Základní pojmy neutralizační analýzy + příklady alkalimetrických a acidimetrických stanovení

- princip - neutralizační analýza je založena na reakci látek kyselé, či zásadité povahy, kdy při titraci dochází ke změně pH roztoku. Reakce, které probíhají jsou buďto neutralizační ( kys. + zás. → sůl + voda), nebo vytěsňovací, kdy je slabá složka vytěsněna silnou složkou.

Na₂CO₃ + HCl → NaHCO₃ + NaCl - ind. FF

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ + H₂O - ind. MO

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2NH₃ + H₂O

- pH - pH = -log [H⁺] - záporný dekadický logaritmus koncentrace H⁺ iontů

pH - <0>   

pH = 0 - 7 - roztok je kyselý

pH = 7 - roztok je neutrální

pH = 7 - 14 - roztok je zásaditý

- odvození pH z disociace H₂O

H₂O ↔ H⁺ + OH^-  ... 

- iontový součin vody: K . H₂O = [H⁺] + [OH^- ]

- pro teplotu cca 20°C: K_H2O = 10^-14

- pro destilovanou vodu: [H⁺] = [OH^- ]

K_{H2O =} [H⁺] . [OH^- ] = [H⁺]² = 10^-14 => [H⁺] = 10^-7

- koncentrace H⁺ v roztoku by byla velmi nízká, proto byla zavedena pH.

pH = -log [H⁺]            pOH = -log [OH^-]

K_{H2O =} [H⁺] . [OH^- ] / -log

-log10-14 = -log [H⁺] + -log [OH^-]

14 = pH + pOH

- neutralizační indikátory - jsou slabé organické kyseliny, nebo zásady, jejichž disociovaná forma má jiné zabarvení, než forma nedisociovaná. Látky přechází z disociované formy na nedisociovanou v určité oblasti pH

indikátor	pH	barevná změna
MO - methylenová oranž	3,1 - 4,4	červené - cibulově žluté
MČ - methylenová červeň	4,2 - 6,3	červené - žluté
NČ - neutrální červeň	6,8 - 8	červené - žluté
FF - fenoftalein	8,2 - 10	bezbarvé - fialově růžové

- titrační křivky - při neutralizaci dochází k změně pH. K prudké změně pH pak dochází v bodě ekvivalence (BE -  vidíme barevnou změnu). Podle vlastnosti titračního činidla (TČ) a stanovované složky (SS) máme 4 druhy soustav. Každá soustava pak odpovídá tzv. titračním křivkám, které znázorňují průběh změny pH při titraci.

1) silná kyselina + silná zásada - NaOH + HCl → NaCl + H₂O

2) slabá kyselina + slabá zásada - CH₃COOH + NH_3(aq) → CH₃COONH₄

3) silná kyselina + slabá zásada - HCl + NH_3(aq) → NH₄Cl

4) slabá kyselina + silná zásada - CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

- význam titračních křivek -

a) volba neutralizačních indikátorů: ke stanovení BE se volí ten indikátor, jehož pH barevné změny protíná titrační křivku dané soustavy ve strmé oblasti

b) pro volbu vhodného indikátoru ke klasické ekvivalenci

c) zjištění BE u instrumentálních metod: potenciometrické titrace, redoxní titrace..

 (- křivku dodám)

- základní látky -

- pro roztoky přesné koncentrace - NaHCO₃, Na₂CO₃ - přesušený, H₂C₂O₄ . 2H₂O, (NH₄)₂C₂O₄

- pro roztoky přibližné koncentrace - NaOH, HCl, (KOH, H₂SO₄),

- roztoky je nutno před použitím upřesnit

- ALKALIMETRIE

- stanovení silných anorganických kyselin - HCl, H₂SO₄, HNO₃

- HCl - titrace přímá

- princip - vzorek HCl se titrací odměrným roztokem NaOH na indikátor MO neutralizuje dle rovnice:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O Ft= 1/1 = 1

- BE - přechod z červeného přes cibulové po právě žluté zabarvení

- výpočty -

m_HCl = Ft . C_NaOH . V_NaOH . M_HCl . Fř

- H₂SO₄ - titrace přímá, indikátor tashiro = směs MM + MO, popř. MČ

- princip - kys. sírová se titruje odměrným roztokem NaOH na indikátor tashiro, kdy proběhne neutralizuje dle rovnice: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O Ft = 1/2

- BE - přechod z modré do čistě zelené. Důvod použitá tashira - vzorky H₂SO₄ znečištěním tmavnou

- výpočty -

m_H2SO4 = Ft . C_NaOH . V_NaOH . M_H2SO4 . Fř

- HNO₃ - podle kyselých účinků i nižší oxidační činidlo. Oxidovala by přidaný indikátor, který by se odbarvil. Proto se provádí titrace z rozdílu.

- princip - K vzorku kyseliny dusičné se přidá nejprve známý nadbytek odměrného roztoku NaOH ( rovnice: HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O...Ft= 1) Nezreagovaný NaOH se pak stanoví titrací odměrným roztokem HCl na indikátor MO (rovnice: NaOH + HCl → NaCl + H₂O....Ft = 1)

- BE - přechod ze žlutého do cibulového zabarvení

- výpočty -

m_HNO3 = Ft . ( C_NaOH . V_NaOH - F_TČ1 .C_HCl . V_HCl ) . M_HNO3 . Fř

 - stanovení slabých anorganických kyselin

- Více sytné anorganické kyseliny  (H₂CO₃, H₃PO₄) disociují do více stupňů. Dají se tedy stanovit titrací do 1. stupně, 2. stupně atd...

- H₂CO₃ - vzorek se titruje odměrným roztokem NaOH na indikátor FF podle rovnice:

H₂CO₃ + NaOH → NaHCO₃ + H₂O...Ft = 1

- princip - Ke vzorku H₂CO₃ přidáme roztok BaCl₂, přičemž se HNO₃ vysráží podle rovnice:

H₂CO₃ + BaCl₂ → BaCO₃ + 2HCl Vzniklé ekvivalentní množství HCl se pak stanoví titrací odměrného roztoku NaOH na indikátor MO podle rovnice HCl + NaOH → NaCl + H₂O

- BE - z bezbarvého do fialovo růžového zabarvení

- výpočty -

m_H2CO3 = Ft . C_NaOH . V_NaOH . M_H2CO3 . Fř

- H₃PO₄ - je třísytná kyselina, která disociuje do 1.,2., a 3. stupně podle rovnic:

1. stupeň - H₃PO₄ → H⁺ + H₂PO₄^-

2. stupeň - H₃PO₄ → 2H⁺ + HPO₄^2-

3. stupeň - H₃PO₄ → 3H⁺ +PO₄^3-

s louhem

1. stupeň - H₃PO₄ + NaOH → NaHPO₄

2. stupeň - H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄

3. stupeň - H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃HPO₄

- ACIDIMETRIE

Stanovení technického louhu dle Wardera

- jedná se o dvě titrace v jednom podílu zásobního vzorku

- První titrací se vzorek titruje odměrným roztokem HCl na indikátor FF z červeného (růžové) zbarvení do odbarvení, přičemž zreaguje louh a uhličitan do I.stupně.

NaOH + HCl → NaCl + H₂O  (Ft = 1) a součastně

Na₂CO₃ + HCl → NaHCO₃ + NaCl

- Druhá titrace - ke vzorku ztitrovaného FF se přidá indikátor MO a titrací HCl přejde hydrogenuhličitan do II.stupně. NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O ...Ft = 1

- postup - Připravíme zásobní roztok vzorku doplněním destilovanou vodou v odměrné baňce na 250ml. Na stanovení odpipetujeme 25ml zásobního roztoku. Do titrační baňky přidáme indikátor (2-3 kapky, nebo do jasného zbarvení) FF (fenoftalein) a titrujeme odměrným roztokem HCl do odbarvení. Spotřebu si zapíšeme. Ke ztitrovanému roztoku přidáme indikátor MO a pokračujeme titrací odměrným roztokem HCl ze žlutého do cibulového zabarvení.

- BE - je ze žlutého do cibulového zbarvení

- výpočty - 

m_NaOH = Ft_naNaOH . C_HCl . (V_{HCl (naFF)} - V_{HCl (naMO)}) . M_NaOH . Fř

m_Na2CO3 = Ft_naNa2CO3 . C_HCl . V_HCl(naMO) . M_Na2CO3 . Fř

Stanovení technického louhu dle Vinklera

- jedná se o 2 titrace ve dvou stejných objemech zásobního roztoku vzorku

- princip -

1) Při první titraci se stanoví celkový obsah louhu i uhličitanu tzv. celková alkalita. Vzorek se titruje odměrným roztokem HCl na indikátor MO, kdy reaguje louh a uhličitan až do 2. stupně, rovnice:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O a současně

NaHCO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ + H₂O

- BE - na ind. MO = přechod ze žlutého do cibulového zabarvení

- při větším obsahu uhličitanu roztok povaříme (vypudíme tak oxid uhličitý), roztok zežloutne po ochlazení dotitrujeme. Spotřeba HCl V_HCl = V_NaOH + Na₂CO₃  Ft = 2/1 = 2

2) Při druhé titraci se nejprve příslušný uhličitan vysráží pomocí BaCl₂ za rovnice

Na₂CO₃ + BaCl₂ → BaCO₃ + 2NaCl Pak se zbylý NaOH stanoví titrací HCl na indikátor FF za rovnice NaOH + HCl → NaCl + H₂O

- poznámka - důvod k indikátoru FF = BE v alkalickém prostředí, ve kterém se vyloučí BaCO₃ nerozkládá

- BE - z červeného do odbarvení

- výpočty -

m_NaOH = Ft . C_HCl . V_HCl . M_NaOH . Fř na indikátor FF

m_Na2CO3 = Ft . CHCl . ( V_{HCl (NaOH i Na2CO3)}) - V_HCl . M_Na2CO3 . Fř

Stanovení rozpustných uhličitanů

- Na₂CO₃ -

- do 1. stupně - Vzorek Na₂CO₃ při titraci odměrným roztokem HCl na ind. FF přechází na hydrogen uhličitan sodný za rovnice: Na₂CO₃ + HCl → NaHCO₃ + NaCl....Ft = 1/1 = 1

- BE - přechod z červeného zbarvení do odbarvení

- výpočty -

 m_Na2CO3 = Ft . C_HCl . V_HCl . M_Na2CO3 . Fř

- do 2. stupně - Vzorek Na₂CO₃ se titruje odměrným roztokem HCl na indikátor MO, přičemž reaguje za vzniku rovnice: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ + H₂O Ft = 1/2 . Vzniklý CO₂ odstraníme povařením a po ochlazení nažloutlý roztok dotitrujeme HCl do cibulového zabarvení. Bere se celková spotřeba HCl. Důvod povaření je ten, že vznikající CO₂ způsobuje kyselost roztoku a tím předčasné zabarvení roztoku.

- BE - ze žlutého do cibulového zabarvení

- výpočty -

m_Na2CO3 = Ft . C_HCl . V_HCl . M_Na2CO3 . Fř

- NaHCO₃ - jakoby stanovení alkalických uhličitanů z 1. do 2. stupně

- princip - Vzorek NaHCO₃ se titruje odměrným roztokem dle rovnice:

 NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O ...Ft = 1

Vzniklý oxid uhličitý se vypudí povařením. Po ochlazení se titruje nažloutlý roztok do cibulového zabarvení. Bere se celková spotřeba HCl.

 - BE - ze žlutého do cibulového zabarvení

- výpočty -

m_NaHCO3 = Ft . C_HCl . V_HCl . M_NaHCO3 . Fř

Stanovení nerozpustných uhličitanů

- CaCO₃,MgCO₃ -

- stanovení vápence - titrace z rozdílu, vzorek není v roztoku, proto nelze použít přímou titraci, nerozpustné uhličitany by se odměrným roztokem HCl při přímé titraci rozkládaly pomalu a neúplně

- princip - vzorek nerozpustných uhličitanů se rozkládá úplným povařením se známým nadbytkem odměrného roztoku HCl dle rovnice: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O, jelikož je vápenec SS a HCl TČ, tak Ft = 1/2. Nadbytek ( nezreagované množství) HCl se pak stanoví po ochlazení titrací odměrným roztokem NaOH na indikátor MO dle rovnice HCl + NaOH → NaCl + H₂O Ft = 1

- BE - z červené přechází do žlutého zabarvení ( bílého zákalu ). Zákal je způsobený nerozpustnými složkami v HCl.

- výpočet - mCaCO₃ = Ft₁ . ( C_HCl . V_HCl - Ft₂ . C_NaOH . V_NaOH) . MCaCO₃