5. Térfogatos mérések

http://tp1957.atw.hu/an_05.ppt

Analitika 13. H osztály és

1219/6 modul tanfolyam részére2011/2012

13. H

5.1 Térfogatos mérések felosztásaA térfogatos módszerek alkalmazásakor folyadék vagy gáz térfogatának mérésével dolgozunk. Ezek mindig kémiai folyamatokkal kapcsolatosak.Az előforduló típusok:– gázok fejlődése:

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

– gázok elnyelődéseCO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O

– kémiai reakciókban mérőoldat fogyásaNaOH + HCl → NaCl + H2O

5.2 Térfogatos mérések – gázfejlődésA talajminták CaCO3 tartalmának meghatározása a sav hatására fejlődő szén-dioxid térfogatának mérésén alapul:

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

A minta ismert tömegű (m1) mennyiségéhez sósavat adunk, a fejlődő gáz térfogatából számítható a CaCO3 tartalom.

m1 = 10 g talajmintából V = 96 cm3 gáz fejlődött. Hány w% a talaj CaCO3 tartalma? Vmol = 24 cm3/mmol

n(CaCO3) = n(CO2) = V/Vmol =

M(CaCO3) = 100 g/mol

m(CaCO3) = n(CaCO3) · M(CaCO3) = 0,4 g4%100

g10g0,4100

(talaj))(CaCO% 3

mmw

4 mmol = 0,004 mol

5.2 Térfogatos mérések – gázfejlődésScheibler-féle

kalciméter

1. nívóedény2. gázbüretta3. háromfuratú csap4. 200 cm3-es térfogatú

üvegedény5. reakcióedény6. savtartó cső7. talajminta

5.2 Térfogatos mérések – gázelnyeletésGázok CO2 tartalmának meghatározása a lúgban elnyelődő szén-dioxid térfogatának mérésén alapul:

CO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O

A minta ismert térfogatú (V) mennyiségét nagy felületen többször érintkeztetve lúg oldattal a CO2 elnyelődik, a térfogat csökkenés a CO2 (hiányzó) térfogata.

Ügyelni kell arra, hogy az elnyelődés teljes legyen, ezt a tömegállandóságig való szárításhoz hasonlóan lehet ellenőrizni. A gáznyomásnak a minta beszívásakor és a leolvasáskor a külső nyomással megegyezőnek kell lennie, ezt a nívóedény magasságával állíthatjuk be.A vizsgált összetevő aránya v/v%-ban:

100(minta)

v/v%V

csökkenéstérfogat

5.2 Térfogatos mérések – gázelnyeletésOrsat készülék

termosztát köpeny

gázbüretta

nívó edény

háromutas csap

5.2 Térfogatos mérések – gázelnyeletésOrsat készülék használata1. Elnyelető folyadék(ok) felszívatása a csapig és az előző

gázminta kinyomása (zárófolyadékkal)2. A gázminta csatlakoztatása3. Öblítés a gázmintával, minta beszívása4. Összetevő elnyeletése többszöri átnyomatással5. Elnyelető folyadék felszívatása a csapig6. Nyomás-kiegyenlítés nívóedénnyel és leolvasás

A 13. H analitika órái november – decemberben

2011. 11. 08. K KolorimetriaEllenőrző kérdések kiadása (internet)

2011. 11. 15. K Ismétlés2011. 11. 22. K 2. témazáró dolgozat 2011. 11. 29. K Új téma: titrimetria – mérőoldat,

indikátor, pontos koncentrációHázi feladat kiadása (papír, internet)

2011. 12. 06. K Pontos koncentráció, eredmény kiszámítása2011. 12. 13. K Sav-bázis titrálások – e.s. – e.b.

Ellenőrző kérdések kiadása (internet)2011. 12. 20. K Ismétlés2012. 01. 03. K 3. témazáró dolgozat

5.3 TitrálásA titrálás során addig adagolunk ismert hatóértékű ún. mérőoldatot a vizsgálandó anyag oldatához, míg a hatóanyag-tartalom éppen maradéktalanul átalakul.A titrálás végpontjáig (ekvivalencia- vagy egyenértékpontig) elhasznált mérőoldat térfogatából (fogyás) számoljuk a meghatározandó alkotórész mennyiségét.Feltételei: – gyorsan, sztöchiometrikusan, teljesen lejátszódó reakció,– pontosan ismert koncentrációjú mérőoldat,– a titrálás végpontja jelezhető (indikálható)

= színváltozás alapján vizuálisan vagy= műszeres módszerrel.

5.3.1 Titrálás – eszközök, anyagokEszközök:büretta (fogóval,

állvánnyal),titráló lombik,pipetta,fehér csempe,esetleg mérőlombik.Anyagok:mérőoldat, vizsgálandó minta, indikátor,esetleg más vegyszerek.

5.3.2 Titrálás – mérőoldatA mérőoldat olyan oldat, amelynek– anyaga a vizsgálandó mintával, annak összetevőjével

= gyors,= sztöchiometrikus reakcióba lép= a reakció végpontja jelezhető (indikálható);

– hatóanyag-tartalma (koncentrációja)= pontosan ismert,= lehetőleg nem nagyon változik.

5.3.3 Titrálás – pontos koncentrációA mérőoldat pontos koncentrációja (hatóanyag-tartalom) fontos, hiszen ennek ismeretében lesz mérőeszköz.A pontos koncentráció (c) egyes esetekben az oldat készí-téséhez bemért anyag tömegéből (m) kiszámítható:

Ahol M az anyag moláris tömege, V az oldat térfogata.Ez olyankor lehetséges, ha az anyag– kellő tisztaságban rendelkezésre áll,– levegőn nem változik (nedvesség, O2, CO2),

– (vizes) oldata stabilis, nem bomlik.

VMmc

5.3.3 Titrálás – pontos koncentráció számításaEgy mérőoldatot pontos beméréssel készítünk. Számítsa ki a bemérendő mennyiséget (m)!V(B) = 500 cm3 c(B) = 0,02 mol/dm3 M(B) = 372 g/molm(B) = c(B)·V(B)·M(B) = 3,72 gA tényleges bemérés az előbbi mérőoldat esetébenm(B) = 3,7456 gSzámítsa ki a pontos koncentrációt!

(B)(B)(B)(B)VM

mc

33 mol/dm 0,02014

dm 0,5g/mol 372g 3,7456(B)

c

5.3.4 Titrálás – pontos koncentráció méréseA mérőoldat nem mindig készíthető el beméréssel pontos koncentrációval (c). Sok esetben a bemért anyag minősége vagy egyéb okok ezt nem teszik lehetővé.Néhány ismertebb eset:– sósav – az anyag víztartalmú, illékony,– salétromsav – az anyag víztartalmú, bomlékony,– kálium-permanganát – a víz oldott szerves anyagai fogyasztják,– nátrium-tioszulfát – a víz oldott CO2 tartalma bontja.

Ezeknél a pontos koncentrációt (titer) egy alkalmas anyaggal (titer alapanyag) való reakcióval, titrálással lehet megmérni.

5.3.4 Titrálás – pontos koncentráció méréseA titer alapanyagból segéd-mérőoldatot kell készíteni, ez reagál a mérőoldattal (titrálás), a pontos koncentráció (c) ebből számítható.A titer alapanyag tulajdonságai:– kellő tisztaságban rendelkezésre áll,– levegőn nem változik (nedvesség, O2, CO2),

– (vizes) oldata stabilis, nem bomlik.

5.3.4 Titrálás – pontos koncentráció méréseA titer alapanyagból segéd-mérőoldatot kell készíteni, ez reagál a mérőoldattal (titrálás), a pontos koncentráció, c(B) ebből számítható.A mérőoldat hatóanyaga (B) a titeralapanyaggal (A) sztöchiometrikusan reagál:

a A + b B → k K + ℓ LA mérőoldat hatóanyag anyagmennyisége ebből számolva:

n(B) = V(A)·c(A)·b/ab/a a reakció molviszonya,V(A) a titer alapanyag reagáló térfogata,c(A) a titer alapanyag pontos koncentrációja.

A mérőoldat pontos koncentrációja, c(B)V(B) a mérőoldat reagáló térfogata, a fogyás.

(B)(B)(B)

Vnc

5.3.4 Titrálás – cp számítása titrálásból

Mérőoldatot készítünk, nem pontos beméréssel. Számítsa ki a tömény oldatból (65 w%) kimérendő mennyiséget (V)!V(B) = 1000 cm3 c(B) = 0,1 mol/dm3 M(B) = 63 g/molρ(B, tömény oldat) = 1,4 g/cm3 n(B) = 0,1 molm(B) = n(B)·M(B) = 6,3 g (100 %-os!)m(B, tömény oldat) = 9,69 gV(B, tömény oldat) = 6,9 cm3

5.3.4 Titrálás – cp számítása titrálásból

A 0,1 mol/dm3 névleges koncentrációjú mérőoldat pontos koncentrációját határozzuk meg. A titer alapanyagból c(A) = 0,05 mol/dm3 névleges koncentrációjú, V(A) = 0,5 dm3 térfogatú oldatot készítettünk, m(A) = 2,6457 g beméréssel M(A) = 106 g/mol A reakció-egyenlet:

a A + b B → k K + ℓ L b/a = 2A titer alapanyag oldat V(A,1) = 25,0 cm3 térfogatára a mérőoldat 25,0 cm3-nyi térfogata fogyott. Mennyi a cp(B)?

cp(A) = 0,0499 mol/dm3

n(B) = V(A,1)·c(A)·b/a = 0,002495 molcp(B) = 0,0998 mol/dm3

5.3.5 Titrálás – indikátorok

Az indikátor olyan anyag, ami színváltozással jelzi vala-milyen másik anyag jelenlétét, hiányát vagy adott kon-centrációját, koncentráció-tartományát.Sav-bázis indikátorok:

Fémindikátorok:

brómkrezolzöldfenolftalein

pH = 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

murexid fém nélkül fémmeleriokrómfekete T

fém nélkül fémmel

Redoxi indikátor:

ferroin redukáló oxidáló

5.3.6 Titrálás – az eredmény kiszámításaA mérőoldat hatóanyaga (B) a vizsgálandó anyaggal (A) sztöchiometrikusan reagál:

a A + b B → k K + ℓ LA vizsgálandó anyag anyagmennyisége ebből számítható:

n(A) = V(B)·c(B)·a/ba/b a reakció molviszonya,V(B) a mérőoldat reagáló térfogata, a fogyás,c(B) a mérőoldat pontos koncentrációja.

Ebből a tömeg:m(A) = n(A)·M(A) = V(B)·c(B)·M(A)·a/b

M(A) a vizsgálandó anyag moláris tömege.

5.3.6 Titrálás – az eredmény kiszámításaA vizsgálandó anyag koncentrációja, akkor számítható, ha tudjuk a vizsgálandó anyag térfogatát, V(A).

A vizsgálandó anyag tömegkoncentrációja:(A)(A)(A)

Vnc

(A)(A)(A)(A)(A) M

VnMc B

5.3.6 Titrálás – az eredmény kiszámításaAdja meg a vizsgálandó anyag (A) anyagmennyiség-koncentrációját, tömegkoncentrációját, anyagmennyiségét a következő adatok alapján!V(A) = 25 cm3 V(B) = 8,5 cm3

c(B) = 0,1022 mol/dm3 a/b = 0,5 M(A) = 98 g/molA vizsgálandó anyag anyagmennyisége:

n(A) = V(B)·c(B)·a/b = 0,000434 molA vizsgálandó anyag anyagmennyiség-koncentrációja:

0,0174 mol/dm3

A vizsgálandó anyag tömegkoncentrációja:1,70 g/dm3

5.4 A titrimetria területeiSav – bázis titrálások = acidi-alkalimetria

savak, lúgok, savas, lúgos anyagokKomplexometria

2, 3 és többértékű fémekCsapadékos titrálások

– argentometria: Ag+ ionnal csapadékot adó (Cl–)Redoximetria

– oxidimetria: oxidálható anyagok= permanganometria

– reduktometria: redukálható anyagok– jodometria: oxidálható és redukálható anyagok

tovább

tovább

tovább

tovább

5.5 Összefoglaló kérdések

1. Mi a mérőoldat?2. Mi az egyenértékpont?2. Mi az indikátor?3. Milyen esetben készíthető közvetlen beméréssel pontos

koncentrációjú mérőoldat?4. Milyen esetben nem készíthető közvetlen beméréssel

pontos koncentrációjú mérőoldat?5. Sorolja fel a titrimetria főbb területeit! (5 pont)