11895

Титрование цинка (II) раствором ЭДТА в присутствии индикатора эриохрома черного Т.

Лабораторная работа

Химия и фармакология

Лабораторная работа №110 Титрование цинка II раствором ЭДТА в присутствии индикатора эриохрома черного Т. Краткое теоретическое введение: Методы молекулярной спектрометрии позволяют наблюдать результаты взаимодействия электромагнитного излучения с молекула

Русский

2013-04-14

244 KB

46 чел.

Лабораторная работа №110

Титрование цинка (II) раствором ЭДТА в присутствии индикатора эриохрома черного Т.

Краткое теоретическое введение:

Методы молекулярной спектрометрии позволяют наблюдать результаты взаимодействия электромагнитного излучения с молекулами исследуемого вещества. Соответствующие аналитические сигналы содержат информацию о свойствах пробы, определяемых присутствием поглощающего вещества. Частота сигнала, например частота поглощаемого излучения, отражает природу вещества, его специфические свойства. Интенсивность сигнала – величина поглощения — зависит от концентрации поглощающего вещества и, таким образом, является мерой концентрации определяемого вещества в пробе.

В аналитической оптической молекулярной спектроскопии наблюдают и исследуют аналитические сигналы в области 100-800 нм, обусловленные электронными переходами внешних, валентных   электронов. Поглощение излучения в ИК- и микроволновой области, связанное с изменением вращения и колебания молекул, часто используют в целях идентификации соединений. Методы молекулярной спектроскопии удобны для решения практических задач и широко применяются в аналитической химии.

Основной закон поглощения

При прохождении светового потока через частично поглощающую среду интенсивность прошедшего потока  согласно закону Бугера-Ламберта-Бера равна

  ,

где  - интенсивность падающего потока;  — молярный коэффициент поглощения при данной длине волны;  — толщина поглощающего слоя; С — концентрация поглощающего вещества, моль/л. В логарифмической форме:

    

Величину , характеризующую поглощательную способность вещества в растворе, называют оптической плотностью. В аналитической практике эту величину называют также поглощением, или светопоглощением и обозначают буквой А. Для раствора поглощающего вещества при постоянных концентрации и толщине поглощающего слоя величина А зависит от длины волны.

Серию аналитических определений выполняют при постоянной толщине поглощающего слоя.

Зависимость А от концентрации определяемого вещества при постоянной толщине поглощающего слоя изображается в виде градуировочного графика, его строят при выполнении практических работ при строгом соблюдении конкретных условий проведения анализа.

Молярный коэффициент поглощения, определяющий предел обнаружения вещества, характерный для данного метода, равен тангенсу угла наклона градуировочной прямой к оси абсцисс, если концентрация выражена в моль/л. Если концентрация дана в массовых единицах, тогда угловой коэффициент соответствует коэффициенту поглощения k. Чем больше наклон градуировочного графика к оси концентраций, тем более чувствительном является данный фотометрический метод.

Закон Бугера-Ламберта-Бера строго справедлив лишь по отношению к разбавленным растворам и при соблюдении определенных условий. Применительно к аналитическим целям условия таковы: постоянство состава поглощающих частиц в растворе, что определяется выбранной аналитической реакцией и условиями ее проведения: монохроматичность проходящего через пробу лучистого потока, его ограниченная интенсивность и параллельность, что обеспечивается в основном конструкционными параметрами фотометрического прибора, в частности способом монохроматизации излучения; постоянство температуры.

Если поглощение раствора аналитической формы не подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, то это приводит к появлению систематических погрешностей при определении концентрации вещества в растворе с использованием прямолинейного градуировочного графика. Следует отметить, что при устойчиво воспроизводимой нелинейности градуировочного графика возможно получение достаточно точных результатов анализа. И все же подчинение поглощения раствора аналитической формы закону Бугера-Ламберта-Бера в общем случае остается основным принципиальным условием осуществимости фотометрического анализа.

Причинами несоблюдения закона Бугера-Ламберта-Бера могут быть химические и инструментальные факторы. Химические причины — это участие поглощающего вещества в реакциях, конкурирующих с аналитической. Следовательно, исключительно важное значение имеет обеспечение протекания основной аналитической реакции и подавление побочных процессов, что допустимо только при знании химизма осуществляемой аналитической реакции и соответственно возможности управления им. Оптимальные условия реакции при определении ионов металлов с использованием некоторых комплексообразующих реагентов можно найти расчетным путем.

Фотометрический и спектрофотометрический анализ

Фотометрический и спектрофотометрический методы количественного анализа основаны на способности определяемого вещества — компонента смеси или газа, их окрашенных аналитических форм поглощать электромагнитное излучение оптического диапазона. Концентрацию поглощающего вещества находят, измеряя поглощение. Поглощение при данной длине волны является, таким образом, материальным воплощением информации о качестве и количестве определяемого вещества и составляет аналитический сигнал.

В практике фотометрического анализа используют УФ, видимую и ИК области спектра. Наибольшее распространение получили фотометрические методы анализа, основанные на поглощении в видимой области спектра, т. е. в интервале длин волн 400— 780 нм. Это объясняется возможностью получения множества интенсивно окрашенных органических и неорганических соединений, пригодных для их фотометрического определения в видимой области спектра с помощью несложных и относительно недорогих приборов.

В зависимости от используемой для определения поглощения в УФ и видимой областях спектра аппаратуры различают фотометрический и спектрофотометрический анализ. Оба эти метода основаны на общем фотометрическом принципе измерения поглощения, но в первом методе измеряется поглощение полихроматического излучения, во втором — монохроматического.

Фотометрические методы обеспечивают удовлетворительную воспроизводимость получаемых результатов, относительное стандартное отклонение Sr 0,01 - 0,03. Более совершенный спектрофотометрический метод в большинстве практических случаев улучшает этот показатель.

Таким образом, фотометрический анализ — более широкое понятие по сравнению со спектрофотометрическим анализом, но, подчеркнем еще раз, оба метода по существу едины, их объединяет общность теоретических положений.

Если определяемое вещество обладает собственным поглощением в УФ или видимой области, то центральное место в фотометрическом анализе приобретает химическая аналитическая реакция. Химические реакции, используемые в фотометрическом анализе, должны обязательно сопровождаться возникновением, изменением или ослаблением светопоглощения раствора. Как и каждая реакция, используемая в количественном анализе, цветная реакция должна протекать избирательно, быстро, полностью и воспроизводимо. Окраска образующейся аналитической формы должна быть устойчивой во времени и к действию света, а поглощение раствора, дающее информацию о концентрации поглощающего вещества, должно подчиняться закону Бугера-Ламберта-Бера.

В неорганическом фотометрическом анализе наиболее часто применяют реакции комплексообразования ионов определяемых элементов с неорганическими и, особенно с органическими реагентами, реже реакции окисления-восстановления, синтеза и других типов. В органическом фотометрическом анализе чаще применяют реакции образования окрашенных соединений, которыми могут быть азосоединения, полиметиновые и хинониминовые красители, ациформы нитросоединений и др. Иногда используют собственную окраску веществ.

Таким образом, общая схема выполнения фотометрического определения едина и включает следующие стадии:

1) подготовку пробы и переведение определяемого вещества или компонента в раствор в реакционноспособной форме;

2) получение окрашенной аналитической формы определяемого вещества в результате проведения цветной реакции при оптимальных условиях, обеспечивающих ее избирательность и чувствительность;

3) измерение поглощения раствора аналитической формы, т. е. регистрация аналитического сигнала при определенных условиях, отвечающих его локализации и наибольшей интенсивности;

4) проверку результата анализа, оценку его воспроизводимости и выдачу окончательного результата с метрологической оценкой.

В зависимости от характера решаемой практической задачи фотометрическое определение можно выполнять собственно фотометрическим или спектрофотометрическим методом, измеряя светопоглощение раствора на приборе с низкой или высокой степенью монохроматизации, т. е. на фотоэлектроколориметре или на спектрофотометре.

Условия фотометрического определения.

Фотометрический анализ выполняют при оптимальных условиях, обеспечивающих полноту образования аналитической формы в растворе и отсутствие или минимизацию отклонений от закона Бугера—Ламберта—Бера. Важнейшие из них: оптимальное значение рН раствора, достаточный избыток реагента, селективная аналитическая реакция, наилучшие условия измерения поглощения.

Фотометрическое титрование.

Фотометрическое титрование основано на регистрации изменения поглощения (или пропускания) анализируемого раствора по мере прибавления титранта. По результатам измерений строят кривую титрования в координатах , где Vв — объем добавленного титранта, и по излому на ней или по скачку находят  конечную точку титрования. Зная расход титранта, соответствую-щий этому моменту, вычисляют содержание определяемого вещества в титруемом растворе по обычным формулам титриметрического анализа. При этом исходят из того, что в момент эквивалентности число молей эквивалента определяемого вещества n(А) в объеме титруемой пробы (т. е. в аликвотной части анализируемого раствора) равно числу молей эквивалента титранта

  

откуда  

где  — фактор эквивалентности реагента В в реакции с веществом А; — молекулярная масса А;  — концентрация титранта, моль/л; — расход титранта, мл.

Величину поглощения А можно измерять, используя излучение высокой степени монохроматичности, то есть при определенной длине волны λ в случае применения спектрофотометра, или в некотором интервале длин волн при работе с фотометром или фотоэлектроколориметром, когда монохроматизация осуществляется с помощью светофильтров.

Реакции, используемые в титриметрии, должны быть стехиометричными, быстрыми, иметь достаточно большую константу равновесия и удобный способ индикации конечной точки — в данном случае фотометрический. Преимуществом метода является возможность применения реакций, не заканчивающихся в точке эквивалентности (на рисунке кривые 2, 4), последнюю в этом случае можно найти интерполяцией прямолинейных участков кривой титрования до их пересечения. С помощью этого приема можно определять очень слабые протолиты, регистрировать образование малоустойчивых комплексов, то есть проводить титриметрическое определение в тех случаях, когда невозможно добиться успеха при использовании других методов индикации конечной точки титрования.

В фотометрическом титровании могут быть использованы все химические реакции, применяемые в титриметрии: кислотно-основные, окислительно-восстановительные, реакции осаждения, комплексо-образования. Для определения ионов металлов наиболее широко используют реакции комплексообразования. Обобщение большого количества материала по фотометрическому титрованию показало, что оно возможно, если . Чувствительность фотометрического прибора достаточно высока и способна обеспечить регистрирование даже малых изменений поглощения, поэтому фотометрическое титрование относят к достаточно чувствительным методам анализа. Интенсивное поглощение в УФ и видимой областях спектра, обусловленное разрешенными электронными переходами в реактантах титриметрических систем, позволяет с удовлетворительной воспроизводимостью и с высокой чувствительностью определять весьма малые количества веществ в сильно разбавленных растворах — до моль/л. Так как содержание определяемого вещества в пробе при фотометрическом титрований находят не по поглощению, а по расходу титранта, который может быть измерен с большей, чем поглощение, точностью, то фотометрическое титрование отличается от обычной фотометрии лучшей воспроизводимостью получаемых результатов.

Существует два варианта фотометрического титрования — безындикаторный и индикаторный. Безындикаторное титрование (по собственному поглощению) может быть осуществлено в том случае, если хотя бы один из партнеров титриметрической системы — определяемое вещество А, титрант В или продукт реакции С — поглощает излучение в выбранной рабочей оптической области. Например, кривая типа 1 получается при условии поглощения только продукта реакции С. В самом деле, по мере протекания реакции А + В → С, концентрация продукта реакции С нарастает и после достижения конечной точки практически не изменяется, этот момент титрования может быть зарегистрирован на кривой титрования. Кривая 2 отвечает титрованию окрашенного определяемого вещества А бесцветным титрантом В с образованием бесцветного продукта реакции С. Несмотря на то что реакция титрования здесь не заканчивается в конечной точке, последнюю можно найти методом интерполяции, то есть, в этом случае реализуется одно из преимуществ фотометрического титрования.

Если партнеры аналитической реакции не обладают собственным поглощением или оно очень мало, выполняют индикаторное титрование. При этом в титруемый раствор перед титрованием вводят индикатор, образующий окрашенное соединение с определяемым веществом Ind + А → IndA или с избытком титранта Ind + В → IndB. В результате протекания аналитической реакции в момент эквивалентности происходит резкое уменьшение концентрации А или резкое увеличение концентрации Вив растворе протекают следующие реакции

IndA + В → С + Ind 

или Ind + В → IndB,

вызывающие изменение состояния индикатора и, следовательно, поглощение титруемого раствора. В этом случае фотометрический прибор регистрирует кривые титрования билогарифмического типа 7, 8. За конечную точку титрования принимают точку перегиба таких кривых.

Высокая чувствительность фотометрических измерений дает возможность регистрировать даже малые различия в равновесиях аналитических реакций компонентов анализируемой смеси с титрантом. Тем самым достигается ценная для практики избирательность метода. Например, можно определять содержание двухтрех компонентов смеси с помощью одной процедуры титрования, при этом на кривой титрования получается соответствующее число конечных точек, отвечающих последовательному оттитровыванию компонентов смеси. Таким образом, если константы равновесия нескольких аналитических реакций, чаще всего для двух определяемых веществ, неодинаковы и различаются в достаточной степени, можно выполнить анализ смеси одним титрованием.

Аналогичный прием может быть реализован в индикаторном варианте титрования. В данном случае окраска комплексов обоих ионов металлов с используемым индикатором одинакова. Следовательно, только фотометрический способ позволяет установить наличие двух конечных точек титрования, отвечающих последовательно оттитровываемым компонентам смеси.

Аналитические реакции в методе фотометрического титрования проводят при оптимальных условиях, способствующих максимальному выходу аналитической формы, при длине волны, соответствующей наибольшему поглощению того партнера, по окраске которого (или его соединения с индикатором при индикаторном титровании) следят за ходом реакции. При выборе индикатора для конкретного случая фотометрического титрования, естественно, следует соблюдать общие правила, сформулированные для титриметрических методов анализа, согласно которым момент изменения окраски индикатора должен соответствовать резкому изменению концентрации веществ А или В, в зависимости от избранного способа регистрации конечной точки титрования.

Практическая часть.

Метод основан на фотометрическом титровании ионов цинка раствором ЭДТА в присутствии эриохрома черного Т:

ЭДТА является комплексоном — органическим реагентом, образующим со многими ионами металлов устойчивые комплексные соединения — комплексонаты:

Титрование проводят в среде аммиачного буферного раствора при рН = 9, так как в этих условиях достигается наибольшая устойчивость комплексоната цинка. В качестве металлоиндикатора на ионы цинка используют эриохром черный Т, проявляющий кислотно-основные свойства за счет ионизации комплексообразующих групп.

Гидроксид цинка при рН = 9 осаждается из раствора, что делает само определение невозможным. Чтобы воспрепятствовать этому процессу, в раствор вводят маскирующий комплексообразователь — аммиак. Благодаря этому цинк удерживается в щелочном аммиачном растворе в виде аммиакатов.

Индикатор эриохром черный Т является красителем группы о,о’-диоксиазонафталина и он способен координировать ионы Zn, взаимодействие происходит по о-окси-о’-оксиазогруппировке

При этом образуется комплекс, но менее устойчивый, чем комплексонат цинка. В реальных условиях титрования это различие еще более усиливается, что можно показать расчетом соответствующих условных констант устойчивости комплексоната цинка и комплекса цинка с металлоиндикатором с учетом побочных реакции. В первом случае происходит взаимодействие ионов цинка с аммиаком () и протонирование ЭДТА (, во втором  — то же для  цинка и  еще протонирование  индикатора ():

Значения констант устойчивости и коэффициентов побочных реакций взяты из справочной литературы.

Ионное состояние эриохрома черного Т сильно подвержено влиянию рН раствора. Значительное различие в условных константах устойчивости комплексов цинка с ЭДТА и с индикатором эриохромом черным Т обеспечивает достаточно большое значение константы равновесия для протекающего в конечной точке процесса разрушения комплекса цинка с индикатором:

Хорошая контрастность цветной реакции индикатора с металлом, под которой понимают разность между максимумами поглощения комплекса цинка с индикатором и свободного индикатора (см. рисунок), позволяет использовать ее для фотометрической индикации конечной точки титрования. Оптимальной для фотометрического титрования цинка будет среда, содержащая 0,1 М NH3 (рН=9). В этих условиях фотометрическому титрованию ионов цинка раствором ЭДТА не мешают ионы Ва(II) , Са(II), Mg(II), Sr(II), так как для них . Если различие в устойчивости комплексов окажется недостаточным, то для обеспечения избирательности определения применяют реакции маскирования.

Экспериментальная часть.

Приборы и реактивы:

Абсорбциометр ЛМФ-69, ЛМФ-72 с оранжевым светофильтром

Рабочий раствор сульфата цинка ZnSO4 ▪7H2O (хч) с концентрацией цинка 6,54 мг/мл (0,05 М)

Раствор эриохрома черного Т, 0,1%-ный

Выполнение работы

Установка титра раствора ЭДТА по цинку.

 В стакан для фотометрического титрованиям вносят 1 мл стандартного раствора ZnSO4 • 7Н2О, 5 мл раствора NH4Cl, 25 мл раствора аммиака, 0,5 мл раствора эриохрома черного Т и 10 мл дистиллированной воды. Стакан с полученным раствором помещают в прибор и титруют раствором ЭДТА, снимая показания прибора каждый раз после прибавления 0,1 мл титранта (вблизи точки эквивалентности по 0,05 мл). По результатам титрования строят график Tf(V).

Титруют не менее трех проб, находят среднее значение объема титранта (Vэдта)  и рассчитывают титр ЭДТА:

  

Определение содержания цинка (II) в растворе.

 К анализируемому раствору добавляют 5 мл раствора NH4Cl, 25 мл раствора аммиака, 0,5 мл эриохрома черного Т, 10 мл дистиллированной воды и титруют раствором ЭДТА (не менее трех титрований). По результатам строят кривые титрования и находят Vэдта . По среднему значению рассчитывают содержание цинка в растворе. Методом наименьших квадратов находят доверительный интервал результата и стандартное отклонение.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22056. Движение «Бури и натиска» 32 KB
  Гёте 17491832 и Ф. Художественным открытием века явилась лирика молодого Гёте и его первая немецкая историческая драма Гёц фон Берлихинген 1773; мировую славу завоевал его сентиментальный роман Страдания юного Вертера 1774 выражающий протест против закрепощения личности сословноабсолютистским общественным строем. У Гёте в Прафаусте до 1776 речь идет о матереубийстве и детоубийстве однако у него эти проблемы поднимаются высоко над бытовым...
22057. Классицизм 37 KB
  При изучении классицизма необходимо проследить как преломляются в классицистической литературе XVII века традиции ренессансного классицизма обратить внимание на то как античность из объекта подражания и точного воссоздания возрождения превращается в пример правильного соблюдения вечных законов искусства и объект соревнования. Можно также встретить утверждения что философской основой классицизма явилась философия Декарта. В то же время заслуживают внимания несомненные декартовские принципы в поэтике классицизма разделение трудностей в...
22058. И. Гете, Ф. Шиллер 39 KB
  Гете Ф. Занятие юриспруденцией мало привлекало Гете гораздо более интересовавшегося медициной этот интерес привел его впоследствии к занятиям анатомией и остеологией и литературой. Писать Гете начал рано. Гете дает ряд тонких произведений не открывающих однако его самобытного творческого лица.
22059. Романтизм 41.5 KB
  Зыбкость текучесть составляла самую суть романтизма проводившего идею недостижимой цели вечно манящей поэта. Здесь будет уместно сказать несколько слов об идеалах романтизма поскольку художественноэстетическая система есть ни что иное как система художественных и эстетических идеалов. В основе романтизма лежит система идеальных ценностей т. Эта система ценностей вступает в противоречие с системой ценностей реального мира и тем самым вызывает к жизни второй постулат романтизма как художественноэстетической системы и романтизма как...
22060. Авторы и произведения эпохи Романтизма 36.5 KB
  Авторы и произведения эпохи Романтизма Историкохудожественное значение Романтизма исключительно велико. была причиной противоречивого характера всего немецкого Романтизма. Большое влияние на развитие прогрессивных тенденций немецкого Романтизма. Так выразитель позднего немецкого Романтизма Э.
22061. Бидермайер 31.5 KB
  Еще в первой половине века после краткого периода первых неуверенных поисков среди исторических стилей люди укрываются в убаюкивающем интиме мещанского бидермайера biedermeier. Творческий заряд бидермайера был достаточен для создания мелких предметов мещанского интерьера вазы картинки гравюрки и декоративные рамочки фарфоровые фигурки и мебель но не мог заметно повлиять на область художественной ковки а в архитектуре тем более не мог создать предпосылок для появления специфического стилевого ряда. В 1869 году появилось отдельное...
22062. «Молодая Германия» 30.5 KB
  Она сложилась в Германии в начале 30х гг. В деятельности Молодой Германии выражалась оппозиция немецкой буржуазии реакционному феодальномонархическому строю Германии. В декларациях Молодой Германии выражались абстрактные призывы к свободе и духовной революции критика религии мелкокняжеского абсолютизма и мещанской морали проповедь эмансипации. Вместе с другим известным немецким писателем критиком и публицистом Берне он был идейным вождем Молодой Германии и самым талантливым из писателей и поэтов...
22063. Поэтический реализм 43 KB
  Герои Граббе гибнут в столкновении с необузданными жестокими силами истории которые драматург представляет как непостижимые массы и величины Дон Жуан и Фауст 1829; Битва Германа 1836. Более позитивную концепцию истории дают произведения Р. Попытка Вагнера вновь оживить германскую мифологию ныне отошла в область истории и все же Вагнер как никто другой представил миру персонажи и легенды германского Средневековья в Тангейзере 1845 Кольце Нибелунга законч. Бюхнер вышел за пределы чистой истории подчеркивая безнадежное...
22064. Натурализм 36 KB
  оказал Фридрих Ницше 18441900. Сын пастора воспитанный в атмосфере протестантского благочестия и намеревавшийся изучать богословие Ницше однако решительно сменил теологический факультет Боннского университета на факультет классической филологии. Жизнь Ницше была по словам С. Первые симптомы ужасной болезни Ницше ощутил в 1873 г.