Кислотно-основное титрование в неводных растворах
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Тверской государственный университет»
Химико-технологический факультет
Специальность «Фундаментальная и прикладная химия»
Кафедра неорганической и аналитической химии
Кислотно-основное титрование в неводных растворах
курсовая работа по дисциплине
Аналитическая химия
Автор:
Новикова Любава Александровна
студентка 2 курса, 26-й группы
химико-технологического факультета
Научный руководитель:
к.х.н., доцент, М.А.Феофанова
ТВЕРЬ 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КИСЛОТАХ И ОСНОВАНИЯХ.. 4
1.1 Теория сольвосистем. 4
1.2 Теория Бренстеда-Лоури. 6
1.3 Сопряженные кислоты и основания. 6
1.4 Теория Льюиса. 7
2. ДИССОЦИАЦИЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ.. 8
3. РАСТВОРИТЕЛИ.. 9
3.1 Влияние неводных растворителей на силу кислот и оснований. 9
3.2 Классификация растворителей. 10
3.2.1 Классификация по химическим свойствам. 10
3.2.2 Классификация по физическим свойствам. 12
3.3 Правила выбора растворителя при кислотно-основном титровании. 13
4. ОСОБЕННОСТИ ТИТРОВАНИЯ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ.. 14
5. ИНДИКАЦИЯ КОНЕЧНОЙ ТОЧКИ ТИТРОВАНИЯ.. 15
6. МЕТОДЫ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ 16
7. ПРИЁМЫ ТИТРОВАНИЯ.. 17
8. ВЕЩЕСТВА, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ.. 18
9. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТОДА.. 20
9.1 Преимущества титрования в неводных растворах. 20
9.2 Недостатки кислотно-основного титрования в неводных растворах. 20
10. ПРИМЕНЕНИЕ. 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 23
ВВЕДЕНИЕ
В данной курсовой работе рассматривается один из основных методов количественного анализа – это кислотно-основное титрование, или как его ещё называют метод нейтрализации, в неводных растворах. Этот метод имеет большое значение в аналитической химии. Кислотно-основное титрование основано на применении реакции нейтрализации, как в водных, так и в неводных растворах. Изначально неводные растворы применяли крайне редко. Многие опыты, проведённые в неводных растворах, не находили научного объяснения. В основном неводные растворители применяли для разделения исследуемой пробы.
Кислотно-основное титрование в среде неводных растворителей стали применять в первые годы 20-го века, соответствующие методики были преимущественно связаны с определением органических веществ. Так, еще в 1910 г. были разработаны методики титриметрического определения жирных кислот в различных неполярных растворителях. В последующие годы неводное титрование продолжало развиваться. Многие учёные внесли большой вклад в развитие этого метода, например, такие как американские Дж. Конант и Н. Холл, советский Н.А. Измайлов, А.П. Крешков, индийский Шанти Р. Палит и др. Период с 1940-1950г называют «золотым веком» неводного титрования. Этот метод стал основным для определения множества индивидуальных органических веществ. Тот же метод стали использовать для функционального (структурно-группового) анализа сложных смесей. Применение неводного титрования впоследствии несколько сократилось, но метод не потерял своего значения.
Для ознакомления с методом, ниже будут разобраны основные законы, описывающие процесс, введены определения. Рассмотрены преимущества и недостатки метода, а так же примеры использования кислотно-основного титрования в неводных средах в аналитической химии.
Теория сольвосистем.
В жидком аммиаке амид калия ведет себя так, как едкое кали КОН в водном растворе, т. е. является сильным основанием. Это доказывается тем, что указанный раствор по отношению к фенолфталеину оказывается щелочным, нейтрализует кислоты и обладает высокой электропроводностью.
Хлорид аммония в растворе жидкого аммиака ведет себя так, как хлористый водород в воде, т. е. является сильной кислотой. Это доказывается тем, что указанный раствор нейтрализует основания и обладает высокой электропроводностью.
Следовательно, основные и кислые свойства присущи не только соединениям, характеризующимся наличием гидроксильных групп и свободных ионов водорода.
Проявление кислых и основных свойств, не являющихся кислотами или основаниями в общепринятом смысле, наблюдается во многих растворителях, как содержащих водород, так и не содержащих его, например, жидких HF, H2S, SO2, CH3COOH и другие.
Некоторые реакции нейтрализации кислот и оснований в среде различных растворителей сопровождаются образованием молекул данного растворителя:
а) в водном растворе:
HCl(кислота) + NaOH(основание) NaCl(соль) + H2O(растворитель)
б) в среде жидкого аммиака:
NH4Cl(кислота) + KNH2(основание) KCl(соль) + 2NH3(растворитель)
в) в среде безводной уксусной кислоты:
HClO4(кислота) + CH3COONa(ос-ние) NaClO4(соль) + CH3COOH(раст-ль)
и т. д.
Это общее начало — образование в процессе нейтрализации соли и молекул растворителя — объединяет взгляды многих сторонников так называемой теории сольвосистем. Согласно этой теории, между реакциями аквосоединений в воде и соединениями в других растворителях имеется большое сходство.
Кислоты и основания с точки зрения теории сольвосистем. Согласно теории сольвосистем, кислотами и основаниями являются химические соединения, образующие катионы и анионы, идентичные с катионами и анионами данного растворителя.
К недостаткам этой теории можно отнести то, что она не объясняет существования типичных кислот и оснований в растворах неионизирующих растворителей.[3]
Теория Бренстеда-Лоури
Согласно теории Бренстеда—Лоури, придерживающихся того взгляда, что свойства кислот и оснований объясняются их составом, кислотами являются химические соединения, способные отдавать протоны (доноры протонов); основаниями — вещества, способные присоединять протоны (акцепторы протонов).[1]
С этой точки зрения общим для всех кислот является наличие в их составе водорода. Кислотами могут быть электронейтральные молекулы, катионы и анионы. Например:
CH3COOH ® Н+ + СН3СОО-
Теория Льюиса
Согласно теории Льюиса, придерживающегося взгляда, что свойства кислот и оснований объясняются их строением, основанием является химическое соединение, обладающее неподелённой свободной парой электронов, склонной к образованию устойчивой электронной группировки (октета) другого атома. Согласно этой теории, аммиак является основанием, потому что его молекула NH3 обладает указанной парой электронов.
Кислотой является вещество, в молекуле которого не хватает пары электронов до устойчивой электронной группировки и которое склонно к обобществлению свободной пары электронов основания, сопровождающемуся образованием устойчивого электронного октета. С этой точки зрения хлорид бора (III), строение которого является кислотой.
Следовательно, основания являются донорами, а кислоты акцепторами пары электронов; реакция нейтрализации сопровождается образованием ковалентной связи за счет общей свободной пары электронов основания (рис 1):
Рисунок 1.
Образование координационной ковалентной связи является первичным процессом нейтрализации, за которым может следовать ионизация и диссоциация.[4]
РАСТВОРИТЕЛИ
Классификация растворителей
Для оптимального выбора неводного растворителя удобно их сгруппировать по сходным свойствам.
ПРИЁМЫ ТИТРОВАНИЯ
В титриметрическом анализе неводных растворов применяются те же приемы, что и для анализа водных растворов.
1. Прямое титрование, основанное на непосредственном смешении растворов анализируемого соединения и реагента. Массу анализируемого соединения X (в граммах) вычисляют по формуле
X = Сn VBЭA / 1000 = TBVB ЭA / ЭB = ТB/АVB
где , Сn ТB, ТB/A - соответственно нормальная концентрация титранта (моль экв/л), его титр (г/мл) в единицах массы титранта (TB) или анализируемого вещества (TB/A); VB - объем реагента, мл; ЭA,ЭB - эквиваленты, соединений.
2. Обратное титрование (метод остатков), в основе которого - титрование (стандартным раствором реагента С) реагента В, прибавленного к анализируемому соединению в количестве, превышающем стехиометрически необходимое. К этому приему прибегают для увеличения скорости основной химической реакции или в случае затруднений при фиксации точки эквивалентности этой реакции. Расчет ведут по формулам:
X = (N BVB - NcVc)ЭA/1000 = (ТBVB / ЭB) - (ТcVc / Эc)
ЭA=TB/AVB–Тc/AVc
3. Косвенное титрование заключается в титровании продукта химического превращения анализируемого соединения, А в форме, определение которой удобнее по ряду причин: более приемлемая константа равновесия титрования, удобство фиксации точки эквивалентности, отсутствие побочных реакций или кинетических затруднений.[3]
ПРИМЕНЕНИЕ
Неводное титрование находит широкое применение в органической и полимерной химии, фармацевтической, парфюмерной и пищевой промышленности. В ряде случаев чувствительность потенциометрического метода превышает чувствительность обычного объемного метода, а также метода кондуктометрического титрования.
Кислотно-основное титрование в неводных средах позволяет существенно расширить возможности метода. Им определяют сильные, слабые и очень слабые кислоты (индивидуальные вещества, смеси веществ), основания, соли.
Метод широко используют в практике фармацевтического анализа для определения разнообразных лекарственных препаратов, которые малорастворимы в воде, проявляют свойства очень слабых кислот или оснований.[3]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Метод кислотно-основного титрования в неводных растворах, является очень сложным процессом, который описывается рядом законов. Неводное титрование отличается от водного, но многие процессы в обоих случаях остаются одинаковыми. И тем не менее титрование в неводных средах имеет преимущество перед титрованием в водных.
При рассмотрении кислотно-основного титрования в неводных растворах можно сделать вывод, что это сравнительно недавно сформировавшийся метод количественного анализа. И тем не менее, с его появлением в аналитической химии, анализ получил широкое применение, открыл возможность исследования многих ранее не изученных веществ, и облегчил уже имеющиеся. С появлением неводного титрования увеличилась точность измерений, скорость исследований и многие другие факторы, характеризующие качество используемого метода.
Так называемый «золотой век» неводного титрования прошёл, но метод остается одним из основных методов количественного анализа, который в дальнейшем возможно будет ещё более изучен и востребован.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Количественный анализ / А.П. Крешков. – М.: Химия, 1971.- 456 с.
2. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа / Ю.М. Глубоков [и др.] ; под ред. А.А. Ищенко. – 2-е изд. – М.: Академия, 2012. – 352 с.
3. Титриметрические методы анализа неводных растворов / В.Д. Бензуглый [и др.]. – М.: Химия, 1986. - 384 с.
4. Крешков А.П. Кислотно-основное титрование в неводных растворах / А.П. Крешков, Л.Н. Быкова, Н.А. Казарян. – М.: Химия, 1967. – 192 с.
5. Эшворт М. Р. Ф. Титриметрические методы анализа органических соединений / М. Р. Ф Эшворт; пер. с англ. Д.А Крешкова. – М.: Химия, 1968.- 555 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Тверской государственный университет»
Химико-технологический факультет
Специальность «Фундаментальная и прикладная химия»
Кафедра неорганической и аналитической химии
Кислотно-основное титрование в неводных растворах
курсовая работа по дисциплине
Аналитическая химия
Автор:
Новикова Любава Александровна
студентка 2 курса, 26-й группы
химико-технологического факультета
Научный руководитель:
к.х.н., доцент, М.А.Феофанова
ТВЕРЬ 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КИСЛОТАХ И ОСНОВАНИЯХ.. 4
1.1 Теория сольвосистем. 4
1.2 Теория Бренстеда-Лоури. 6
1.3 Сопряженные кислоты и основания. 6
1.4 Теория Льюиса. 7
2. ДИССОЦИАЦИЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ.. 8
3. РАСТВОРИТЕЛИ.. 9
3.1 Влияние неводных растворителей на силу кислот и оснований. 9
3.2 Классификация растворителей. 10
3.2.1 Классификация по химическим свойствам. 10
3.2.2 Классификация по физическим свойствам. 12
3.3 Правила выбора растворителя при кислотно-основном титровании. 13
4. ОСОБЕННОСТИ ТИТРОВАНИЯ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ.. 14
5. ИНДИКАЦИЯ КОНЕЧНОЙ ТОЧКИ ТИТРОВАНИЯ.. 15
6. МЕТОДЫ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ 16
7. ПРИЁМЫ ТИТРОВАНИЯ.. 17
8. ВЕЩЕСТВА, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ.. 18
9. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТОДА.. 20
9.1 Преимущества титрования в неводных растворах. 20
9.2 Недостатки кислотно-основного титрования в неводных растворах. 20
10. ПРИМЕНЕНИЕ. 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 23
ВВЕДЕНИЕ
В данной курсовой работе рассматривается один из основных методов количественного анализа – это кислотно-основное титрование, или как его ещё называют метод нейтрализации, в неводных растворах. Этот метод имеет большое значение в аналитической химии. Кислотно-основное титрование основано на применении реакции нейтрализации, как в водных, так и в неводных растворах. Изначально неводные растворы применяли крайне редко. Многие опыты, проведённые в неводных растворах, не находили научного объяснения. В основном неводные растворители применяли для разделения исследуемой пробы.
Кислотно-основное титрование в среде неводных растворителей стали применять в первые годы 20-го века, соответствующие методики были преимущественно связаны с определением органических веществ. Так, еще в 1910 г. были разработаны методики титриметрического определения жирных кислот в различных неполярных растворителях. В последующие годы неводное титрование продолжало развиваться. Многие учёные внесли большой вклад в развитие этого метода, например, такие как американские Дж. Конант и Н. Холл, советский Н.А. Измайлов, А.П. Крешков, индийский Шанти Р. Палит и др. Период с 1940-1950г называют «золотым веком» неводного титрования. Этот метод стал основным для определения множества индивидуальных органических веществ. Тот же метод стали использовать для функционального (структурно-группового) анализа сложных смесей. Применение неводного титрования впоследствии несколько сократилось, но метод не потерял своего значения.
Для ознакомления с методом, ниже будут разобраны основные законы, описывающие процесс, введены определения. Рассмотрены преимущества и недостатки метода, а так же примеры использования кислотно-основного титрования в неводных средах в аналитической химии.