به نام خدا

آزمايش 1 :                    

سنجش اسيد قوي با سود

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 بوده و 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.

اسيدها و بازها

واژه هاي اسيد و باز به صورت هاي مختلف تعريف شده اند و هر كدام از اين تعاريف در ارتباط با نحوه ي نگرش ما به خاصيت قدرت اسيدي و بازي است.

بر طبق تعريف لوري- برونستد، اسيد ماده اي است كه پروتون از دست مي دهد و باز ماده اي است كه پروتون قبول مي نمايد. هنگامي كه سولفوريك اسيد در آب حل شود، اسيد H₂SO₄ به باز H₂O  يك پروتون (هسته هيدروژن) مي دهد و در نتيجه اسيد جديد H₃O⁺  و باز جديد HSO₄^- ايجاد مي گردد.

بر طبق تعريف لوري – برونستد، قدرت يك اسيد بستگي به تمايل آن به از دست دادن پروتون و قدرت يك باز بستگي به تمايل آن به قبول پروتون دارد. سولفوريك اسيد و هيدروژن كلريد اسيدهايي قوي هستند، زيرا به سادگي يك پروتون از دست مي دهند. بر عكس، يون بي سولفات، HSO₄^- ، و يون كلريد لزوماً بازهاي ضعيفي هستند. زيرا تمايل كمي به نگهداري پروتونها دارند.

بسياري از تركيبات آلي مثل آب، داراي اكسيژن بوده مي توانند مانند باز عمل نموده و پروتون قبول نمايند. به عنوان مثال اتيل الكل و دي اتيل اتر ايجاد يونهاي اكسونيم I و II را مي نمايند.

بر طبق تعريف لويس، باز ماده اي است كه مي تواند يك زوج الكترون براي ايجاد يك پيوند كووالانسي در اختيار بگذارد و اسيد ماده اي است كه مي تواند اين زوج الكترون را براي تشكيل يك پيوند كووالانسي بگيرد. از اين رو، اسيد پذيرنده يك زوج الكترون و باز دهنده يك زوج الكترون است. اين تعريف، اساسي ترين و كلي ترين تعريف از مفهوم اسيد و باز بوده و مفاهيم ديگر را نيز شامل مي شود.

يك پروتون يك اسيد است، زيرا كمبود الكتروني داشته و براي كامل كردن لايه ي ظرفيتش به يك زوج الكترون نيازمند است. يون هيدروكسيد، آمونياك و آب باز هستند، زيرا داراي زوج الكترون آماده براي اشتراك گذاشتن مي باشند.

از نظر لوري- برونستد يك مولكول براي اسيدي بودن بايد حاوي هيدروژن باشد. درجه قدرت اسيدي به ميزان وسيعي به نوع اتمي كه هيدروژن را نگاه مي دارد، و به خصوص به قابليت اتم براي اسكان دادن زوج الكتروني كه با خارج شدن يون هيدروژن به جاي مي ماند، بستگي دارد. توانايي در اسكان دادن زوج الكترون، به چند عامل بستگي دارد:

(الف) الكترونگاتيوي اتم ، (ب) اندازه اتم.

در يك رديف از جدول تناوبي، قدرت اسيدي با افزايش الكترونگاتيوي، افزايش مي يابد و در يك گروه قدرت اسيدي با زياد شدن اندازه، افزايش مي يابد.

براي اينكه مولكولي از نظر لويس اسيدي باشد بايد كمبود الكتروني داشته باشد. از نظر لوري- برونستد يا لويس، مولكولي كه داراي يك زوج الكترون آماده براي به اشتراك گذاشتن باشد، يك باز است. آمادگي اين الكترون هاي غير مشترك عمدتا به وسيله الكترونگاتيوي، اندازه و بار اتم نگهدارنده تعيين مي شود. در اين حالت نقش اين عوامل الزاما مغاير با آن چيزي است كه در مورد قدرت اسيدي ديديم، هر چه اتم بهتر زوج الكترون را اسكان دهد، آمادگي آنها براي به اشتراك گذاردن كمتر مي باشد.

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 نیترات 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.

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

انواع تیتر کردن

1- 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.

2- 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^- را به محلول اسید اضافه کنیم، واکنش خنثی شدن انجام می‌شود:

OH^- + H₃O⁺            2H₂O

محاسبات

معمولاً 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.

واکنش خنثی شدن

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 به ندرت 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. بنابراین، محلولهای رقیق این واکنشگرها نسبتاَ بی‌خطرند و می‌توانند بدون احتیاطهای خاص بجز محافظت چشم، در آزمایشهای شیمی تجزیه‌ای بکار برده شوند. محلولهای استاندارد بازی معمولاً از هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم و گهگاه از هیدروکسید باریم تهیه می‌شوند. مجدداً، 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  PHاست.

 

 

 

 

شرح آزمايش:

ابتدا بالن حجمي حاوي CH₃COOH با غلظت مجهول را با اضافه كردن آب مقطر به حجم مي رسانيم. سپس مقدار 20 ml از آن را به وسيله پيپت برداشته، درون يك ارلن تميز ريخته، و چند قطره فنل فتالين به آن اضافه مي كنيم. بورت را از محلول سود 0.1 مولار پر كرده، به پايه متصل مي كنيم. ارلن حاوي CH₃COOH را روي دستگاه گذاشته، و بورت را بالاي آن مي گذاريم. يك مگنت درون ارلن مي اندازيم. با روشن كردن دستگاه، مگنت به چرخش درآمده، محلول را هم ميزند. شير بورت را باز مي كنيم و اجازه مي دهيم كه محلول سود، به آرامي از بورت بيرون آمده و در ارلن بريزد. هنگامي كه محلول به رنگ صورتي كمرنگ تبديل شد، شير بورت را بسته و حجم سود مصرفي را مي خوانيم.

براي بالا بردن دقت كار، آزمايش را چند بار تكرار كرده و از مقادير به دست آمده ميانگين مي گيريم.

30ml = ميانگين حجم سود مصرفي

با استفاده از رابطه زير، مي توان غلظت CH₃COOH را بدست آورد:

m₁.v₁ = m₂.v₂

0.1 × 30 = m₂  ×25

60 gr CH3COOH

mol

m₂ = 0.12 mol/lit

1 mol CH3COOH

lit

 = غلظت معمولي0.12       ×                      = 7.2 gr/lit