8. Csapadékos titrálások http://tp1957.atw.hu/an_08.ppt Analitika 13. C, 13. H osztály és 1219/6 modul tanfolyam részére 2010/2011 8. Csapadékos titrálások http://tp1957.atw.hu/an_08.ppt Frissítés: 2011.02.25. Állapot: kész

8.0 Csapadékos titrálások alapjai Csapadék: az adott közegben (pl. vízben) oldhatatlan vegyület. Teljesen oldhatatlan anyag nincs, a csapadéknak is van oldhatósága. Az ionos csapadékok ionjaikra disszociál-nak: pl. AgCl ↔ Ag+ + Cl– Telített oldatban az ionok koncentrációinak szorzata (illetve megfelelő hatványon vett szorzata) adott hőmérsékleten állandó, ez az oldhatósági szorzat (a vízion-szorzathoz hasonló): L(AgCl) = c(Ag+)·c(Cl–) Ha az oldathoz valamelyik ion oldatát adjuk, megnöveljük annak koncentrációját, a másik ion koncentrációja csökken, a szorzat állandó marad, így lehet a választott ion lecsapását teljessé tenni. A csapadékok a saját ionjaikat megkötik (adszorbeálják) a felületükön; amelyik ion feleslegben van, azt kötik meg.

8.0 Csapadékok oldhatósági szorzatai A vegyület képlete oldhatósági szorzat, L A fémion konc. a telített oldatban, mol/dm3 Al(OH)3 2·10–33 BaSO4 1·10–10 CaSO4 2·10–4 CaCO3 1·10–8 CuS 8,5·10–36 Fe(OH)3 1,1·10–36 HgS 2·10–53 MgCO3 2,6·10–5 Mg(OH)2 1,2·10–11 ZnS 1,2·10–22 2,9·10–9 1·10–5 1,4·10–2 1·10–4 2,9·10–18 4,5·10–10 4,5·10–27 5,1·10–3 1,44·10–4 1,1·10–11

8.0 Ezüst csapadékok oldhatósági szorzatai A vegyület képlete és disszociációja L A fémion konc. a telített oldatban Ag3AsO3 ↔ 3 Ag+ + AsO33– 4,5·10-19 3,4·10-5 Ag3AsO4 ↔ 3 Ag+ + AsO43– 1,0·10-19 2,3·10-5 AgBrO3 ↔ Ag+ + BrO3– 5,77·10-5 7,6·10-3 Ag2(CN)2 ↔ 2 Ag+ + 2 CN– 21,0·10-12 4,6·10-6 AgSCN ↔ Ag+ + SCN– 1,2·10-12 1,1·10-6 AgCl ↔ Ag+ + Cl– 1,56·10-10 1,25·10-5 AgBr ↔ Ag+ + Br– 7,7·10-13 8,8·10-7 AgI ↔ Ag+ + I– 1,5·10-16 1,23·10-8 Ag2CrO4 ↔ 2 Ag+ + CrO42– 9,0·10-13 1,22·10-4

8.1 Csapadékos titrálások Mérőoldat Meghatározandó ion Reakciótermék Indikátor AgNO3 X– (Cl–, Br–, I–, CN–, SCN–) AgX K2CrO4, fluoreszcein Pb(NO3)2 PbSO4 Erythrosin B PbMoO4 Eosin A Pb(CH3COO)2 Pb3(PO4)2 Dibróm-fluoreszcein PbC2O4 Fluoreszcein K4Fe(CN)6 Zn2+ K2ZnFe(CN)6 Difenil-amin Hg2(NO3)2 Cl–, Br– Hg2Cl2 Brómfenolkék NaCl Th(NO3)4 F– ThF4 Alizarinvörös BaCl2 BaSO4 (50% metanolos oldat) Alizarinvörös S

8.2 Csapadékos indikátorok működése Többféle működési elv: 0. A csapadék megjelenése A mérőoldattal szintén csapadékot adó ion Feltétel: a mérni kívánt ionnal alkotott csapadékhoz képest – jobban oldódjék, – és attól eltérő színű legyen. Pl. kromát az Ag+ ionhoz. Adszorpciós: a csapadékon megkötődő színes anyag, pl. fluoreszcein. A vizsgált ion feleslege az indikátorral színes vegyületet ad: pl. SCN– ion a Fe3+ ionnal. Ez fordított titrálás és visszatitrálás esetén használható.

8.3 Mérőoldat készítése, pontos koncentráció 500 cm3 c = 0,05 mol/dm3 névleges koncentrációjú AgNO3 mérőoldat készítéséhez hány g AgNO3 szükséges? M(AgNO3) = 169,88g/mol AgNO3 anyagmennyiség n(AgNO3) = c(AgNO3)·V(AgNO3) = 0,025 mol AgNO3 tömeg m(AgNO3) = n(AgNO3)·M(AgNO3) = 4,247 g A bemérésünk ténylegesen m(AgNO3) = 4,2456 g lett. Mennyi az oldat pontos koncentrációja? c(AgNO3) = 0,04998 mol/dm3

8.3 Pontos koncentráció meghatározása Ha nincs megfelelő minőségű ezüst-nitrát, a pontos koncentrációt titrálással kell meghatározni. 2,9456 g NaCl feloldásával készítettünk 500 cm3 oldatot. Az oldat 10,0 cm3 térfogataira 20,13 cm3 átlagfogyást kaptunk az ezüst-nitrát mérőoldatból. Mennyi a pontos koncentráció? M(NaCl) = 58,45 g/mol NaCl anyagmennyiség n(NaCl) = m(NaCl)/M(NaCl) = 0,05040 mol c(NaCl) = 0,1008 mol/dm3 A titrált NaCl anyagmennyiség n(NaCl) = c(NaCl)·V(NaCl) = 0,001008 mol AgNO3 anyagmennyiség n(AgNO3) = n(NaCl) = 0,001008 mol AgNO3 pontos koncentráció c(AgNO3) = n(AgNO3)/V(AgNO3) = 0,05007 mol/dm3

8.4 Egyenértékpont jelzése az argentometriában Az Ag+ ionok feleslege többféle módon is jelezhető. a) Adszorpciós: a fluoreszcein mindaddig nem tud kötődni a csapadékon, amíg annak felületén a negatív klorid-ionok vannak. Természetes vizeknél nem mindig jó! b) Színes csapadékos: kromát – az ezüst-ionok feleslegével vörös csapadékot alkot. (2 Ag+ + CrO42– → Ag2CrO4) Mennyi indikátor kell? Annyi, hogy 1. ne váljék le Ag2CrO4 csapadék, amíg van klorid-ion, de 2. azonnal keletkezzék 1 csepp mérőoldat felesleg hatására (ld. a következő oldal) További lehetőség(ek) c) Visszatitrálás: az ezüst-ionok feleslegét olyan mérőoldattal titráljuk meg, aminek feleslegét az indikátor jelzi (pl. NH4SCN feleslegét a Fe3+ indikátor).

8.4 Mennyi indikátor kell? A 2. meggondolás (azonnal keletkezzék Ag2CrO4 csapadék 1 csepp mérőoldat felesleg hatására) alapján számoljuk ki, a 0,5 mol/dm3-es K2CrO4 indikátorból hány csepp kell legalább 50 cm3 titrált térfogat, 0,05 cm3 csepptérfogat és 0,05 mol/dm3 mérőoldat koncentráció esetén! c(Ag+, felesleg) = 0,05 mol/dm3·0,05 cm3/50 cm3 c(Ag+, felesleg) = 0,00005 mol/dm3 = 5·10-5 mol/dm3 L = c(Ag+)2·c(CrO42–) = 9,0·10-13 c(CrO42–) = 0,5 mol/dm3·x cm3/50 cm3 x = 0,036 cm3, azaz 1 csepp, a valóságban legalább 3-5 csepp, hogy tényleges csapadék leválás legyen.

8.4 Mennyi indikátor kell? Az 1. meggondolás (ne váljék le Ag2CrO4 csapadék, amíg van klorid-ion) alapján számoljuk ki, a 0,5 mol/dm3-es K2CrO4 indikátorból hány cseppet használhatunk legfeljebb 50 cm3 titrált térfogat, 0,05 cm3 csepptérfogat és 0,05 mol/dm3 mérőoldat koncentráció esetén! c(Ag+, egyenértékpont) = 1,25·10-5 mol/dm3 L = c(Ag+)2·c(CrO42–) = 9,0·10-13 c(CrO42–) = 0,5 mol/dm3·x cm3/50 cm3 x = 0,58 cm3, azaz kb. 12 csepp. Így a gyakorlatban az alkalmazott mennyiség a 10 w%-os oldatból kb. az oldat térfogatának 1 %-a, az 5 w%-os oldatból kb. az oldat térfogatának 2 %-a.

8.5 Eredmény számítása: Cl– ionok mérése A klorid-ionok az ezüst-ionokkal fehér csapadékot adnak: Ag+ + Cl– → AgCl 50 cm3 vízmintát titráltunk c = 0,0507 mol/dm3-es AgNO3 mérőoldattal. Az átlag fogyás 12,53 cm3. a) Mennyi a víz klorid-ion tartalma mg/dm3-ben? n(AgNO3) = 12,53 cm3·0,0507 mmol/cm3 = 0,635 mmol n(Cl–) = 0,635 mmol c(Cl–) = 12,7 mmol/dm3 M(Cl–) = 35,45 g/mol = 35,45 mg/mmol ρB(Cl–) = 450 mg/dm3 b) Alkalmas-e ivóvíznek, ha 250 mg/dm3 a klorid-ion határ-érték? NEM.

8.7 Fordított titrálás: SCN– ionok mérése A rodanid-ionok az ezüst-ionokkal fehér csapadékot adnak: Ag+ + SCN– → AgSCN A Fe3+ ionnal a rodanid-ionok feleslege jelezhető: Fe3+ + 6 SCN– → [Fe(SCN)6]3– A végpont jelzése fordított titrálással egyszerűbb: az AgNO3 mérőoldatot titráljuk a mérendő (pl. NH4SCN) oldattal. 50 cm3 c = 0,0498 mol/dm3-es AgNO3 oldatra fogyott átlag 14,37 cm3 NH4SCN oldat. Mennyi az oldat rodanid-ion tartalma g/dm3-ben? n(AgNO3) = 50 cm3·0,0498 mmol/cm3 = 2,490 mmol n(SCN–) = 2,490 mmol c(SCN–) = 173,3 mmol/dm3 M(SCN–) = 58,1 g/mol ρB(SCN–) = 10,07 g/dm3

8.9 Összefoglaló kérdések Mi a csapadék? (2 pont) Mi az oldhatósági szorzat? (2 pont) Mi kötődhet meg a csapadékok felületén? Mit okoz ez? (2+1+2 pont) Mi a csapadékos titrálásoknál alkalmazott indikátorok működési elve? (2+2+2 pont) Milyen mennyiségű csapadékos (kromát) indikátor kell? (3 pont) 500 cm3 c = 0,05 mol/dm3 névleges koncentrációjú AgNO3 mérőoldat készítéséhez hány g AgNO3 szükséges? A bemérésünk ténylegesen m(AgNO3) = 4,2456 g lett. Mennyi az oldat pontos koncentrációja? M(AgNO3) = 169,88g/mol (3+3 pont)

8.9 Összefoglaló kérdések 2,9456 g NaCl feloldásával készítettünk 500 cm3 oldatot. Az oldat 10,0 cm3 térfogataira 20,13 cm3 átlagfogyást kaptunk az ezüst-nitrát mérőoldatból. Mennyi a pontos koncentráció? (4 pont) 50 cm3 vízmintát titráltunk c = 0,0507 mol/dm3-es AgNO3 mérőoldattal. Az átlag fogyás 12,53 cm3. (5 pont) a) Mennyi a víz klorid-ion tartalma mg/dm3-ben? b) Alkalmas-e ivóvíznek, ha 250 mg/dm3 a klorid-ion határérték?