Acidimetrie

Ukázka acidimetrické titrace, vlevo provedení titrace a vpravo graf titrační křivky (červený bod na titrační křivce je bod ekvivalence)

Acidimetrie je metoda kvantitativní chemické analýzy, podskupina odměrná analýza (volumetrie nebo také titrace). Stejně jako alkalimetrie využívá neutralizační (acidobazickou) reakci mezi odměrným roztokem a analyzovaným roztokem. Titrace se provádí odměrným roztokem kyseliny (HCl, H₂SO₄ a další) a používá se ke stanovení zásad (NaOH, KOH, Ca(OH)₂ a další).

Princip titrace se zakládá na stanovení neznámé koncentrace známého objemu analyzovaného roztoku, do kterého se přidává činidlo o známé koncentraci - nazývané titrační standard nebo zkráceně titr. Ve chvíli, kdy přidáme takové množství činidla, že látky spolu právě a beze zbytku zareagují, nastane tzv. bod ekvivalence. Aby se jednoznačně a přesně zjistilo, kdy nastal bod ekvivalence, přidává se do titrovaného roztoku indikátor. Změřením objemu spotřebovaného objemu činidla lze pak určit koncentraci neznámého analyzovaného vzorku.

Pro acidobazické titrace je charakteristická titrační křivka (závislost pH na přidaném objemu titračního činidla), která v bodě ekvivalence prudce změní hodnotu.

Princip metody

Základem je acidobazická reakce oxoniového kationtu s hydroxidovým aniontem za vzniku vody.

H₃O⁺  +  OH⁻  ↔  2 H₂O

Indikátory

Indikátory jsou v acidimetrii látky, které mění své zabarvení v závislosti na koncentraci oxoniových iontů v roztoku. Jedná se vesměs o organická barviva, která jsou slabými kyselinami nebo zásadami a jejichž disociovaná forma má jiné zabarvení než forma nedisociovaná

Přehled nejpoužívanějších acidobazických indikátorů:

Indikátor	Funkční oblast pH	Zbarvení
		kyselé formy	zásadité formy
Thymolová modř	1,2 až 2,8	červené	žluté
Methyloranž	3,1 až 4,5	červené	žluté
Methylčerveň	4,4 až 6,3	červené	žluté
Bromthymolová modř	6,0 až 7,6	žluté	modré
Fenolftalein	8,2 až 10,0	bezbarvé	červenofialové
Thymolftalein	9,3 až 10,5	bezbarvé	modré

Odměrné roztoky

Kyselina chlorovodíková HCl, kyselina sírová H₂SO₄

Pro přípravu se nejčastěji používá HCl ( asi 36% roztok) uvolňující plynný chlorovodík a H₂SO₄ (asi 98% roztok) přijímající ze vzduchu vlhkost.

Jejich odměrné roztoky se připravují o přibližné koncentraci v rozsahu 0,1–1 M a je nutné je standardizovat na základní látky.

Analyzované látky

Hydrogenuhličitan draselný KHCO₃

Titruje se na methyloranž ze žlutého do červeného zabarvení. Při reakci vzniká volná H₂CO₃, která způsobuje předčasnou barevnou změnu indikátoru. Roztok se proto povaří. Přitom se vyvaří CO₂. Dojde k zežloutnutí roztoku a dotitruje se do červeného zbarvení.

KHCO₃  + HCl    KCl  +  H₂O  + CO₂ ↑

Hydrogenuhličitan sodný NaHCO₃

Titrace obdobná jako u KHCO_3.

Uhličitan sodný Na₂CO₃

Slabě hygroskopický, před navážením se musí vysušit (asi při 300 °C)

Vodný roztok hydrolyzuje podle rovnice:

${\ce {CO3^2- + 2 H2O <=> HCO3^- + H2O + OH- <=> H2CO3 + 2 OH-}}$

což způsobuje silné bazické vlastnosti roztoku.

Titrujeme na methyloranž, methylčerveň, nebo fenolftalein a je obdobná jako u hydrogenuhličitanů.

Šťavelan sodný Na₂C₂O₄

Metoda podle Sörensena (žíháním v platinovém kelímku se rozkládá na Na₂CO₃)

Na₂C₂O₄  + 1/2 O₂  →  Na₂CO₃  +  CO₂

Takto vzniklý Na₂CO₃ je základní látkou.

Tetraboritan sodný Na₂B₄O₇. 10 H₂O

Ve vodném roztoku hydrolyzuje:

B₄O₇²⁻  +  7 H₂O  →  4 H₃BO₃  +  2 OH⁻

Uvolněné hydroxylové ionty titrujeme odměrným roztokem silné kyseliny na methyloranž nebo methylčerveň.

Příklady stanovení

Stanovení silných zásad

A)  Stanovení silných zásad rozpustných ve vodě (NaOH, KOH, LiOH)

Vzorek hydroxidu titrujeme odměrným roztokem HCl (H₂SO₄) na methyloranž ze žlutého do červeného zabarvení.

NaOH  +  HCl  NaCl  +  H₂O

žlutá                           červená

B) Stanovení silných zásad nerozpustných ve vodě (Ba(OH)₂, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂ )

Stanovujeme nepřímou titrací. K odváženému množství hydroxidu přidáme odměřené množství odměrného roztoku silné kyseliny a nadbytek odměrného roztoku titrujeme odměrným roztokem NaOH na methyloranž z červené do žluté.

Ba(OH)₂  + 2 HCl  →  BaCl₂  +  2 H₂O               

NaOH  + HCl   NaCl  +  H₂O                                                 

žlutá                         červená

Stanovení slabých zásad

Např. amoniak, alifatické aminy, hydrazin N₂H₄, piperidin, řada alkaloidů. Stanovují se odměrným roztokem HCl nebo H₂SO_4.

Např. amoniak lze jako slabou zásadu titrovat nejlépe na indikátory methylčerveň (ze žluté do červené) nebo bromkresolovou zeleň (z modré do zelené).

NH₃  + HCl  →  NH₄Cl                

Stanovení uhličitanů rozpustných ve vodě (např. Na₂CO₃)

Stanovujeme přímou titrací odměrným roztokem HCl nebo H₂SO₄ na methyloranž ze žlutého do červeného zabarvení. Je nutné vyvařit CO₂.

Na₂CO₃  +  2 HCl  2 NaCl  +  H₂O  +  CO₂↑

Stanovení uhličitanů nerozpustných ve vodě (např. CaCO₃, MgCO₃)

Stanovujeme nepřímou titrací. Nerozpustný uhličitan se rozpustí ve známém přebytku odměrného roztoku HCl (H₂SO₄) a jeho nezreagované množství se titruje odměrným roztokem NaOH na methyoranž z červené do žluté barvy.

CaCO₃  +  2 HCl  → CaCl₂  +  H₂O  +  CO₂↑   

             NaOH  + HCl    NaCl  +  H₂O                       

                         červená                      žlutá

Stanovení alkalického hydroxidu vedle uhličitanu

Alkalické hydroxidy vždy obsahují kolem 5 % CO₃²⁻ (vznikají reakcí hydroxidů ve vzdušným CO₂), proto se musí stanovovat jinak. Stejně se stanovují i hydroxidy kovů alkalických zemin (např. Ca(OH)₂, Mg(OH)₂).

Podle Winklera

Stanovení provádíme ve dvou podílech:

1. podíl: stanoví se tzv. celková alkalita (současně OH⁻ a CO₃²⁻) odměrným roztokem HCl (nebo H₂SO₄) na methyloranž.

NaOH  + HCl  →  NaCl +  H₂O

            Na₂CO₃  +  2 HCl   2 NaCl  +  H₂O  +  CO₂↑   (CO₂ se vyvaří)          

                     žlutá                                 červená

2. podíl: uhličitan se vysráží neutrálním roztokem BaCl₂ a potom se stanoví obsah hydroxidu titrací odměrným roztokem HCl na fenolftalein

Na₂CO₃  +  BaCl₂  → BaCO₃↓  +  2 NaCl

NaOH  + HCl  →  NaCl +  H₂O                                              

                      červenofialová      bezbarvá

Sraženinu BaCO₃ není nutno z titrovaného roztoku odstraňovat, protože titrace končí při pH = 8, při kterém se sraženina nerozpouští. 

Rozdíl podílu celkové alkality a podílu hydroxidu udává množství uhličitanu. 

Podle Wardera

Stanovení se provádí v jednom podílu. Při titraci odměrným roztokem HCl na fenolftalein se stanoví OH⁻ a polovina CO₃²⁻.

NaOH  + HCl  →  NaCl +  H₂O

            Na₂CO₃  +  HCl   NaHCO₃  +  NaCl

           červenofialová               bezbarvá

K odbarvenému roztoku se přidá methyloranž a žlutý roztok se titruje do červeného zbarvení. Povařením se vypudí CO₂ a dotitruje do červena.

NaHCO₃  +  HCl   NaCl  +  H₂O  +  CO₂↑

                               žlutá                              červená 

Související články

• Alkalimetrie
• Titrace

Externí odkazy

• https://is.muni.cz/el/med/podzim2014/BVCP0121p/um/1-03_volumetrie__gravimetrie.pdf
• https://isibalo.com/chemie/analyticka-chemie/volumetrie
• https://www.ped.muni.cz/wchem/sm/hc/labtech/pages/titrace.html

Autoritní data	NKC: ph192863

Portály: Chemie