Сущность потенциометрического титрования. Приборы автоматического титрования БАТ-15.2

Для того, чтобы понимать сущность титрования, необходимо дать определения основным понятиям. В данной статье, мы попробуем максимально просто изложить сложные для понимания неподготовленного человека аспекты аналитической химии.

Итак, начнем с определения, что же такое «титр».

Титр раствора – это масса растворённого вещества, обычно в граммах, содержащаяся в одном миллилитре раствора. Обозначается как T и выражается в г/мл.

Титрант – это реагент, с точно известной его концентрацией (титром) в растворе, добавляемый к исследуемому раствору для количественного анализа содержащихся в нем веществ или их элементов, таких как ионы или функциональные группы.

Титрование (титриметрический анализ) – это процесс выявления количественного содержания веществ или элементов, содержащихся в анализируемом растворе, через измерение количества реагента в титранте, вступающего в реакцию с анализируемым веществом до полного завершения реакции.

Другими словами, титрование – это процесс определения титра исследуемого вещества.

Пример: Допустим, что количество гидроксида калия (KOH ) (в граммах или молях), израсходованного в реакции с соляной кислотой (HCl), известно точно. Тогда, используя уравнение реакции KOH + HCl = KCl + H₂O можно рассчитать, какое количество граммов (или молей) хлороводорода (HCl) содержалось в анализируемом растворе.

Все реакции, для которых возможно провести титрование, обязательно должны быть стехиометрическими, т.е. должны реагировать в строго определенных пропорциях. Это понятие вывел немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер. Таким образом, если для растворения 2 частей извести требуется 5 частей соляной кислоты, то для растворения 6 частей извести потребуется 15 частей соляной кислоты.

Для того, чтобы анализ получился точным, помимо полноты протекания реакции, необходимо, чтобы реагент добавлялся к анализируемому веществу малыми порциями, а также, необходимо точно определить момент окончания реакции.

Первое условие выполнимо, если добавлять, например, при помощи бюретки, по одной капле титранта. Бюретка – это тонкая градуированная стеклянная трубка, с ценой деления 0,1 мл и ёмкостью, как правило, от 25 до 50 мл, открытая с одного конца и снабжённая тефлоновым или стеклянным запорным клапаном с другого.

Для выполнения второго условия применяют различные индикаторы. Индикатором может служить выделяющийся в ходе реакции газ, выпадающий осадок или другие специальные индикаторы, которые изменяют свой цвет. Изменение цвета, выпадение осадка или выделение газа свидетельствует об окончании реакции – достижении, так называемой, точки эквивалентности.

Одни из самых распространенных индикаторов – кислотно-щелочные (кислотно-основные), которые применяются при изменении pH среды в ходе титрования, (постепенного добавления реагента к анализируемому раствору). Это реакции нейтрализации, когда к анализируемому раствору кислоты из бюретки добавляют раствор щелочи (или наоборот) до достижения точки эквивалентности. При этом, объем израсходованного для полного проведения реакции раствора реагента измеряют по делениям бюретки.

Кислотно-основных индикаторов известно огромное количество (около сотни), каждый из которых применяется для разных целей, разных кислотно-щелочных реакций. Самыми распространенными из них являются: нитразиновый желтый, бромтимоловый синий, метиловый оранжевый, фенолфталеин.

Виды титрометрического анализа:

В титровании, за основу могут браться различные типы химических реакций, в соответствии с которыми выделяют:

- Кислотно-основное титрование — реакции нейтрализации, т.е. взаимодействие кислот с основаниями (щелочами), с образованием соли и воды. Такие реакции экзотермичны, т.е. часто проходят с выделением тепла (напр., НСl + NaOH = NaCl + Н₂О);

- Окислительно-восстановительное титрование — окислительно-восстановительные реакции, в процессе которых восстановитель отдаёт электроны, при этом окисляясь, а окислитель присоединяет электроны, при этом восстанавливаясь (напр., Н2S + Cl2 → S + 2HCl). Сюда относят перманганатометрию, иодометрию, хроматометрию;

- Осадительное титрование— реакции, которые протекают с образованием малорастворимого соединения, при этом концентрации осаждаемых ионов в растворе изменяются. Сюда относят аргентометрию, гексоцианоферратометрию, меркурометрию;

- Комплексонометрическое титрование (меркуриметрия) — реакции, основанные на образовании прочных комплексных соединений с комплексоном, в качестве которого, обычно, выступает этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), при этом концентрации ионов металлов в титруемом растворе изменяются.

Также, различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.

- Прямое титрование – при проведении данного вида титрования, рабочий раствор титранта добавляют небольшими порциями к раствору определяемого вещества (титруемому веществу).

- Обратное титрование – сначала, заведомый избыток специального реагента добавляют к раствору определяемого вещества, а уже после этого, титруют не вступивший в реакцию остаток этого реагента.

- Заместительное титрование – здесь, сначала заведомый избыток специального реагента добавляют к раствору определяемого вещества, после чего титруют один из продуктов реакции между анализируемым веществом и добавленным реагентом.

Описанные виды титрования охватывают далеко не полный список всех существующих приемов и методов титрования. В современном мире широкое распространение получили методы, в которых за ходом титрования следят при помощи приборов. Например, для кондуктометрического анализа характерно измерение электропроводности раствора, которая изменяется в ходе титрования. Потенциометрический метод заключается в измерении потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор. При Фотометрическом методе измеряют показатели поглощения света при изменении интенсивности окраски раствора.

Разработаны приборы, которые способны не только определить точку эквивалентности, но и самостоятельно автоматически дозировать добавление рабочего раствора к анализируемому по каплям и выдавать уже готовый результат анализа.

Титраторы – приборы для автоматического титрования, нашли широкое применение в промышленности (фармацевтика, химическое производство, металлургия и др.). Автоматические титраторы крайне удобны для проведения масовых однотипных анализов. Они могут работать в отсутствии лаборанта, предоставляя ему время для проведения другой работы, при этом такие приборы самостоятельно отбирают пробы, а лаборанту остается только получить результаты проведенного анализа. Особенно критичным это является при работе с ядовитыми, радиоактивными или взрывчатыми веществами.

Примером таких приборов могут служить блоки автоматического титрования серии БАТ-15.2, которые предназначаются для проведения, совместно с рХ-метром или иономером, потенциометрического титрования.

Приборы серии БАТ-15.2 применяются в заводских или научно-исследовательских лабораториях в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины.

Блоки автоматического титрования БАТ-15.2 имеют два исполнения:

- стандартный БАТ-15.2 – отличающийся простотой в управлении и надежностью работы, с возможностью импульсного титрования. Габаритные размеры прибора составляют 360 x 240 x90 мм, а масса прибора 3,5 кг – это стационарный прибор.

- микропроцессорный БАТ-15.2-МП – обладающий большим информационным дисплеем, удобным интерфейсом пользователя, и высокой точностью титрования. Прибор имеет малые габаритные размеры (210 х 160 х80 мм.) и вес не более 1 кг.

В заключение, стоит отметить, что титрование, как один из методов анализа,- это наиболее простой относительно методики выполнения и аппаратуры, а также высокоточный метод. Используя титрование, нетрудно определить концентрацию какого-либо вещества в растворе с точностью до одной десятой процента. Наверное, именно поэтому титриметрические методы широко применяются в научных исследованиях и для контроля различных технологических процессов.