Klasszikus analitikai módszerek: Azok a módszerek, melyek kémiai reakciókon alapszanak, de az elemzéshez csupán a tömeg és térfogat pontos mérésére van szükség. A legfontosabb klasszikus analitikai módszerek a tömeg szerinti elemzés, azaz a gravimetria és a térfogatos elemzés, vagyis a titrimetria. A gravimetriában a mérendő alkotót oldatából szelektív reagenssel választjuk le, és a kapott csapadék vagy a belőle átalakítással nyert végtermék tömegéből következtetünk a komponens koncentrációjára. A gravimetriás elemzés a következő lépésekből áll: - a minta tömegének meghatározása - a kémiai reakció végrehajtása avégett, hogy mérhető csapadékot kapjunk (lecsapás) - a csapadék szárítása - a csapadék tömegének a megmérés - a minta mennyiségi összetételének kiszámítása A gravimetriás elemzések alkalmazására néhány példa: - a vizek szárazanyagának meghatározása - a vizek lebegő anyagának meghatározás A térfogat analízis (titrimetria) lényege, hogy a meghatározandó anyag ismert mennyiségű oldatához ismert koncentrációjú mérőoldatot adunk bürettából, fokozatosan, míg az maradék nélkül át nem alakul. Ez az ekvivalencia pontban következik be, ekkor a hozzáadott reagens mennyisége egyenértékű a mérendő alkotó mennyiségével. Az egyenértékpontot az indikátorok színváltozása jelzi általában. A kémiai folyamat típusa szerint redoxi, és csapadékos, sav-bázis, komplexometriás titrálásokról beszélünk. Redoximetria: A redoxi titrálás során egy elektron átmenettel járó reakció játszódik le. Méréskor redukáló szert titrálunk oxidálószerrel vagy épp fordítva. A titrálás végpontját az oldat vagy egy alkalmas indikátor jelzi. Redoxi titrálás, például amikor Fe 2+ -ion oldatát titrálunk KMnO 4 oldattal: KMnO 4 Mn 2+ (redukció) piros szintelen Fe 2+ - Fe 3+ - (oxidáció) Ennél a titrálásnál nem kell külön indikátort alkalmaznunk. Amíg a lombikban jelen van a vas(ii)-ion a hozzáadott káiumpermanganát oldat elszíntelenedik.amikor elfogy a vas (II)- ion, akkor megjelenik a kálium-permanganát oldat piros színe, Tehát az ekvivalenciapontot a mérőoldat színe jelzi. 1
Csapadékos titrálások: A csapadékos titrálásnál a meghatározandó anyagot olyan mérőoldattal titráljuk, amely azt oldhatatlan csapadék formájában leválasztja.a titrálás végpontját a mérőoldatnak az az első cseppje jelzi, amely a meghatározandó ionnal már nem vezet további csapadékleválásra. A csapadékos titrálásoknál olyan indikátort használunk, amely szintén csapadékot képez a mérőoldattal. Ez a csapadék viszont más színű és jobban oldódó A gyakorlati szempontból legfontosabb csapadékos titrálások az ezüst-halogenidek képződésén alapszanak. E módszerek neve argentometria. Leggyakrabban a klorid-ionok meghatározásánál használják ezt a módszert. Itt az ezüst ionok a klorid-ionokkal ezüst-klorid fehér csapadékot képeznek. Ag + + Cl - AgCl Amikor a lombikban már nem található klorid-ion, akkor reagál csak (korábbi mérőoldat hozzáadására) az ezüst ion a kromát ionnal. Vörösbarna AgCrO 4 csapadék képződik. Sav-bázis titrálás: 2 Ag + + CrO 2-4 Ag 2 CrO 4 A sav-bázis titrálás célja a különböző erősségű savak és bázisok koncentrációjának meghatározása megfelelő lúg illetve sav mérőoldattal. Itt a titrálás alapját a sav és a bázis egymásra hatásakor fellépő vízképződés alkotja. A titrálás végpontját akkor érjük el, amikor a bemért mennyiségű savhoz, illetve a lúghoz az ekvivalens mennyiségű lúgot, illetve savat adjuk. Az így kialakult ph-értéket ekvivalencia pontnak nevezzük. Az ekvivalencia pont függése a sav, illetve a lúg erősségétől: Ha erős savat erős lúggal titrálunk (vagy fordítva), az ekvivalencia pontot a semleges kémhatásnál, azaz a ph = 7-nél érjük el.ha viszont gyenge savat titrálunk erős lúggal, illetve gyenge bázist erős savval, akkor az ekvivalencia pont nem ph=7-nél van.. Gyenge sav erős bázissal való titrálásnál (pl.: oxálsavat nátrium-hidroxid oldattal titrálunk) a az ekvivalencia pont a lúgos tartományba esik. Ilyen esetben olyan indikátort kell használnunk mely átcsapása a lúgos tartományban van. Pl. fenolftaleint A gyenge bázis erős savval történő titrálásakor (pl.: KHCO 3 sósavval való titrálása esetén viszont ez ekvivalencia pont a savas tartományba esik. Ilyenkor olyan indikátort kell használnunk mely átcsapása a savas tartományban van. Pl. metil-narancs 2
Komplexometriás titrálás:.. A mérés során komplex vegyületek képződnek. Ezek olyan vegyületek, melyekben egy fém-ion koordinatív kovalens kötést hoz létre nem kötő elektronpárokat tartalmazó ionokkal vagy molekulákkal A komplexometriás titrálás során fém-ionok mennyiségét határozzuk meg. Mérőoldatként EDTA oldatot használunk (etilén-diamin-tetra acetát). Ez olyan molekula, mely több nem kötő elektronpárt is tartalmaz, amelyeken keresztül kapcsolódik a fém ionhoz. Általában 1:1 összetételű komplex vegyület jön létre, tehát egy fém kation egy EDTA molekulával képez komplex vegyületet. A víz Ca 2+ és Mg 2+ tartalmát szokták komplexometriásan meghatározni. 3
Konduktometria (vezetőképesség-mérés) A konduktometriás módszerrel egy oldat elektromos vezetőképességét mérjük. Az oldat ion koncentrációja és vezetőképessége közötti összefüggés lehetőséget nyújt arra, hogy a meghatározzuk az oldat koncentrációját. Egy oldat vezetőképességét a benne lévő kationok és anionok okozzák. A tiszta víz vezetőképessége igen kicsi, hiszen benne az oxónium és hidroxid ionok koncentrációja kicsi. Ezzel szemben az elektrolitok oldatában a kationok és anionok már jelentős koncentrációban lehetnek jelen, így az oldat vezetőképessége is nagy. A vezetés kollektív sajátság, az összes ionra jellemző érték.. A vezetőképesség érték a vizsgálandó oldat ion-koncentrációjára jellemző gyűjtőparaméter. Minél több sót, savat, vagy lúgot tartalmaz a vizsgálandó oldat, annál nagyobb a vezetőképessége. A konduktometriában a vezetést egy elektrolit oldatba merülő mérőcellában mért elektromos ellenállás alapján határozzuk meg. A mérőcellában két azonos méretű, sík felületű párhuzamos platina elektródlap helyezkedik el, egymással szemben. Az elektródákra adott váltakozó feszültség idézi elő a vizsgálandó oldatban jelen levő ionok elektródák felé történő mozgását. Minél több ion van jelen a vizsgálandó oldatban, annál nagyobb az elektródák között folyó áram. A mérőműszer kiszámítja ezután az Ohmtörvény alapján a mért áramból a vizsgálandó oldat vezetési értékét, és figyelembe véve a cellaadatokat a vezetőképességet. 1.ábra Konduktometriás mérőcella felépítése A vezetőképesség a következőképpen írható fel: A G = 1 = κ (1) R l. Ahol: G: a vezetés, mértékegysége a siemens, siemens R: az oldat ellenállása,ohm Κ a fajlagos vezetőképesség siemens/cm A: Az elektródok felülete cm2 l:az elektródok távolsága, cm
A gyakorlatban a fajlagos vezetőképesség értéket használjuk, ami két egységnyi felületű egymástól 1 cm távolságra lévő elektród közti elektrolit oldat vezetőképességét írja le. Az (1). egyenletből kifejezhető a fajlagos vezetőképesség értéke. 1 l κ = (2) R A Mivel l és A meghatározása nehézkes ezért a gyakorlatban a vezetőképességi cellára jellemző l/a hányados értékét állapítjuk meg a műszer kalibrálásakor. Ezt az értéket cellaállandónak nevezzük. A cellaállandót ismert vezetőképességű oldatokkal határozzuk meg. Általában KCloldatokat használunk kalibrálásra, melynek vezetőképessége különböző koncentrációk és hőmérsékleti értékek esetén ismert. Nagyszámú minta matematikai értékelésével megállapították, hogy a talajvizek és öntözővizek mg/dm 3 -ben kifejezett sótartalmát közelítőleg a következő képlet írja le. 3 só( mg / dm = 640 κ ( ms / cm ben megadva) A gyakorlatunk során a műszerrel már kalibrált állapotban mérünk, és a műszer közvetlenül a fajlagos vezetőképesség értéket jelzi ki. A konduktometriás méréseknek két fajtája van. - Direkt konduktometria esetén az elektrolit oldat koncentrációját közvetlenül a fajlagos vezetőképességből számítják. Így pl. igen gyorsan, egy vezetőlépességi mérés útján tájékoztató jellegű értéket kapunk természetes vizek sókoncentrációjára vagy a desztillált víz minőségére. A konduktometriás titrálások esetén vezetőképességi értéket a mérőoldat térfogatának függvényében ábrázoljuk, az oldatok vezetőképessége felhasználható ugyanis a titrálások végpontjának megállapítására.