تیتراسیون اسید و باز

تیتراسیون اسید و باز

تیتراسیون اسید باز چیست

تیتراسیون اسید و باز به انگلیسی Acid–base titration و یا واکنش اسید-باز به فرایندی گفته می شود که طی آن یک محلول اسیدی یا قلیایی با غلظت مشخص که تیترانت نامیده می شود به محلول با غلظت نامشخص افزوده می شود تا غلظت آن تعیین گردد. این روش با استفاده از واکنش خنثی سازی اسید ها و قلیا ها ، به منظور بررسی کمی غلظت محلول و همچنین پیدا کردن خلوص مواد نامشخص انجام می گیرد. فرایند تیتراسیون اسید باز تا زمانی که مواد خنثی شده و به اصطلاح به نقطه هم ارزی برسند ادامه پیدا می کند و از شناساگر ها استفاده می شود.

آشنایی با واکنش اسید و باز

اسید قوی مثل هیدروکلریک اسید ، سولفوریک اسید ، نیتریک اسید : در محلول به یون هیدرونیوم تبدیل می شود

HCl + H2O → H3O+ + Cl

اسید ضعیف مثل اسید استیک ، هیدروفلوئوریک اسید ، اگزالیک اسید : به طور کامل به صورت یون هیدرونیوم تجزیه نمی شود

CH3COOH + H2O ↔ CH3COO + H3O+

باز قوی مانند سود مایع ، پتاسیم هیدروکساید ، لیتیم هیدروکساید : به شکل یون هیدروکسیل تجزیه خواهد شد

NaOH → Na+ + OH

باز ضعیف مانند آمونیوم هیدروکساید ، آمونیوم : کاملا به صورت OH- تجزیه نمی شود

NH4OH ↔ NH4+ + OH

تعریف تیتراسیون

تیتراسیون یا واکنش اسید باز یکی از روش های علم شیمی است که برای تعیین غلظت یک محلول اسیدی یا قلیایی مجهول با استفاده از یک محلول معرف بکار می رود. این روش از دو بخش تشکیل می شود. یک محلول اسیدی یا قلیایی مشخص که تیترانت نام دارد و دوم ، نمونه ای که می خواهیم غلظت آن را بررسی نماییم و آنالیت نامیده می شود. برای رسیدن به نقطه تعادل و شناسایی مجهول ، تیترانت را داخل بورت ریخته و سپس قطره قطره آن را داخل آنالیت می ریزیم. با مشاهده حجم تیترانت از روی درجه های بورت می توان غلظت نمونه را به دست آورد. این روش بر اساس تاثیرات اسید و باز بر یکدیگر و تغییرات پی اچ صورت می گرد و می توان از شناساگر هم در آن استفاده نمود.

اصطلاحات مهم در این روش

تیترانت Titrant : محلول معلوم با غلظت مشخص که برای سنجش استفاده می شود.

آنالیت Analyte : محلول مجهول با غلظت نامشخص است.

نقطه هم ارزی Equivalence Point : نقطه هم ارزی یا اکی والان زمانی بدست می آید که میزان کافی تیترانت وارد آنالیت شده و آن را خنثی نموده است. در این نقطه ، تعداد مول های اسید و قلیا با هم برابر شده و یکدیگر را خنثی نموده اند که در نتیجه فقط آب و نمک باقی می ماند.

شناساگر Indicator : شناساگر یا معرف شیمیایی یک اسید یا باز ضعیف است که در محیط های مختلف دچار تغییر رنگ می شود و می تواند نقطه هم ارزی را مشخص نماید. زمانی که معرف تغییر رنگ داد ، آن را نقطه پایانی می نامند. این معرف ها ، تشخیص نقطه هم ارزی را آسان تر می نماید.

نقطه پایانی End Point : در این نقطه شناساگر تغییر رنگ می دهد و نشان دهنده خنثی شدن محلول نمونه است. نقطه پایانی نشان دهنده اتمام آزمایش می باشد که با تغییر رنگ شناساگر اتفاق می افتد.

انواع تیتراسیون

تیتراسیون مستقیم

در این نوع از واکنش اسید و باز ، تیترانت و آنالیت را مستقیم با هم ترکیب می کنیم و نقطه پایانی نشان دهنده پایان فرایند می باشد و غلظت ترکیب مجهول مشخص می گردد. این روش برای مواد محلول و پایدار کاربرد دارد.

تیتراسیون غیر مستقیم

چنانچه آنالیت ، ماده ای نامحلول یا ناپایدار باشد ، به جای استفاده از روش مستقیم ، از روش غیر مستقیم استفاده می کنیم. در این روش ، ماده معلوم را با ترکیب دیگری واکنش می دهیم تا در اثر ایجاد تغییری شیمیایی ، ته نشین شده و از محلول خارج شود. بنابراین به طور مستقیم در واکنش شرکت داده نمی شود و در عوض ، تعداد مول های ماده جایگزین مورد بررسی قرار می گیرد و بجای ماده آنالیت محاسبه می شود. برای مثال روش غیر مستقیم جهت سنجش سنگ های معدنی کاربرد دارد.

روش برگشتی یا معکوس

در این روش از مقدار اضافی یک ماده معلوم در واکنش اسید باز استفاده می کنند. این عمل یک واکنش اضافه را به همراه دارد اما چون غلظت و مشخصات ماده افزوده شده مشخص است ، با ایجاد یک واکنش تیتراسیون برگشتی می توان پی به ویژگی ها و غلظت ماده مجهول برد. در این فرایند ابتدا یک واکنش شیمیایی اضافی را با استفاده از محلول اضافی ایجاد می کنیم و بعد مقدار باقی مانده را اندازه گیری می نماییم.

در روش مستقیم ، واکنش بین ترکیب با غلظت معلوم و ترکیب ناشناخته بوجود می آید. در حالی که اندازه گیری غلظت تیترانت در روش برگشتی با استفاده از مقدار اضافی از ترکیب با غلظت معلوم است. روش معکوش ، یک روش دقیق تر می باشد بخصوص برای مواردی که شناساگر مناسب برای ایجاد تغییر رنگ در نقطه پایانی وجود ندارد.

سایر انواع

تیتراسیون کمپلکسومتری

نوعی آنالیز حجمی است که ترکیب رنگی آن برای شناسایی نقطه پایانی بکار می رود. این واکنش معمولا برای تشخیص ترکیب یون های فلزی مختلف در محلول مناسب است.

تیتراسیون رسوبی

این فرایند برای تشخیص مقدار عنصر مناسب است. مثلا جهت تیتر کردن کلر ، با استفاده از نیترات نقره ، آن را به فرم کلرید نقره رسوب می دهیم.

تیتراسیون اکسایش کاهش

یکی از تکنیک های آنالیز کمی شیمی ، شامل تبادل الکترون بین دو گونه می باشد. در این روش ، غلظت ماده مجهول سبب اکسندگی است. در روش اکسایش کاهش لزومی ندارد حتما از شناساگر استفاده نماییم. دو ماده شیمیایی ید و پرمنگنات پتاسیم کاربرد زیادی در این روش دارند و با نام تیتراسیون یدومتری و تیتراسیون پرمنگنات معروف هستند.

روش انجام آزمایش تیتراسیون

مواد و وسایل لازم

  • بشر
  • بالن
  • ارلن مایر
  • بورت و پایه نگهدارنده
  • پیپت و پوآر
  • مزور
  • ترازو
  • قیف

گزارش کار تیتراسیون

پیش از شروع کار باید حجم اولیه بورت را در گزارش یادداشت کنیم. برای تشخیص غلظت ماده مجهول ، محلول مورد نظر را تهیه نموده و شناساگر را هم آماده می کنیم. برای شروع فرایند ، شیر بورت را اندکی باز می نماییم تا محلول قلیایی یا اسیدی به آرامی و قطره قطره به داخل محلول مجهول موجود در ارلن بریزد. باید محمول مجهول را مرتب با دست تکان دهیم تا زمانی که به نقطه پایانی برسد.

همزمان شناساگر ها را هم به آن می افزاییم. برای مثال می توانیم فنل فتالئین و یا متیل اورنژ که به رنگ نارنجی است را بکار ببریم. زمانی که تیتراسیون به نقطه پایانی رسید و شناساگر ها تغییر رنگ دادند ، حجم پایانی را هم یادداشت می کنیم تا با توجه به اختلاف حجم مصرف شده محلول معلوم موجود در بورت و حجم اولیه آن ، محاسبات لازم را انجام دهیم. نتایج به دست آمده با نام گزارش کار تیتراسیون ارائه می گردد. برای مثال می توان از اسید هیدروکلریک و سود مایع که اسید و باز قوی هستند نام برد.

خطاهای تیتراسیون

انجام آزمایشات شیمیایی گاهی با خطا مواجه می شود که دلیل آن می تواند عوامل مختلفی باشد. برخی از عوامل ایجاد خطا در آزمایش عبارتند از:

  • عدم کالیبره بودن وسایل آزمایش مانند ترازو ، بورت و …
  • وجود ناخالصی یا عدم استاندارد بودن تیترانت هم دلیل دیگر آن است. اسید و قلیایی که در این آزمایش بکار می رود باید با استفاده از KHP استاندارد سازی شود.

روش‌های تشخیص نقطه پایانی

  • پی اچ سنج
  • شناساگر
  • پتانسیل سنج
  • هدایت الکتریکی
  • تغییر رنگ
  • ته نشینی
  • کالری متر
  • آمپر متر
  • طیف بینی

کاربرد و موارد مصرف

صنایع غذائی

از روش تیتراسیون اسید باز می توان برای سنجش کیفیت محصولات غذایی ، میزان مواد مغذی آن و روش های نگهداری استفاده نمود. برای نمونه ، جهت تعیین میزان اسیدیته آب میوه های مختلف ، مقداری آب مقطر به آنها افزوده شده و از واکنش اسید باز استفاده می شود تا کیفیت و مغذی بودن آن را افزایش دهند.

داروسازی

غلظت و پی اچ مواد بکار رفته در تولید دارو ها بسیار اهمیت داشته و در میزان تاثیر گذاری آنها ماثر است. به همین خاطر از این روش به شکل گسترده ای در صنعت داروسازی استفاده می شود.

تصفیه آب آشامیدن و فاضلاب

سنجش کیفیت آب شرب از اهمیت زیادی برخوردار است. با استفاده از واکنش اسید باز می توان میزان آلودگی و نوع و میزان ناخالصی های موجود در آب را بررسی نمود. در صنعت تصفیه آب ، ابتدا مقدار آمونیاک سنجیده می شود و سپس دیگر ناخالصی ها مورد بررسی قرار می گیرند.

محیط زیست

وجود مواد آلاینده در آب باران و برف می تواند خسارات زیست محیطی به همراه داشته باشد ، به همین خاطر کارشناسان از روش تیتراسیون برای تشخیص میزان اسیدیته بارش استفاده می کنند.

فهرست