هوالبدیع
آزمایشگاه شیمی تجزیه2
آزمایش سوم
الف)استاندارد کردن اسید کلریدریک
ب) تعیین مخلوط کربنات وبی کربنات
مجهول شماره 2
سال تحصیلی98-99
مقدمه
تیتراسیون های خنثی شدن به شکل گسترده ای برای تعیین مقدار اسید وباز ها مورد استفاده قرار می گیرند و برای ردیابی پیشرفت واکنش هایی که یون هیدروژن تولید و یا مصرف می کند می توان استفاده کرد. محلول استاندارد اسید/باز برای اندازه گیری مقدار آنالیت هایی که خود اسید یا باز اند ، یا با عملیات شیمیای به این گونه ها تبدیل می شوند ، کاربرد دارد.[1-3]
اسید های رقیق را به روش های متفاوت می توان استاندارد کرد. معمول ترین این روش ها تیتر کردن وزن معمولی از استاندارد اولیه به وسیله ی اسید می باشد. در این مورد استاندارد اولیه سدیم کربنات می باشد. [3]
یکی از کربرد های تیتراسیون اسید و باز تعیین مقدار کربنات ، بی کربنات و هیدروکسید ها به تنهایی یا به صورت مخلوط دوتایی است. در این مورد مقدار معلومی از مخلوط به وسیله ی استاندارد تیتر می شود. سپس با استفاده از مقدار اسید مصرفی می توان مقدار هریک از ترکیبات را محاسبه نمود.[3]
تیتراسیون های خنثی شدن برا ی اندازه گیری تعداد بی شماری گونه های آلی ، معدنی و زیست شناختی که خواصی ذاتی اسیدی یا بازی دارند، به کار می روند. در تیتراسیون های خنثی شدن ، از دونوع نقاط پایانی استفاده می شود. اول ، نقطه ی پایانی دیداری میتنی بر استفاده از شناساگر و دوم ، نقطه ی پایانی پتانسیل سنجی است که در آن پتانسیل سیستم الکترود شیشه/کالومل توسط یک وسیله سنجش ولتاژ تعیین می شود.پتانسیل اندازه گیری شده مستقیما متناوب با PHاست.
[1-1]
یکی دیگر از کاربرد های تیتراسیون خنثی شدن برای تعیین کربنات و بی کربنات موجود در مواد غذایی است. به عنوان مثال با اندازه گیری کربنات وبی کربنات آب می توان سختی اب را مشخص کرد. برای تعیین بی کربنات افزودنی به مواد غذایی تقلبی که کاری ممنوع است نیز می توان استفاده کرد.[2]
با کربنات سدیم و کاربرد های آن بیشتر آشنا شوید[4-1]
کربنات سدیم یکی از ترکیبات شیمیایی پر کاربرد در صنایع مختلف می باشد. در بخش طرح های تولیدی سود آور شیمیایی درباره روش تولید کربنات سدیم صحبت کردیم . همچنین با کربنات مراغه آشنا شدیم . این ماده شیمیایی دارای دو فرم سبک و سنگین می باشد که هر کدام با توجه به ویژگی هایی که دارند در صنایع مختلفی مانند شیشه و سرامیک ، پاک کننده ها و بی کرومات ها و … مورد استفاده قرار می گیرند . منظور از این دسته بندی تفاوت در دانسیته این ترکیب می باشد . یکی از روش های تولید آن استفاده از پساب خمیر کاغذ بوده که روشی ارزان و برای تولید در مقیاس کم است. همچنین می توان از نمک معمولی نیز برای تولید این ترکیب شیمیایی بهره برد. در این روش نمک معمولی ، آب ، دی اکسید کربن و محلول آمونیاک در شرایط مشخصی با یکدیگر در تماس قرار می گیرند و محصول نهایی کربنات سدیم خواهد بود .
کاربرد کربنات سدیم سبک
منظور از کربنات سدیم سبک فرمی از این ترکیب است که محتوای سدیم کلراید در آن به کمتر از ۵/۰ درصد می رسد. از کربنات سدیم سبک معمولا در واکنش هایی که نیاز به ماده محلول دارند استفاده می شود . به عنوان مثال در صنایع غذایی و آشامیدنی ها و همچنین در تولید منسوجات می تواند از فرم سبک آن استفاده نمود. در صنایع غذایی این ماده وظیفه تنظیم ترشی غذاها را بر عهده دارد . علاوه بر آن برای تولید ماکارونی نیز می توان از آن استفاده نمود. یکی از مهم ترین استفاده هایی که از کربنات سدیم سبک می شود بهره گیری از خواص آن در فرایند تصفیه آب است. کاربرد این محصول در تصفیه آب در مرحله خنثی سازی اسید ها و کلر بوده و به همین سبب اهمیت بالایی دارد . خاصیت پایداری و اندازه گیری آسان این ترکیب باعث شده در آزمایشگاه های شیمیایی برای انجام عملیات تیتراسیون مورد استفاده قرار گیرد.
کاربرد کربنات سدیم سنگین
بر اساس بررسی های انجام شده بر روی روند تولید این محصول، مشخص گردید که کربنات سدیم سنگین محصولی است که پس از فرم سبک به وجود می آید . از لحاظ فرم شیمیایی کربنات سدیم سنگین جامد بوده و در ساخت محصولاتی نظیر شیشه مورد استفاده قرار می گیرند . علاوه بر این می توان از این ترکیب برای ذوب کردن سیلیس بهره برد . استفاده از کربنات سدیم سنگین در صنایعی مانند تولید شوینده ها نیز کاربرد فراوانی دارد .
تئوری
الف) استاندارد کردن اسیدکریدریک
محلول های استادارد که در تیتیراسیون های خنثی شدن استفاده می شود ، اسید های قوی و باز های قوی اند، زیرا این مواد در مقایسه با اسیدها و باز های ضعیف تر، واکنش کاملتری با آنالیت دارند و بنابراین نقطه ی پایانی تیز تر(شارپ تر) خواهند داشت. معمول ترین آن ها HCl، HClO4،H2SO4،NaOH،KOHاست.[1-2]
ب) تعیین مخلوط کربنات و بی کربنات
اندازه گیری کیفی و کمی اجزای تشکیل دهنده ی یک محلول سدیم کربنات، سدیم هیدروژن کربنات و سدیم هیدروکسید، هریک به تنهایی و یا به صورت مخلوط ، مثال جالبی در استفاده از تیتراسیون خنثی شدن برای تجزیه یک مخلوط است.در هر نوع محلولی ، بیش از دو جز از این سه جز نمی تواند به مقدار قابل توجهی در محیط وجود داشته باشد. زیرا جزء سوم در اثر واکنش حذف می شود. پس اختلاط سدیم هیدروکسید با سدیم هیدروژن کربنات موجب تشکیل سدیم کربنات، تاجایی که یکی از دو(و یا هر دو) واکنشگر اصلی مصرف شوند ، خواهد شد. اگر سدیم هیدروکسید مصرف شود، محلول محتوی سدیم کربنات و سدیم هیدروژن کربنات خواهد بود. اگر سدیم هیدروژن کربنات حذف شود، سدیم کربنات و سدیم هیدروکسید باقی می مانند.اگر مولاریته های یکسان از سدیم هیدروژزن کربنات و سدیم هیدروکسید مخلوط شوند ، در آن صورت سدیم کربنات گونه ی اصلی محلول در محیط خواهد بود.[1-4]
تجزیه ی یک چنین مخلوط هایی به دو تیتراسیون نیاز دارد، یکی با شناساگر با دامنه ی تغییر رنگ قلیایی ، مانند فنول فتالئین، و دیگری با دامنه تغییر رنگ اسیدی ، مانند بروموکرزول -سبز . بدین ترتیب می توان ترکیب محلول حاصل را از حجم های نسبی اسید مصرفی برای تیتر کردن حجم های مساوی از نمونه استنتاج کرد.به محض اینکه ترکیب محلول معلوم شود، می توان از داده های حجمی برای تعیین غلظت هر یک از اجزای در نمونه استفاده کرد. [1-4]
اگر محیط بازی شود ((NaOH ، بی کربنات به کربنات تبدیل خواهند شد و درمحیط فقط کربنات خواهیم داشت.[3-1] بنابر این تیتراسیون اول باید برای خنثی کردن عامل های بازی در محیط باشد تا در تیتراسیون دوم بی کربنات و کربنات موجود باشد.[3-1]
روش الکتروسنجی
الکترود های خاصی، مانند هیدروژن، کوین هیدرون، آنتیموان و…، وقتی داخل یک محلول فرو می روند، ولتاژی(پتانسیل الکتریکی) تولید می کنند که به pHمحلول بستگی داردو در نتیجه یک pHسنج ، یک میلی ولت سنج است. الکترود حباب شیشه ای وسیله اصلی است که اندازه گیری pHرا انجام می دهد. شیشه خاصی که در آن استفاده می شود، لایه ای انتخابی و بسیار حساس نسبت به یون هیدروژن است. می توان پتانسیل تولید شده در غشای شیشه ای را به pHمحلول ربط داد. برای تکمیل مدار و ایجاد یک پتانسیل مرجع پایدار و تجزیه پذیر، الکترود دیگری نیاز است. الکترود مرجع از طریق یک نقطه اتصال با محلول مورد نظر تماس دارد، که باعث کم کم اضافه شدن محلول داخلی به محلول نمونه می شود. وقتی شیشه (pH)و الکترود های مرجع شده یا به صورت یک الکترود ترکیبی در می آیند، و به pHسنج متصل می شوند، ولتاژ تولید شده در جفت الکترود تقویت شده و بر روی نوار سنجش یا صفحه نمایش دیجیتالی به نمایش در می آید. pHسنج به وسیله یک محلول بافر، استاندارد شده است. بافر محلولی است که از تغییرات pHجلوگیری می کند. در جدول 1. ، اجزا بافر های رایج درج شده است.
دستورالعمل آزمایش : دلایل و نکته های مربوط به این دستورالعمل [3]
الف) استانداردکردن اسیدکلریدریک
مواد آزمایش : اسید کلریدریک 0.1M – شناساگر بروموکرزول سبز – سدیم کربنات خشک شده ( در110 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت) – سدیم کلرید.
در ارلن 250ml اول (ارلن شاهد)، 25ml آب مقطر ریخته و دقیقا هم وزن سدیم کربنات ، سدیم کلرید. 3 قطره شناساگر بروموکرزول ریخته و با اسید غیر استاندارد تیتر می شود، رنگ محلول درون ارلن از آبی به سبز تغییر می کند. حجم اسید مصرفی را یادداشت می کنیم.[3] (از محلول شاهد(Blank) برای کاهش خطای معرف استفاده می شود.)[3-1]
در ارلن 250ml دوم (ارلن نمونه)، سدیم کربنات وزن شده( 0.1432g )ریخته و در 25ml آب مقطر حل می کنیم. 3 قطره شناساگر بروموکرزول ریخته و با اسید غیر استاندارد تیتر کرده تا رنگ از آبی به سبز تغییر کند. ارلن نمونه را 2 تا 3 دقیقه جوشانده ، سپس سرد می کنیم،(معرف ، خود دارای خاصیت اسیدی و بازی است و با تغییر درجه حرارت Kاسیدی، تغییر می کند. بنابراین باید سرد گردد تا Kاسیدی تغییر نکند و همچنین اسید کربونیک به آب و کربن دی اکسید تبدیل شده و آزاد شود. [3-1])اگر رنگ سبز محلول به رنگ آبی بازگردد ، دوباره تیتراسیون را تا رسیدن به نقطه سبز(نقطه پایان) انجام می دهیم. ( اگر در مرحله جوشش رنگ محلول آبی نشد آزمایش را دوباره و با دقت بیشتر انجام می دهیم. با توجه به تیتراسیون مربوط به ارلن شاهد خطای معرف را محاسبه می کنیم.)
از تیتراسیون مربوط به ارلن نمونه، مولاریته واقعی اسید کلریدریک را محاسبه کرده . از محلول اسید، محلولی 10 مرتبه رقیق شده (0.01M) تهیه کرده و از آن به عنوان اسید استاندارد در آزمایش بعد استفاده می شود.
ب)تعیین مخلوط کربنات و بی کربنات
مواد آزمایش : اسید کلریدریک 0.01M استاندارد شده در مرحله قبل – فنل فتالئین – متیل اورانژ.
محلول مجهلول (شماره2) را با آب مقطر به حجم 100ml رسانده. 10ml از آن بوسیله پیپت حبابدار جدا کرده و در بشر ml100با 25ml آب مقطر مخلوط می شود. 2 قطره شناساگر فنل فتالئین به آن اضافه کرده و با اسید استاندارد 0.01M تا نقطه پایان اول تیتر کرده (هربار 0.5ml و در نزدیکی نقطه پایان هربار 0.2ml اضافه می شود). pH را مداوم می خوانیم. پس از نقطه پایان اول چند قطره متیل اورانژ اضافه و با اسید استاندارد 0.01M تا نقطه پایان دوم تیتر کرده (هربار 0.5ml و در نزدیکی نقطه پایان هربار 0.2ml اضافه می شود) . pH را مداوم می خوانیم.
منحنی تیراسیون را رسم کرده و نقاط پایان بدست آمده را از طریق معرف و پتانسیومتر با هم مقایسه می کنیم.
خطاهای احتمالی و منابع آنها
1. خطای معرف ، معرف ، خود دارای خاصیت اسیدی و بازی است و با تغییر درجه حرارت Kاسیدی، تغییر می کند. بنابراین باید سرد گردد تا Kاسیدی تغییر نکند[3-1].
2. از محلول شاهد(Blank) برای کاهش خطای معرف استفاده می شود.[3-1]
3. برای کاهش خطای توزین ابتدا محلول غلیظ را تیتر می کنیم و سپس محلول رقیق شده را .[3-1]
4. روش درست نگه داری از الکترود ها باعث افزایش عمر آن ها شده و باعث سریع تر و دقیق تر نتیجه دادن در فرایند اندازه گیری pHمی شود. برای جلوگیری از آلوده شدن الکترود ها باید پس از هر اندازه گیری به خوبی شستشو شوند. نباید الکترود شیشه ای را دستمال کشید، چراکه باعث انتقال بار به آن شده و سبب طولانی تر شدن زمان رسیدن به پایداری می شود. الکترود شیشه ای پس از شستشو باید در آب مقطر نگه داری شود. و در آخر باید متذکر شد که وضعیت نمونه در حال اندازه گیری مهم است، این که pHمحلول در حال سکون اندازه گیری شده یا در حال مخلوط شدن ؛ در هر حال محلول بافر استاندارد سازی و محلول نمونه باید در یک وضعیت باشند.
5. زمانی که اندازه دقیق pHنیاز است، دما، استانداردسازی pHسنج و روش الکترودی باید در نظر گرفته شوند. دما از دو طریق روی دقت pHتاثیر می گذارد. اثر اول آن روی الکترود ها است، که یا از طریق جبران اتوماتیک دما(ATC)یا از طریق تنظیم دستی دمای pHسنج رفع می شود. دما همچنین بر روی pHمحلول بافر (که برای استانداردسازی استفاده می شود)تاثیر می گذارد. از آن جا که pHنمونه به همین حالت با تغییر دما عوض نمی شود، رابطه بین pHو دما باید به صورت تجربی معین گردد. اکثر بطری های محلول های بافر، جدولی روی برچسب مشخصاتشان دارند که pHرا به صورت تابعی از دما معین می کند.
6. pHسنج باید با محلول های بافری دقیق که pHنزدیک به pHمحلول مورد نظر دارند، استانداردسازی شوند. کنترل شیب، رفتار غیرایده آل الکترود های کهنه را تصحیح می کند.
7. واکنش هیدروژن کربنات با شناساگر آنقدر شدید و سریع نیست که تغییر رنگ سریعی در نقطه ی هم ارزی مشاهده شود. بنابر این خطای نسبی (معرف ) 1%یا بیشتر می باشد.[1-6]
8. خطاهای دیگر شامل خطاهای فردی ، دستگاهی ، خطای روش آزمایش می باشد.
پاسخ سوالات
1) اندازه گیری کیفی و کمی اجزای تشکیل دهنده ی یک محلول سدیم کربنات، سدیم هیدروژن کربنات و سدیم هیدروکسید، هریک به تنهایی و یا به صورت مخلوط ، مثال جالبی در استفاده از تیتراسیون خنثی شدن برای تجزیه یک مخلوط است.در هر نوع محلولی ، بیش از دو جز از این سه جز نمی تواند به مقدار قابل توجهی در محیط وجود داشته باشد. زیرا جزء سوم در اثر واکنش حذف می شود.[1-4]
اگر محیط بازی شود (NaOH)، بی کربنات به کربنات تبدیل خواهند شد و درمحیط فقط کربنات خواهیم داشت.[3-1]
2) چنانچه غلظت واکنشگر در حدود M0.1باشد، انتخاب شناساگر از حساسیت زیادی برخوردار نیست اما در صورت رقیق کردن و افزایش حساسیت با توجه به محدوده ی نقطه ی هم ارزی و پایان ، انتخاب شناساگر ی که در این محدوده بتواند بهترین برهمکنش را با مواد داشته و سریع تغییر رنگ را در محدوده بدهد و از درصد خطای معرف کمتر برخور دار باشد بهتر است.[1-5]
3)
4) سوال ویژه :
تفاوت بین روش تیتراسیون رنگ سنجی و روش پتانسیومتری (pHسنجی) و دقت هردو ؟
روش رنگ سنجی ،خطا شناساگر در تغییر سریع یا کند رنگ و خطای تشخیص رنگ وجود دارد (زیرا که واکنش هیدروژن کربنات با شناساگر آنقدر شدید و سریع نیست که تغییر رنگ سریعی در نقطه ی هم ارزی مشاهده شود.[1-6]). پتاسیومتری به کمک دستگاه pHمتر یا پتاسیومتر غلظت H+، با توجه های خطا های دستگاهی و روش آزمایشی ، نقطه پایان تیتراسیون دقیق اندازه گیری می شود زیرا که تغییرات شدید عددی قابل تشخیص تر است.
منابع
(1)کتاب مبانی شیمی تجزیه – جلد اول – تالیف اسکوگ، وست ،هالر- ترجمه عبدالرضا سلاجقه، ابوالقاسم نجفی- مرکز نشر دانشگاهی
1-1فصل16-(کاربرد های نوعی تیتراسیون های خنثی شدن 16-ب)صفحه498
1-2 فصل14-(محلول های استاندارد 14-الف-1)صفحه 424
1-3فصل14-تیتراسیون های خنثی شدن (مقدمه)صفحه 423
1-4 فصل16-( کربنات ومخلوط کربنات ها)صفحات502و503
1-5 قصل14-(انتخاب شناساگر)صفحه432
1-6فصل16-( کربنات ومخلوط کربنات ها)صفحه 505
(2) جزوه ی واحد درسی شیمی تجزیه1- مدرس آقای دکتر درود مند _ بخش شیمی _ دانشگاه شیراز_ورودی96_سال دوم-ترم3-سال تحصیلی 97-98
2-1فصل16-
(3) دستورکار آزمیشگاه شیمی تجزیه2-بخش شیمی- دانشگاه شیراز-سال تحصیلی98-99
3-1 توضیحات آقای دکتر آخوند
4-1 http://ktfajr.com/%D8%A8%D8%A7-%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A7%D8%AA-%D8%B3%D8%AF%DB%8C%D9%85-%D9%88-%DA%A9%D8%A7%D8%B1%D8%A8%D8%B1%D8%AF-%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D8%A2%D9%86-%D8%A2%D8%B4%D9%86%D8%A7-%D8%B4%D9%88%DB%8C%D8%AF/
با کربنات سدیم و کاربرد های آن بیشتر آشنا شوید
تیر ۱۳, ۱۳۹۸/۰ دیدگاه /در دسته بندی نشده /توسط Chavoshist
7