Pytania pomocnicze - CHM.04

Polega na przekształceniu oznaczanej substancji w inną substancję, której ilość jest z nią stechiometrycznie równoważna. Dopiero ta substancja jest miareczkowana.

Ponieważ jony wapnia nie są miareczkowane bezpośrednio roztworem KMnO₄. Najpierw są strącane jako szczawian wapnia, a dopiero po rozpuszczeniu osadu miareczkuje się powstały kwas szczawiowy.

W miareczkowaniu odwrotnym dodaje się nadmiar odczynnika i odmiareczkowuje jego pozostałość. W podstawieniowym oznaczany składnik przekształca się w równoważną ilość innej substancji, którą się miareczkuje.

Szczawian amonu dostarcza jonów szczawianowych C₂O₄²⁻, które strącają jony wapnia w postaci trudno rozpuszczalnego szczawianu wapnia CaC₂O₄.

KMnO₄ jest silnym utleniaczem i służy do miareczkowania kwasu szczawiowego. Jest to etap manganometryczny, czyli należący do redoksymetrii.

Oznacza to, że z określonej ilości jonów Ca²⁺ powstaje stechiometrycznie odpowiadająca jej ilość szczawianu, a po rozpuszczeniu osadu — kwasu szczawiowego. Dzięki temu z wyniku miareczkowania można obliczyć zawartość wapnia.

Strącanie szczawianu wapnia jest tylko etapem przygotowawczym. Końcowe oznaczenie polega na miareczkowaniu kwasu szczawiowego roztworem KMnO₄, czyli na reakcji redoks.

Charakterystyczne elementy to pryzmat, promień graniczny, kąt graniczny oraz granica między polem jasnym i ciemnym. Refraktometr wykorzystuje załamanie światła do wyznaczania współczynnika załamania.

Granica pól wynika z występowania kąta granicznego. Część promieni przechodzi przez układ optyczny, a część ulega odbiciu lub nie trafia do obserwatora.

Refraktometr mierzy współczynnik załamania światła substancji. Na tej podstawie można pośrednio określić np. stężenie roztworu.

Refraktometr bada załamanie światła, natomiast polarymetr mierzy skręcenie płaszczyzny światła spolaryzowanego przez substancje optycznie czynne.

Refraktometr wykorzystuje zmianę kierunku biegu promieni światła na granicy ośrodków. Spektrofotometr mierzy pochłanianie promieniowania przez próbkę, czyli absorbancję.

Pryzmat tworzy granicę optyczną, na której zachodzi załamanie światła i wyznaczany jest kąt graniczny. Od kontaktu próbki z pryzmatem zależy poprawność pomiaru.

Najczęściej bada się ciecze i roztwory, np. roztwory cukru, alkohole, oleje lub inne substancje ciekłe. Warunkiem jest możliwość umieszczenia próbki na pryzmacie pomiarowym.

Ponieważ to wolne atomy lub jony pochłaniają albo emitują promieniowanie charakterystyczne dla danego pierwiastka. Dzięki temu można wykrywać i oznaczać pierwiastki w próbce.

Rozpylanie polega na przekształceniu roztworu próbki w aerozol, czyli drobne kropelki zawieszone w gazie. Ułatwia to dalsze odparowanie rozpuszczalnika i atomizację.

Desolwatacja to usunięcie rozpuszczalnika z kropelek aerozolu. W jej wyniku powstają suche cząstki substancji obecnych w próbce.

Chromatografia służy głównie do rozdzielania składników mieszaniny między fazą ruchomą i stacjonarną. Nie wymaga przekształcania próbki w wolne atomy.

Spektroskopia atomowa bada promieniowanie pochłaniane lub emitowane przez atomy i jony. Nefelometria i turbidymetria dotyczą rozpraszania lub osłabienia światła przez zawiesiny.

Do spektroskopii atomowej należą m.in. AAS, atomowa spektrometria emisyjna, ICP-OES oraz ICP-MS. Wszystkie wykorzystują sygnał pochodzący od atomów lub jonów pierwiastków.

Jonizacja to oderwanie elektronu od atomu i powstanie jonu dodatniego. Występuje szczególnie w wysokotemperaturowych źródłach, takich jak plazma.

Pierwiastek ulega utlenieniu, gdy jego stopień utlenienia wzrasta. W tym zadaniu mangan przechodzi z niższego stopnia utlenienia na wyższy w reakcji z tlenem.

W tej reakcji mangan pozostaje na stopniu utlenienia +II. Zachodzi strącanie osadu wodorotlenku manganu(II), ale nie zachodzi zmiana stopnia utlenienia manganu.

Mangan zwiększa swój stopień utlenienia, więc ulega utlenieniu. Tlen pełni tu rolę utleniacza.

Mangan przechodzi ze stopnia utlenienia +IV na +II, czyli jego stopień utlenienia maleje. To oznacza redukcję manganu.

Tlen cząsteczkowy jest utleniaczem, ponieważ powoduje wzrost stopnia utlenienia manganu. Sam ulega przy tym redukcji.

Podane reakcje są etapami metody Winklera stosowanej do oznaczania tlenu rozpuszczonego w wodzie. Tlen utlenia mangan(II), a dalsze reakcje prowadzą do wydzielenia jodu oznaczanego jodometrycznie.

Chlorki miareczkuje się roztworem AgNO₃, a jony Ag⁺ strącają je w postaci białego AgCl. Koniec miareczkowania rozpoznaje się po pojawieniu brunatnoczerwonego osadu Ag₂CrO₄.

K₂CrO₄ jest wskaźnikiem punktu końcowego. Reaguje z nadmiarem jonów Ag⁺, tworząc brunatnoczerwony osad Ag₂CrO₄.

Jony Ag⁺ najpierw reagują z Cl⁻, ponieważ tworzy się trudno rozpuszczalny AgCl. Dopiero po zużyciu chlorków nadmiar Ag⁺ może strącać chromian srebra.

Powstaje biały, serowaty osad chlorku srebra AgCl. Jest to podstawowa reakcja wykorzystywana w argentometrycznym oznaczaniu chlorków.

W metodzie Mohra nie zachodzi reakcja redoks chlorków do chloru. Zmiana barwy jest skutkiem reakcji strąceniowej i powstania Ag₂CrO₄.

Nadwyżka titrantu, czyli jonów Ag⁺ z AgNO₃, pojawia się po całkowitym związaniu chlorków. Wtedy reaguje z CrO₄²⁻, tworząc barwny osad wskaźnikowy.

Oznaczanie prowadzi się zwykle w środowisku obojętnym lub lekko zasadowym. Zbyt kwaśne lub zbyt zasadowe pH może zakłócić działanie wskaźnika i reakcje strąceniowe.

Na₂H₂Y to zapis soli disodowej kwasu EDTA. Symbol Y oznacza resztę kwasu etylenodiaminotetraoctowego, która tworzy kompleksy z jonami metali.

Jon Na⁺ tworzy z EDTA bardzo nietrwały kompleks. Reakcja nie nadaje się więc do dokładnego miareczkowego oznaczania sodu tą metodą.

Oznacza się głównie kationy tworzące trwałe kompleksy z EDTA, np. Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Al³⁺, Cu²⁺ czy Fe³⁺.

Najczęściej 1 mol EDTA reaguje z 1 molem jonów metalu. Ta zależność obowiązuje niezależnie od wartościowości oznaczanego kationu.

pH wpływa na stopień zdysocjowania EDTA i trwałość kompleksu metal–EDTA. Dlatego oznaczenia często prowadzi się w obecności buforu.

Wskaźnik kompleksometryczny pozwala zauważyć punkt końcowy miareczkowania. Zmienia barwę, gdy jon metalu zostanie związany przez EDTA.

Ca²⁺, Zn²⁺ i Al³⁺ tworzą z EDTA dostatecznie trwałe kompleksy. Na⁺ jako jon metalu alkalicznego wiąże się z EDTA zbyt słabo.

Oznaczają stężenia molowe jonów w roztworze. W przypadku Kso są to stężenia równowagowe w roztworze nasyconym nad osadem.

Czyste ciało stałe ma stałą aktywność, dlatego nie występuje w wyrażeniu na stałą równowagi. We wzorze uwzględnia się tylko jony obecne w roztworze.

Stężenie początkowe dotyczy roztworów przed reakcją lub tuż po zmieszaniu. Stężenie równowagowe ustala się dopiero po częściowym rozpuszczeniu lub wytrąceniu osadu.

Osad wytrąca się, gdy iloczyn aktualnych stężeń jonów przekracza wartość Kso. Układ dąży wtedy do zmniejszenia stężeń jonów przez tworzenie osadu.

Dla równania AB₂(s) ⇄ A²⁺ + 2B⁻ zapis ma postać Kso = [A²⁺][B⁻]². Współczynnik 2 przy jonie B⁻ przechodzi do wykładnika potęgowego.

To roztwór, który w danej temperaturze zawiera maksymalną ilość rozpuszczonej substancji. Pozostaje on w równowadze z nierozpuszczonym osadem.

Dodanie jonu wspólnego zmniejsza rozpuszczalność trudno rozpuszczalnej soli. Równowaga przesuwa się w stronę tworzenia osadu.

Okluzja polega na zatrzymaniu zanieczyszczeń wewnątrz kryształów osadu. Adsorpcja dotyczy zatrzymania ich na powierzchni osadu.

Powoduje zanieczyszczenie osadu i zawyżenie jego masy. To prowadzi do błędu w obliczeniu zawartości oznaczanego składnika.

Należy prowadzić strącanie powoli, przy mieszaniu, często w podwyższonej temperaturze. Pomaga też dojrzewanie osadu.

Współstrącanie to ogólne zatrzymywanie obcych składników razem z osadem. Okluzja jest jednym z rodzajów współstrącania.

Szybko rosnące kryształy mogą zamykać w swojej strukturze jony obecne w roztworze. Zwiększa to ryzyko okluzji.

Powinien być trudno rozpuszczalny, czysty, mieć znany skład i dobrze się sączyć. Najkorzystniejsze są osady krystaliczne o większych ziarnach.

Eluent przenosi składniki próbki przez kolumnę chromatograficzną. Umożliwia ich rozdział dzięki różnym oddziaływaniom z fazą stacjonarną.

Faza ruchoma przemieszcza się przez układ chromatograficzny, a faza stacjonarna pozostaje nieruchoma w kolumnie lub na podłożu. Rozdział zachodzi dzięki różnemu powinowactwu substancji do obu faz.

Skład eluentu wpływa na szybkość przemieszczania się substancji, czas retencji i jakość rozdziału. Źle dobrany eluent może powodować nakładanie się pików lub zbyt długi czas analizy.

Często stosuje się wodę, metanol, acetonitryl, bufory oraz ich mieszaniny. Wybór zależy od właściwości analizowanych związków i rodzaju kolumny.

Eluent to ciecz wprowadzana do kolumny jako faza ruchoma. Eluat to ciecz wypływająca z kolumny, zwykle zawierająca rozdzielone składniki próbki.

W chromatografii gazowej fazą ruchomą jest gaz nośny, np. hel lub azot. Termin eluent najczęściej odnosi się do chromatografii cieczowej.

Kwas octowy jest słabym elektrolitem, czyli dysocjuje tylko częściowo. W roztworze znajduje się stosunkowo mało jonów przewodzących prąd.

Powstaje octan sodu, który jako sól jest dobrze zdysocjowany na jony Na⁺ i CH₃COO⁻. Wzrost liczby jonów powoduje wzrost przewodnictwa.

Po zobojętnieniu całego kwasu nadmiar NaOH pozostaje w roztworze. Jony OH⁻ są bardzo ruchliwe, dlatego przewodnictwo rośnie szybciej.

Sporządza się wykres przewodnictwa w funkcji objętości titranta. Punkt końcowy wyznacza się jako punkt przecięcia prostych opisujących przebieg przed i po punkcie równoważnikowym.

Dla słabego kwasu przewodnictwo zwykle rośnie już przed punktem równoważnikowym, bo tworzy się sól mocnego elektrolitu. Dla mocnego kwasu przewodnictwo często najpierw maleje, ponieważ jony H⁺ są zastępowane jonami Na⁺.

Dodawany NaOH nie reaguje już z kwasem, lecz zwiększa stężenie jonów Na⁺ i szczególnie ruchliwych jonów OH⁻. To powoduje szybki wzrost przewodnictwa.

NaOH jest titrantem, czyli roztworem o znanym stężeniu dodawanym do próbki. Reaguje stechiometrycznie z kwasem octowym, umożliwiając obliczenie jego zawartości.