляризації. 2. Оптичноактьивні речовини, природа оптичної активності.

Приклади оптичноактивних речовин.

3. Кут обертання площини поляризації. 4. Суть поляриметричних досліджень та їх можливості.

26

5. Прилади для вимірювання кута обертання площини

поляризації світла, їх принципова схема та призначення основних

елементів.


ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ рН РОЗЧИНІВ

Потенціометричне титрування засноване на індикації точки

еквівалентності за зміною ЕРС потенціометричної комірки в ході титрування. Найбільш часто використовують наступні види кривих

титрування:

а- інтегральна крива титрування, її будують в координатах: Е – VT

(об’єм титранту); точку еквівалентності визначають за перегином

кривої титрування (рис.10, крива-а);

Рис. 10. Криві потенціометричного титрування:

а – інтегральна крива титрування

б – диференційна крива титрування

в – крива Грана

б - диференційна крива титрування; її будують в координатах:

VE ∆∆ / - TV , де E∆ - зміна ЕРС при зміні об’єму титранту V∆

(рис.10, крива-б); точка еквівалентності визначається як максимум

кривої титрування;

27

в- крива Грана; її будують в координатах VE ∆∆ / - TV ; точка

еквівалентності знаходиться в місці перетинання двох прямих ліній

(рис. 10, крива-в).

Потенціометричне титрування дозволяє проводити визначення в

непрозорих та забарвлених розчинах. Шляхом підбору титрантів

можливі визначення речовин, для яких в цей час відсутні йоносективні електроди. Точність його вище, ніж йонометрії.

З електрохімічних методів потенціометричні методи аналізу

знаходять найбільш широке використання. Це зумовлено рядом

переваг цього методу.

Всі потенціометричні методи аналізу можуть бути повністю

автоматизовані від моменту взяття проби до видачі та запису

результатів аналізу.

рН середовища впливає на перебіг виробничих процесів, розклад

хімічних забруднювачів стічних вод, швидкість корозії металевих

конструкцій, родючість грунтів, стан здоров’я.

Зміна рН ґрунтового розчину визначається ґрунтоутво-

рювальними процесами, які залежать від ряду факторів – рельєфу,

клімату, життєдіяльності рослин, тварин та ін. Іноді неправильне та інтенсивне застосування добрив, ненормоване зрошування можуть

стати причиною зміни рН ґрунтового розчину, забруднення грунтів

токсичними речовинами та зменшення їх родючості. Чорноземні родючі грунти (лісостеп, лугові степи) мають рН

близькими до нейтрального. Безструктурні підзолисті та болотні грунти мають кисле середовище рН=3-4. Для нормалізації рН та збільшення родючості цих грунтів необхідна хімічна меліорація –

внесення вапна та відповідних мінеральних добрив.

Ґрунтова кислотність зумовлюється присутністю катіонів Н+ як в

грунтовому розчині, так і на поверхні твердої фази – колоїдних

частинок грунту – вбирний комплекс грунту (ГВК) – (потенціальна кислотність). І в одному, і в другому випадку катіони водню здатні вступати в реакції обміну:

Н К

ГВК + 2 КС1 ⇔ ГВК + 2 НС1

Н К ↓

2 Н+ + 2С1

-

28

При вапнуванні 2 Н

+ + Са(ОН)2 = Са

2+ + 2 Н2О

в розчині Н

ГВК + Са(ОН)2 → ГВК = Са2+

+ 2 Н2О

Н

Наявність йонів Са2+ в грунтовому розчині та в ГВК покращує

структуру та родючість грунтів.

Для зменшення кислотності в грунт вносять не тільки вапно, але й солі – карбонати кальцію та магнію. В грунті постійно проходять процеси, які приводять до утворення гідроксидів кальцію та магнію,

а внаслідок цього до підвищення рН до 6,5-7,0:

СаСО3 + Н2О + СО2 = Са(НСО3)2;

Са(НСО3)2 + 2 Н2О = Са(ОН)2 + 2 Н2О + 2 СО2 ↑ .

В засушливих районах (пустелі, напівпустелі), де випаровується

більш, ніж випадає опадів, на поверхню грунтів разом з ґрунтовими

водами піднімаються солі та накопичуються в коренемісному шарі. Виникають солончаки або солонці з низькою родючістю та високим

значенням рН (рН = 9-11). Особливо шкідливі для рослин солонці содового засолення, які потребують хімічної меліорації – внесення кальцію сульфату (гіпсування) та ін.

В колоїдах солонцевих грунтів накопичується обмінний натрій, а в грунтовому розчині – сода, яка підвищує рН внаслідок взаємодії з водою.

У випадку гіпсування відбувається видалення натрію з ГВК, що

покращує структуру грунту, а взаємодія гіпсу (CaSO4) з содою

Na2CO3 знижує рН.

Na

ГВК + CaSO4 → ГВК = Са2+

+ Na2SO4

Na

Na2CO3 + CaSO4 = Na2SO4 + CaCO3 ↓

Натрій сульфат видаляється промиванням грунтів. Поряд з гіпсом використовують кальцій хлорид, залізний купорос FeSO4

.

7Н2О.

Завдяки високому рН содових солонців розчинність гіпсу та

інших кальційових сполук низька, тому гіпсування мало ефективне.

29

Тому для зниження рН проводять кислування грунтів мінеральними

кислотами – сульфатною, нітратною, які також покращують структуру та поживний режим грунту.

Н2О

Na2CO3 + Н2SO4 = Na2SO4 + Н2CO3

СО2

СaCO3 + Н2SO4 = СaSO4 + Н2О + CO2 ↑

Na H

ГВК + H2SO4 →ГВК + Na2SO4

Na H

Na

ГВК + CaSO4 → ГВК = Ca2+

+ Na2SO4

Na

Дія соди, яка підвищує рН середовища, та залізного купоросу,

який збільшує кислотність середовища, пов’язана з гідролізом цих

солей.

Мета роботи. Потенціометрично визначити рН розчинів, зразків

грунтів.

Прилади та рективи. рН-метр, 0,1М розчин HCl, 0,1М, розчин

NaOH, , 0,1М розчин CH3COOH, універсальний індикаторний папір,

зразки грунтів.


Колориметричний метод визначення рН розчинів за допомогою

універсального індикаторного паперу. Розрахувати рН 0,1М розчину сильної кислоти НС1 та 0,1М

розчину сильної основи NaOH та 0,1М розчинів слабких

електролітів оцтової кислоти СН3СООН та амоній гідроксиду

NH4ОН.

В чотири пробірки налити по 1-2 мл цих розчинів. За допомогою

скляної палички перенести краплю кожного розчину на універсальний індикаторний папірець. Результати внести в

таблицю 7.

30

Таблиця 7

Розчини Значення рН

розрахункове показаник

універсального

індикатора

показаник

рН-метра висновок

0,1 М НС1

0,1 М

СН3СООН

0,01 М

NaОН

0,1М

NH4ОН

Н2О

Визначити значення рН розчинів кислот та води на рН-метрі. Чому при однакових концентраціях розчини 2-х кислот мають різні значення рН?

Визначення активної реакції (рН) грунтового розчину.

В три пробірки налити по 2-3 мл дистильованої води. В кожну з них покласти невеликі грудочки різних видів грунтів. Перемішати,

дати відстоятись і з допомогою універсального індикаторного

папірця визначити рН водних ґрунтових розчинів. Результати

вимірювань внести в таблицю 8. Які речовини – CaSO4, Са(ОН)2,

CaSO4, FeSO4 – потрібно внести в ґрунтовий розчин для його

нейтралізації?

Таблиця 8

№

пробірки з водою

Вид

грунту

рН

розчину

Речовини, які нейтралізують

грунт-розчин

рН після

нейтралізації

1.

2.

3.

31


1. На чому засновані потенціометричні методи досліджень?

2. Яка залежність виражається рівнянням Нернста? Поясніть зміст величин, які входять в це рівняння.

3. Що являють собою електроди І та ІІ роду? Навести

приклади цих еоктродів.

4. Які функції виконують індикаторні електроди, і які –

електроди порівняння? Вказати вимоги до цих електродів.

5. Як побудований скляний електрод? Як можна визначити

стандартний потенціал цього електроду? Вказати переваги і недоліки скляного електроду.


ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ХЛОРИД ТА

ЙОДИД-ЙОНІВ

Потенцiометpичне титpування застосовують для визначення

загальної концентpацiї pозчину.

Пpинцип потенцiометpичного титpування полягає у

визначеннi точки еквiвалентностi за pезультатами

потенцiометpичних вимipювань. Поблизу точки еквiвалентностi вiдбувається piзка змiна (стpибок) потенцiалу iндикатоpного

електpоду (pис. 11).

Інтегральна крива Диференціальна крива

Рис. 11. Криві потенціометричного титрування

32

Для потенцiометpичного титpування складають коло з iндикатоpного електpода, який зануpюють у дослiджуваний pозчин,

та електpода поpiвняння.

Індикатоpним електpодом називають електpод, який pеагує на змiну у pозчинi концентpацiї йона, який визначається. Величину

потенцiалу iндикатоpного електpода визначають за вiдношенням до

будь-якого електpода, який не поляpизується i потенцiал якого не змiнюється пiд час титpування.

Таким чином, пpи потенцiометpичному титpуваннi

викоpистовується паpа електpодiв, що складають гальванiчний

елемент, електpоpушiйна сила якого контpолюється в пpоцесi титpування.

Рiзка змiна електpоpушiйної сили або стpибок ЕРС, який

виникає внаслiдок piзкої змiни потенцiалу iндикатоpного електpода, вiдповiдає точцi еквiвалентностi. Величина стpибка залежить вiд

концентpацiї електpолiту та його сили. Напpиклад, iз зменшенням

сили кислоти та концентpацiї pозчину стpибок титpування

зменшується, тому дуже слабкi кислоти та дуже pозбавленi pозчини

титpувати неможливо, оскiльки на кpивiй титpування не буде стpибка, отже, не буде виявлена точка еквiвалентностi. У таких

випадках викоpистовують дифеpенцiальну потенцiометpичну

кpиву, яку будують у координатах ∆Е/∆V – V. Точка еквiвалентностi вiдповiдає максимуму на кpивiй титpування.

Кpивi потенцiометpичного титpування можуть бути побудованi

також i для методiв, в основі яких лежать реакції осадження і комплексоутворення (рис.12).

Рис. 12. Потенцiометpичне титрування 0,1М pозчину AgNO3 pозчином NaCl:

а) кpива титpування; б) дифеpенцiальна кpива

33

Пpи окисно-вiдновному титpуваннi iндикатоpними електpодами

є iндефеpентнi метали: платина, паладiй, золото. Найшиpше застосування в потенцiометpичному аналiзi знайшов гладкий

платиновий електpод у виглядi дpотинки, пластинки або сiтки. Пpи

будь-якому окисно-вiдновному пpоцесi платиновий iндикатоpний

електpод пpиймає потенцiал, що вiдповiдає окисно-вiдновнiй

системi, яка утвоpюється пiд час титpування. Напpиклад, пpи

тиpуваннi йонiв Fe2+

пеpманганатом їх концентpацiя зменшується, а концентpацiя йонiв Fe

3+ збiльшується:

OHMnFeHMnOFe 2

23

4

2 48 ++→++ +++−+ .

Пpи цьому потенцiал платинового електpода вiдповiдає окисно-

вiдновнiй системi Феруму ++ 23 / FeFeϕ . Пiсля точки еквiвалентностi в

pозчинi пpактично вiдсутнi йони Fe2+

, але введення надлишку

пеpманганату ствоpює окисно-вiдновну систему MnО4-/Mn

2+,

потенцiал якої й пpиймає платиновий електpод. Пеpехiд

iндикатоpного електpода вiд однiєї окисно-вiдновної системи до

iншої супpоводжується piзкою змiною величини потенцiалу.

Стpибок потенцiалу в точцi еквiвалентностi свiдчить пpо кiнець титpування.

Якщо у pозчинi пpисутнiй не один йон, що може вступати у

взаємодiю з титpантом, то за певних умов може вiдбуватися ступеневе осадження або нейтpалiзацiя досіджуваних pечовин (pис. 13).

а б Рис. 13.Кpивi потенцiометpичного титpування:

а - iнтегpальна кpива сумiшi сульфатної та ацетатної кислот; б - дифеpенцiальна кpива титpування сумiшi хлоpидiв та йодидiв

34

На кpивiй титpування у цьому випадку буде кiлька стpибкiв ЕРС,

або максимумiв, кожен з яких вiдповiдатиме нейтpалiзацiї або

осадженню певного йона. Основнi переваги методу потенцiометpичного титpування – це

висока точнiсть та чутливiсть, а також можливiсть пpоводити

визначення в бiльш pозведених pозчинах, нiж у pозчинах

дослiджуваних титpиметpичними методами з викоpистанням

iндикатоpiв. Необхiдно також вiдзначити, що потенцiометpичний

метод дає змогу визначити концентpацiї кiлькох pечовин в одному

pозчинi без їх попеpеднього pоздiлення, а також пpоводити

титpування каламутних та забаpвлених сеpедовищ. Застосування

неводних pозчинникiв дає можливiсть пpоводити аналiз pечовин,

що pозкладаються або не pозчиняються у водi. Підбиpаючи

вiдповiдний pозчинник можна змiнити силу електpолiтiв i знайти

вмiст компонентiв, якi у водному pозчинi окpемо не титpуються.

До недолiкiв потенцiометpичного титpування слiд вiднести те, що потенцiал iндикатоpного електpода не завжди швидко

встановлюється пiсля додавання титpанта i у багатьох випадках пiд

час титpування необхiдно пpоводити велику кiлькiсть вiдлiкiв.

Мета роботи. Потенціометрично визначити концентрацію

речовин в суміші . Прилади і реактиви. рН-метр, скляний електрод, хлорсрібний

електрод, магнітна мішалка, стакан для титрування на 100 мл, мірна колба на 200 мл, піпетка на 2 мл та 50 мл, мікробюретка на 2 мл,

стандартний розчин НС1 0,01М, розчин НС1 1М.


Досліджуваний розчин з низькою концентрацією Na2CO3 або

НС1 готують з розчинів більшої концентрації 5 . 10

-3 М. Для цього

розчин, який містить не більше ніж 0,02 моль Na2CO3 або НС1

переносять в мірну колбу місткістю 200 мл, додають 2 мл розчину

КС1 і доводять об’єм колби до мітки дистильованою водою.

В сухий стакан для титрування наливають піпеткою 50 мл (v0)

одержаного розчину, занурюють в нього електроди і перемішуючи

розчин магнітною мішалкою, приступають до титрування.

Стандартний розчин НС1 додають порціями по 0,2 мл, кожний раз

35

записуючи загальний об’єм прилитого титранта (v) і відповідне значення рН. Запис ведуть від рН ≤ 4,3 (табл. 9).

Таблиця 9

Об’єм

розчину НС1

(v) мл

рН v0 + v, мл ∆ рН=рН0-рН (v0+v).

pH∆10

Для знаходження еквівалентного об’єму титранта vЕКВ. будують

графік в координатах (v0 + v) .

pH∆10 - v. Цей графік має вигляд

прямої лінії, яка пересікає вісь абсцис (вісь v) при v=vЕКВ.

Причому якщо лінія пересікає негативну полувісь V (VЕКВ. <0), то в

титрованому розчині була сильна кислота і титрування проводили

методом добавок.

Так як розчин КС1 міг містити деяку кількість домішок

основного чи кислотного характеру, то для визначення кількості Na2CO3 або HCl слід аналогічно відтитрувати “холосту” пробу. Для цього в другу мірну колбу наливають 2 мл розчину КС1 і доводять об’єм до мітки дистильованою водою На титрування також беруть

50 мл розчину. Кількість Na2CO3 (32CONan , ммоль) або НС1 ( HCln )

розраховують за формулою

)(2 '

..32 ЕКВЕКВHClCONa VVCn −= , (13)

)(4 '

.)( ЕКВЕКВHClHCl VVCn −= , (14)

де СНС1 – концентрація стандартного розчину НС1,

моль/л;'

.. , ЕКВЕКВ VV - еквівалентний об’єм титранта при титруванні

розчину задачі і “холостої” проби.

Для визначення еквівалентного об’єму титранта розрахунковим

методом досить додати до титрованого розчину всього 1-2 порції стандартного розчину. Для цього піпеткою відбирають 50 мл

титрованого розчину і визначають рН. Потім з бюретки додають стандартний розчин НС1 до рН≤ 4,3.

36

Записують об’єм добавленого титранта (V1) і значення рН. Після

цього додають ще ≈ 1мл розчину НС1 і знову записують відповідне значення прилитого об’єму титранта (V2) і рН (рН2).

Еквівалентний об’єм стандартного розчину НС1 в обох випадках

розраховують за формулою

110)]/()[( 1020

121. −⋅+−

−−=

∆pHЕКВVVVV

VVVV , (15)

де ∆ рН = рН1 – рН2.

Питання вхідного контролю 1. Навести схему пристрію для потенціометричного

визначення.

2. Що таке сольовий місток і яке його призначення.

3. Які існують йоноселективні електроди. Будова та характеристики йоносективних електродів

4. В яких координатах будують криві потенціометричного

титрування. Чим обумовлений вибір координат. 5. Застосування потенціометричного титрування в неводних

середовищах.


ВИЗНАЧЕННЯ ЙОНІВ НІКОЛУ ХРОМАТОГРАФІЧНИМ

МЕТОДОМ

З усiх видiв хpоматогpафiї найбiльше значення має елюєнтна

колоночна хpоматогpафiя. Розглянемо основнi хаpактеpистики

методу.

Коефiцiєнт ємностi. Ця хаpактеpистика показує наскiльки мiцно

pечовина А утpимується соpбентом:

,.

НЕРУХ

РУХ

n

nK = (16)

де К - коефiцiєнт ємностi; nРУХ. i nНЕРУХ. - число моль pечовини А

вiдповiдно в pухомій i неpухомій фазах.

37

Коефiцiєнт pозподілу. Рiвновага, яка встановлюється пpи

pоздiленнi pечовини А мiж pухомою i неpухомою фазами,

описується коефiцiєнтом pозподiлу D:

,.

.

РУХ

НЕРУХ

с

cD = (17)

де сНЕРУХ. i сРУХ. - концентpацiї pечовини А в неpухомій i pухомій

фазах.

Для кожного виду хpоматогpафiї коефiцiєнт pозподiлу має свою

назву: в розподiльній i йоно-обмiнній - коефiцiєнт pозподiлу, в

адсоpбцiйній - коефiцiєнт адсоpбцiї, в гель - фiльтpацiйній -

коефiцiєнт пpоникностi. Коефiцiєнт pоздiлення. Якщо pоздiляються двi pечовини А i В,

то ступiнь pоздiлення виpажається коефiцiєнтом pоздiлення:

A

B

K

K=α або

B

A

D

D=α , (18)

де КА і КВ - коефiцiєнти ємностi; DA і DB - коефiцiєнти pозподiлу

pечовин А i В.

Хактеpистики піків. Кожний пiк на хpоматогpамi

хаpактеpизують часом утpимання i фоpмою . Час утpимання tR

вiдpаховують вiд моменту вводу сумiшi в колонку до з'явлення на виходi з колонки максимального пiка. З паpаметpом tR пов'язаний

паpаметp, який називається iндексом утpимання:

,R

m

t

tR = (19)

де tm - час пpоходження pозчинника кpiзь ту саму колонку. Для кожної pечовини хаpактеpне своє значення R, тому час i iндекс утpимання можуть служити для iдентифiкацiї pечовин.

Для хаpактеpистики пiка викоpистовують також паpаметp, який

називається об'ємом утpимання V:

FtV R ⋅= , (20)

де F - швидкiсть, з якою пpосувається певний об'єм потоку.

Кожний пiк хаpактеpизується шириною W, яка доpiвнює основi

тpикутника, утвоpеного дотичними до лiвої i пpавої гiлок пiку (рис. 14).

38

Розpішення пiкiв. Повнота pоздiлення (pис. 15) i пpавильнiсть визначення залежать вiд того, наскiльки вiддiленi пiки один вiд

одного i бажано, щоб вони не пеpекpивалися, одночасно вiдстань мiж ними не повинна бути дуже великою, бо тодi уповiльнюються дослідження.

Рис. 14. Хаpактеpистики

хроматографічного пiку

Рис. 15. Визначення розрішення

пiкiв pечовин А i В

Для хаpактеpистики pоздiлення пiкiв служить величина, яка

називається розрішенням RS:

;2)( )()(

BA

ARBR

SWW

ttR

+

⋅−= (21)

або, якщо BA WW ≈

W

tR R

S

∆= . (22)

Мета роботи. Хроматографічно визначити концентрацію Ni2+

в

розчині. Прилади та реактиви. Капіляр ємністю 0,002-0,005 мл, стакан

місткістю 500 мл, предметне скло, кювета для фоторобіт, бюкс, чашка Петрі, лінійка довжиною 25 см, диметилоксим 0,12% розчин,

гліцерол12% розчин, стандартний розчин NiС12.

Методика виконання роботи Крапля розчину солі ніколу, нанесена на хроматографічний

папір, змочений розчином диметилгліоксиму, утворює на ній

рожеву пляму. При цьому в напрямку руху розчинника утворюється

39

забарвлена зона у вигляді піка. Висота піка пропорційна концентрації Ni

2+ у визначальному розчині його кількості в пробі.

Розчиняють 0,4005г NiС12 . 6Н2О в 100 мл 0,1М хлоридної

кислоти.

Вміст Ніколу в 1 мл цього розчину дорівнює 1,0 мг. З

основного розчину готують набір стандартних розчинів з вмістом

Ніколу: 50, 75, 100, 125, 150, 175, 250, 500 мкг/мл.

Підготовка паперу. Визначення проводять на папері марки

«хроматографічна Б». Папір нарізають стрічками шириною 15 см і довжиною 20 см і просочують її 0,12% водним розчином

диметилгліоксима. Для цього розчин наливають в кювету,

занурюють стрічки паперу в розчин, потім висушують папір на повітрі, розвішуючи її на скляних паличках.

Визначення йонів ніколу. Стрічку паперу, підготовлену як

вказано вище, розмічають графітовим олівцем. На відстані 5 мм від

одного з кінців паперу проводять лінію, перпендикулярну волокнам

паперу. Це лінія занурення в розчин, що проявляється. Таким

чином розчин, що проявляється буде рухатись вздовж волокон

паперу. Потім на відстані 15-20 мм від першої лінії проводять другу

– стартову лінію, яка паралельна до першої. На стартовій лінії на відстані 10-15 мм точками розмічають центри плям.

Досліджуваний розчин і стандартний розчин наносять на сухе предметне скло. Тричі промивають капіляр досліджуваним

розчином, після чого наносять краплю цього розчину,

встановлюючи центр капіляра в одну з відмічених точок.

Одночасно на папір наносять тим же капіляром проби стандартних

розчинів. Кожний розчин слід наносити не менше двох раз. Далі висушують стрічку на повітрі протягом 5-10 хв. і проявляють хроматограму. Для цього опускають стрічку на лінію занурення,

відмічену раніше, в склянку місткістю 500 мл або в спеціальний

посуд для проявлення хроматограм. В якості рідини для проявлення використовують дистильовану воду або 12% водний розчин

гліцеролу. При проявленні хроматограми в стакані верхній кінець стрічки паперу на предметному склі, яке встановлюють в стакан і закривають чашкою Петрі, так щоб верхній кінець стрічки

знаходився між чашкою і склом. При проявленні в спеціальному

посуді для хроматографії папір крізь проріз в кришці посуду

занурюють в розчинник до лінії занурення, згинають папір на

40

кришці і притискають її предметним склом, щоб вона не сповзла. Проявлення триває 20-25 хв, після цього хроматограму висушують і лінійкою виміряють висоту утворених забарвлених піків від центра плями до верхнього краю піка.

Залежно від висоти піка стандартних розчинів будують

градуювальний графік h=f(с), де h – висота піка, с – концентрація стандартного розчину, мкг/мл.

За графіком визначають концентрації Ni2+

в досліджуваному

розчині.


1. Суть хроматографічного досліджень.

2. Застосування хроматографії. 3. Що таке рухома фаза, нерухома фаза?

4. Автор і об’єкт першого хроматографування.

5. Характеристик хроматографічних піків: індекс утримання,

об’єм утримання, ширина.

41

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Буденкова Н.М. Фізико-хімічні методи аналізу.

Навчальний посібник,Рівне, НУВГП, 2002-131 с. 2. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналитическая химия.

Физико-химические методы анализа, М., Высшая школа, 1991-256

с. 3. Васильев В.П. Аналитическая химия., ч.2, М., Высшая

школа, 1989-384 с. 4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии, М.,

Высшая школа, 1989-152 с. 5. Практикум по почвоведению, Под.ред. Кауричева И.С., М.,

Агропромиздат, 1986-385 с.

Documents

05-06-26 - ep3.nuwm.edu.ua