معماری

گزارش کار تیتراسیون اکسیداسیون-احیا

نام آزمایش : تیتراسیون اکسیداسیون-احیا

هدف : هدف این جلسه آشنایی با تیتراسیون اکسیداسیون-احیا می باشد .

ابزار و مواد لازم : نمونه ی شماره ی ۳ حاوی آب اکسیژنه ، نمونه ی شماره ی ۱۳ حاوی ، نمونه ی شماره ی ۲۳ حاوی مس  و نمونه ی شماره ی ۳۳ حاوی ۰٫۵ گرم آهن ناخالص در اسید کلریدریک ، پی پت ، تعدادی بشر ، مجموعه ی بورت و پایه ، پیست . پرمنگنات ، سدیم بی کربنات ، محلول ید استاندارد ، پتاسیم یدید ، محلول سدیم تیو سولفات استاندارد ، محلول کلرید قلع ، محلول کلرید جیوه ، اسید سولفوریک ، اسید فسفریک ، پتاسیم دی کرومات استاندارد ، شناساگر دی فنیل آمین سولفونات باریم ، شناساگر چسب نشاسته و آب مقطر .

 

تئوری :

 

واکنش های اکسیداسیون-احیا :

اصطلاح اکسایش در اصل برای واکنش های ترکیب مواد با اکسیژن به کار می رفت و احیاء به عنوان برداشتن اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن دار ، تعریف می شد . معنی این واژه ها به تدریج وسیعتر شده اند . امروزه اکسایش و احیاء بر اساس تغییر عدد اکسایش تعریف می شوند .

اکسایش ، فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می یابد و احیاء ، فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کم می شود . بر این اساس ، در واکنش زیر اکسایش و احیاء صورت می گیرد :

واکنش های اکسید و احیاء بر مبنای انتقال الکترون استوار بوده و واکنش شامل دو نیم واکنش اکسید (مولد الکترون) و احیاء (مصرف کننده ی الکترون) می باشد .

در مقایسه با تیتراسیون اسید و باز و تیتراسیون رسوبی که در آن ها واکنش تیتراسیون شامل جابجایی تعداد یون های مشخصی است ، در تیتراسیون اکسیداسیون و احیاء ، واکنش همراه با انتقال الکترون ها صورت می گیرد . در یک چنین واکنشی ماده ی اکسیدکننده الکترون گرفته ، احیاء می شود و ماده ی احیاء کننده الکترون از دست داده ، اکسید می گردد . این تبادل الکترونی منجر به تغییر ظرفیت یون ها و یا اتم های مربوطه می شود و در نتیجه ظرفیت اتم و یا یون اکسید شده افزایش یافته و ظرفیت اتم و یا یون احیاء شده کاهش می یابد .

قدرت مواد اکسید کننده و احیاء کننده متفاوت است . مواد اکسنده ی قوی تمایل زیادی به گرفتن الکترون دارند ، بنابراین قادرند الکترون های بسیاری از مواد احیاء کننده را جابجا  کنند و بالعکس مواد اکسید کننده ی ضعیف تمایل کمتری به گرفتن الکترون دارند ، بنابراین آن ها فقط موادی که دارای خاصیت احیاء کنندگی قوی هستند ( زود الکترون آزاد می کنند ) را اکسید می کنند . بدیهی است می توان با در نظر داشتن پتانسیل اکسیداسیون و احیاء جهت واکنش را پیش بینی نمود .

تیتراسیون های اکسید و احیاء را بر حسب نوع ماده اکسیدان می توان تقسیم بندی نمود  :

١- اکسیداسیون توسط         =>    منگانیمتری

٢- اکسیداسیون توسط                =>    یدی متری

٣- اکسیداسیون توسط       =>     کرمیمتری

 

کاربرد معرف در تیتراسیون های اکسیداسیون و احیاء :

در بعضی از تیتراسیون های اکسیداسیون و احیاء نیازی به استفاده از معرف نیست ، زیرا پایان تیتراسیون با تغییر رنگ واضحی مشخص می شود . مثلاً در واکنش های اکسیداسیون توسط پتاسیم پرمنگنات رنگ بنفش  وقتی که کاملا به  اکسید شود ، بی رنگ می شود . به طور کلی در تیتراسیون های اکسیداسیون و احیاء در نقطه پایان تغییر محسوسی در پتانسیل سیستم مشاهده می شود . روش های متفاوتی جهت تشخیص چنین تغییری وجود دارد ؛ یکی روش استفاده از معرف و دیگری روش تجزیه ی شیمیایی می باشد .

معرف هایی که در این نوع تیتراسیون ها به کار می روند ، بر دو نوعند :

١ – معرف های اختصاصی واکنش

٢ – معرف های اکسیداسیون و احیاء

معرف های اختصاصی واکنش :

معرف هایی هستند که بر یکی از مواد شرکت کننده به طریقی اثر نموده و باعث تغییر رنگ می شود  . مثال متداول آن ، نشاسته است که با یون تری یدید  ایجاد کمپلکس آبی رنگ می کند . در نتیجه چنین کمپلکسی نقطه ی پایان تیتراسیون را که ممکن است تشکیل و یا اتمام ید باشد ، مشخص می کند  .

معرف های اکسیداسیون و احیاء :

تغییر رنگ این معرف ها به تغییر پتانسیل سیستم بستگی داشته و به غلظت مواد شرکت کننده بستگی ندارد  .مانند معرف های اسید و باز که در pH معینی به کار می روند  . این معرف ها هم در پتانسیل اکسیداسیون معینی تغییر رنگ می دهند . معادله ی واکنش معرف های اکسیداسیون و احیاء که به تغییر رنگ منجر می شود را می توان به صورت زیر نوشت :

به عبارت دیگر معرف های اکسیداسیون و احیاء موادی هستند که رنگ فرم اکسید شده ی آن ها با فرم احیاء شده متفاوت بوده و به طور برگشت پذیر می توانند اکسید یا احیاء  شوند . برای نمونه دی فنیل آمین را می توان نام برد .

دی فنیل آمین بی رنگ تحت تأثیر اکسید کننده ای چون به دی فنیل بنزیدین بنفش رنگ اکسید می شود  .

با این مقدمه به بررسی تک تک آزمایش های انجام شده می پردازیم

آزمایش اول :

آزمایش اول اندازه گیری هیدروژن پراکسید به طریق منگانیمتری می باشد .ابتدا با تعریف منگانیمتری به طور کلی آشنا می شویم : نوعی اکسیدیمتری که در آن منگنز  برای اکسید کننده استفاده می شود و طبق نیم واکنش احیا به منگنز  تبدیل می شود .

در محیط اسیدی پرمنگنات به عنوان یک اکسنده و آب اکسیژنه به عنوان کاهنده غمل می کند ، بنابراین در این محیط با همدیگر تبادل الکترونی انجام می دهند و از این واکنش می توان برای اندازه گیری استفاده کرد . نیم واکنش ها به صورت زیر می باشند :

 

تا زمانی که در محیط واکنش هیدروژن پراکسید وجود دارد ، پرمنگنات اضافه شده با اکسایش آن به منگنز  احیا می شود و رنگ محلول به واسطه ی وجود این یون بی رنگ می شود ، ولی هرگاه آب اکسیژنه در محیط تمام شود ، پرمنگنات اضافه شده به همان صورت باقی خواهد ماند و رنگ محلول را به ارغوانی در خواهد آورد . این رنگ نشانگر اتمام تیتراسیون می باشد و حجم مصرفی پرمنگنات تا این نقطه معادل مقدار آب اکسیژنه ی موجود می باشد .

همانگونه که در ابتدا گفته شد این دو ماده در محیط اسیدی چنین واکنشی انجام می دهند . مخصوصاً این شرایط برای پرمنگنات بسیار ضروری می باشند ، زیرا که پرمنگنات در  های مختلف به صورت های متفاوت و با محصولات و ظرفیت های متفاوت خاصیت اکسندگی خود را ابراز می کند . بدین منظور استفاده از اسید برای ایجاد چنین محیطی (های کمتر از یک) بسیار ضروری می باشد . در انتخاب اسید بدین منظور باید نقش بنیان آن را نیز در نظر بگیریم ، مثلاً هیدروهالیک اسید ها دارای بنیان احیا کننده می باشند ، بنیان پرکلریک اسید و نیتریک اسید نیز اکسنده های قوی می باشند . مناسبترین اسید ، سولفوریک اسید می باشد .

این اکسنده رنگی بوده و نیازی به شناساگر ندارد ، ولی اگر از پرمنگنات در غلظت های کم استفاده کنیم ، به طوری که از خود رنگی آن نشود استفاده کرد از شناساگری به نام سولفانیک اسید استفاده می کنند .

برای بیان مقدار آب اکسیژنه ی موجود در محلول معمولاً از دو روش استفاده می شود :

بیان درصد وزنی حجمی که مقدار گرم هیدروژن پراکسید موجود در ۱۰۰ میلی لیتر آب می باشد .

بیان بعدی ارزش حجمی آب اکسیژنه می باشد و منظور حجم هایی از اکسیژن است که از یک حجم محلول آب اکسیژنه متصاعد می شود .

که از رابطه ی دیسموتاسیون آن داریم :

و ارزش حجمی آن از رابطه ی زیر بدست می آید :

=ارزش حجمی

قبل از تمام کردن این قسمت بد نیست که در مورد شیمی خود پرمنگنات نیز مطالبی بیان کنیم :

تهیه و نگه داری محلول  استاندارد :

باید توجه داشت که پرمنگنات خالص نبوده و همیشه حاوی مواد حاصل از احیاء آن مانند می باشد . به علاوه پرمنگنات توسط مواد احیاء کننده مانند آمونیاک و یا مواد آلی که به صورت غبار وارد آب می شوند ، تجزیه می شود و در نتیجه غلظت پرمنگنات مدتی بعد از تهیه تغییر می نماید  .محلول استاندارد پرمنگنات را نمی توان با توزین دقیق آن تهیه کرد باید آن را استاندارد نمود . محلول باید بعد از تهیه ١٠ روز نگهداری شود تا در این مدت تمام مواد احیاء کننده موجود در محلول کاملاً اکسید گردند و غلظت  ثابت بماند  .در صورتیکه محلول جوشانده شود ممکن است اکسیداسیون و احیاء به سرعت انجام شده و تمام اعمال در مدت ١ تا ٢ ساعت کامل شود . چون باید محلول استاندارد پرمنگنات پایدار بوده و غلظت آن ثابت بماند ، رسوب  موجود در محلول پرمنگنات به صورت ناخالصی و یا  حاصل از اکسیداسیون مواد آلی و آمونیاک موجود در آب ( توسط پرمنگنات ) را باید از محلول جدا نمود  . زیرا حضور  به صورت کاتالیزور باعث تجزیه ی سریع تر  می شود . باید توجه داشت پرمنگنات باعث اکسید شدن لاستیک ، چوب پنبه ، کاغذ و غیره می شود ، در نتیجه باید از تماس این مواد با محلول پرمنگنات جلوگیری شود  . برای مثال محلول پرمنگنات را نباید از روی کاغذ صافی صاف نمود بلکه باید از روی کروزه شیشه مشبک (سینتیریکال) و  یا پشم شیشه تمیز صاف نمود  . پرمنگنات را باید در جای تاریک و یا در ظرف شیشه ای تاریک نگهداری نمود ، زیرا نور تجزیه شدن  را تسریع می کند .

برای استاندارد کردن محلول  محلول های کاهنده ی مختلفی به کار می رود که عبارتند از سدیم اگزالات () ، اگزالیک اسید () ، پتاسیم هگزاسیانو فرات (II) () و آهن فلزی استفاده می شود  .

مناسب ترین این محلول ها سدیم اگزالات و اگزالیک اسید می باشد . هر دو ماده ی فوق بایستی از لحاظ شیمیایی کاملاً خالص بوده و دقیقاً متناسب با فرمول خود باشند  . سدیم اگزالات جاذب رطوبت نبوده و در اثر ماندن به مدت طولانی تغییری پیدا نمی کند . اگزالیک اسید نیز جاذب رطوبت نبوده و خالص کردن آن قدری از خالص کردن سدیم اگزالات دشوارتر است . با اینحال اگزالیک اسید خود دارای آب تبلور بوده و بر عکس سدیم اگزالات برای استفاده مناسب تر است  .

پرمگنات در هر دو محیط اسیدی و بازی بعنوان یک اکسید کننده عمل می کند :

همچنین می توان گفت که دو محصول بالا می توانند به هم تبدیل بشوند :

معادله ی فوق نشان می دهد که با افزایش غلظت یون هیدروژن در محلول تعادل بین یون های  و  به سمت تشکیل  متمایل می شود . بنابراین حتی اگر  در آغاز اکسیداسیون نیز در اثر اکسیداسیون برخی مواد توسط پرمنگنات در محلول اسیدی تشکیل شود ، زیرا غلظت زیاد یون های  باید بلافاصله احیاء شده و یون های  را بر طبق معادله ی واکنش فوق تشکیل دهد . برعکس ، در غلظت های پایین یون  تعادل واکنش مذکور به سمت چپ متمایل می شود بنابراین تحت چنین شرایطی  پایدارتر خواهد بود .

آزمایش دوم :

این آزمایش مربوط به یدیمتری آرسنیک می باشد . بسیاری از تجزیه های حجمی بر پایه ی نیم واکنش زیر استوارند :

این تجزیه ها به دو دسته تقسیم می شوند . دسته ی اول شامل روشهایی است که در آن ها از محلول استاندارد ید برای تیتراسیون مواد به سهولت اکسید شونده ، استفاده می شود . این روش های مستقیم یدی سنجی کاربرد محدودی دارند ، زیرا ید عامل اکسنده ی نسبتاً ضعیفی است .اما در  روش های غیر مستقیم یدی سنجی ، یک محلول استاندارد مانند سدیم تیوسولفات یا آرسنیک (III) را برای تیتر کردن یدی که در اثر واکنش یک جسم اکسنده با مقدار اضافی نامعلومی از پتاسیم یدید آزاد می شود ، به کار می گیرند . مقدار ید تشکیل شده از لحاظ شیمیایی معادل با مقدار عامل اکسنده است و به همین دلیل به عنوان پایه ای برای تجزیه بکار می رود .

ید که یک عامل اکسنده ی نسبتاً ضعیف است ، برای تعیین گزینش عوامل کاهنده ی قوی بکار        می رود . در دسترس بودن یک شناساگر برگشت پذیر و حساس ، حسن عمده ی این روش است و پایداری کم محلول های ید و کامل نبودن واکنش های بین ید و بسیاری از کاهنده ها از معایب آن هستند .

تهیه ی محلول های ید :

همانطور که می دانید عنصر ید به صورت مولکول دو اتمی یافت می شود و به دلیل ناقطبی بودنش در آب تقریباً نا محلول است ، به این دلیل در حلال های ناقطبی مانند کربن تترا کلرید یا کربن دی سولفید حل می شود . محلول های آبی ید اشباع شده ، در دمای اتاق فقط در حدود  است . غلظت های خیلی بیشتر را می توان در حضور یون یدید ، در نتیجه ی کمپلکس محلول تری ید ، بدست آورد .

از آنجایی که قسمت عمده ی ید در چنین محلول هایی بصورت  می باشد ، لذا ، صحیح تر آنست که این محلول ها را ، محلول های تری یدید بنامیم . اما در عمل معمولاً این محلول ها را ، محلول های ید می نامند ، زیرا این نام گذاری برای نوشتن معادلات و تشریح رفتار استوکیومتری آن مناسبتر است .

سرعت انحلال ید در محلول پتاسیم یدید کند است ، مخصوصاً هنگامی که غلظت یدید کم باشد . در نتیجه ، لازم است که ابتدا ید جامد را در مقدار کمی از محلول غلیظ یدید کاملاً حل کنند و سپس محلول را به حجم برسانند . تمام ید عنصری باید قبل از رقیق کردن محلول کاملاً حل شود ، در غیر این صورت ، نرمالیته ی واکنش گر بدست آمده در اثر حل شدن کند ید باقیمانده در محلول ، به طور پیوسته زیاد خواهد شد .

پایداری :

محلول های ید هر چند روزی یک بار به استاندارد کردن مجدد نیاز دارند . این عدم پایداری محلول منابع متعددی دارد که یکی از آنها فراریت ماده ی حل شده است . حتی اگر اضافی یدید زیاد باشد ، مقدار قابل توجهی از ید در مدت نسبتاً کوتاهی در ظروف در باز از بین می رود .

ید به آرامی در پوش های لاستیکی و چوب پنبه ای و همچنین سایر اجسام آلی را از بین می

متن کامل در فایل زیر:قیمت ۱۰۰۰ تومان

RIAL 10,000 – تیتراسیون

پاسخ دهید