МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ.

Вода – очень слабый электролит, диссоциирующий на ионы согласно уравнению: 2Н₂О ↔ Н₃О⁺ + ОН^- или упрощенно Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-

Константа равновесия (диссоциации) для последнего уравнения имеет вид:

К_д = [Н⁺][ОН^-]/ [Н₂О] (1)

Так как концентрация молекул воды мало изменяется при диссоциации, величину [Н₂О] считают постоянной, которую тоже можно включить в константу: [Н⁺][ОН^-]= К_д ·[Н₂О]= К_w =1·10^-14 (при 22ºС) (2)

Константа К_w называется ионным произведением воды и незначительно меняется при изменении температуры. Таким образом, в чистой воде концентрация образующихся ионов составляет: [Н⁺]=[ОН^-]= =1·10^-7 моль/л. В кислой среде преобладают ионы водорода: [Н⁺]>[ОН^-], в щелочной среде преобладают гидроксильные ионы: [ОН^-]>[Н⁺].

Для количественной характеристики кислотности среды используют водородный показатель рН и гидроксильный показатель рОН (в аналитической химии значок «р» перед искомой величиной всегда означает «-lg» от этой концентрации):

рН = -lg[Н⁺] ; рОН=-lg[ОН^-] (3)

Логарифмируя левую и правую часть уравнения (2), получаем:

-lg([Н⁺]·[ОН^-])= -lg10^-14 => -lg[Н⁺]+(-lg [ОН^-])= 14 => рН+рОН=14

Таким образом, сумма показателей:

рН+рОН=14 (4)

В кислой среде рН<7, в нейтральной среде рН=7, в щелочной среде рН>7.

Общая характеристика метода кислотно-основного титрования (нейтрализации)

Реакция нейтрализации – протолитическое взаимодействие кислоты и основания, в результате которого образуется соль и вода.

НА + ВОН ↔ ВА + Н₂О

кисл осн соль

Несмотря на название метода, при смешении стехиометрических количеств кислоты и основания не всегда образуется нейтральная среда в точке эквивалентности (при окончании реакции), что объясняется гидролизом образующейся соли ВА. Возможны следующие случаи:

1) Если ВА образована сильным основанием и сильной кислотой (NaCl, Ba(NO₃)₂, и т.д.), соль не подвергается гидролизу, рН_т.экв.=7.

В этом случае реакция нейтрализации действительно сводится к взаимодействию Н⁺ + ОН^- → Н₂О с образованием нейтральной среды.

2) Если ВА образована сильным основанием и слабой кислотой (K₂S, CH₃COONa, и т.д.), соль гидролизуется по аниону, рН_т.экв.>7, среда щелочная.

3) Если ВА образована слабым основанием и сильной кислотой (CuSO₄, NH₄Cl, и т.д.), соль гидролизуется по катиону, рН_т.экв.<7, среда кислая.

4) Если ВА образована слабым основанием и слабой кислотой (Al₂S₃, CH₃COONH₄, и т.д.), соль гидролизуется по катиону и аниону, рН_т.экв.зависит от относительной силы (констант диссоциации) кислоты и основания, обычно среда близка к нейтральной.

Метод нейтрализации применяется для определения концентрации кислот, щелочей, некоторых солей, оксидов, кислотности биологических жидкостей (желудочный сок, моча, молоко), фармацевтических препаратов, продуктов питания, воды. При этом используется титрование – прибавление одного раствора (из бюретки) к другому (в колбе) по каплям с целью определения эквивалентного объема и вычисления неизвестной концентрации по закону эквивалентов. Если обозначить нормальную концентрацию титруемого раствора С₁, а концентрацию титрующего раствора С₂ , то закон эквивалентов («вещества реагируют в эквивалентных количествах») записывается следующим образом:

С₁· V₁ = С₂· V₂ (5),

или С_кисл· V_кисл = С_осн· V_осн

Титрованный, или стандартный, раствор – раствор, концентрация которого точно известна. Титрующий раствор часто называют рабочим раствором или титрантом.

В зависимости от титранта различают ацидиметрическое и алкалиметрическое титрование. В методе ацидиметрии в качестве титрантов применяют сильные кислоты. Этим методом определяют сильные и слабые основания, соли слабых кислот и органических соединений, обладающих основными свойствами.

В методе алкалиметрии в качестве титрантов применяют сильные основания. Этим методом определяют сильные и слабые кислоты, соли слабых оснований и органических соединений, обладающих кислыми свойствами.

Основными рабочими растворами в методе кислотно-основного титрования являются чаще всего кислоты HCl и H₂SO₄ и растворы щелочей NaOH и KOH. Так как эти вещества не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стандартным веществам, из них готовят растворы приблизительной концентрации, которые затем стандартизируют.

В качестве стандартных веществ при установке точной концентрации кислот используют тетраборат натрия (буру) Na₂B₄O₇ ·10H₂O или безводный карбонат натрия Na₂CO₃. Для установки титра щелочей используют щавелевую кислоту H₂C₂O₄ · 2H₂O, янтарную кислоту H₂C₄H₄O₄, бензойную кислоту C₆H₅COOH и др.

Так как реакция нейтрализации не сопровождается каким-либо внешним эффектом, точку эквивалентности определяют по изменению окраски индикатора, который добавляют в титруемый раствор (в колбу).