Индикаторы. Йодометрия. Рабочие растворы

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство науки и образования Российской Федерации

образовательное учреждение высшего образования

Ивановский Государственный Химико-Технологический Университет

Факультет: неорганической химии и технологии

Кафедра: неорганической химии

Реферат

«Индикаторы. Йодометрия. Рабочие растворы»

Выполнил:

студент 1 курса 35 группы

Бодров Александр Андреевич

Преподаватель:

Фомина Надежда Александровна

Иваново 2017г.

Введение

Издревле люди пытались изучить свойства химических реакций. Для этого они придумали различные методы, это и йодомерия и, конечно же, различные индикаторы.

Индикаторы

Индикатор -- это соединение, позволяющее визуализировать изменение концентрации какого-либо вещества или компонента, например, в растворе при титровании, или быстро определить pH и др. параметры.

Существуют также химические индикаторы для самых различных специальных целей, например, для определения дозы облучения.

По технике применения различают внутренние и внешние индикаторы. Более распространенные внутренние индикаторы непосредственно вводят в титруемый раствор. Внешние индикаторы применяют тогда, когда нельзя использовать внутренние. С помощью внешних индикаторов полноту оттитрования проверяют в пробах (каплях), последовательно отбираемых из титруемого раствора на часовое стекло или фарфоровую пластинку. химический индикатор йодометрия титрование

По обратимости возникновения или исчезновения внешнего эффекта реакции различают обратимые и необратимые индикаторы. Обратимые индикаторы -- это соединения, способные существовать в двух или более формах, причем переход одной формы в другую обратим. Большинство известных индикаторов относятся к этому типу. Например, индикатор метиловый оранжевый окрашен в желтый цвет в щелочной среде, а в кислой -- в красный. Переход желтой формы в красную может происходить любое число раз в зависимости от изменения рН раствора, т.е. в зависимости от недостатка или избытка введенного титранта или определяемого вещества.

Необратимые индикаторы -- это соединения, которые разрушаются при введении избытка реагента и окраска которых не восстанавливается добавлением анализируемого раствора. Тот же метиловый оранжевый может быть примером необратимого индикатора в окислительно-восстанови-тельных реакциях. Одна избыточная капля титранта окислителя необратимо обесцвечивает индикатор. Необратимые индикаторы менее удобны и применяются редко.

Применение индикаторов

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких или газообразных сред, следить за изменением их состава, или за протеканием химической реакции.

Широко используются кислотно-основные индикаторы, разбавленные растворы которых обладают способностью заметно изменять цвет, в зависимости от кислотности раствора. Причина изменения цвета -- изменения в строении молекул индикатора в кислой и щелочной среде, что приводит к изменению спектра поглощения раствора.

Для определения состава газовых сред используют индикаторные бумажки и индикаторные трубки.

Виды индикаторов

Индикаторы различают по типу реакции титрования, для регистрации окончания которой их применяют.

1. Кислотно-основные индикаторы - изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора

2. Универсальные индикаторы - смесь нескольких индикаторов, приобретающих различную окраску при нескольких значениях рН, что позволяет судить о величине рН по всему диапазону шкалы. Индикаторы выбирают с помощью теоретических кривых титрования.

3. Редокс-индикаторы, Ох- и Red-формы которых имеют различный цвет

4. Металлоиндикаторы (металлохромные) используют в комплексонометрическом титровании. Это органические красители, которые образуют окрашенные комплексы с ионами металлов. Краситель и его комплекс различаются по окраске. Избыток титранта разрушает комплекс, в результате краситель выделяется в свободном виде и окрашивает раствор в свой цвет в КТТ (МЭ). Адсорбционные индикаторы

5. Флуоресцентные индикаторы - это вещества, применяемые для кислотно-основных титрований мутных или сильно окрашенных р-ров, у которых при освещении УФ-лучами при определенном значении рН появляется (или исчезает) флуоресценция, или же изменяется ее цвет или оттенок.

6. Хемилюминесцентные индикаторы излучают собственный свет в процессе окислительно-восстановительных реакций, при реакциях нейтрализации. Удобны при титровании сильноокрашенгшх растворов. К ним относятся люминол, лофин, люцигении, силоксен.

7. Специфические индикаторы позволяют обнаружить только одно конкретное вещество. Например, крахмал образует синие адсорбционные комплексы с I2, тиоцианат-ионы (CNS-) образуют красные комплексы с Fe3+ -ионами и т.д. Для обнаружения КТТ (МЭ) может применяться один индикатор-индивидуальный .

8. Смешанный индикатор -- это смесь двух разных индикаторов или смесь, состоящая из индикатора и нейтрального красителя, окраска которого не изменяется при разных рН (например, метиловый оранжевый с индиго-кармином). Смешанные индикаторы применяют, чтобы сделать переход окраски более контрастным.

9. Осадительные индикаторы приводят к образованию осадка с избытком титранта. Примером такого индикатора может служить К2 СrО4, добавляемый в виде нескольких капель к раствору хлорида, титруемому раствором АgNО3. Аg+ -ионы осаждают как Cl-, так и CrO42-, но поскольку растворимость AgCl значительно меньше Ag2 CrO4, то хромат серебра не осаждается пока не будут связаны все хлорид-ионы. МЭ определяется по моменту, когда чисто-белый осадок AgCl принимает кирпичный оттенок Ag2 CrO4 от одной избыточной капли титранта.

Йодометрия. Рабочие растворы.

Сущность метода

Йодометрия является одним из распространенных методов количественного анализа, обусловлено это высокой точностью метода и высокой чувствительностью индикатора. С помощью этого метода можно определять окислители, восстановители и кислоты, используя различные методы титрования (прямое, обратное и косвенное). Рабочими растворами метода йодометрии являются: титрант-окислитель (раствор I2) и титрант восстановитель (раствор тиосульфата натрия) /(титрование-это метод количественного/массового анализа, который часто используется в аналитической химии, основанный на измерении объёма раствора реактива точно известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Титрование -- процесс определения титра исследуемого вещества).

Основная реакция метода

2Na₂S₂O₃+I₂ - 2NaI+Na₂S₄O₆

2 S₂O₃^2- -2e - S₄O₆^2-

I₂ +2e - 2I^-

f экв. Na₂S₂O₃ =1/1;fэкв.I₂= 1 /2

Приготовление раствора титранта

Рабочим раствором называется раствор, с помощью которого проводится титриметрическое определение, т. е. это раствор, которым титруют. Чтобы проводить определение с помощью рабочего раствора, надо знать его точную концентрацию.

Стандартные растворы йода готовят из фиксаналов или навесок кристаллического йода.

mI₂=M1/zI₂·C_э·V(л) Йод плохо растворяется в воде: при 20⁰С в 100 мл Н₂О растворяется всего 0,029 г I_2. Его растворимость значительно повышается в присутствии йодит-ионов, что связано с образованием комплексных трийодитионов:I₂+I^-= [I₃^-]

Поэтому навеску кристаллического йода растворяют в небольшом объеме КI (масса КI должна быть в 2-3 раза меньше массы навески йода), затем добавляется дистиллированная вода до необходимого объема. Точная концентрация полученного раствора определяется с помощью стандартного раствора натрия тиосульфата.

Из-за летучести йода и способности йодид-ионов окисляться кислородом воздуха, особенно на свету, приготовленный раствор рекомендуется хранить в прохладном месте, в темной, плотно закрытой посуде.

Стандартные растворы натрий тиосульфата обычно готовят из фиксанала или из навески кристаллического Na₂S₂O₃·5 Н₂О.

m=C_э·М 1/z·Na₂S₂O₃·5 Н₂О·V(л)

При хранении концентрация растворов Na₂S₂O₃ изменяется вследствие взаимодействия его с СО₂ и О₂, растворенными в Н₂О, а также в результате частичного разложения под действием попадающих в раствор тиобактерий.

Точная концентрация растворов Na₂S₂O₃ устанавливается по навескам х.ч. калий дихромата K₂Cr₂O₇ или кристаллического свежвозогнанного йода.

Определение состояния эквивалентности

Точка эквивалентности при йодометрическом титровании может определяться:

а) безиндикаторным - по исчезновению желтой окраски самого йода, которая заметна для глаз при содержании I₂ в растворе около 5·10-5моль/л;

б) с помощью специфического индикатора-крахмала, образующего с йодом (I₂), интенсивно окрашенный в синий цвет йода - крахмальный комплекс. Обычно используют 0,5 -1% водные растворы крахмала.

Факторы, влияющие на точность результатов йодометрического титрования

Достоверность результатов йодометрического титрования зависит от ряда факторов:

- от значения кислотности среды титруемого раствора,

- температуры раствора,

- момента введения индикатора.

Рассмотрим влияние каждого из перечисленных факторов отдельно.

рН растворов

Результаты анализа сильно зависят от значения рН титруемого раствора. Оптимальным является титрование нейтральных или умеренно кислых растворов.

В щелочной среде (рН>7,5) точность анализа снижается из-за параллельных процессов:

а) диспропорционирование йода:

I₂+ 2ОН^-> 2I^-+IO^-+H₂O

б) частичного окисления ионов S₂O₃^-2 до сульфид ионов под действием, образующихся в щелочной среде гипоиодит-ионов:

S₂O₃^-2+ 2ОН^-+ 4 IO^- > 2 SO₄^2-+ H₂O +4I^-

Оба процесса нарушают стехиометрию взаимодействия йода с тиосульфатом и искажают результат анализа.

В сильнокислой среде ионы I^-, всегда присутствующие в приготовленных растворах йода, легко окисляются кислородом воздуха:

2I^-+O₂+ 4H⁺=I₂+ 2H₂O

Следствием этой реакции является, увеличение концентрации титранта, что также сказывается на результате титрования.

В каждом отдельном анализе подбирается определенное значение рН (но всегда < 7,5), зависящее от природы анализируемых веществ.

Температура

Йодометрическое титрование рекомендуется проводить при комнатной температуре. При повышении температуры точность результатов значительно уменьшается из-за потери йода вследствие его летучести и уменьшения чувствительности крахмала к йоду.

Момент введения индикатора

Результат титрования зависит от концентрации йода (I₂) в пробе в момент введения индикатора:

- при высокой концентрации йода крахмал частично им окисляется, кроме того, при большом избытке йода повышается устойчивость йодокрахмального комплекса, что снижает скорость взаимодействия йода с тиосульфатом. Поэтому крахмал, в отличие от других индикаторов, не добавляют в пробу перед началом титрования. Большую часть титрования рекомендуется проводить без индикатора, контролируя ход титрования по изменению интенсивности собственной окраски йода в растворе. Когда основное количество йода вступит в реакцию и раствор станет светло-желтым, вводят крахмал и заканчивают титрование в момент исчезновения голубой окраски раствора.

После введения крахмала титрант (Na₂S₂O₃) добавляется строго по каплям при интенсивном перемешивании раствора после каждой добавленной капли.

Йодометрическое определение восстановителей

В зависимости от природы восстановителя используют прямое и обратное титрование. Прямое используется для сильных восстановителей (у которых Е⁰ имеет низкие значения). Таких веществ немного - это тиосульфаты, сульфиды, цианиды, арсениты.

Большинство восстановителей (слабые восстановители, летучие или нестойкие в растворах вещества) определяют обратным титрованием. При этом используют два титранта: титрант - окислитель (I₂) и титрант восстановитель (раствор тиосульфата натрия). Для примера рассмотрим определение количественного содержания аскорбиновой кислоты (витамин С). К пробе анализируемого раствора прибавляют избыточный точно отмеренный объем раствора йода. При этом вся аскорбиновая кислота окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты С₆Н₆О₆:

С₆Н₈О₆+I₂= С₆Н₆О₆+ 2HI

I₂ + 2e> 2I^-Z=2fэкв. =1/2

С₆Н₈О₆-2e> С₆Н₆О₆ +2H⁺ Z=2;fэкв. =1/2

Избыток I₂ оставшегося после окончания реакции оттитровывается титрантом восстановителем, а именно раствором Na₂S₂O₃ до состояния эквивалентности, т.е. до обесцвечивания крахмала:

I₂+Na₂S₂O₃ > 2NaI+Na₂S₄O₆

Содержание аскорбиновой кислоты рассчитываем по известным формулам, например ч/ з сложный титр:

1. Определяем объем избытка йода:

V_изб=C_этиос.·Vтиос. /С_эI₂

2. VI₂/ аск. =Vобщ. -Vизб.

mаск. к-ты= ТI₂/ аск.-к-те·VизбI₂= С_эI₂· М 1/zаск. Кк-ты·VI₂/аск. /1000

В медико-биологической и санитарно-гигиенической практике обратное титрование используется для определения количественного содержания в воздухе или в воде ряда токсичных восстановителей: формальдегида, сероводорода, оксида серебра (1V). Также определяется содержание анальгина, фурацина, метионина, пенициллина, соединений ртути (1) в лекарственных препаратах.

Йодометрическое определение окислителей

Определение окислителей основано на использовании сильных восстановительных свойств ионов I^-. Йодидами легко восстанавливаются различные окислители: О₂, О₃, С1₂,Br_2, KMnO₄,MnO₂, органические перекиси, соединения меди, мышьяка и др.

Определение окислителей проводят по методу заместительного (косвенного) титрования. Раствор, содержащий окислитель, обрабатывают неконтролируемым избытком калия иодида, а выделившийся при этом йод (I₂) в количестве, эквивалентном содержанию окислителя, оттитровывают до состояния эквивалентности титрантом-восстановителем (растворNa₂S₂O₃).

В этом случае при анализе протекают две основные реакции:

а) к окислителю добавляют избыток KI, выделившийся йод оттитровывается по второй реакции:

б) I₂ +2 Na₂S₂O₃ = 2 NaI + Na₂S₄O₆

Пример:

Йодометрическое определение содержания озона (О₃) в воздухе. Определенный объем воздуха, содержащий О₃, пропускают через подкисленный раствор иодида калия

О₃ +6KI + 3H₂SO₄ = 3I₂ + 3K₂SO₄

O₃ + 6H⁺ +6e = 3 H₂O ¦1 Z= 6 f= 1/6

2I^-- 2e=I₂¦3Z= 1f= 1

Выделившийся I₂, количество, которого строго эквивалентно количеству О₃, содержащемуся в воздухе, оттитровывают стандартным раствором Na₂S₂O₃:

I₂ +2 Na₂S₂O₃ = 2 NaI + Na₂S₄O₆

Расчеты

С_эокисл. = С_этио.·Vтио./Vанал.пробы

Аналогичным образом определяется содержание хлора в воде и в воздухе, содержание растворенного в воде кислорода, концентрацию арсенатов, содержание KMnO₄ в техническом препарате, никотиновой кислоты в растворах для инъекций и др.

Применение йодометрического метода в медицине

1. Определение количества аскорбиновой кислоты, формальдегида.

2. В клиниках определяют сахар в крови и фермент пероксидазу.

3. Определяют активный хлор в белильной извести.

4. Остаточный хлор в питьевой воде.

Вывод

В заключении можно сказать, что йодометрический способ исследования растворов является очень точным и довольно удобным методом. Стоит отметить, что данный метод применим даже в медицине.

Информационные источники:

1. Вайс е.Ф., Салмина а.Б. Общая и неорганическая химия Учебное пособие, для студентов 1 курса, обучающихся по специальности 060301-Фармация (заочная форма обучения) Красноярск 2013

2. http://megaobuchalka.ru/5/41168.html

3. https://ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru