Термометрическое титрование - Википедия - Thermometric titration

Эта статья включает Список ссылок, связанное чтение или внешняя ссылка, но его источники остаются неясными, потому что в нем отсутствует встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Октябрь 2008 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

А термометрическое титрование является одним из многих инструментальных титрование методы, где конечные точки могут быть точно и точно расположены без субъективной интерпретации со стороны аналитика их местоположения. Энтальпия изменение, возможно, является наиболее фундаментальным и универсальным свойством химических реакций, поэтому наблюдение температура изменения - естественный выбор в отслеживании их прогресса. Это не новый метод, возможно, первый известный метод термометрического титрования был описан в начале 20 века (Bell and Cowell, 1913). Несмотря на его привлекательные особенности, несмотря на значительные исследования, которые были проведены в этой области, и большое количество разработанных приложений; До сих пор это была недостаточно используемая технология в критической области промышленных процессов и контроля качества. Автоматизированный потенциометрический системы титрования преобладали в этой области с 1970-х годов. С появлением дешевых компьютеров, способных работать с мощным программным обеспечением для термометрического титрования, разработка достигла той стадии, когда простые в использовании автоматизированные системы термометрического титрования во многих случаях могут предложить превосходную альтернативу потенциометрической титриметрии.

Сравнение потенциометрического и термометрического титрований.

Потенциометрическая титриметрия является преобладающим методом автоматизированной титриметрии с 1970-х годов, поэтому стоит рассмотреть основные различия между ней и термометрической титриметрией.

Потенциометрическое титрование полагается на свободная энергия изменение в реакционной системе. Необходимо измерение члена, зависящего от свободной энергии.

Δграмм⁰ = -RT перK (1)

Где:

ΔG⁰ = изменение на бесплатную энергию

р = универсальная газовая постоянная

Т = температура в кельвины (K) или градусы Ренкина (° R)

K = константа равновесия при температуре Т

ln - функция натурального логарифма

Для того чтобы реакция могла быть подвергнута потенциометрической титриметрии, изменение свободной энергии должно быть достаточным для соответствующего датчик ответить значительным перегибом (или "перегибом") в кривая титрования где отклик датчика отложен в зависимости от количества титрант доставлен.

Однако свободная энергия - это лишь один из трех связанных параметров при описании любой химической реакции:

ΔЧАС⁰ = Δграмм⁰ + ТΔS⁰ (2)

куда:

ΔЧАС⁰ = изменение энтальпии

Δграмм⁰ = изменение свободной энергии

ΔS⁰ = изменение в энтропия

Т = температура в К

Для любой реакции, в которой свободной энергии не противодействует изменение энтропии, изменение энтальпии будет значительно больше, чем свободная энергия. Таким образом, титрование, основанное на изменении температуры (которое позволяет наблюдать изменение энтальпии), покажет больший перегиб, чем кривые, полученные с датчиков, реагирующих только на изменения свободной энергии.

Термометрическое титрование

При термометрическом титровании титрант добавляется с известной постоянной скоростью к титранд до завершения реакции указывает изменение температуры. Конечная точка определяется изгибом кривой, генерируемой выходным сигналом устройства измерения температуры.

Рассмотрим реакцию титрования:

аА + бB = пП (3)

Где:

A = титрант, и а = соответствующее количество родинки реагируя

B = аналит, и б = соответствующее количество реагирующих молей

P = продукт, и п = соответствующее количество произведенных молей

По завершении реакция дает коренной зуб теплота реакции ΔЧАС_р что отображается как измеримое изменение температуры ΔТ. В идеальной системе, в которой отсутствуют потери или приток тепла из-за влияний окружающей среды, протекание реакции наблюдается как постоянное повышение или понижение температуры в зависимости от того, соответствует ли ΔЧАС_р отрицательный (указывает на экзотермическую реакцию) или положительный (указывает на эндотермическую реакцию). В этом контексте влияние окружающей среды может включать (в порядке важности):

Рис. 1а и 1б. Идеализированные графики термометрического титрования экзотермических (слева) и эндотермических (справа) реакций

• Тепловые потери или приток тепла извне системы через стенки и крышку резервуара;
• Разница в температуре титранта и титранта;
• Потери на испарение с поверхности быстро перемешиваемой жидкости;
• Нагревание раствора при смешивании растворителя титранта с растворителем аналита;
• Тепло, возникающее в результате механического перемешивания (незначительное влияние); и
• Тепло, производимое термистор сам (очень незначительное влияние).

Если равновесие для реакции лежит далеко вправо (т.е. стехиометрический равновесие было достигнуто), то, когда весь аналит прореагировал под действием титранта, продолжение добавления титранта будет обнаружено резким изломом кривой температура / объем. Рисунки 1a и 1b иллюстрируют идеализированные примеры.

Рис. 2. Изображение кривой термометрического титрования для реакции с нестехиометрическим равновесием.

Форма экспериментально полученных графиков термометрического титрования будет отличаться от таких идеализированных примеров, и некоторые из факторов окружающей среды, перечисленных выше, могут иметь влияние. Может наблюдаться кривизна в конечной точке. Это может быть связано с нечувствительностью датчика или с медленным достижением теплового равновесия в конечной точке. Это также может произойти, если реакция между титрантом и титрантом не доходит до стехиометрического завершения. Определяющим фактором степени, до которой реакция дойдет до завершения, является изменение свободной энергии. Если это благоприятно, то реакция будет продолжаться до завершения и будет по существу стехиометрической. В этом случае резкость конечной точки зависит от величины изменения энтальпии. Если это неблагоприятно, конечная точка будет округлена независимо от величины изменения энтальпии. Реакции, в которых очевидны нестехиометрические равновесия, можно использовать для получения удовлетворительных результатов с использованием подхода термометрического титрования. Если участки кривой титрования как до, так и после конечной точки достаточно линейны, то пересечение касательных к этим линиям точно определит конечную точку. Это показано на рисунке 2.

Рассмотрим реакцию для уравнения аА + бB = пP, нестехиометрический в состоянии равновесия. Пусть A представляет титрант, а B - титрант. В начале титрования титран B находится в сильном избытке, и реакция приближается к завершению. В этих условиях при постоянной скорости добавления титранта повышение температуры является постоянным, и кривая является практически линейной до тех пор, пока не будет достигнута конечная точка. Аналогичным образом, когда титрант превышает конечную точку, можно также ожидать линейную температурную реакцию. Таким образом, пересечение касательных покажет истинную конечную точку.

Рис. 3. Типичный график термометрического титрования экзотермической реакции.

Фактический график термометрического титрования для определения сильная база с сильная кислота проиллюстрирован на рисунке 3.

Рис. 4б. Термометрический зонд для системы термометрического титрования Metrohm 859 Titrotherm

Наиболее практичным датчиком для измерения изменения температуры титрующих растворов оказался датчик термистор. Термисторы - это небольшие твердотельные устройства, которые демонстрируют относительно большие изменения электрического сопротивления при небольших изменениях температуры. Они изготовлены из спеченных смешанных оксидов металлов с подводящими проводами, обеспечивающими подключение к электрической цепи. Термистор заключен в подходящую электрически изолирующую среду с удовлетворительными характеристиками теплопередачи и приемлемой химической стойкостью. Обычно для термисторов, используемых для химического анализа, герметизирующей средой является стекло, хотя термисторы, инкапсулированные в эпоксидную смолу, могут использоваться в обстоятельствах, когда ожидается либо химическое воздействие (например, кислые фторидсодержащие растворы), либо серьезное механическое напряжение. Термистор поддерживается подходящей электронной схемой для максимальной чувствительности к мельчайшим изменениям температуры раствора. Схема в модуле интерфейса термометрического титрования Metrohm 859 Titrotherm способна разрешить изменения температуры до 10⁻⁵ К.

Рис. 5. Расположение конечной точки термометрического титрования с использованием второй производной сглаженной цифровым способом температурной кривой.

Важным элементом современной автоматизированной термометрической титриметрии является способность определять конечную точку с высокой степенью воспроизводимости. Совершенно непрактично и недостаточно для современных требований точности и точности оценивать перегиб путем пересечения касательные. Это удобно сделать дериватизация температурной кривой. В вторая производная по существу определяет пересечение касательных к температурной кривой непосредственно до и после точки излома.

Термисторы быстро реагируют на небольшие изменения температуры, такие как температурные градиенты в смешанном растворе для титрования, и, таким образом, сигнал может иметь небольшой шум. Поэтому перед дериватизацией необходимо цифровым способом сгладить (или «отфильтровать») температурную кривую, чтобы получить четкие симметричные «пики» второй производной, которые точно определят правильную точку перегиба. Это показано на рисунке 5. Степень цифрового сглаживания оптимизируется для каждого определения и сохраняется в качестве параметра метода для приложения каждый раз, когда запускается титрование для этого конкретного анализа.

Поскольку изменение энтальпии является универсальной характеристикой химических реакций, термометрическое определение конечной точки может применяться к широкому спектру типов титрования, например

• Кислота / основание
• Редокс
• Комплексометрический (EDTA ) и
• Осадки

Кроме того, поскольку датчику не требуется взаимодействовать с раствором для титрования электрохимически можно проводить титрование в непроводящей среде, а также титрование с использованием реакций, для которых нет удобного или экономичного потенциометрического датчика.

Термометрическое титрование обычно требует быстрого кинетика реакции для получения точных воспроизводимых конечных точек. Если кинетика реакции медленная и прямое титрование между титрантом и титрантом невозможно, для решения проблемы часто можно использовать непрямое или обратное титрование.

Каталитически улучшенные конечные точки могут использоваться в некоторых случаях, когда изменение температуры в конечной точке очень мало и конечные точки не могут быть удовлетворительно обнаружены программным обеспечением для титрования.

Пригодность конкретной химической реакции в качестве кандидата для процедуры термометрического титрования, как правило, можно предсказать на основании оцененного количества аналита, присутствующего в образце, и энтальпии реакции. Однако другие параметры, такие как кинетика реакции, матрица образцов сам, теплота разбавления а потеря тепла в окружающую среду может повлиять на результат. Правильно составленная экспериментальная программа - самый надежный способ определения жизнеспособности метода термометрического титрования. Обычно термометрическое титрование успешно применяется там, где кинетика реакции титрант-титран является быстрой, а химические равновесия стехиометрически или близки к ним.

Где могут быть рекомендованы определения термометрическим титрованием

• Аналитик хочет упростить проведение множества титрований, используя один датчик для всех. Например, лаборатория может проводить рутинное кислотно-основное, окислительно-восстановительное, комплексометрическое, сульфатное и хлоридное титрование. Один термометрический датчик в сочетании с автосэмплером позволит выполнять все титрования с одной загрузкой карусели без необходимости замены датчиков титрования. После подготовки образцов и помещения их в карусель аналитик назначает соответствующий термометрический метод положению стакана в карусели.
• Среда титрования считается неподходящей для обычных датчиков титрования. Например, pH-электроды со стеклянной мембраной должны содержаться в достаточном количестве гидратированных для правильной работы. Использование таких электродов в практически неводных средах, таких как определение следовых количеств кислот в липидах и смазочных маслах, может привести к потере рабочих характеристик, поскольку мембрана загрязняется и обезвоживается и / или если контрольный спай частично или полностью блокируется. Часто необходимо поддерживать несколько электродов в цикле в рамках программы омоложения, чтобы справляться с аналитической нагрузкой. Термометрические датчики не имеют электрохимического взаимодействия с титрующим раствором и поэтому могут использоваться постоянно, практически не требуя технического обслуживания. Аналогичным образом потенциометрическое титрование сульфата с хлорид бария в различных промышленных образцах может привести к быстрой деградации индикаторного селективного электрода иона бария.
• Методика термометрического титрования, которую нельзя воспроизвести с использованием других типов датчиков титрования, даст лучшие результаты или результаты, недостижимые другими методами. Примерами являются определение фторида титрованием борной кислотой, анализ ортофосфата титрованием ионами магния и прямое титрование алюминия фторид-ионами.

Рис. 6. Пример современной автоматизированной системы термометрического титрования (с использованием интерфейсного модуля Metrohm 859 Titrotherm и дозирующих устройств Metrohm 800 Dosino)

Аппаратура и установка для автоматизированной термометрической титриметрии

Подходящая установка для автоматической термометрической титриметрии включает в себя следующее:

• Прецизионные дозирующие устройства - бюретки - для добавления титрантов и дозирования других реагентов.
• Термометрический датчик на основе термистора
• Сосуд для титрования
• Перемешивающее устройство, обеспечивающее высокоэффективное перемешивание содержимого емкости без разбрызгивания
• Компьютер с операционной системой термометрического титрования
• Интерфейсный модуль термометрического титрования - регулирует поток данных между бюретками, датчиками и компьютером.

На рисунке 6 показана современная автоматизированная система термометрического титрования, основанная на интерфейсном модуле Metrohm 859 Titrotherm с датчиком Thermoprobe, дозирующих устройствах Metrohm 800 Dosino и компьютере, на котором запущено операционное программное обеспечение.

Рис 7. Схема взаимосвязи компонентов в автоматизированной системе термометрического титрования. A = дозирующее устройство B = термометрический датчик C = перемешивающее устройство D = интерфейсный модуль термометрического титрования E = компьютер

На рис. 7 схематически показано соотношение компонентов в автоматизированной системе термометрического титрования.

A = дозирующее устройство
B = термометрический датчик
C = перемешивающее устройство
D = интерфейсный модуль для термометрического титрования
E = компьютер

Виды термометрического титрования

Приложения для термометрической титриметрии взяты из основных групп, а именно:

• Кислотно-основное титрование
• Редокс-титрование
• Титрование осадков
• Комплексометрическое титрование

Поскольку датчик не взаимодействует электрически или электрохимически с раствором, электрическая проводимость среды для титрования не является обязательным условием для определения. При необходимости титрование можно проводить в полностью непроводящей и неполярной среде. Кроме того, титрование можно проводить в мутных растворах или даже в суспензиях твердых веществ, и можно рассматривать титрование, когда осадки являются продуктами реакции. Диапазон возможных применений термометрического титрования намного превосходит реальный опыт автора, и в некоторых случаях читатель будет отсылаться к соответствующей литературе.

Кислотно-основное титрование

Рис. 8. Титрование NaOH 1 моль / л HCl.

Определение полностью диссоциированных кислот и оснований.

Теплота нейтрализации полностью диссоциированной кислоты полностью диссоциированным основанием составляет приблизительно –56 кДж / моль. Таким образом, реакция является сильно экзотермической и является отличной основой для широкого спектра промышленных анализов. Преимущество для промышленного аналитика заключается в том, что использование более сильных титрантов (от 1 до 2 моль / л) позволяет сократить объем подготовки пробы, и пробы часто могут быть непосредственно и точно помещены в сосуд для титрования перед титрованием.

Рис.9. Титрование бикарбоната в компании карбонатом 1 моль / л NaOH

Титрование слабых кислот

Слабо диссоциированные кислоты дают точные термометрические конечные точки при титровании сильным основанием. Например, бикарбонат можно однозначно определить вместе с карбонатом путем титрования гидроксилом (Δ⁰ЧАС_р= -40,9 кДж / моль).

Рис. 10. Титрование смеси азотной, уксусной и фосфорной кислот 2 моль / л NaOH.

Титрование кислотных смесей

Смеси сложных кислот могут быть разделены термометрическим титрованием стандартным NaOH в водном растворе. В смеси азотной, уксусной и фосфорной кислот, используемой при производстве полупроводников, на основе констант диссоциации кислот можно предсказать три конечные точки:

Ключом к определению количества каждой кислоты, присутствующей в смеси, является возможность получить точное значение количества присутствующей фосфорной кислоты, что выявлено титрованием третьего протона H₃PO₄.

На рис. 10 показан график титрования этой смеси с тремя четкими конечными точками.

Рис. 11. Графики титрования для определения «общего каустика», «общего содержания соды» и «глинозема» в растворах для рафинирования глинозема.

Титрование сложных щелочных растворов

Термометрический титриметрический анализ щелока алюмината натрия («Байер ликер ») в производстве глинозем из боксит выполняется в автоматическом режиме двух титрований. Это адаптация классического приложения для термометрического титрования (VanDalen and Ward, 1973). При первом титровании раствор винной кислоты добавляют к аликвоте жидкости для образования комплексного алюмината, высвобождая один моль гидроксила на каждый моль присутствующего алюмината. Его титруют ацидиметрическим методом вместе с присутствующим «свободным» гидроксилом и содержанием карбоната (в качестве второй конечной точки). Второму титрованию предшествует автоматическое добавление раствора фторида. Комплекс оксида алюминия с тартратом разрушается в пользу образования комплекса фторида алюминия и сопутствующего высвобождения трех молей гидроксила на каждый моль присутствующего алюминия, которые затем титруют ацидиметрическим методом. Все определение может быть выполнено менее чем за 5 минут.

Рис. 12. Определение свободного H₂ТАК₄ в выщелачивающем растворе меди титрованием в пропан-2-оле 1 моль / л КОН в пропан-2-оле

Безводное кислотно-основное титрование

Неводное кислотно-основное титрование можно преимущественно проводить термометрическими средствами.

Растворы кислотного выщелачивания из некоторых медных рудников могут содержать большие количества Fe (III), а также Cu (II). Содержание «свободной кислоты» (серной кислоты) в этих выщелачивающих растворах является критическим параметром процесса. Хотя термометрическая титриметрия может определять содержание свободной кислоты с небольшими количествами Fe (III), в некоторых растворах содержание Fe (III) настолько велико, что вызывает серьезные помехи. Комплексообразование с обязательно большим количеством оксалата нежелательно из-за токсичности реагента. Термометрическое титрование было разработано путем разбавления аликвоты пропан-2-олом и титрования стандартным КОН в пропан-2-оле. Большая часть содержания металла выпала в осадок до начала титрования, и была получена четкая, четкая конечная точка для содержания серной кислоты.

Рис. 13. Катализированное термометрическое титрование с конечной точкой свободных жирных кислот в твердом жире - эндотермический гидролиз параформальдегида, катализируемый гидроксилом.

Катализированное термометрическое кислотно-основное титрование с конечной точкой

Определение микрокислот в органических матрицах - обычная аналитическая задача титриметрии. Примерами являются общее кислотное число (TAN) в минеральных и смазочных маслах и свободные жирные кислоты (FFA) в пищевых жирах и маслах. Автоматизированным процедурам потенциометрического титрования присвоен статус стандартного метода, например, ASTM для TAN и AOAC для FFA. Методология одинакова в обоих случаях. Образец растворяют в подходящей смеси растворителей; скажем, углеводород и спирт, которые также должны содержать небольшое количество воды. Вода предназначена для повышения электропроводности раствора. Следы кислоты титруются стандартным основанием в спирте. Окружающая среда образца по существу враждебна pH-электроду, который используется для определения титрования. Электрод необходимо регулярно выводить из эксплуатации для регидратации стеклянной чувствительной мембраны, которая также может быть загрязнена масляным раствором образца.

Недавняя термометрическая титриметрическая процедура для определения FFA, разработанная Cameiro и другие. (2002) особенно хорошо поддаются автоматизации. Он быстрый, очень точный, и результаты очень хорошо согласуются с результатами, полученными официальным методом AOAC. Изменение температуры для титрования очень слабых кислот, таких как олеиновая кислота, на 0,1 моль / л КОН в пропан-2-оле слишком мало, чтобы дать точную конечную точку. В этой процедуре небольшое количество параформальдегида в виде мелкодисперсного порошка добавляется к титранту перед титрованием. В конечном итоге первый избыток гидроксильных ионов катализирует деполимеризацию параформальдегида. Реакция сильно эндотермична и дает резкий перегиб. График титрования показан на рисунке 13. Скорость этого титрования в сочетании с точностью и аккуратностью делает его идеальным для анализа FFA в сырье и продукте биодизеля.

Редокс-титрование

Титрование перманганатом и дихроматом

Окислительно-восстановительные реакции обычно сильно экзотермичны и могут быть отличными кандидатами для термометрического титрования. При классическом определении иона двухвалентного железа перманганатом энтальпия реакции более чем вдвое больше, чем при титровании сильной кислотой / сильным основанием: Δ⁰ЧАС_р = -123,9 кДж / моль Fe. Определение перекиси водорода перманганатным титрованием еще более экзотермично при Δ⁰ЧАС_р = -149,6 кДж / моль H₂О₂

Титрование тиосульфатом

При определении гипохлорита (например, в коммерческих составах отбеливателей) можно использовать прямое титрование тиосульфатом без использования йодометрической отделки.

ClO⁻ + H₂O + 2e⁻ ↔ Cl⁻ + 2OH⁻

2S₂О₃²⁻ ↔ S₄О₆²⁻ + 2e⁻         

2S₂О₃²⁻ + ClO⁻ + H₂O ↔ S₄О₆²⁻ + Cl⁻ + 2OH⁻

Термометрическое иодометрическое титрование с использованием тиосульфата в качестве титранта также практично, например, при определении Cu (II). В этом случае было обнаружено, что выгодно вводить реагент йодид калия с титрантом тиосульфата в таких пропорциях, чтобы йод выделялся в раствор непосредственно перед его восстановлением тиосульфатом. Это сводит к минимуму потери йода во время титрования.

Титрование гипохлоритом

Хотя относительно нестабильно и требует частой стандартизации, гипохлорит натрия был использован в методе очень быстрого термометрического титрования для определения иона аммония. Это альтернатива классическому подходу перегонки аммиака из основного раствора и последующего кислотно-щелочного титрования. Термометрическое титрование проводят в растворе бикарбоната, содержащем бромид-ион (Brown et al., 1969).

Рис. 14. ЭДТА-титрование кальция и магния в морской воде.

Комплексометрическое (ЭДТА) титрование

Термометрическое титрование с использованием натриевых солей этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) было продемонстрировано для определения ряда ионов металлов. Энтальпии реакции невелики, поэтому титрование обычно проводят с концентрацией титранта 1 моль / л. Это требует использования тетра-натриевой соли EDTA, а не более распространенной динатриевой соли, которая является насыщенной при концентрации только приблизительно 0,25 моль / л.

Отличное применение - последовательное определение кальция и магния. Хотя кальций экзотермически реагирует с ЭДТА (теплота хелатирования ~ -23,4 кДж / моль), магний реагирует эндотермически с теплотой хелатирования ~ + 20,1 кДж / моль. Это показано на графике титрования ЭДТА с кальцием и магнием в морской воде (Рисунок 14). Следуя кривой температуры раствора, за точкой излома для содержания кальция (конечная точка, отмеченная красной меткой) следует область умеренного повышения температуры из-за конкуренции между теплотами разбавления титранта раствором и эндотермической реакцией Mg.²⁺ и ЭДТА. Точка останова по потреблению Mg²⁺ (конечная точка, помеченная синим цветом) с помощью ЭДТА определяется повышением температуры, вызванным исключительно теплотой растворения.

Рис. 15. График обратного титрования избытка ЭДТА с Cu (II) в NH₃/ NH₄Буферный раствор Cl

Прямое титрование ЭДТА ионами металлов возможно при быстрой кинетике реакции, например цинка, меди, кальция и магния. Однако при более медленной кинетике реакции, например, для кобальта и никеля, используется обратное титрование. Титрование кобальта и никеля проводят в аммиачной среде; забуференный аммиаком: раствор хлорида аммония. Добавляют избыток ЭДТА и снова титруют раствором Cu (II). Предполагается, что точка разрыва определяется разницей в энтальпиях реакции между образованием комплекса Cu-EDTA и образованием комплекса Cu-амин.

Рис. 16. Термометрическое титрование ЭДТА, определение следовых количеств Cu (II) с помощью Mn (II) -катализа экзотермической реакции между пероксидом водорода и многоатомным фенолом.

В каталитической процедуре конечной точки для определения следовых количеств ионов металлов в растворе (примерно до 10 мг / л) используется 0,01 моль / л EDTA. Это применялось для определения низкого уровня Cu (II) в специальных электролитических ваннах, а также для определения общей жесткости воды. Энтальпии реакции ЭДТА с большинством ионов металлов часто довольно низки, и обычно используются концентрации титранта около 1 моль / л с соизмеримо высокими количествами титранта для получения точных воспроизводимых конечных точек. Используя каталитически указанную конечную точку, можно использовать очень низкие концентрации титранта EDTA. Используется обратное титрование. Добавляют избыток раствора EDTA. Избыток ЭДТА подвергают обратному титрованию подходящим ионом металла, таким как Mn.²⁺ или Cu²⁺. В конечном итоге первый избыток иона металла катализирует сильно экзотермическую реакцию между многоатомным фенолом (таким как резорцин) и перекисью водорода.

Осадочное титрование

Термометрическая титриметрия особенно подходит для определения ряда аналитов, в которых в результате реакции с титрантом образуется осадок. В некоторых случаях может быть предложена альтернатива традиционной практике потенциометрического титрования. В других случаях могут использоваться химические реакции, для которых нет удовлетворительного эквивалента в потенциометрической титриметрии.

Титрование нитратом серебра

Термометрическое титрование нитрат серебра с галогенидами и цианидом все возможно. Реакция нитрата серебра с хлоридом сильно экзотермична. Например, энтальпия реакции Ag⁺ с Cl⁻ высокий -61,2 кДж / моль. Это позволяет легко определять хлорид с помощью общедоступного стандарта 0,1 моль / л AgNO.₃. Конечные точки очень точны, и при осторожном подходе можно проанализировать концентрации хлоридов до 15 мг / л. Бромид и хлорид могут быть определены в смеси.

Титрование сульфата

Сульфат можно быстро и легко титровать термометрическим методом с использованием стандартных растворов Ba²⁺ как титрант. В промышленности методика применялась для определения сульфата в рассоле (включая электролизные рассолы), в растворах рафинирования никеля и, в частности, для определения сульфата во влажном процессе. фосфорная кислота, где он оказался довольно популярным. Эту процедуру также можно использовать для помощи в анализе сложных смесей кислот, содержащих серную кислоту, когда применение титрования в неводных средах невозможно.

Энтальпия реакции образования сульфата бария составляет умеренную -18,8 кДж / моль. Это может наложить ограничение на нижний предел сульфата в анализируемой пробе.

Титрование алюминия фторидом

Термометрическая титриметрия предлагает быстрый и высокоточный метод определения алюминия в растворе. Раствор алюминия кондиционируют ацетатным буфером и избытком ионов натрия и калия. Титрование натрием или фторид калия приводит к экзотермическому осаждению нерастворимой алюмофторидной соли.

Al³⁺ + Na⁺ + 2К⁺ + 6F⁻ ↔ K₂NaAlF₆↓

Поскольку 6 моль фторида реагируют с одним моль алюминия, титрование является особенно точным, и при анализе квасцов был достигнут коэффициент вариации (CV) 0,03.

Когда ион алюминия (например, нитрат алюминия) используется в качестве титранта, фторид может быть определен с использованием того же химического метода. Это титрование полезно при определении фторида в сложных смесях кислот, используемых в качестве травителей в полупроводниковой промышленности.

Титрование общего ортофосфата

Ортофосфат-ион можно легко термометрически титровать ионами магния в присутствии иона аммония. Аликвоту пробы забуферивают примерно до pH 10 с помощью NH₃/ NH₄Раствор Cl.

Реакция:

Mg²⁺ + NH₄⁺ + PO₄³⁻ ↔ MgNH₄PO₄↓

Экзотермичен. CV ниже 0,1 был достигнут в тестовых приложениях. Процедура подходит для определения ортофосфата в удобрениях и других продуктах.

Титрование никеля

Никель можно титровать термометрически, используя диметилглиоксимат натрия в качестве титранта. Химия аналогична классической гравиметрической процедуре, но время, необходимое для определения, может быть сокращено с многих часов до нескольких минут. Необходимо учитывать возможные помехи.

Титрование анионных и катионных ПАВ

Анионные и катионные поверхностно-активные вещества можно определить термометрическим методом путем титрования одного типа против другого. Например, хлорид бензалкония (катионное поверхностно-активное вещество четвертичного типа) может быть определен в очистителях и альгицидах для бассейнов и спа путем титрования стандартным раствором додецилсульфата натрия. Альтернативно, анионные поверхностно-активные вещества, такие как лаурилсульфат натрия, можно титровать цетилпиридиния хлорид.

Рис. 18. Термометрическое титрование неионного поверхностно-активного вещества в составе, содержащем анионное поверхностно-активное вещество.

Титрование неионных поверхностно-активных веществ

Когда избыток Ba²⁺ добавляется к неионогенному поверхностно-активному веществу типа производного алкилпропиленоксида, образуется псевдокатионный комплекс. Его можно титровать стандартным тетрафенилборатом натрия. Два моля тетрафенилбората реагируют с одним моль Ba²⁺/ неионный комплекс ПАВ.

Разное водное титрование

Рис. 19. Титровальный график определения фторида борной кислотой.

Титрование фторида борной кислотой

Кислые растворы фторидов (включая плавиковую кислоту) можно определить простым термометрическим титрованием борной кислотой.

В (ОН)₃ + 3F⁻ + 3H⁺ ↔ BF₃ + 3H₂О

График титрования, показанный на рисунке 19, показывает, что конечная точка довольно округлая, что позволяет предположить, что реакция не может идти до стехиометрического равновесия. Однако, поскольку участки температурной кривой непосредственно перед и после конечной точки довольно линейны, вторая производная этой кривой (представляющая пересечение касательных) точно определит конечную точку. Действительно, с помощью этого титрования можно получить превосходную точность с CV менее 0,1.

Определение формальдегида

Формальдегид может быть определен в растворах для химического меднения путем добавления избытка сульфит натрия раствора и титрованием высвободившегося гидроксил-иона стандартной кислотой.

ЧАС₂С = О + HSO₃⁻ + H₂O → [HO-CH₂-ТАК₃⁻] + OH⁻

Рекомендации

1. Дж. М. Белл и К. Ф. Коуэлл. Варенье. Chem. Soc. 35, 49-54 (1913)
2. Э. ВанДален и Л. Г. Уорд. Определение гидроксида и оксида алюминия термометрическим титрованием в процессе Байера

решения. Анальный. Chem. 45 (13) 2248-2251, (1973)

1. М. Дж. Д. Карнейро, М. А. Ферес Жуниор и О. Е. С. Годиньо. Определение кислотности масел с использованием параформальдегида в качестве термометрического индикатора конечной точки. J. Braz. Chem. Soc. 13 (5) 692-694 (2002)

Библиография

• Bark, L. S. и Bark, S. M .; (1969). Термометрическая титриметрия. Международная серия монографий по аналитической химии Том 33 Pergamon Press (Оксфорд) Каталог Библиотеки Конгресса Карточка № 68-57883
• Barthel, J .; (1975) Термометрическое титрование. John Wiley & Sons, Нью-Йорк. ISBN  0-471-05448-8 Карточка-каталог Библиотеки Конгресса № 75-17503
• Eatough, D. J .; Кристенсен, Дж. Дж. И Изатт Р. М.; (1974) Эксперименты по термометрической титриметрии и титровальной калориметрии. Издательство Университета Бригама Янга, Прово, Юта. ISBN  0-8425-0145-2 Карточка-каталог Библиотеки Конгресса 74-13074
• Grime, J. K .; (1985) Калориметрия аналитических растворов. John Wiley & Sons, Нью-Йорк. ISBN  0-471-86942-2 Карточка-каталог Библиотеки Конгресса № 84-28424
• Vaughan, G.A .; (1973) Термометрическая и энтальпиметрическая титриметрия. Компания Van Nostrand Reinhold (Лондон) ISBN  0-442-78385-X Карточка-каталог Библиотеки Конгресса № 79-186764

внешняя ссылка

• Основы термометрического титрования
• Определение термометрического титрования IUPAC
• Монография Metrohm по термометрическому титрованию