تیتراسیون اسید قوی- باز قوی

هدف آزمایش: تیتراسیون PH متری NaOH و HCl و رسم منحنی تیتراسیون مقدمه: ا لکتروشیمی چیست؟ الکتروشیمی مبحثی در شیمی است که درمورد تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریکی و بالعکس بحث می‌کند. در سلول‌های گالوانی، انرژی شیمیایی به الکتریکی تبدیل می‌شود. در سلول‌های الکترولیز انرژی الکتریکی به شیمیایی تبدیل می‌شود. سلول شیمیایی: هر سلول شیمیایی در واقع یک واکنش اکسایشی - کاهشی است. هر واکنش اکسایشی -کاهشی شامل دو نیم واکنش است. هر نیم واکنش یک الکترود می‌باشد. نیم واکنش اکسایش، آند ونیم واکنش کاهش، کاتد نام دارد. مثال در مورد یک سلول الکتروشیمیایی: یک ظرف شامل محلول سولفات مس که در آن تیغه مسی قرار دارد. Cu² + 2e →Cu یک ظرف شامل محلول سولفات روی که در آن تیغه‌ای از روی قرار دارد. Zn → Zn² + 2e اگر ظرف‌ها را با پل نمکی به هم و دو تیغه را نیز بهم وصل کنیم، جریان برق تولید می‌شود. Cu² + Zn → Zn² + Cu تئوری آزمایش:

پتانسیل سنجی potentiometric

اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل ما بین دو الکترود شناساگر و الکترود مرجع. الکترود شناساگریا اندیکاتور: پتانسیل آن وابسته به غلظت گونه در تماس با آن است. الکترود مرجع: الکترودی که پتانسیل دقیقاً معینی دارد. انواع الکترودهای مرجع: الکترود استاندارد هیدروژن - کالومل و نقره - نقره کلرید انواع الکترودهای شناساگر: الکترودهای فلزی، الکترودهای غشایی

انواع الکترودهای فلزی: الکترودهای مرتبه یک (کاتیون ها(Ag │Ag+ (X M) الکترودهای مرتبه دو (آنیون ها(Ag │KCl, AgCl) الکترودهای مرتبه سه (اکسایشی – کاهشی) (Pt │Fe3+ (X M)انواع الکترودهای غشائی :۱- الکترود شیشه PH، ۲-یون گزین (سایر کاتیونها) ۳- مایع غشائی ۴- جامد و رسوبی ۵-حساس به گاز انواع روش‌های اندازه‌گیری پتانسیومتری:۱- روش مستقیم: الف)- منحنی کالیبراسیون ب)- افزایش محلول استاندارد ۲- روش غیر مستقیم: الف) تیتراسیون‌های پتانسیومتری ب)- تیتراسیون‌های دیفرانسیلی تیتراسیون‌های PH- سنجی در این نوع تیتراسیون حجم معینی از محلول مجهول (اسید یا باز) در بشر می‌ریزیم. در داخل محلول الکترود ترکیبی PH را قرار می‌دهیم.nml از بورت به محلول بشربه صورت قطره قطره محلول استاندارد (باز یا اسید) اضافه می‌کنیم به ازاء هر افزایش محلول استاندارد، PH را می‌خوانیم. از روی نمودار PH بر حسب حجم محلولn استاندارد، نقطه هم‌ارزی تعیین می‌کنیم.

الکترود شیشه‌ای ترکیبی شامل:الکترودهای شیشه‌ای، الکترودهای مرجع داخلی و خارجی است. Ag │AgCl (s) │Cl-(aq) ││H+(aq) H+(aq) , Cl-(aq) │ Ag (aq) │AgCl (s) │Ag

نکات اولیه در PH سنجی: باید طبق دستورالعمل شرکت سازنده الکترود را نگهداری کرد. قبل از استفاده کردن از الکترود از سالم و پر بودن از محلول الکترولیت اطمینان حاصل کرد. دستگاه PH متر را بر اساس دستورالعمل‌های شرکت سازنده، با محلول‌های بافر با PH دقیقاً معلوم درجه بند ی (کالیبره) نمود. خطاها در اندازه‌گیری PH :خطای قلیایی در ۹خطا در محلول‌های خنثی، تعادل دیر برقرار می‌شود. انواع تیتراسیون‌های PH سنجی:اسید قوی - باز قوی؛ مثل اسید کلرید ریک با سود و یا بالعکس اسید ضعیف - باز قوی؛ مثل اسید استیک با سود و یا بالعکس باز ضعیف - اسید قوی؛ مثل آمونیاک با اسید کلرید ریک اسید ضعیف - باز ضعیف؛ مثل آمونیاک با اسید استیک روش‌های تعیین نقطه هم‌ارزی در تیتراسیون‌های PH متری و پتانسیل سنجی: الف)- رسم نمودار PH یا (E اختلاف پتانسیل) بر حسب حجم تیترا نت ب)- رسم نمودار بر حسب حجم تیترانت (V) ج)- رسم نمودار بر حسب حجم تیترانت(V) د)-روش Gran با توجه به شکل نمودار، انتخاب روش صحییح تعیین نقطه هم‌ارزی

روش‌های تعیین نقطه هم‌ارزی در نمودارهای PH بر حسب V :1-روش نصف کردن ۲-روش رسم بهتدین دایره ۳- روش رسم متوازی الاضلاع با توجه به شکل نمودار PH یاE(اختلاف پتانسیل) برحسب V باید یکی از روش‌های فوق را انتخاب نمود.

کالیبراسیون PH متر:

برای کالیبراسیون PHمتر ابتدا باید دمای محلول بافر را به دستگاه بدهیم زیرا PH با تغییر دما تغییر می‌کند چون غلظت با دما تغییر می‌کند. سپس دو بافر با PH4 و ۹ را در ۲ بشر می‌سازیم و الکترود دستگاه را در بافر ۴ قرار داده و با دکمهٔ Standard، PH را بر روی ۴ تنظیم می‌کنیم و سپس با بافر PH 9 هم این کار را انجام می‌دهیم؛ و بعد از انجام کالیبراسیون الکترود را با آب مقطر شسته و درون آب مقطر نگه داری می‌کنیم و تا آخر آزمایش دستگاه را خاموش نمی‌کنیم. (در این جا ما برای کالیبراسیون از بافر ۴ و ۷ استفاده کردیم). مواد مورد نیاز: ۱- اسید قوی (مجهول)، سود ۰٫۱ مولار ۲- بشر و ارلن ۳- استوانه مدرج ۴- مگنت ۵- بورت ۶- دستگاه PH متر و دستگاه همزن برقی ۷- شناساگر متیل اورنژ ۸- پیست پر از آب مقطر ۹- گیره ۱۰- الکترود شیشه

شرح آزمایش:

ابتدا اسید HClمجهول را داخل ارلن ۱۰۰سی سی ریختیم و بوسیله آب مقطر به حجم رساندیم. سپس بوسیله استوانه مدرج ۲۵ سی سی از اسید مجهول را برداشتیم و داخل بشر ریختیم و ۲قطره شناساگر متیل اورنژ اضافه کردیم که رنگ محلول قرمز رنگ شد. مگنت را در بشر انداختیم. ۵۰ سی سی هم آب مقطربه داخل بشر اضافه کردیم بشرراروی دستگاه همزن قرار دادیم. سپس الکترود شیشه را وصل کردیم و سر آنرا داخل بشر قرار دادیم آنگاه دستگاه PHمتر را بوسیلهٔ محلول بافر دارای ph=۷ وPH=۴ کالیبره کردیم. دستگاه همزن را روشن کردیم تا مگنت شروع به چرخش کند (باید دقت کنیم که مگنت با سر کالومل برخورد نکند) دستگاه PH متررا روشن کردیم. قبل از شروع تیتراسیون PH را خواندیم. برای انجام تیتراسیون ابتدا یک بورت تمیز که با آب مقطرآبکشی شده بود و داخل آن سود ریخته بودیم را بوسیله پایه دربالای بشرقرار دادیم بطوریکه زمانیکه شیر بورت را باز می‌کنیم، قطرات سود داخل بشر بریزد و بعد تیتراسیون را شروع کردیم، از یک تا ۱۰ سی سی را ۱ سی سی ۱ سی سی طی کردیم و بعد از۱۰ سی سی را بصورت ۰٫۲ سی سی طی کردیم. برای اینکه بتوانیم جهش هارا رویت کنیم. سپس از ۱۳سی سی به بعد باز دوباره ۱ سی سی ۱سی سی اضافه کردیم (فقط یک جهش داریم).

(رنگ محلول بعد از اضافه کردن میلی لیتر از سود به نارنجی تغییر یافت)PHهای بدست آمده را یادداشت می‌کنیم. نمودارها را رسم می‌کنیم:

تکالیف:

نقطه اکی والان را مشخص کنید (با کمک نمودارهای رسم شده) و با نقطه اکی والان حاصل از معرف شیمیایی مقایسه کنید؟

نقطه اکی والان به وسیلهٔ نمودار بر حسب سود مصرفی برابر ۱۱میلی لیتر بود اما نقطه اکی والان حاصل از معرف شیمیایی برابر میلی لیتر سود مصرفی بود.

غلظت اسید مجهول را به روش استوکیومتری بدست آورید؟

موارد خطا:

زمانی که مقادیر یک میلی لیتر محلول درون بورت را در بشر اضافه می‌کنیم باید کمی صبر نمود تا محلول درون بشر کمی هم زده شود و عدد نمایشگر PH ثابت شود سپس آن را یاد داشت می‌نماییم.

سوالات استاد:

۱) در PHمتر چند نوع الکترود به کار می‌رود؟

۲) چرا الکترود PHمتر در محیط آبی نگهداری می‌شود؟

۳) یونهای مزاحم در PHمتر اسید و باز چه یونهایی و چرا مزاحم هستند؟

۴) علت استفاده از پل نمکی چیست؟ ترکیب آن چیست؟ چرا از این ترکیب استفاده می‌شود؟

۵) علت کالیبره کردن الکترود شیشه چیست؟ از چه بافرهایی برای کالیبراسیون استفاده می‌شود؟

۶) انواع خطاها در اندازه‌گیری الکترود شیشه را نام ببرید و توضیح دهید؟

۷) در الکترود شیشه‌ای که با آن کار کردید الکترود شاخص و الکترود مرجع از چه جنسی بودند؟ جواب سوالات استاد:

۱) دو نوع الکترود به کار می‌رود :یک اتکترود اندیکاتور (شناساگر) و یک الکترود رفرنس (مرجع)

۲) الکترود در حالت عدم استفاده باید در محلول آبی نگهداری شود. به طوری که لایه ژل آبدار شیشه خشک نگردد و در نتیجه پاسخ پایداری در مراحل طولانی مدت به دست آید. در عمل، سطوح یک غشای شیشه‌ای باید آب پوشیده باشد تا اینکه بتواند نسبت به ph فعالیت نشان دهد. البته در صورت خشک شدن، پس از قرار گرفتن در آب به مدت چند ساعت، حساسیت آن دوباره برمی گردد.

۳) یونهای مزاحم، یونهای فلزات قلیایی موجود در محلول بازی هستند مانند یونهای تک بار مثبت Na چون اندازه کوچک دارند وارد لایه هیدراته می‌شوند و جایگزین هیدروژن می‌شوند به جای یون هیدروژن جایگزین می‌شوند بنا براین در محاسبه PH خطا ایجاد می‌شود.

۴) برای اتصال دو نیم سل یک پیل الکتروشیمیایی به جای صفحه تراوا می‌توان از پل نمکی استفاده نمود. پل نمکی لوله U شکل می‌باشد که داخل آن پر از محلول اشباع از KCL یا KI و یا KNO3 می‌باشد و دو سر آن را با پشم شیشه یا پنبه نسوز (به عنوان صفحه تراوا عمل می‌نماید) می‌گذاریم. استفاده از پل نمکی به جای صفحه تراوا بهتر می‌باشد.

۵) با استفاده مکرر ممکن است الکترود شیشه کارایی خوب خود را از دست بدهدلذا توصیه می‌شود که در این شرایط الکترود را با اسید HF رقیق بشوییم قابلیت صحیح کار کردن الکترود شیشه را باید با استاندارد کردن آن با دو محلول بافر در PHهای جداگانه (مثلا در ۴ و ۷) تصحیح نمود که به این عمل کالیبره کردن می‌گویند.

۶) خطای قلیایی :که در PH بالاتر از ۹ رخ می‌دهد؛ بنابراین PH گزارش شده کمتر از مقدار واقعی است. خطای اسیدی :در PH کمتر از ۰٫۵ رخ می‌دهد و PH گزارش شده بیش از مقدار واقعی است. خطا در محلول خنثی :تعادل دیر برقرار می‌شود

۷) الکترود مرجع: الکترودکالومل - الکترود شاخص:الکترود شیشه بود.

نتیجه‌گیری:

هر چه اسید وباز قوی تر باشند جهش در نقطه اکی والان زیادتر می‌شود و هر چه رو به ضعیف تر می‌رود جهش آن کمتر می‌شود بطوری که شاید تشخیص آن به سختی انجام شود.

منابع

a-h-chemistry87 دات بلاگفا دات کام