Криві титрування

 

Зміна концентрації компонентів, що реагують, і залежна від неї зміна потенціалу в процесі окисно-відновного титрування може бути вивчена експериментально, а в ряді випадків розрахована на основі формули Нерста.

При експериментальному визначенні у розчин, що піддається титруванню, занурюють платиновий електрод і з’єднують через сольовий місток з нормальним водневим електродом. За допомогою бюретки вимірюють об’єм титранта, а користуючись включеним у водневий місток потенціометром — окисно-відновний потенціал системи Ех. Побудована на основі цих даних графічна залежність і є кривою титрування даного методу оксидиметрії.

Розрахунковий спосіб побудови кривих титрування пояснимо на прикладі титрування заліза (ІІ) ванадатом. Схематично цей процес виглядає так:

 

Fe+2 +V+5 = Fe+3 +V+4

 

Значення відповідних нормальних редокспотенціалів таке:

 

На самому початку титрування у розчині висока концентрація Fe+2 тому потенціал системи буде низький (таблиця). Згідно з формулою Нернста, 

 

при збільшені [Fe+2], потенціал буде поступово підвищуватись (позиції 2-6 таблиці). Поблизу точки еквівалентності (7), як і при кислотно-основному титруванні, зміна концентрації стає більш різкою оскільки приливання невеликої кількості V+5 призводить до окиснення залишку Fe+2 і різкого зростання співвідношення [Fe+3]/[Fe+2]. Після точки еквівалентності потенціал продовжує змінюватись спочатку більш різко (позиція 8), потім все менше (9, 10). Це пов’язано з тим, що спочатку з’являється помітний надлишок V+5, тому на невеликому діапазоні збільшення об’єму титранта збільшується співвідношення [V+5]/[ V+4], що призводить до збільшення потенціалу 

 

При подальшому додаванні надлишку розчину V+5 потенціал вже не росте так швидко.

Побудований на основі даних таблиці зразок кривої титрування редоксометрії наведена на рисунку. Вона характеризується помітним стрибком редокс-потенціалу системи. Це дозволяє, по-перше, зробити висновок про можливості практичного застосування цього методу, по-друге, вибрати придатний для його здійснення індикатор.

 

Таблиця1

Титрування 100 мл 0,1н р-ну FeSO4 в 10н H2SO4 розчином NH4VO3

*На початку титрування умовно прийнято, що в розчині солі заліза (ІІ) міститься 0,01% заліза (ІІІ).

**Точка еквівалентності.

 

Рисунок 1. Криві титрування FeSO4 в 10н H2SO4 розчином NH4VO3.

 

 

По аналогії з кислотно-основними індикаторами, здавалось-би, найкращими окисно-відновними індикаторами повинні бути речовини, окисно-відновний потенціал і забарвлення яких змінюються поблизу точки еквівалентності. Такі індикатори відомі (про них буде сказано пізніше). Однак більшість таких індикаторів має суттєві недоліки. Так, потенціал індикатора змінюється не тільки в залежності від потенціалу системи (що б було ідеальним), але і від рН розчину. Іноді зміна забарвлення відбувається досить повільно або утворюються різноманітні проміжні сполуки. Тому у багатьох методах оксидиметрії у якості індикаторів застосовують специфічні реактиви. У цих випадках в кінці титрування відбувається зміна забарвлення (частіш за все виникнення або зникнення його) в зв’язку з надлишком робочого розчину. Так, у випадку титрування заліза (ІІІ) відновником TiCl3 у присутності роданіду зникнення в розчині Fe+3 призводить до зникнення червоного забарвлення розчину:

 

Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 червоний колір

Fe3+ + Ti3+ = Fe2+ + Ti4+.

 

До групи специфічних індикаторів належать KmnO4 у перманганатометрії та крохмаль у йодометрії. Детально про них йтиметься при розгляді подібних тем у подальшому.

Специфічні індикатори застосовуються виключно у даному методі і не придатні до інших титрувань.

Індикатори, що змінюють своє забарвлення в залежності від редокс-потенціалу розчину, характеризуються рівновагою окисленої форми (Indокис) і відновленої форми (Indвідн), що мають різні забарвлення

 

Indокис) + ne Indвідн

 

Перед титруванням до розчину приливають невелику кількість індикатора, тоді як у розчині присутня значна кількість реагуючих речовин (речовина, що визначається і продукти реакції з робочим розчином). Таким чином, редокс-потенціалу розчину визначається цими речовинами, і в залежності від нього змінюється вищенаведений стан рівноваги індикатора. При цьому важливо щоб редокс-потенціал був як найближче до точки еквівалентності, або, принаймні виходив на вертикальну частину кривої титрування. Так, для описаного вище титрування заліза (ІІ) ванадатом амонія найбільш придатна фенілантрапінова кислота (речовина-похідна дифеніламіну) редокс-потенціал якої дорівнює +1,08 В. Відновлена форма цього індикатора безбарвна, окислена забарвлена у червоно-фіолетовий колір. З інших індикаторів цього типу слід згадати дифеніламін (Еінд= 0,76 В), варіаміновий блакитний (Еінд= 0,6 В), метиловий синій (Еінд= 0,53 В), та інші.