Суть методу кислотно-основного титрування

КИСЛОТНО-ОСНОВНЕ ТИТРУВАННЯ. ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ТА МАСОВОЇ ЧАСТКИ КИСЛОТ, ОСНОВ ТА СОЛЕЙ, ЯКІ ГІДРОЛІЗУЮТЬ.

Суть методу кислотно-основного титрування

До методу кислотно-основного титрування належать всі визначення, в основі яких лежить реакція

Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Цим методом можна, користуючись титрованим розчином якої-небуть кислоти, проводити кількісне визначення лугів (ацидиметрія) або, користуючись титрованим розчином лугу, кількісно визначати кислоти (алкаліметрія).

За допомогою цього методу проводять ряд інших визначень, наприклад, визначення деяких солей, які подібно до Na₂CO₃ і Na₂B₄O₇, мають сильно-лужну реакцію внаслідок гідролізу і тому вони титруються кислотами; визначення твердості води, визначення солей амонію, визначення азоту в органічних сполуках і т. д.

Головними робочими розчинами в цьому методі є розчин кислоти (звичайно HCl чи H₂SO₄) і розчин лугу (звичайно NaOH або KOH). Ці речовини не відповідають вимогам, які ставляться до стандартних речовин, і тому їх титровані розчини неможливо приготувати, виходячи з точної наважки речовини, розчин якої розводять до певного об’єму; концентрацію таких розчинів доводиться встановлювати шляхом титрування (або ваговим методом).

Як стандартні речовини при встановленні титрів кислот найчастіше застосовують тетраборат натрію (буру) Na₂B₄O₇ 10H₂O або безводний карбонат натрію (соду).

Ці речовини можуть бути отримані практично без домішок і вони строго відповідають своїм формулам.

Розчини їх, як було вказано, володіють сильнолужною реакцією і можуть титруватися кислотами.

Для встановлення титрів лугів найчастіше користуються оксалатною кислотою H₂C₂O₄ 2H₂O або янтарною кислотою H₂C₄H₄O₄. Обидві ці кислоти – тверді кристалічні речовини. Після перекристалізації вони є достатньо чистими, строго відповідають своїм формулам. Янтарна кислота більш зручна, так як не містить кристалізаційної, і не має підстав підозрювати невірність вмісту через вивітрювання кристалізаційної води при зберіганні.

Відповідно до сили кислоти і основ можливі такі типи кислотно-основної взаємодії:

1) між сильною кислотою і сильною основою;

2) між сильною кислотою і слабкою основою;

3) між слабкою кислотою і сильною основою;

4) між слабкою кислотою і слабкою основою.

Внаслідок взаємодії кислоти і основи утворюється сіль і вода. У першому випадку утворюється сіль сильної кислоти і сильної основи. Такі солі у водних розчинах не гідролізують і в т. ч., коли кислота повністю нейтралізована лугом, реакція буде нейтральна, тобто РН = 7.

Як приклад титрування сильної кислоти сильною основою можна навести приклад взаємодії між гідроксидом натрію і соляною кислотою. Внаслідок реакції утворюється хлорид натрію, розчин якого має нейтральну реакцію:

NaOH + HCl = H₂O + NaCl.

В другому випадку у т.е. утвориться сіль сильної кислоти і слабкої основи. Прикладом такого титрування є взаємодія між гідроксидом амонію і соляною кислотою:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O.

Солі слабких основ і сильних кислот і водних розчинах гідролізують:

NH₄Cl + HOH = NH₄OH + HCl,

або в іоннному вигляді

NH₄⁺ + Cl^- + HOH = NH₄OH + H⁺ + Cl^-.

Або в скороченому іонному вигляді

NH₄⁺ + HOH = NH₄OH + H⁺.

Звідси видно, що в результаті реакції гідролізу у розчині збільшується концентрація водневих іонів. Таким чином, у т.е. при титруванні слабкої основи сильною кислотою реакція буде кислою, рН < 7.

У третьому випадку при титруванні сильної основи слабкою кислотою утворюється сіль сильної основи і слабкої кислоти. Наприклад:

NaOH + CH₃COOH ↔ CH₃COONa + H₂O.

Солі слабких кислот і сильних основ у водних розчинах також зазнають гідролізу:

CH₃COONa + HOH ↔ CH₃COOH + NaOH;

CH₃COO^- + HOH ↔ CH₃COOH + OH^-.

Таким чином у т.ч. збільшиться концентрація гідроксильних іонів, реакція розчину буде лужна, рН > 7.

У четвертому випадку при взаємодії слабкої основи і слабкої кислоти в т.е. утворюється сіль слабкої кислоти і слабкої основи.

Наприклад:

CH₃COOH + NH₄OH = CH₃COONH₄ + H₂O.

Солі такого типу у водних розчинах піддаються гідролізу значною мірою:

CH₃COONH₄ + HOH ↔ CH₃COOH + NH₄OH.

У цьому випадку реакція розчину залежить від сили кислоти і основи; якщо кислота і основа однакової сили (константи дисоціації їх рівні), то розчин матиме нейтральну реакцію: рН = 7. Якщо ж сильнішою буде кислота, то реакція розчину буде слабко-кислою, а при більшій силі основи порівняно з кислотою – слабко-лужною.

Пізніше ми з’ясуємо, що на практиці можна провести титрування кислот і основ в усіх випадках, крім останнього. Для титрування слабкої кислоти слабкою основою не можна підібрати відповідного індикатора, який би різко змінював своє забарвлення в т.е. або біля неї. Тому слабку кислоту титрувати слабкою основою не можна. Не можна, звичайно, також титрувати слабку основу слабкою кислотою.