background image

 

 

1

Miareczkowania red-oks

Są  to  analizy  wolumetryczne,  które 

wykorzystują  reakcje  redox  (zmianę 
stopnia utlenienia substancji).

Titrant jest zwykle utleniaczem, znacznie 

rzadziej reduktorem. Rozpatrzymy:

Obliczenia równowag i krzywych       

                              miareczkowania

Wskaźniki i popularne titranty
Metody przygotowania próbek

background image

 

 

2

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

Podczas miareczkowania zachodzi 

jednocześnie redukcja i utlenianie.

Punkt równoważnikowy wynika ze 

stężeń i stopni utlenienia wszystkich 
składników reakcji.
A

ox

 + B

red

  A

red

 + B

ox

 

np.:

Ce

4+

 + Fe

2+

  Ce

3+

 + Fe

3+

 

background image

 

 

3

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

Dla miareczkowania redox punkt 

równoważnikowy to taki, w którym 
E

=E

Ponieważ  wartości  potencjałów  E 

zależą  od  stężeń,  opieramy  się  na 
równaniu  Nernsta.  Ogólnie  (i  niezbyt 
ściśle) ma ono postać:

E E

n

A

A

ox

red

0

10

0059

.

log

[

]

[

]

background image

 

 

4

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

W punkcie równoważnikowym

 
Skoro w tym punkcie [A

red

]

 

=[B

ox

] i [B

red

]

 

=[A

ox

], można powyższe równanie 

zredukować do

 

Zakładamy, że nie ma w układzie innych równowag. 

E

n

A

A

E

n

B

B

A

A

ox

red

B

B

ox

red

0

0

0059

0059

.

log

[

]

[

]

.

log

[

]

[

]

E

n E

n E

n

n

PR

A A

B B

A

B

0

0

background image

 

 

5

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

Obliczenie E

PR

 staje się trudniejsze w 

układach bardziej złożonych. 

Często trzeba uwzględniać bardziej 

złożoną stechiometrię czy obecność 
innych jonów, np. H

+

, jak w poniższej 

reakcji:

6Fe

+2

 + Cr

2

O

72-

 + 14H

+

  6Fe

3+

 + 2Cr

3+

 

+ 7H

2

O

background image

 

 

6

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

Rozważywszy obie reakcje połówkowe 

mamy:

V

77

.

0

E

;

]

Fe

[

]

Fe

[

log

2

059

.

0

E

E

0

Fe

/

Fe

2

3

0

Fe

/

Fe

.

rownowazn

2

3

2

3

;

]

H

[

]

Cr

[

]

O

Cr

[

log

6

059

.

0

E

E

14

2

3

2

7

2

0

Cr

2

/

O

Cr

.

rownowazn

3

2

7

2

V

33

.

1

E

0

Cr

2

/

O

Cr

3

2

7

2

background image

 

 

7

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

Połączenie tych dwóch wyrażeń daje

[Fe

+2

] = 6

.

[Cr

2

O

72-

]

[Fe

3+

] = 3

.

[Cr

3+

]

7

6

0

0

2 7

2

3

14

3 2

2

 

E

E

E

CrO

Fe

H

Cr

Fe

rownowazn

Fe

Cr

.

log

[

][

][

]

[

] [

]

background image

 

 

8

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

Wówczas:

E

równoważn.

= 1.25 V + 8.46

.

10

-3

 log

Zatem dla tej reakcji potencjał w PR 

zależy zarówno od [Cr

3+

] jak od pH. 

[

]

[

]

H

Cr

14

3

2

E

E

E

H

Cr

rownowazn

Fe

Cr

.

.

log

[

]

[

]

0

0

14

3

6

7

0059

7

2

background image

 

 

9

Wyznaczanie punktu 

równoważnikowego

 

Wyjaśnia to, dlaczego zwykle obliczenia 

prowadzi  się  dla  1  M  kwasu  w 
roztworach  rozcieńczonych.  W  tych 
warunkach:

E

równoważn.

= 1.25 V + 8.46

.

10

-3

 log

 
i potencjał równoważnikowy zależy 

tylko (i to dość słabo) od [Cr

3+

].

1

2

14

3

[

]

Cr

background image

 

 

10

Krzywe miareczkowania red-ox

 

W każdej krzywej miareczkowania 

wyróżnia się cztery obszary:

początek - 0% zmiareczkowania
obszar niedomiareczkowania 
punkt równoważnikowy
obszar przemiareczkowania

Rozważmy miareczkowanie Fe

2+

 za 

pomocą Ce

4+

.

background image

 

 

11

Krzywe miareczkowania red-ox

 

0% zmiareczkowania

W odróżnieniu od analogicznego punktu na 

krzywej miareczkowania 
alkacymetrycznego niewiele można tu 
policzyć. 

Nie  są  obecne  w  układzie  jony  Ce

3+

  i  Ce

4+

zaś  stężenie  jonów  Fe

3+

  jest  nieokreślone 

(i  bardzo  małe,  teoretycznie  =0).  Nie 
można  więc  w  ogóle  obliczyć  potencjału 
redox tego układu.

background image

 

 

12

Krzywe miareczkowania red-ox

 

Obszar niedomiareczkowania

Tutaj potencjał określa układ Fe

3+

/Fe

2+

Korzystamy z równania Nernsta:
 

Zakładamy, że nie ma w układzie jonów Ce

4+

.

Obliczenia upraszcza wprowadzenie stopnia 

zmiareczkowania (np. w procentach). 

E

Fe

Fe

0 771 0 059

3

2

.

.

log

[

]

[

]

E

Fe

Fe

0 771 0059

3

2

.

.

log

%

%

background image

 

 

13

Krzywe miareczkowania red-ox

 

Punkt równoważnikowy

Potencjał obliczamy za pomocą 

poprzednio wyprowadzonego 
równania, tutaj:

 

E

rownowazn

.

.

.

.

170 0 771

2

124 V

background image

 

 

14

Krzywe miareczkowania red-ox

 

Obszar przemiareczkowania

Całe  żelazo  zostało  utlenione;  w  układzie 

znajdują  się  jony  Ce

4+

  i  Ce

3+

.  Stosunek 

ich stężeń określa potencjał:

np. dla 110% zmiareczkowania otrzymamy 

E=1.341 V, zaś dla 120%: E=1.359 V. 

E E

Ce

Ce

Ce

0

4

3

0 059

140 0 059

100

100

.

log

[

]

[

]

.

.

log

%

background image

 

 

15

Krzywe miareczkowania red-ox

 

Otrzymana krzywa miareczkowania:

background image

 

 

16

Wskaźniki red-ox

 

Dzielimy je na:

klasyczne wskaźniki redox

 

(zmieniają barwę w zależności od 
potencjału układu)

wskaźniki specyficzne

 (reagują ze 

składnikami reakcji redox)

background image

 

 

17

Wskaźniki red-ox

 

Klasyczne wskaźniki redox

Ich formy utleniona i zredukowana 

różnią się barwą.
Ind

ox

 + ne

-

  Ind

red

E E

n

Ind

Ind

Ind

ox

red

0

0 059

.

log

[

]

[

]

background image

 

 

18

Wskaźniki red-ox

 

Klasyczne wskaźniki redox

Przyjęto, że aby zauważyć zmianę 

barwy musi nastąpić 10% konwersja 
jednej formy w drugą.

Zatem zakres zmiany barwy to 

E=+0.059/n 

[

]

[

]

Ind

Ind

ox

red

1

10

 lub   10

background image

 

 

19

Wskaźniki red-ox

 

Klasyczne wskaźniki redox

1,10-fenantrolina (sól żelazowa)

Zmiana barwy z 

bladoniebieskiej

 do 

czerwonej

 

background image

 

 

20

Wskaźniki red-ox

 

Klasyczne wskaźniki redox

Kwas dwufenyloaminosulfonowy 

background image

 

 

21

Wskaźniki red-ox

 

Specyficzne wskaźniki redox

Nadmanganian:
Jest  silnym  utleniaczem.  Jego  własna  barwa 

(

fioletowa

)  jest  wystarczająca,  a  więc  sam 

titrant jest wskaźnikiem.

 
Oranż metylowy:
W miareczkowaniach bromianometrycznych, po 

punkcie równoważnikowym, zaczyna wydzielać 
się brom (w reakcji bromków z bromianami). 
Brom nieodwracalnie odbarwia wskaźnik, co 
jest sygnałem końca miareczkowania. 

background image

 

 

22

Wskaźniki red-ox

 

Specyficzne wskaźniki redox

Skrobia:

skrobia +     = 

ciemnoniebieski kompleks

Jest  to  wskaźnik  szybki,  tani  i  łatwy  w 

detekcji.  Dlatego  też  jod  jest  chętnie 
używanym  titrantem,  choć  jest  raczej 
słabym utleniaczem.

Niekiedy stosuje się też indykator w postaci 

kompleksu jodu ze skrobią (w miareczkowaniach 
pośrednich). Robimy tak, gdy titrant jest 
utleniaczem. 

I

3

background image

 

 

23

Przygotowanie próbek w 

oznaczeniach red-ox

 

Próbka zawiera zwykle składnik oznaczany na 

różnych stopniach utlenienia, a więc trzeba 
go najpierw przeprowadzić w jeden z nich. 

Przykład: żelazo w próbce występuje jako Fe

2+

 

i Fe

3+

 Redukujemy je do Fe

2+

 za pomocą kolumny 

redukcyjnej (reduktorem jest np. amalgamat 
Zn:Hg - reduktor Jonesa lub metaliczne 
srebro w środowisku HCl - reduktor 
Waldena), albo chlorkiem cynawym SnCl

2

. W 

tym ostatnim wypadku nadmiar cyny(II) 
usuwamy utleniając chlorkiem rtęci(II). 

background image

 

 

24

Przygotowanie próbek w 

oznaczeniach red-ox

 

Jeżeli jednak należałoby próbkę utlenić, 

nie  można  zastosować  kolumny  (nie 
ma 

materiału 

do 

wypełnienia). 

Utlenianie  w roztworze  wiąże  się  z 
problemem 

usunięcia 

nadmiaru 

utleniacza. 

Przygotowanie próbki do 

miareczkowania jest niekiedy bardziej 
skomplikowane niż samo oznaczenie. 

background image

 

 

25

Przygotowanie próbek w 

oznaczeniach red-ox

 

Utleniacze:

bizmutan  sodowy  NaBiO

3

:  bardzo  silny,  może  utlenić 

nawet  Mn

2+

  do  MnO

4-

.  Jest  dość  słabo  rozpuszczalny 

w wodzie,  więc  jego  nadmiar  można  odsączyć.  Zwykle 
sporządza  się  zawiesinę  bizmutanu  z  próbką,  gotuje  ją 
i odsącza. 

 

Nadsiarczan amonu (NH

4

)

2

S

2

O

8

: w środowisku kwaśnym 

utlenia Cr

3+

 do Cr

2

O

72-

; Mn

2+

 do MnO

4-

; Ce

3+

 do Ce

4+

Nadmiar usuwamy dodając Ag

+

 i gotując: 

2S

2

O

82-

 + 2H

2

O  4SO

42-

 + O

2

 + 4H

+

 

Nadtlenek wodoru H

2

O

2

: nie jest tak silnym utleniaczem 

jak poprzednie. Stosujemy go w środowisku kwaśnym:
H

2

O

2

 + 2H

+

 + 2e

-

  2H

2

O

Nadmiar usuwamy przez gotowanie. 

background image

 

 

26

Najpopularniejsze titranty red-ox 

 

UTLENIAJĄCE:

Dwuchromian  Cr

2

O

72-

:  sól  potasowa  jest 

substancją  podstawową.  Wymaga  wskaźnika 
red-ox,  np.  kwasu  dwufenylosulfonowego. 
Roztwór bardzo trwały. E

o

=+1.44 V

Nadmanganian  MnO

4-

:  roztwory  muszą  być 

mianowane  (zwykle  na  Na

2

C

2

O

4

).  Powoli 

redukuje  się  do  MnO

2

,  który  należy 

odsączać. Nie wymaga wskaźnika. 

Inne

: jod I

2

 (w KI), cer Ce

4+

, bromian BrO

3-

 i 

inne.

background image

 

 

27

Najpopularniejsze titranty red-ox 

 

REDUKUJĄCE:

Fe

2+

:  stosowany  w  postaci  Fe(NH

4

)

2

(SO

4

)

2.

6H2O 

w 1.0 N  H

2

SO

4

.  Roztwór  jest  nietrwały  i  trzeba  go 

mianować codziennie.

Jodki  I

-

:  w  metodach  pośrednich.  Dodaje  się 

nadmiaru 

jodku 

skrobi 

jako 

wskaźnika. 

Wydzielony jod:
2I

-

  I

2

 + 2e

-

 

oznaczamy mianowanym roztworem tiosiarczanu 

S

2

O

32-

Tiosiarczanu najczęściej nie można użyć wprost jako 

redukującego titranta, bowiem tylko w reakcji z 
jodem utlenia się do dwutionianu S

4

O

62-

 ilościowo. 

background image

 

 

28

Oznaczenie Fishera

 

Specjalnym  przypadkiem  miareczkowania  red-ox  jest 

metoda  oznaczania  wody 

Karla  Fishera

.  Tzw.  odczynnik 

Karla  Fishera  to  mieszanina  jodu,  dwutlenku  siarki, 
pirydyny i metanolu. 

C

5

H

5

N

.

I

2

+C

5

H

5

N

.

SO

2

+C

5

H

5

N

.

HI+H

2

O  

2C

5

H

5

N

.

HI+C

5

H

5

N

.

SO

3

 

 

Metanol usuwa powstający kompleks C

5

H

5

N

.

SO

3

:

C

5

H

5

N

.

SO

3

 + CH

3

OH  C

5

H

5

N(H)SO

4

CH

3

 

 Jest to konieczne, bo kompleks C

5

H

5

N

.

SO

3

 chętnie reaguje z 

wodą i innymi substancjami. 

Odczynnik Fishera jest trwały. Metodę stosuje się zwykle w 

specjalnych automatycznych analizatorach. Koniec 
miareczkowania: intensywna barwa kompleksu jodu.

background image

 

 

29

Źródła:
podręczniki, 

http://odin.chemistry.uakron.edu/analytical/redox/ 


Document Outline