Титрметриялық талдаудың негіздері
Сандық анализдің мақсаты – зерттелінетін заттар құрамына кіретін элементтердің, иондардың немесе химиялық қосылыстардың сандық мөлшерін анықтау.
Сандық талдау әдістері химиялық, физика-химиялық және физикалық деп бөлінеді.
Химиялық анализ әдістері (классикалық әдістер) химиялық реакцияларды пайдалануға негізделген (қышқылды-негіздік, тотығу-тотықсыздану, комплекстүзу, тұндыру). Оларға гравиметрлік және титриметрлік әдістер жатады.
Гравиметрлік әдіс дегеніміз анықталынатын заттың құрамы тұрақты қатты фаза күйінде бөліп, массасын дәл өлшеуге негізделген сандық анализдің бір түрі. Гравиметрлік талдаудың аналитикалық сигналы – масса.
Титриметрлік әдіс әрекеттесетін заттардың ерітінділерінің көлемдерін дәл өлшеуге негізделген. Сондықтан титриметрлік әдісті көлемдік әдіс деп атайды. Классикалық әдістерге кинетикалық және биохимиялық әдістерді де жатқызады. Мұнда аналитикалық сигнал ретінде реакция жылдамдығын қарастырады.
Титриметриялық анализ әдістерінің классификациясы (жіктелуі)
Титриметриялық анализ әдістерін анализде пайдаланылатын химиялық реакциялардың түріне қарай бөледі. Бұл реакциялар: протондар алмасатын, электрондар алмасатын, аз диссоциацияланатын (комплекстік) бөлшектер түзетін және нашар еритін қосылыстар түзетін реакциялар. Осыған байланысты титриметриялық анықтауды мынадай әдістерге бөлуге болады:
1. қышқыл-негіздік титрлеу (протолитометрия);
2. тотығу-тотықсыздану титрлеуі (редоксиметрия);
3. комплексометриялық титрлеу (комплексометрия);
4. тұнба алып титрлеу (седиметрия).
Титриметриялық әдістерді титрлеу жолына қарап та бөледі;
1. тікелей титрлеу әдісі – анықтайтын зат концентрациясы белгілі ерітіндімен титрленеді;
2. ауыстыру (жанама) әдісі – бұл әдіс анықтайтын зат пайдаланатын реагентпен әрекеттеспейтін, не реакция стехиометриялық жолмен жүрмейтін жағдайда пайдаланылады. Мысалы, кальций иондарын перманганатометрия әдісімен анықтау. Кальций иондарын қымыздық қышқылы аниондарымен тұнбаға түсіреді:
Ca2++C2O42-→CaC2O4↓
Жуылған тұнбаны күкірт қышқылында ерітеді:
CaC2O4↓+2H3O+→H2C2O4+Ca2++2H2O
Пайда болған қымыздық қышқылын калий перманганаты ерітіндісімен титрлейді:
5H2C2O4+2MnO4-+6H3O+ 10CO2+2Mn2++14H2O
3. кері титрлеу әдісі – анализдейтін ерітіндіге артық мөлшерде алынған титранттың белгілі көлемін құяды, яғни анықтайтын компонентпен реакция толық жүргеннен кейін ерітіндіде титранттың бос мөлшері қалады. Реакцияласпай қалған титранттың мөлшерін концентрациясы белгілі басқа ерітіндімен титрлейді. Алғашқы қосылған титранттың көлемі мен оның реакцияласпай артық қалған көлемінің арасындағы айырмашылық титранттың анықтайтын затпен әрекеттесуге кеткен көлемін көрсетеді.
Физика-химиялық әдістер химиялық реакциялар жүру кезінде байқалатын физикалық шамаларды өлшеуге негізделген. Олар бірнеше топқа бөлінеді:
- оптикалық әдістер (фотометрлік, СФ, люмин., ИК, ААС).
- электрохимиялық әдістер (потенциометрлік, ионометрлік, вольтметрлік, хроматографиялық, кулонометрлік т.б. әдістер)
Физикалық әдістерде анықталатын заттың концентрациясымен байланысты физикалық шамалар өлшенеді (спектрлік, рентген-фазалық).
Титриметрлік талдау
Титриметрлік талдау анықталатын компонентті анықтауға қажетті реактивтің мөлшерін (көлемін, массасын) өлшеуге негізделген. Анализ орындау үшін концентрациясы белгілі ерітінділер дайындалады.
Титриметрлік талдауда жиі пайдаланатын концентрация түрлері: проценттік, мольдік концентрация, эквиваленттің мольдік концентрациясы және титр.
Проценттік концентрация не заттың массалық үлесі төмендегі қатынастан анықталады:
Мольдік концентрация дегеніміз – жүйедегі еріген заттың мөлшерінің (ν) осы жүйенің көлеміне қатынасы:
; 
;
Сонда 
(көлем,л) яғни 
(көлем, мл).
Эквиваленттің мольдік концентрациясы (нормальді концентрация) дегеніміз – жүйедегі еріген заттың эквивалент санының (n) осы жүйе көлеміне қатынасы:
; 
(көлем,л) немесе 
(көлем, мл)
Титрлеу әдісімен қосылыстарды анықтау эквиваленттік нүктеде заттардың бір-бірімен эквивалентті мөлшерде әрекеттесуіне негізделген, яғни n(A) = n(B). n – заттың эквивалент саны.
Жалпы түрде CH(A1) ·V(A1) = CH(B2)·V(B2). Эквиваленттер ережесі. Бұл титрлеу әдісінің негізгі теңдеуі. Осы теңдеуден кез-келген титрленетін жүйенің концентрациясын немесе көлемін анықтауға болады. Мысалы: 
Анықталатын заттың массасы мен мольдік үлесін табуға болады: 
Егер В затымен титрлеп анықтасақ, онда 
. Бірақ осындай теңдеулерді пайдалану үшін, титрант ретінде қолданылатын ерітіндінің концентрациясы белгілі болуы қажет (титрленген немесе стандартты ерітінді).
Стандартты (титрленген) ерітінділерді дайындаудың бірнеше жолы бар:
1. Алғашқы стандартты заттың дәл массасын аналитикалық таразыда өлшеп, оны өдшеуіш колбада еріту. (Бұл әдісті стандартты заттар әдісі немесе фиксанал әдісі деп атайды.)
Ерітетін заттың массасын үтірден кейін төртінші белгіге дейін алады (0,0001г), ал өлшеуіш колба көмегімен көлем 0,01 мл-ге дәлдігімен алынады. Сонда ерітіндінің титрі 
. Келесі шарттарға сәйкес болатын заттар пайдланылады:
а. Зат химиялық таза болуы керек (бөгде қоспалардың мөлшері 0,05-0,1%-тен аспауы керек.
б. Заттың құрамы белгілі химиялық формулаға сәйкес болуы керек. Мысалы: CuSO4·5H2O.
в. Қатты және ерітінді түрдегі заттың құрамы ауада сақтағанда тұрақты болуы керек. Және өлшеу қатесінің мәні кіші болуы үшін заттың молекулалық массасының үлкен болғаны қажет.
2. Көптеген жағдайда титрант ретінде қолданатын заттар жоғарыда келтірілген шарттарға сәйкес келмейді. Онда концентрациясы жуық мәнімен белгілі ерітінді дайындалады да, оның концентрациясы басқа стандартты ерітінді пайдаланып анықталады (екінші ретті стандартты ерітінді). Титрлеуді екі жолмен жасауға болады: 1. анализденетін затты белгілі көлемде өлшеуіш колбада ерітіп, пипеткамен аликвотты мөлшерін алып титрлейді. 2. Бірнеше нақты мөлшерлерді алып, әрқайсысын суда ерітіп, сол ерітінділерді титрлейді (жеке нақты мөлшерлер әдісі).
Титриметриялық анализдегі есептеулердің негізі эквиваленттер заңдылығына сүйенген. Реакцияласатын заттардың эквиалентті мөлшерлері бір-біріне тең (nЭ1= nЭ2). Осыдан эквиваленттің молярлы концентрациясына ауыссақ химиялық анализдің негізгі есептеу теңдіктерін аламыз. Эквиваленттің молярлы концентрацияның анықтамасы бойынша ол 1 л ерітіндідегі еріген заттың мольэквивалент (мэкв), не 1 мл ерітіндідегі – миллимольэквивалент (ммэкв) мөлшері. Сондықтан, көлемнің осы концентрацияға көбейтіндісі (С1(fэ) . V1) осы көлемдегі заттың реакцияға қатысатын ммэкв мөлшерін көрсетеді. Екінші заттың да осындай ммэкв мөлшері реакцияға қатысады (С2(fэ) . V2), яғни С1(fэ).V1 = С2(fэ).V2 немесе 
Мысалдар:
1. 25,00 мл тұз қышқылын титрлеуге 32,20 мл 0,0950 М натрий гидроксидінің ерітіндісі жұмсалады. Тұз қышқылы эквивалентінің молярлы концентрациясы неге тең?
СHCl . VHCl = СNaOH . VNaOH
2. 1 л 0,1 М тұз қышқылының ерітіндісін дайындау үшін оның 12,10 М ерітіндісінің қандай көлемін алу керек?
С΄HCl . V΄HCl = С΄΄HCl . V΄΄HCl
мл
3. 250 мл өлшемдік колбадағы барий гидроксидінің ерітіндісінен титрлеуге оның 20,0 мл алынды, онымен реакцияласуға 22,40 мл 0,09884 М HCl ерітіндісі жұмсалды. Барий гидроксидінің мөлшерін (m) табу керек.
Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + 2H2O, fэкв (Ba(OH)2 = 1/2
С(1/2Ba(OH)2).VBa(OH)2= СHCl.VHCl
20,00=0,09884.22,40
М
Осыдан
250,0 мл ерітіндіде: m=T. 250,0 = 0,009491 г/мл . 250,0 мл = 2,373 г Ba(OH)2 бар.
Жалпы түрде:
4. 2,606 г техникалық сода 250,0 мл өлшемдік колбада ерітілген. Осы ерітіндінің 25,00 мл көлемімен әрекеттесуге 22,45 мл 0,1095 М тұз қышқылы жұмсалды (индикатор метил-оранж). Na2CO3-тің массалық үлесі неге сәйкес?
Метилоранж индикаторы қатысындағы реакцияның теңдігі:
Na2CO3 + 2HCl = H2O + CO2 + 2NaCl, fэкв.(Na2CO3) = 1/2
г.
