کد: 755622

پرسش

با سلام.درباره تئوری و شرح ازمایش تیتراسیون اسید و باز و تیتراسیون اکسید و احیا؟

پاسخ

با سلام خدمت شما کاربر گرامی:


روشی که توسط آن ، محلولی با غلظت مشخص به محلولی دیگر اضافه می‌شود تا واکنش شیمیایی بین دو ماده حل شده کامل گردد، تیتراسیون نامیده می‌شود.
مقدمه
تیتر کردن از روش‌های تجزیه حجمی است. در تجزیه حجمی ابتدا جسم را حل کرده و حجم معینی از محلول آن را با محلول دیگری که غلظت آن مشخص است که همان محلول استاندارد نامیده می‌شود، می‌سنجند. در تیتراسیون محلول استاندارد به‌طور آهسته از یک بورت به محلول حاوی حجم مشخص یا وزن مشخص از ماده حل شده اضافه می‌شود.

افزایش محلول استاندارد ، آنقدر ادامه می‌یابد تا مقدار آن از نظر اکی‌والان برابر مقدار جسم حل شده شود. نقطه اکی‌والان نقطه ای است که در آن ، مقدار محلول استاندارد افزوده شده از نظر شیمیایی برابر با مقدار حجم مورد نظر در محلول مجهول است. این نقطه را نقطه پایان عمل از نظر تئوری یا نقطه هم ارزی نیز می‌گویند.

روش تیتر کردن
در عمل تیتر کردن ، محلول استاندارد را از یک بورت به محلولی که باید غلظت آن اندازه گرفته می‌شود، می‌افزایند و این عمل تا وقتی ادامه دارد تا واکنش شیمیایی بین محلول استاندارد و تیتر شونده کامل شود. سپس با استفاده از حجم و غلظت محلول استاندارد و حجم محلول تیتر شونده ، غلظت محلول تیتر شونده را حساب می‌کنند.

یک مثال
نقطه اکی‌والان در عمل تیتر کردن NaCl با نقره تیترات وقتی مشخص می‌شود که برای هر وزن فرمولی -Cl در محیط یک وزن فرمول +Ag وارد محیط عمل شده باشد و یا در تیتر کردن ، سولفوریک اسید (H2SO4 ) با سدیم هیدروکسید ( NaOH ) نقطه اکی‌والان وقتی پدید می‌آید که دو وزن فرمولی اسید و دو وزن فرمولی باز وارد محیط عمل شوند.

تشخیص نقطه اکی‌والان
نقطه اکی‌والان در عمل بوسیله تغییر فیزیکی ( مثلا تغییر رنگ ) شناخته می‌شود. نقطه ای که این تغییر رنگ در آن روی می‌دهد، نقطه پایان تیتر کردن است. در تیتراسیون اسید و باز شناساگرها برای تعیین زمان حصول نقطه اکی‌والان بکار می‌روند. تغییر رنگ معرف ، نشانگر نقطه پایانی تیتراسیون می‌باشد.

انواع تیتر کردن
بر حسب واکنش‌هایی که بین محلول تیتر شونده و استاندارد صورت می‌گیرد، تجزیه‌های حجمی (تیتراسیون) به دو دسته تقسیم می‌شوند:

روش‌هایی که بر اساس ترکیب یون‌ها هستند. یعنی تغییر ظرفیت در فعل و انفعالات مربوط به آن صورت نمی‌گیرد. این روش‌ها عبارت اند از:
واکنش‌های خنثی شدن یا واکنش‌های اسید و باز
واکنش‌های رسوبی
واکنش‌هایی که تولید ترکیبات کمپلکس می‌کنند.


روشهایی که بر اساس انتقال الکترون هستند؛ مانند واکنش‌های اکسایش و کاهش
تیتر کردن واکنش های اسید و باز یا خنثی شدن
تیتر کردن ، عبارت است از تعیین مقدار اسید یا باز موجود در یک محلول که با افزایش تدریجی یک باز به غلظت مشخص یا بر عکس انجام می‌گیرد. موقعی که محلول یک باز دارای یونهای -OH است به محلول اسید اضافه کنیم، واکنش خنثی شدن انجام می‌شود:

‌ OH- + H3O+ -----> 2H2O

محاسبات
معمولا حجم مشخص (V) از محلول اسید با نرمالیته مجهول (N) انتخاب کرده ، به‌کمک یک بورت مدرج به‌تدریج محلو ل یک باز به نرمالیته مشخص (N) به آن اضافه می‌کنند. عمل خنثی شدن وقتی کامل است که مقدار اکی‌والان گرم های باز مصرفی برابر مقدار اکی‌والان گرم های اسید موجود در محلول شود.

برای این که عمل تیتراسیون بدقت انجام شود، باید عمل افزایش محلول باز درست موقعی متوقف گردد که تساوی فوق برقرار شود. روش معمول و همگانی برای تعیین پایان تیتراسیون استفاده از شناساگرهاست. دستگاه PH متر نیز برای محاسبات دقیق در تعیین نقطه اکی والان کاربرد دارد.

به عنوان مثال دیگر:
تیتراسیونهای خنثی‌شدن بطور گسترده در تعیین غلظت آنالیتهایی کاربرد دارند که یا اسید و یا باز هستند، یا با استفاده از روشهای مناسب به چنین گونه‌هایی تبدیل می‌شوند. آب ، حلال معمول برای تیتراسیون خنثی‌شدن است، زیرا بسادگی در دسترس و ارزان و غیرسمی است. پایین بودن ضریب انبساط دمایی آن یک خاصیت اضافی دیگر است.

ولی بعضی از آنالیتها در محیط آبی قابل تیتر کردن نیستند، زیرا انحلال‌پذیری آنها بسیار پایین است، یا چون قدرتهای اسیدی یا بازی آن چندان زیاد نیست که نقاط پایان رضایت بخشی را فراهم کنند. غلظت چنین موادی را اغلب می‌توان با تیتر کردن آنها در حلال دیگر به غیر از آب تعیین کرد.

نظریه تیتراسیونهای خنثی‌کردن
محلولهای استاندارد اسیدها و بازهای قوی را بطور گسترده‌ای برای تعیین آنالیتهایی بکار می‌برند که خود اسید یا بازند یا می‌توانند با اعمال شیمیایی به چنین گونه‌هایی تبدیل شوند.
واکنشگرها برای واکنشهای خنثی‌شدن
محلولهای استاندارد برای تیتراسیونهای خنثی شدن همواره از اسیدها یا بازهای قوی تهیه می‌شوند، زیرا این نوع واکنشگرها تیزترین نقطه پایانی را ارائه می‌کنند.

محلولهای استاندارد
محلولهای استاندارد بکار گرفته شده در تیتراسیونهای خنثی شده ، اسیدهای قوی یا بازهای قوی هستند. زیرا این اجسام در مقایسه با اسیدهای ضعیف و بازهای ضعیف بطور کاملتر با آنالیت واکنش می‌دهند. اسیدهای استاندارد از اسید هیدرو کلرویک ، اسید پرکلریک و اسید سولفوریک تهیه می‌شوند. اسید نیتریک بندرت بکار برده می‌شود، زیرا خاصیت آن بعنوان یک اکسنده ، عامل بالقوه‌ای برای واکنشهای جانبی ناخواسته است.

باید بخاطر داشت که محلولهای گرم و غلیظ اسید سولفوریک و اسید پرکلریک نیز عوامل اکسنده مستعدی هستند و بنابراین پرخطرند.

بنابرین ، خوشبختانه ، محلولهای رقیق این واکنشگرها نسبتا بی‌خطرند و می‌توانند بدون احتیاطهای خاص بجز محافظت چشم ، در آزمایشهای شیمی تجزیه‌ای بکار برده شوند. محلولهای استاندارد بازی معمولا از هیدروکسید سدیم ، هیدروکسید پتاسیم و گهگاه از هیدروکسید باریم تهیه می‌شوند. مجددا ، هنگام کار با این واکنشگرها و محلولهای آنها باید همیشه چشمها محافظت شوند.

نظریه رفتار شناساگر
بسیاری از اجسام طبیعی و سنتزی ، رنگهایی از خود نشان می‌دهند که به PH محلولی که این اجسام در آن حل شده‌اند، بستگی دارند. برخی از این اجسام که طی قرنها برای نشان دادن خاصیت قلیایی یا اسیدی آب بکار برده شده‌اند، در سالهای اخیر بعنوان شناساگر اسید و باز بکار گرفته می‌شوند. بطور کلی ، شناساگرهای اسید و باز ، اسیدها و بازهای ضعیف آلی هستند که بسته به تفکیک یا تجمع ، متحمل تغییرات ساختاری درونی می‌شوند که به تغییر در رنگ منجر می‌شود.

کاربردهای نوعی تیتراسیونهای خنثی‌شدن
تیتراسیونهای خنثی‌شدن در اندازه گیری آن دسته از گونه‌های بی‌شمار معدنی ، آلی و زیستی که خواص اسیدی یا بازی ذاتی دارند بکار برده می‌شوند. ولی کاربردهای بسیاری به همان اندازه اهمیت وجود دارند که در آنها ترکیب مورد تجزیه با یک واکنشگر مناسب به یک اسید یا باز تبدیل و سپس با یک باز یا اسید قوی استاندارد تیتر می‌شود.

دو نوع عمده از نقاط پایانی بطور گسترده در تیتراسیونهای خنثی‌شدن بکار برده می‌شود. نوع اول یک نقطه پایانی بصری است و بر پایه تغییر رنگ شناساگر قرار دارد. نوع دوم یک نقطه پایانی پتانسیومتری است که در آن پتانسیل یک سیستم الکترود شیشه - کامومل با یک وسیله اندازه گیری ولتاژ تعیین می‌شود. پتانسیل اندازه گیری شده مستقیما متناسب با PH است.
تجزیه عنصری
تعدادی از عناصر مهم را که در سیستمهای آلی و زیستی دخالت می‌کنند، می‌توان به سهولت با روشهایی که در مرحله پایانی به یک تیتراسیون اسید و باز ختم می‌شوند، اندازه گیری کرد. عموما عناصری که قابلیت این نوع تجزیه را دارند، غیر فلزند و شامل کربن ، نیتروژن ، گوگرد ، کلر ، برم ، فلوئور و چند گونه نامتداول دیگرند. در هر مورد ، عنصر به یک اسید یا باز معدنی تبدیل و متعاقبا تیتر می شود.

بعنوان مثال ، نیتروژن در بسیاری از مواد با اهمیت در پژوهش ، صنعت ، کشاورزی یافت می‌شود. مثلا نیتروژن در اسیدهای آمینه ، پروتئینها ، داروهای سنتزی ، کودهای شیمیایی ، مواد منفجره ، خاک ، آبهای آشامیدنی و رنگها وجود دارد. پس روشهای تجزیه‌ای برای تعیین نیتروژن بویژه در مواد آلی از اهمیت بسیاری برخوردارند.

اندازه گیری مواد معدنی
تعداد زیادی از گونه‌های معدنی را می‌توان توسط تیتراسیون با اسیدها یا بازهای قوی اندازه گیری کرد. بعنوان مثال ، نمکهای آمونیوم را می‌توان بسادگی با تبدیل به آمونیاک توسط باز قوی و سپس تقطیر در دستگاه کلدال اندازه گیری کرد. آمونیاک طبق روش کلدال جمع آوری و تیتر می‌شود. روشی را که برای نمکهای آمونیوم بیان شد، می‌توان برای اندازه گیری نیترات و نیتریت معدنی تعمیم داد.

تعیین گروههای عاملی آلی
تیتراسیونهای خنثی‌شدن برای سنجش مستقیم و غیر مستقیم انواع گروههای عاملی آلی روشهای ساده‌ای را فراهم می‌کنند.

کاربرد واکنشهای خنثی شدن در محیط غیر آبی
دو نوع از ترکیباتی را که در محیط آبی قابل تیتر کردن نیستند، می‌توان با تیتراسیون خنثی‌شدن در حلالهای غیر آبی مناسب اندازه گیری کرد. دسته اول ، اسیدها و بازهای آلی با وزن مولکولی زیادند که انحلال‌پذیری محدودی در آب دارند. نوع دوم ترکیبات معدنی یا آلی هستند که از نظر اسید و باز آنقدر ضعیف هستند ( یا کوچکتر از ) که نقاط پایانی رضایتبخشی در محیط آبی ارائه نمی‌دهند.

مثالهایی از این دسته عبارتند از آمینهای آروماتیک ، فنلها و نمکهای مختلفی از اسیدهای معدنی و کربوکسیلیک. اغلب ترکیباتی که نقاط پایانی رضایت بخشی در آب ندارند، در حلالهایی که خاصیت اسیدی یا بازی آنها را افزایش می‌دهند نقاط پایانی تیزی را ارائه می‌دهند.

هر چند تیتراسیونهای غیر آبی ، اندازه گیری گونه‌ای را که در آب قابل تیتراسیون نیست، امکان پذیر می‌سازند، معایب چندی نیز در استفاده از آنها وجود دارد. معمولا حلالها ، گران و اغلب فرار و سمی‌اند. همچنین اکثر آنها ضرایب انبساط کاملا بزرگی دارند و کنترل بیشتری دمای واکنشگر برای جلوگیری از بروز خطاهای نامعین در اندازه گیری حجم لازم است.
(منبع سایت دانشنامه رشد)

اگر علاقه مند هستید می توانید مطالب زیر را نیز که از سایت سرمد طب استخراج شده است را نیز مطالعه بفرمایید:
تیتراسیون یعنی شمارش

همانند روش گراویمتری تیتراسیون نیز یكی از روشهای قدیمی در شیمی تجزیه می باشد . كه هر دوی این روشها مبتنی بر واكنش شیمیایی می باشند.

در این روش حجم محلول استاندارد ( تیترانت ) مصرفی، جهت واكنش كامل با ماده مجهول (آنالیت) اندازه گیری می شود كه این حجم مبین مقدار ماده مجهول می باشد.

از آن زمان كه لوشمیت و آووگادرو فهمیدند كه یك گرم مولكول از ماده حاوی مقدار مشخصی ذره است محلول استاندارد ( تیترانت ) از حل كردن وزن مشخصی از ماده بدست آمد . این بدان معنی است كه اندازه گیری حجم مشخصی از تیترانت در طی تیتراسیون می تواند شمارش تعداد مشخصی ذره از ماده مجهول ( آنالیت ) باشد. بدین ترتیب تیتراسیون همان شمارش است .

با وجود روشهای دستگاهی و غیر دستگاهی فیزیكی و شیمیایی جدید امروزه هنوز تیتراسیون به عنوان یكی از روشهای تجزیه ای كمی، در استانداردها جای دارد كه این حفظ موقعیت را می توان به دلایل زیر دانست .

· سادگی انجام تیتراسیون : دستگاهها و روشها ساده بوده و به راحتی مهیا می گردند . اساس تیتراسیون شناخته شده و به راحتی قابل یادگیری است.

· تیتراسیون یكی از روشهای قاطع برای اندازه گیری آنالیت است و نتایج آزمایشات به صورت مستقیم می تواند مقدار كمی ماده مجهول مورد اندازه گیری را تعیین كند این روش به مانند روش های اسپكتروسكوپی یا فتومتری نیاز به كالیبراسیون ندارد.

· تیتراسیون به سرعت انجام می پذیرد : زمانی كه نتیجه گیری سریع برای شما مهم باشد این روش می تواند در وقت شما نسبت به روشهای دیگر آنالیز كمی، صرفه جویی قابل ملاحظه ای را انجام دهد.

· تیتراسیون متضمن نتایج با صحت و دقت بالا می باشد.

معمولا" تكرار پذیری اكثر تیتراسیون ها كه با واحد انحراف استاندارد نسبی اندازه گیری می شوند زیر یك درصد می باشند.

· تیتراسیون قابلیت اتوماسیون نیز دارد:

تیتراسیون در حد بالایی قابلیت اتوماسیون دارد این بدان معناست كه در آنالیز نمونه های روتین بسیار مناسب است

· تیتراسیون خیلی مقرون بالصرفه است :

در قیاس با سایر روشهای آنالیز كمی، این روش هزینه كم و كارایی بالایی دارد .

و اما نوع دیگری از تیتراسیون وجود دارد که منگانومتری نامیده می شود.
منگانومتری. به تیتراسیونهای اکسایش کاهش که از پرمنگنات پتاسیم به عنوان تیترانت استفاده می شود منگانومتری می گویند.


تیتراسیونهایی که در آن پرمنگنات پتاسیم با ترکیباتی نظیر اگزالات واکنش داده می شود، دارای واکنش مشابه واکنش زیر می باشند:


M: 2MnO4{-} + 16 H{+} + 5 C2O4{2-} => 2 Mn{2+} + 8 H2O + 10 CO2

پرمنگنات پتاسیم یا پتاسیم پرمنگنات یک اکسید کننده قوی است و در اکثر واکنشهای شیمیایی از جمله در تیتراسیونهای اکسایش -کاهش بعنوان عامل اکسید کننده استفاده می‌شود. نام آیوپاک آن پتاسیم منگنات (VII) است. وزن مولکولی پرمنگنات پتاسیم 158.04gr/mol، شکل آن منشوری ، جامد ، به رنگ ارغوانی تیره ، محلول آبی آن به رنگ صورتی و ترکیبی بدون بو است. این ترکیب بدلیل خاصیت اکسید کنندگی بسیار خورنده است.

پرمنگنات پتاسیم برای اولین بار در سال 1659 کشف شد. ابتدا بعنوان پودر فلاش در عکاسی استفاده می‌شد.
همانطور که شما ذکر کردیدُ پرمنگنات پتاسیم بر دست یا لباس ایجاد لکه قهوه ای می‌کند بنابر این در استفاده از آن باید احتیاط کرد. لکه روی لباس حاصل از این ماده را می‌توان بوسیله اسید استیک یا اسید کلریدریک پاک کرده و با شستشو با آب رفع کرد. لکه ایجاد شده روی پوست پس از 48 ساعت از بین می‌رود. بعلت خاصیت خورندگی در پوست ایجاد سوزش می‌کند و در صورت خورده شدن می‌تواند باعث التهاب و آسیب به معده شود.

پرمنگنات پتاسیم بدلیل ارزان بودن در واکنشهای شیمیایی که به معرف اکسید کننده نیاز باشد، استفاده می‌شود. بعنوان معرف در آزمون بایر برای شناسایی آلکنها از سایر ترکیبات استفاده می‌شود. آلکنها رنگ بنفش محلول سرد و رقیق پرمنگنات را از بین می‌برند. البته برخی از مواد مانند آلکینها و آلدمیدها هم به این آزمون جواب مثبت می‌دهند.

کاربرد
مهمترین کاربرد پرمنگنات پتاسیم بعنوان عامل اکسید کننده است. بعنوان ضدعفونی کننده و برای رفع بوهای نامطبوع هم کاربرد دارد. پرمنگنات پتاسیم برای رفع نوعی بیماری انگلی در ماهیها استفاده می‌شود. همچنین در تصفیه آبهای آشامیدنی بعنوان عامل حذف کننده فسفر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای تولید کوکائین صد در صد خالص از این ماده استفاده می‌شود.

محلول رقیق 0.25 درصد آن می‌‌تواند بعنوان دهان‌شویه مورد استفاده قرار گیرد و محلول یک درصد آن را می‌توان برای ضدعفونی کردن دستها بکار برد. به همراه آب می‌تواند بعنوان کاتالیزور همراه T - stoff در پیشرانه راکتها استفاده شود و همچنین بعنوان معرف برای تعیین عدد کاپا در تهیه کاغذ از خمیر چوب استفاده می‌شود. این ترکیب بعلت رنگی بودن در صنایع رنگ‌سازی و پیگمان‌سازی هم کاربرد دارد.


به مطلب زیر در مورد تیتراسیونهای اکسایش کاهش توجه بفرمایید:

در تیتراسیونهای معمولی مانند تیتراسیون های خثی شدن، به عنوان مثال یک اسید باغلظت نامعین، به وسیله بازی با غلظت کاملا، معین تیتر می شود. نقطه ی هم ارزی، نقطه ای است که در آن کاملاً تعداد یونهای H+ با تعداد یونهای OH- هم ارز یا برابر می شود. یک شناساگر به محلول اضافه می شود که در نقطه ی pH خنثی تغییر رنگ می دهد. در این زمان افزودن حجم باز قطع می شود و از روی مقدار حجم مصرفی باز، غلظت اسید باحجم معین را می توان محاسبه نمود.
تیتراسیون های اکسایش کاهش بر اساس اکسایش یا کاهش مواد بنا شده اند. فرآیند اکسیداسیون (اکسایش)فرآیندی است که در آن یک جسم (اکسید کننده) الکترون می‌گیرد و عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد.
فرآیند احیا (کاهش)فرایندی است که در آن یک جسم (احیا کننده) الکترون از دست می‌دهد و عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد.
مثالی از واکنشهای اکسایش و کاهش
بر این اساس ، واکنش زیر یک واکنش اکسایش و کاهش می‌باشد. چون عدد اکسایش اتم S از صفر به +4 افزایش پیدا می‌کند و می‌گوییم گوگرد اکسید شده است و عدد اکسایش اتم O از صفر به -2 کاهش پیدا کرده است و می‌گوییم اکسیژن کاهیده شده است:

S + O2 → SO2

که در آن ، در طرف اول عدد اکسیداسیون هر دو ماده صفر و در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون گوگرد در ترکیب +4 و اکسیژن ، -2 است.

اما در واکنش زیر اکسایش- کاهش انجام نمی‌شود، زیرا تغییری در عدد اکسایش هیچ یک از اتمها به وجود نیامده است:

SO2 + H2O → H2SO4

که در SO2 ، عدد اکسیداسیون S و O بترتیب ، +4 و -2 و در آب ، عدد اکسیداسیون H و O بترتیب +1 و -2 و در اسید در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون H و S و O بترتیب ، +1 ، +4 و -2 است.
عامل اکسنده و عامل کاهنده
با توجه به چگونگی نسبت دادن اعداد اکسایش ، واضح است که نه عمل اکسایش و نه عمل کاهش بتنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده ای دیگر ، اکسید گردد، ماده کاهیده شده ، سبب اکسایش است و لذا عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم.

بعلاوه در هر واکنش ، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر ، باید برابر مجموع کاهش عدد اکسایش عناصر دیگر باشد. مثلا در واکنش گوگرد و اکسیژن ، افزایش عدد اکسایش گوگرد ، 4 است. تقلیل عدد اکسایش ، 2 است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش کل ، 4 است.

در تیتراسیونهای اکسایش –کاهش نیز
اکثر شناساگرهای مورد استفاده در تیتراسیونهای اکسایش-کاهش خود عوامل اکسنده یا کاهنده اند که به جای حساس بودن به تغییر غلظت، نسبت به تغییر پتانسیل سیستم جواب می دهند. به این دلیل در عمل به جای تابع P مانند pH، پتانسیل الکترود سیستم را در محور yهای منحنی برای یک تیتراسیون اکسایش-کاهش رسم می کنند. این پتانسیل E از معادله ی نرنست به دست می آید.
فرم و شکل کلی منحنی تیتراسیونهای اکسایش-کاهش با تیتراسیونهای خنثی شدن تفاوتی ندارد.


پیروز و سربلند باشید.

مشاور : خانم ايلي | پرسش : پنج شنبه 9/2/1389 | پاسخ : شنبه 11/2/1389 | پیش دانشگاهی | دانشجو | 22 سال | شيمي | تعداد مشاهده: 10530 بار

تگ ها :

UserName