تیتراسیون چیست ؟ | تیتراسیون اسید و باز | تیتراسیون پتانسیومتری | تیتراسیون الکل :
تیتراسیون چیست؟ این روش به افزودن آهسته ی یک محلول با غلظت معلوم (تیترانت) به حجم مشخصی از یک محلول دیگر با غلظت نامشخص گفته می شود. این فرایند تا زمانی ادامه می یابد که واکنش در نقطه ی هم ارزی به خنثی شدن برسد و با تغییر رنگ پایان واکنش اعلام گردد. به دست آوردن این نقطه ی پایانی با تغییر رنگ و با کمک شناساگر، قابل شناسایی خواهد بود. این فرایند به منظور تعیین غلظت گونه ی مجهول و همچنین مشخص کردن درصد خلوص مورد استفاده قر ار می گیرد. در این مقاله به توضیح کامل تیتراسیون اسید و باز، رسم منحنی و تفسیر آن ها، تفاوت های میان نوع مستقیم، غیر مستقیم ، برگشتی یا معکوس کاربرد های آن و خطاهای این روش بیشتر می پردازیم. پس با ما همراه باشید.
قبل از شروع به بحث در مورد این روش و نمودار های آن ، به بررسی اسید قوی /ضعیف و باز قوی/ضعیف توجه کنید:
اسید قوی در محلول به صورت یون هیدرونیوم تجزیه می گردد:
HCl + H2O → H3O+ + Cl–
اما اسید ضعیف همانند نوع قوی آن نمی تواند به طور کامل به شکل یون هیدرونیوم تجزیه گردد:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+
این فرایند برای باز ها نیز به صورت یون هیدروکسیل اتفاق می افتد:
NaOH → Na+ + OH-
اما باز ضعیف به صورت کامل در محلول به فرم OH- تبدیل نمی شود:
NH4OH ↔ NH4+ + OH–
مثالی از انواع ضعیف و قوی این مواد را می توانید در زیر مشاهده نمایید:
| اسید قوی | هیدروکلریک اسید(HCl)،سولفوریک اسید (H2SO4)، نیتریک اسید (HNO3) |
| اسید ضعیف | اسید استیک(CH3COOH)، هیدروفلوئوریک اسید (HF)،
اگزالیک اسید 2(COOH) |
| باز قوی | سدیم هیدروکساید (NaOH)، پتاسیم هیدروکساید (KOH)، لیتیم هیدروکساید (LiOH) |
| باز ضعیف | آمونیوم هیدروکساید (NH4OH)،آمونیوم (NH3) |
اسید ضعیف و باز ضعیف همیشه به صورت مزدوج در محلول ظاهر می شوند:
HA + H2O ↔ H3O+ + A–
در بالا HA اسید و A- باز مزدج HA به حساب می آید.
A– + H2O ↔ OH– + HA
در واکنش بالا –A باز و HA اسید مزدج –A به حساب می آید.
قاعده ی اساسی: اسید های ضعیف دارای باز های مزدوج قوی می باشند در حالی که باز های ضعیف دارای اسیدهای مزدوج قوی هستند.
همانطور که در دو واکنش بالا نیز مشاهده شد اگر HA اسیدی ضعیف باشد بنابراین A- باز قوی این فرایند به حساب می آید.
تیتراسیون یک تکنیک برای تعیین غلظت یک محلول ناشناخته و یا تعیین غلظت آن می باشد
همانطور که در بالا نیز نشان داده شده است یک محلول با غلظت شناخته شده (تیترانت) برای تعیین یک محلول با غلظت مجهول(نمونه یا آنالیت) به کار گرفته شده است. به طور معمول تیترانت (محلول با غلظت مشخص) از طریق بورت به حجم مشخصی از آنالیت به صورت قطره قطره افزوده می شود تا زمانی که واکنش کامل گردد
دانستن حجم تیترانت خوانده شده از روی بورت می تواند به ما در محاسبه ی غلظت آنالیت مورد نظر کمک نماید. اغلب یک شناساگر نیز برای تعیین پایان واکنش مورد استفاده قرار می گیرد. تیترانت و نمونه باید به گونه ای باشند که به صورت جفت اسید-باز انتخاب گردند.
در واقع تیتراسیون اسید و باز بر پایه ی تغییر pH واکنش صورت می پذیرد.
تیترانت: محلولی با غلظت مشخص که به محلولی دیگر با غلظت نامشخص اضافه می شود تا غلظت آن تعیین گردد.
آنالیت یا نمونه: محلولی که غلظت آن باید مشخص گردد.
نقطه ی هم ارز (نقطه ی اکی والان) : نقطه ای می باشد که در آن مقدار کافی ای از تیترانت ، جهت خنثی سازی کامل محلول نمونه افزوده شده است. در نقطه ی هم ارز در تیتراسیون اسید و باز تعداد مول های اسید برابر با تعداد مول های باز می باشد و محلول تنها از نمک و آب تشکیل می گردد:
HCl + NaOH → NaCl + H2O
شناساگر: برای آشنایی با شناساگر بهتر است بدانید این ماده یک اسید و یا باز ضعیف می باشد
که به محلول آنالیت افزوده می گردد و موجب می شود تا در هنگام رسیدن به نقطه ی اکی والان شاهد تغییر رنگ محلول باشیم.
در واقع نقطه ی اکی والان نشان می دهد که مصرف این مقدار حجم از تیترانت برای خنثی سازی آنالیت کافی بوده است.
نقطه ای که شناساگر موجب تغییر رنگ محلول می شود را نقطه ی پایانی می گویند.
بنابراین اضافه کردن یک شناساگر به ما کمک می کند نقطه ی اکی والان را در تیتراسیون اسید-باز به صورت بصری مشاهده نماییم.
نقطه ی پایانی: نقطه ای از تیتراسیون اسید و باز می باشد که در آن شاهد تغییر رنگ محلول توسط شناساگر هستیم.
نقطه ی هم ارزی بیشتر مفهومی ریاضی درد. در این نقطه غلظت یون های هیدروکسید و یون های هیدروژن موجود در محلول با یکدیگر برابر می باشند و محلول خنثی می گردد.
شما با مشاهده ی اولین تغییر رنگ در محلول می توانید پی ببرید که به نقطه ی هم ارزی رسیده اید. باید توجه نمود که نقطه ی پایانی فاصله ی اندکی با نقطه ی هم ارزی دارد. پابان واکنش و رسیدن به نقطه ی پایانی زمانی اعلام می گردد که تغییر رنگ در محلول ثابت گردد.
در ابتدا قبل از شروع به کار حجم آغازین بورت را یادداشت می کنیم و محلول های مورد نیاز را می سازیم و شناساگر مورد نظر را به محلول اضافه می کنیم .سپس شیر متصل به بورت را با دست چپ کمی باز می کنیم به طوری که محلول اسیدی موجود در آن قطره قطره به درون محلول سود موجود در ارلن افزوده شود . محلول موجود در ارلن را با دست راست نگه می داریم و مرتب تکان می دهیم. این کار را تا زمانی انجام می دهیم تا به نقطه ی هم ارزی برسیم.
در نقطه ی هم ارزی فنل فتالئین بی رنگ و متیل اورنژ نارنجی می گردد و این تغییر رنگ با تکان دادن محلول از بین نمی رود و رنگ ثابتی تشکیل می گردد.
حجم پایانی را نیز یاد داشت می کنیم و از اختلاف حجم نهایی مصرفی اسید موجود در بورت و حجم ابتدایی آن مقدار حجم مصرفی به دست می آید و از آن در محاسبات استفاده می نماییم.
نکته: برای بالا بردن دقت در آزمایش لازم است که تیتراسیون سه مرتبه تکرار گردد و میانگینی از حجم های به دست آمده به عنوان حجم تیتراسیون گزارش گردد.
نمودار های تیتراسیون از نقاطی شامل pH محلول آنالیت بر حسب حجم تیترانت افزوده شده در طی فرایند titration تشکیل می گردد.
فرض کنید آنالیت ما هیدروکلریک اسید با فرمول شیمیایی HCl و تیترانت مورد استفاده سدیم هیدروکساید با فرمول شیمیایی NaOH می باشد.
اگر شروع به رسم نقاط pH به دست آمده ی آنالیت بر حسب حجم NaOH مصرفی از بورت کنیم
نقطه ی 1:
در نقطه ی 1 به دلیل افزوده نشدن NaOH به محلول ، pH آنالیت پایین می باشد که عمدتا به دلیل وجود +H3O حاصل از تفکیک HCl است.
HCl + H2O → H3O+ + Cl–
از آنجایی که قطره قطره محلول سدیم هیدروکساید موجود در بورت به آنالیت افزوده می شود شاهد تغییر در pH و بالا رفتن آن می باشیم.
با افزوده شدن سدیم هیدروکساید یون هیدرونیوم با یون هیدروکسیل بازی وارد واکنش می شود
اما به دلیل غالب بودن مقدار یون هیدرونیوم، همچنان آنالیت اسیدی خواهد بود.
این pH درست در زمانی ثبت می شود که خنثی سازی کامل انجام نگرفته است.
این نقطه را نقطه ی اکی والان می نامند در این نقطه تعداد مول های اضافه شده ی سدیم هیدروکساید برابر با تعداد مول های HCl می باشد.
و در آن یون هیدرونیوم توسط یون هیدروکسید خنثی می گردد.
محلول در این pH تنها شامل نمک و آب می باشد پس بنابراین pH آن خنثی و برابر 7 خواهد بود.
HCl + NaOH ↔ NaCl + H2O
با ادامه پیدا کردن افزایش سود به محلول، pH افزایش پیدا می کند و محلول بازی می گردد.
زیرا هیدروکلریک اسید به طور کامل خنثی گردیده و شاهد افزایش یون هیدروکسید به دلیل تفکیک NaOH در محلول هستیم.
بعد از نقطه ی اکی والان: –NaOH→ Na++OH
نمودار های این تیتراسیون نیز همانند مورد قبلی می باشد با این تفاوت که در اول به دلیل اینکه آنالیت مورد استفاده سود می باشد شاهد بالا بودن pH هستیم و با افزودن اسید کاهش PH را شاهد خواهیم بود:
فرض کنید آنالیت ما سدیم هیدروکسید با فرمول شیمیایی NaOH و تیترانت مورد استفاده HCl می باشد.
اگر شروع به رسم نقاط pH به دست آمده ی آنالیت بر حسب حجم HCl مصرفی از بورت کنیم نمودار تیتراسیون آن به صورت زیر نشان داده می شود:
در نقطه ی 1 به دلیل افزوده نشدن HCl به محلول ، pH آنالیت بالا می باشد که عمدتا به دلیل وجود –OH حاصل از تفکیکNaOH است.
NaOH + H2O → Na+ + OH–
از آنجایی که قطره قطره محلول سدیم هیدروکساید موجود در بورت به آنالیت افزوده می شود
شاهد تغییر در pH و بالا رفتن آن می باشیم.
با افزوده شدن سدیم هیدروکساید یون هیدرونیوم با یون هیدروکسیل بازی وارد واکنش می شود
اما به دلیل غالب بودن مقدار یون هیدروکسیل، همچنان آنالیت بازی خواهد بود.
این pH درست در زمانی ثبت می شود که خنثی سازی کامل انجام نگرفته است
این نقطه را نقطه ی اکی والان می نامند در این نقطه تعداد مول های اضافه شده یHCl برابر با تعداد مول های سدیم هیدروکساید می باشد.
و در آن یون هیدروکسیل توسط یون هیدرونیوم خنثی می گردد.
محلول در این pH تنها شامل نمک و آب می باشد پس بنابراین pH آن خنثی و برابر 7 خواهد بود.
HCl + NaOH ↔ NaCl + H2O
با ادامه پیدا کردن افزایش HCl به محلول، pH کاهش پیدا می کند و محلول اسیدی می گردد.
زیرا سدیم هیدروکساید به طور کامل خنثی گردیده و شاهد افزایش یون هیدرونیوم به دلیل تفکیک HCl در محلول هستیم.
بعد از نقطه ی اکی والان: –HCl→ H3O++Cl
تیتراسیون های اسید – باز به همین جا ختم نمی گردد و انواع گوناگونی دارند که از انواع دیگر این تیتراسیون ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
در این مقاله تا به اینجا به بررسی نوع اسید و باز تیتراسیون پرداختیم. اما این روش انواع گوناگونی دارد که می توان به موارد زیر اشاره نمود.
در این فرایند مانند تیتراسیون اسید و باز، غلظت گونه ی مجهول را می توان محاسبه نمود با این تفاوت که در این فرایند غلظت گونه ی مجهول آنالیت، عامل اکسایش و یا کاهش می باشد. در همه ی انواع این تیتراسیون ها استفاده از شناساگر ضروری نمی باشد. در برخی موارد تیترانت خود می تواند به عنوان شناساگر عمل نماید. به عنوان مثال پتاسیم پرمنگنات می تواند شناساگر مناسبی در برخی فرایند های اکسایش و کاهش باشد و سبب تغییر رنگی مشهود از بی رنگ به ارغوانی ( حاصل از پرمنگنات های واکنش نکرده در محلول) گردد.
از معروفترین فرایندهای اکسایش کاهش می توان به یافتن غلظت یون های مجهول اهن دو ظرفیتی با کمک پتاسیم پرمنگنات اشاره نمود. واکنش این فرایند به شرح زیر می باشد:
5Fe2+(aq) + MnO4–(aq) + 8H+(aq) → 5Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4H2O
مستقیم:
در نوع مستقیم ماده ی تیتر شونده به طور مستقیم با تیترانت وارد واکنش می شود ( در بالا به تفسیر راجع به تیتراسیون مستقیم بحث گردید). بنابراین ، نقطه پایانی فرایند نشانگر پایان واکنش است. در نتیجه با استفاده از نقطه پایانی ، می توان مقدار ترکیب ناشناخته موجود در محلول نمونه را تعیین نمود.
غیر مستقیم:
در بعضی مواقع به خصوص زمانی که ماده ی مورد نظر نامحلول و ناپایدار است نمی توان به شیوه ی مستقیم میزان غلظت ماده ی مورد نظر را تعیین نمود. در اینجور مواقع از روش غیر مستقیم کمک می گیرند. در این فرایند ماده ای که قرار است غلظت آن تعیین گردد با ماده ای دیگری وارد واکنش می شود. ماده ی اصلی رسوب می کند و یا از محلول خارج می شود در نتیجه این ماده خود به طور مستقیم در فرایند تیتراسیون شرکت نخواهد داشت. در فرایند غیر مستقیم مقدار مول های ماده ی جایگزین محاسبه می شود و به مقدار گونه ی مورد نظر ربط داده می شود.
به عنوان مثال سنگ مرمر حاوی مقادیری کربنات کلسیم می باشد و شما می خواهید این مقدار را تعیین نمایید. برای این منظور سنگ مورد نظر را با ماده ای واکنش می دهیم که با کلسیم کربنات وارد واکنش شود و تمام کربنات موجود را حذف نماید. به عنوان مثال برای این کار از اسید نیتریک استفاده می کنیم. مطمئن شوید که شما دقیقاً می دانید چه مقدار اسید نیتریک در ابتدا اضافه کرده اید.
بخشی از آن اسید با کربنات واکنش نشان می دهد ، و بقیه ی آن باقی می ماند. بنابراین ، اگر می دانید در ابتدا چقدر اسید اضافه کرده اید و می دانید چه مقدار اسید باقی مانده است ، تفاوت آن دقیقاً در میزان اسیدی است که با کربنات واکنش نشان می دهد. در نتیجه مقدار مجهول به راحتی محاسبه می گردد.
مقدار اسید باقی مانده را می توان با تیتراسیون با یک باز مانند NaOH مشخص نمود.
نوع برگشتی یک روش تیتراسیون است که برای تعیین غلظت ناشناخته با استفاده از مقدار اضافی یک ترکیب با غلظت شناخته شده استفاده می شود. یک واکنش شیمیایی بین این ترکیبات وجود دارد. از آنجا که مقدار ترکیب با غلظت افزوده شده در حال حاضر مشخص است ، می توانیم با انجام یک تیتراسیون برعکسی مقدار ترکیبی که با ترکیب ناشناخته واکنش نشان داده است را تعیین کنیم.
به بیان دیگر همانطور که می دانید در تیتراسیون دو مولفه درگیر می باشد “تیترانت” و “تیتر شونده” . تیترانت محلولی با غلظت معلوم است. تیتر شونده آنالیت مورد نظر می باشد. این نمونه، از مواد با غلظت نامشخص تشکیل شده است و با محلول تیترانت وارد واکنش می شود.اما تیتراسیون برگشتی باعث واکنش مستقیم میان تیترانت و تیتر شونده نمی شود.
در ابتدا ما یک ترکیب اضافی به محلول نمونه اضافه می کنیم که منجر به انجام یک واکنش شیمیایی می شود. سپس مقدار باقی مانده را اندازه می گیریم. در ادامه یک مثال می زنیم تا با این فرایند بیشتر آشنا شوید:
به عنوان مثال ما یک محلول با یون های فلزی (با غلظت نا مشخص) داریم. در این صورت ما می توانیم برای آنالیز محلول از تیتراسیون برگشتی ادتا استفاده نماییم. در ابتدا مقدار اضافی ادتا را به محلول اضافه می نماییم. افزودن ادتا منجر به تشکیل کمپلکس یون فلز-ادتا می شود.
سپس مقدار باقی مانده ی ادتا موجود در نمونه با کمک محلول Mg2+ در حضور شناساگر EBT در طی فرایند تیتراسیون تعیین می شود. از آنجا که از قبل مقدار ادتای افزوده شده مشخص بوده است ما می توانیم میزان ادتا را که با فلز ناشناخته وارد واکنش شده است تعیین نماییم . در نتیجه با محاسبه میزان فلز موجود مشخص می گردد.
علاوه بر این روش برگشتی می تواند برای تشخیص دقیق نقطه ی پایانی مورد استفاده قرار بگیرد. بعضی اوقات ، به دلیل تغییرات سریع رنگ که در نقطه انتهایی رخ می دهد ، نمی توان نقطه پایانی را بدست آورد. در مواقعی شبیه به آن ، می توان از روش برگشتی برای به دست آوردن نقطه پایانی استفاده کرد.
این دو روش می توانند از نظر کاربرد نیز متفاوت باشند. روش مستقیم معمولا برای موادی به کار می رود که تغیییر رنگ آن ها در نقطه ی پایانی با چشم قابل مشاهده باشد. در روش معکوس می توان نقطه ی پایانی را با دقت بیشتری، به خصوص برای موادی که تغییر رنگ قابل مشاهده ای در تیتراسیون مستقیم ندارند استفاده نمود.
همانطور که پیش از این نیز اشاره گردید تیتراسیون روشی است که در شیمی برای اندازه گیری نسبت مواد شیمیایی موجود در محلول استفاده می شود. این روش به دلیل سادگی و خواص فراوانی که دارد در صنعت به وفور استفاده می شود. در ادامه با کاربرد های آن بیشتر آشنا می شویم:
کارشناسان محیط زیست معمولا میزان بارش و آلودگی های موجود در آن را مورد بررسی قرار می دهند. تعیین میزان آلودگی های موجود در هر بارندگی و با برف با کمک تیتراسیون انجام می پذیرد. این روش سریع است و نتایج دقیقی را نشان می دهد.از آنجایی که بیشتر فرآیندهای تیتراسیون به تجهیزات گران قیمت یا تخصصی احتیاج ندارند ، این آزمایش اغلب برای تعیین میزان الودگی های موجود در بارش گزینه ی مناسبی می باشد.
کیفیت آب به میزان مواد شیمیایی موجود در آن وابسته است.با تجزیه و تحلیل آب می توان میزان آلودگی و الزامات تصفیه ی را تعیین نمود. تیتراسیون مکانیسم اصلی در این تجزیه و تحلیل است. در این صنعت از روش های تیتراسیون پیچیده تری استفاده می شود. در ابتدا سطح آمونیاک موجود در ترکیب با سایر واکنش دهنده ها را اندازه گیری می نمایند تا در نهایت مقدار سایر مواد شیمیایی دیگر مشخص گردد.
ترکیباتی که محصولات غذایی را تشکیل می دهند در مقدار مغذی بودن آن نقش ویژه ای دارند. روش فوق تکنیکی است که در این مطالعات کمک می کند. به عنوان مثال ، اسیدیته آب پرتقال با استفاده از یک فرایند تیتراسیون استاندارد به راحتی تعیین می شود.در این فرآیند ، یک الکترود به محلول متشکل از آب پرتقال و آب دیونیزه شده اضافه می شود. سپس با کمک تیترانت اسیدیته ی آب پرتقال تعیین می گردد.تولیدکنندگان می توانند از این تکنیک برای بهبود کیفیت و جلب رضایت رضایت مشتری یا کسانی که نیازهای غذایی خاصی دارند استفاده کنند.
ساخت دارو و عرضه ی آن به بازار نیازمند دقت زیادی دارد و به اندازه گیری های خاص مواد شیمیایی موجود در دارو متکی می باشد. بنابراین می توان گفت روش فوق بخش مهمی از صنعت داروئسازی را تشکیل می دهد که با کمک ان می توان به کنترل کیفیت دارو های تولیدی پرداخت.
دفتر فروش: ۰۲۱۶۶۰۷۴۲۷۷
شماره تلگرام و واتس اپ : ۰۹۳۵۷۰۰۷۷۴۳
مدیریت : ۰۹۱۲۸۳۰۸۰۹۱
با تشکر از تیم پایان نامه من (بزرگترین سایت مشاوره پایان نامه و انجام پایان نامه در ایران)
