Hvad er en standardløsning?

Tabla de Contenidos

En standardopløsning er enhver opløsning, hvis koncentration er kendt med en acceptabel grad af præcision og nøjagtighed . Disse er løsninger til daglig brug inden for analytisk kemi og bruges i mange kemiske analyseapplikationer, lige fra titreringer eller titreringer til udarbejdelse af kalibreringskurver til instrumentel analyse.

I princippet kan enhver opløsning betragtes som en standardopløsning, så længe dens koncentration er kendt, og det er rimeligt sikkert, at den forbliver nogenlunde konstant i den tid, den bruges. Dette indebærer, at de opløste stoffer i standardopløsninger skal have en minimumsgrad af stabilitet, der forhindrer dem i at nedbrydes eller omdannes til en anden forbindelse, før opløsningen bruges.

Standardløsningers egenskaber

Ud over at have en kendt koncentration skal standardopløsninger have nogle særlige egenskaber, der i høj grad afhænger af, hvilken type kemisk analyse de skal bruges til. For eksempel i tilfælde af standardopløsninger, der anvendes i titreringsteknikker (syre/base titreringer, redox osv.), skal standardopløsningerne:

Forbliv stabile i tilstrækkeligt lange perioder, hvilket sikrer, at deres koncentration forbliver konstant under analysen.
Koncentrationen skal være sammenlignelig med den formodede koncentration af analytten (det stof, der testes). Ellers vil titreringen have en større fejlmargin.
De skal reagere kvantitativt med den analyt eller det stof, hvis koncentration bestemmes. Dette indebærer, at reaktionen skal være fuldstændig.
Kun én kemisk reaktion repræsenteret ved en afbalanceret kemisk ligning bør forekomme. Det vil sige, at der ikke må være nogen uønskede bivirkninger, hverken med analytten eller med de andre komponenter i prøvematrixen.
Reaktionen med analytten skal være hurtig.

Til andre anvendelser af standardløsninger såsom kalibreringskurver til instrumentel analyse (i teknikker såsom atomare emission eller absorptionsspektroskopi, UV-synlig absorption osv.), er det ikke nødvendigvis nødvendigt at disse løsninger har de samme egenskaber.

Ved kalibreringskurver reagerer standardopløsningerne f.eks. ikke med analytten, men indeholder analytten i kendte koncentrationer for at fastslå den instrumentelle respons for nævnte koncentrationer (kendt som kalibreringskurver) og dermed senere kunne bestemme koncentrationen af analytten i prøven ved ekstrapolering. I disse tilfælde kræves en række standardopløsninger med koncentrationer både højere og lavere end den forventede koncentration af analytten.

I andre analysemetoder, der under ét er kendt som backup-teknikker, tilsættes standardopløsninger i kendte mængder til analytten for at tillade stofferne at reagere med hinanden, og overskuddet af den tilsatte standard titreres eller bestemmes på anden måde. I disse tilfælde behøver reaktionen med analytten ikke at være hurtig, da den kun skal ske én gang før overskydende analyse, og ikke efter hver titranttilsætning under selve titreringen.

Typer af standardløsninger

Afhængigt af det opløste stofs egenskaber og dets kemiske stabilitet over tid, kan vi skelne mellem to klasser af standardopløsninger, primære og sekundære standardopløsninger.

Primær standardløsning

En primær standardløsning er en opløsning fremstillet ud fra en primær standard. Dette består af et kemisk stof med høj renhed, som forbliver stabilt over tid, så koncentrationen af dets opløsninger er konstant. Primære standarder har følgende generelle karakteristika:

De er reagenser med høj renhed, som ikke er spontant kontamineret med stoffer, der er til stede i atmosfæren.
De har en præcis kendt sammensætning, det vil sige, at vi kender deres kemiske formel, deres renhed og identiteten og koncentrationen af de vigtigste forurenende stoffer.
De er kemisk stabile stoffer både i deres rene tilstand og i opløsning. Dette sikrer, at støkiometriske beregninger udført ud fra massen eller volumen af det rene reagens vil være nøjagtige, og at den således beregnede koncentration ud fra de opløsninger, vi fremstiller (de primære standardopløsninger), vil være konstant.
De må ikke absorbere vanddamp eller andre gasser fra atmosfæren og skal kunne tørres i ovn til konstant vægt uden at nedbrydes for at fjerne eventuelle spor af fugt.
Ideelt set har de en høj ækvivalentvægt. Dette minimerer vejefejl, da en større masse reagens skal vejes for den samme endelige normale koncentration.
De skal reagere hurtigt og støkiometrisk med analytten.

Primære standardopløsninger er de ideelle opløsninger til kemisk analyse, da de kan fremstilles direkte ved vejning og opløsning (og om nødvendigt fortynding), og deres koncentration kan bestemmes direkte ud fra massen af det rene reagens og det endelige volumen af opløsning. Dette gør det muligt at bruge disse løsninger til kemisk analyse direkte uden behov for at forberede yderligere løsninger eller udføre andre standardiseringstrin. Men mange primære standarder er dyre på grund af den høje renhedsgrad, der kræves.

Sekundær standardløsning

Primære standarder er de ideelle reagenser til kemisk analyse, men det er ikke altid muligt at finde en passende primær standard for visse analysemetoder. Derudover er omkostningerne ved den primære standard i mange tilfælde, især i rutineanalysen af prøver, uoverkommeligt høje, især i betragtning af, at der er andre stoffer, der, selv om de ikke opfylder alle betingelserne for at være primære standarder, har det passende kemikalie. egenskaber, men til en meget lavere pris. Det er de sekundære standarder, og løsninger fremstillet ud fra dem kaldes sekundære standardløsninger.

Sekundære standarder er stoffer, der reagerer hurtigt og kvantitativt med analytten, men som ikke opfylder de øvrige betingelser for at være en primær standard. I nogle tilfælde kan sekundære standarder ikke opnås med et tilstrækkeligt eller endda kendt renhedsniveau, da de ikke er fuldstændig kemisk stabile i atmosfæren.

Et typisk eksempel er natriumhydroxid, som er et billigt reagens, der absorberer vand og kuldioxid fra atmosfæren og reagerer med begge og bliver til natriumcarbonat. Det betyder, at natriumhydroxid altid er forurenet med natriumcarbonat, og det samme sker med dets vandige opløsninger.

I tilfælde af saltsyre er dette heller ikke et primært mønster, da både kommercielle opløsninger og standardopløsninger, der anvendes i kemisk analyse, langsomt taber opløst stof i form af hydrogenchloridgas.

Udarbejdelse af standardløsninger

Ved opløsning af rene reagenser

Den enkleste og mest direkte måde at fremstille en standardopløsning på er at veje det rene reagens på en analytisk vægt, der er godt kalibreret (for at sikre god nøjagtighed) og har en god vurdering af størrelsesordenen 0,1 mg (10 -4 g) ^og derefter opløse det i en kendt endelig mængde opløsning (ved brug af en ballon eller målekolbe). Ved flydende reagenser måles disse normalt ved hjælp af volumetriske pipetter, selvom de også kan vejes, så længe de ikke er for flygtige.

Derefter udføres de relevante beregninger for at bestemme den reelle koncentration af opløsningen ud fra den faktisk vejede masse af reagenset og ikke ud fra den tidligere beregnede masse. Med andre ord, hvis vi beregner, at vi skal veje 0,1382 g natriumcarbonat for at fremstille 1 L 10 ^-3 molær standardopløsning, men vi vejer 0,1389 g, skal vi bruge den sidste masse (den vi faktisk vejer) og ikke først ved beregning af koncentrationen af standardopløsningen.

Som nævnt ovenfor kan kun primære standardopløsninger fremstilles direkte ved vejning og opløsning, da vi kun med primære standarder kan være sikre på, at den masse, vi vejer, faktisk svarer til reagenset.

Ved fortynding af koncentrerede opløsninger

En anden meget almindelig måde at fremstille standardopløsninger på er ved hjælp af fortyndingsproceduren. I dette tilfælde tages et målt volumen med en volumetrisk pipette og overføres til en ballon eller målekolbe med passende kapacitet og fortyndes til målemærket med vand eller med opløsningsmidlet, der arbejdes på.

Koncentrerede opløsninger er i nogle tilfælde kommercielt tilgængelige eller kan fremstilles ved vejning og direkte opløsning som forklaret i det foregående afsnit.

Ved standardisering mod et primært mønster

I tilfælde af sekundære standardopløsninger kan disse ikke fremstilles direkte ved vejning og opløsning af det rene reagens af de ovenfor forklarede årsager. Dette skyldes, at på grund af tilstedeværelsen af forskellige urenheder og på grund af reagenset eller dets opløsningers ustabilitet, kan koncentrationen beregnet ud fra de målte mængder af reagenser afvige betydeligt fra den faktiske koncentration af opløsningen. Med andre ord, selvom vi vejer reagenserne for at forberede opløsningen meget præcist og så præcist som muligt, kender vi faktisk ikke den sande koncentration af opløsningen. Det betyder, at der endnu ikke er tale om standardløsninger.

Af denne grund skal der i disse tilfælde efter fremstilling af den sekundære standardopløsning udføres en kemisk analyse for at bestemme den reelle koncentration af denne opløsning ved hjælp af en anden standardopløsning (af allerede kendt koncentration). Denne proces er kendt som standardisering, da den, når den reelle koncentration af opløsningen er bestemt, bliver en standardløsning. Men da denne løsning blev standardiseret fra en anden løsning bestående af en primær standardløsning, kaldes de standardiserede løsninger for sekundære standardløsninger.

Eksempler på standardløsninger

Eksempler på almindelige primære standarder

Der er et stort antal primære standarder, der anvendes til at fremstille primære standardløsninger til brug i forskellige typer kemiske analyser. Nogle eksempler på disse reagenser er givet nedenfor sammen med den type analysemetode, som de bruges til:

Natriumcarbonat (Na ₂ CO ₃ ): Det er et meget stabilt salt, der fungerer som den primære standard for titrering af syrer ved volumetri.
Kaliumsyrephthalat (KC ₈ H ₅ O ₄ ): Dette stof har en høj molekylvægt på 204,22 g/mol og er et stabilt, ikke-hygroskopisk stof, der fungerer som en primær standard for basetitrering.
Kaliumdichromat (K ₂ Cr ₂ O ₇ ): Kaliumdichromat er et meget stabilt salt både ved stuetemperatur og ved høje temperaturer. Dets opløsninger er stabile i årevis, hvis de nødvendige forholdsregler tages for at forhindre opløsningsmidlet i at fordampe. Dette stof er en stærk oxidant, så det kan bruges som en primær standard i redoxtitreringen af reduktionsmidler.
Natriumoxalat (Na ₂ C ₂ O ₄ ): Igen er dette en primær standard for redoxtitreringer. Oxalat er et reduktionsmiddel, der oxiderer hurtigt til kuldioxid i nærværelse af en oxidant, hvilket gør det til en passende primær standard til bestemmelse af koncentrationen af oxidationsmidler.
Sølvnitrat (AgNO ₃ ): Sølvnitrat er et eksempel på en primær standard, der almindeligvis anvendes til bestemmelse af sølv ved induktivt koblet plasma atomemissionsspektroskopi (ICP-AES). Det bruges hovedsageligt på grund af dets renhed, dets stabilitet og dets høje opløselighed i vand.

Eksempler på almindelige sekundære standarder

Hvert af de primære mønstre nævnt ovenfor kan bruges til at standardisere på et af følgende eksempler på sekundære mønstre:

Natriumhydroxid (NaOH): Som forklaret ovenfor reagerer natriumhydroxid langsomt med kuldioxid i luften for at danne natriumcarbonat, så opløsninger er ikke helt stabile. Dette stof tjener som en sekundær standard i titreringen af både stærke og svage syrer.
Saltsyre (HCl): Saltsyreopløsninger bruges som standarder til bestemmelse af forskellige stærke og svage baser. Men ligesom NaOH er HCl-opløsninger ikke stabile på lang sigt, så de er ikke primære standarder.
Kaliumpermanganat (KMnO ₄ ): Permanganat er et meget stærkt oxidationsmiddel og er en af de mest almindelige titranter, der anvendes til bestemmelse af reducerende arter i redoxtitreringer. Men selvom permanganat i sig selv ikke er ustabilt i atmosfæren og kan opnås i god renhed, er det så stærkt et oxidationsmiddel, at det kan oxidere vand til molekylært oxygen, hvilket reducerer permanganat til mangandioxid. Denne reaktion er meget langsom, men den gør, at permanganatopløsninger ikke er helt stabile, så de er ikke egnede som primære standarder.
Natriumthiosulfat (Na ₂ S ₂ O ₃ ): Natriumthiosulfat er et reduktionsmiddel, der bruges i redoxtitreringer til bestemmelse af forskellige oxiderende analytter. På trods af at vandige opløsninger er meget stabile, har det kommercielle salt, som altid svarer til det pentahydratiserede salt med formlen Na 2 _S 2 _O 3 _· 5H ₂ O, en tendens til at miste hydreringsvandet, hvorfor det er ikke fungerer som det primære mønster. Natriumthiosulfatopløsninger standardiseres sædvanligvis med en kaliumdichromatopløsning eller, hvis dette ikke er tilfældet, med en standardiseret kaliumpermanganatopløsning.

Referencer

Berdejo, L. (2020). Bestemmelse af sølv ved EAA med flamme i biologisk materiale. Indflydelse af prøvetypen og dens opløsning på de opnåede resultater. Zaragozas universitet. https://zaguan.unizar.es/record/97956/files/TAZ-TFG-2020-3250.pdf

Bolívar, G. (2020, 12. november). Primært mønster: egenskaber og eksempler . livsvarigt. https://www.lifeder.com/patron-primario/

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kemi (10. ^udgave ). McGraw-Hill uddannelse.

Forskellen mellem primær og sekundær standardløsning . (nd). Forskel mellem. https://en.strephonsays.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution

Madhusha, B. (2017, 7. november). Forskellen mellem primær og sekundær standardløsning | Definition, egenskaber, eksempler . Pediaa.Com. https://pediaa.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution/

Chemistry Is. (nd). Standard_Løsning . Chemistry.is. https://www.quimica.es/enciclopedia/Soluci%C3%B3n_Est%C3%A1ndar.html

National University of La Plata. (nd). Oxidations-reduktion volumetri . Kemisk analysekursus – Det Jordbrugs- og Skovvidenskabelige Fakultet. https://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/35339/mod_resource/content/2/11%20Volumetr%C3%ADa%20redox.pdf

-Reklame-