Analitika 13. H osztály és 1219/6 modul tanfolyam részére 2011/2012

1. Analitika13. H osztály és1219/6 modul tanfolyam részére2011/2012 13. H 5. Térfogatos mérések http://tp1957.atw.hu/an_05.ppt

2. 5.1 Térfogatos mérések felosztása A térfogatos módszerek alkalmazásakor folyadék vagy gáz térfogatának mérésével dolgozunk. Ezek mindig kémiai folyamatokkal kapcsolatosak. Az előforduló típusok: – gázokfejlődése: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O – gázokelnyelődése CO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O – kémiai reakciókban mérőoldat fogyása NaOH + HCl → NaCl + H2O

3. 5.2 Térfogatos mérések – gázfejlődés A 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 g 4 mmol = 0,004 mol

4. 5.2 Térfogatos mérések – gázfejlődés Scheibler-féle kalciméter 1. nívóedény 2. gázbüretta 3. háromfuratú csap 4. 200 cm3-es térfogatú üvegedény 5. reakcióedény 6. savtartó cső 7. talajminta

5. 5.2 Térfogatos mérések – gázelnyeletés Gázok 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:

6. 5.2 Térfogatos mérések – gázelnyeletés Orsat készülék háromutas csap gázbüretta termosztát köpeny nívó edény

7. 5.2 Térfogatos mérések – gázelnyeletés Orsat készülék használata 1. Elnyelető folyadék(ok) felszívatása a csapig és az előző gázminta kinyomása (zárófolyadékkal) 2. A gázminta csatlakoztatása 3. Öblítés a gázmintával, minta beszívása 4. Összetevő elnyeletése többszöri átnyomatással 5. Elnyelető folyadék felszívatása a csapig 6. Nyomás-kiegyenlítés nívóedénnyel és leolvasás

8. A 13. H analitika órái november – decemberben 2011. 11. 08. K Kolorimetria Ellenőrző kérdések kiadása (internet) 2011. 11. 15. K Ismétlés 2011. 11. 22. K 2. témazáró dolgozat 2011. 11. 29. K Új téma: titrimetria – mérőoldat, indikátor, pontos koncentráció Házi feladat kiadása (papír, internet) 2011. 12. 06. K Pontos koncentráció, eredmény kiszámítása 2011. 12. 13. K Sav-bázis titrálások – e.s. – e.b. Ellenőrző kérdések kiadása (internet) 2011. 12. 20. K Ismétlés 2012. 01. 03. K 3. témazáró dolgozat

9. 5.3 Titrálás A 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.

10. 5.3.1 Titrálás – eszközök, anyagok Eszközök: • büretta (fogóval, állvánnyal), • titráló lombik, • pipetta, • fehér csempe, • esetleg mérőlombik. Anyagok: • mérőoldat, • vizsgálandó minta, • indikátor, • esetleg más vegyszerek.

11. 5.3.2 Titrálás – mérőoldat A 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.

12. 5.3.3 Titrálás – pontos koncentráció A 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.

13. 5.3.3 Titrálás – pontos koncentráció számítása Egy mérőoldatot pontos beméréssel készítünk. Számítsa ki a bemérendő mennyiséget (m)! V(B) = 500 cm3c(B) = 0,02 mol/dm3M(B) = 372 g/mol m(B) = c(B)·V(B)·M(B) = 3,72 g A tényleges bemérés az előbbi mérőoldat esetében m(B) = 3,7456 g Számítsa ki a pontos koncentrációt!

14. 5.3.4 Titrálás – pontos koncentráció mérése A 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 oldottszerves anyagai fogyasztják, – nátrium-tioszulfát – a víz oldott CO2tartalma bontja. Ezeknél a pontos koncentrációt (titer) egy alkalmas anyaggal (titer alapanyag) való reakcióval, titrálással lehet megmérni.

15. 5.3.4 Titrálás – pontos koncentráció mérése A 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.

16. 5.3.4 Titrálás – pontos koncentráció mérése A 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: aA + bB → kK + ℓ L A mérőoldat hatóanyag anyagmennyisége ebből számolva: n(B) = V(A)·c(A)·b/a b/aa reakció molviszonya, V(A) atiter alapanyag reagáló térfogata, c(A) atiter alapanyag pontos koncentrációja. A mérőoldat pontos koncentrációja, c(B) V(B) a mérőoldat reagáló térfogata, a fogyás.

17. 5.3.4 Titrálás – cpszámítása titrálásból Mérőoldatot készítünk, nem pontos beméréssel. Számítsa ki a tömény oldatból (65 w%) kimérendő mennyiséget (V)! V(B) = 1000 cm3c(B) = 0,1 mol/dm3M(B) = 63 g/mol ρ(B, tömény oldat) = 1,4 g/cm3 n(B) = 0,1 mol m(B) = n(B)·M(B) = 6,3 g (100 %-os!) m(B, tömény oldat) = 9,69 g V(B, tömény oldat) = 6,9 cm3

18. 5.3.4 Titrálás – cpszámítása 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 = 2 A 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 mol cp(B) = 0,0998 mol/dm3

19. 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: pH = 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Redoxi indikátor: Fémindikátorok:

20. 5.3.6 Titrálás – az eredmény kiszámítása A mérőoldat hatóanyaga (B) a vizsgálandó anyaggal (A) sztöchiometrikusan reagál: a A + b B → k K + ℓ L A vizsgálandó anyag anyagmennyisége ebből számítható: n(A) = V(B)·c(B)·a/b a/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.

21. 5.3.6 Titrálás – az eredmény kiszámítása A vizsgálandó anyag koncentrációja, akkor számítható, ha tudjuk a vizsgálandó anyag térfogatát, V(A). A vizsgálandó anyag tömegkoncentrációja:

22. 5.3.6 Titrálás – az eredmény kiszámítása Adja meg a vizsgálandó anyag (A) anyagmennyiség-koncentrációját, tömegkoncentrációját, anyagmennyiségét a következő adatok alapján! V(A) = 25 cm3V(B) = 8,5 cm3 c(B) = 0,1022 mol/dm3a/b = 0,5 M(A) = 98 g/mol A vizsgálandó anyag anyagmennyisége: n(A) = V(B)·c(B)·a/b = 0,000434 mol A vizsgálandó anyag anyagmennyiség-koncentrációja: 0,0174 mol/dm3 A vizsgálandó anyag tömegkoncentrációja: 1,70 g/dm3

23. 5.4 A titrimetria területei Sav – bázis titrálások = acidi-alkalimetria savak, lúgok, savas, lúgos anyagok Komplexometria 2, 3 és többértékű fémek Csapadékos titrálások – argentometria: Ag+ ionnal csapadékot adó (Cl–) Redoximetria – oxidimetria: oxidálható anyagok = permanganometria – reduktometria: redukálható anyagok – jodometria: oxidálható és redukálható anyagok tovább tovább tovább tovább

24. 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)