Mikä on standardiratkaisu?

Standardiliuos on mikä tahansa liuos, jonka pitoisuus tunnetaan hyväksyttävällä tarkkuudella ja tarkkuudella . Nämä ovat analyyttisen kemian jokapäiväisessä käytössä olevia ratkaisuja, ja niitä käytetään monissa kemiallisen analyysin sovelluksissa aina titrauksista tai titrauksista kalibrointikäyrien laatimiseen instrumentaalista analyysiä varten.

Periaatteessa mitä tahansa liuosta voidaan pitää standardiliuoksena, kunhan sen konsentraatio tunnetaan ja on kohtuullisen varmaa, että se pysyy suunnilleen vakiona sen käyttöaikana. Tämä tarkoittaa, että standardiliuosten liuenneilla aineilla on oltava vähintään stabiilisuusaste, joka estää niitä hajoamasta tai muuttumasta toiseksi yhdisteeksi ennen liuoksen käyttöä.

Vakioratkaisujen ominaisuudet

Sen lisäksi, että standardiliuoksilla on tunnettu konsentraatio, niillä on oltava tiettyjä ominaisuuksia, jotka riippuvat suurelta osin kemiallisen analyysin tyypistä, johon niitä käytetään. Esimerkiksi titraustekniikoissa käytettävien standardiliuosten (happo/emäs-titraus, redox jne.) standardiliuosten on:

• Pysyvät stabiileina riittävän pitkiä aikoja, jolloin varmistetaan, että niiden pitoisuus pysyy vakiona analyysin aikana.
• Pitoisuuden tulee olla verrattavissa analyytin (testattavan aineen) epäiltyyn pitoisuuteen. Muuten titrauksella on suurempi virhemarginaali.
• Niiden on reagoitava kvantitatiivisesti analyytin tai aineen kanssa, jonka pitoisuus määritetään. Tämä tarkoittaa, että reaktion on oltava täydellinen.
• Vain yksi tasapainoisella kemiallisella yhtälöllä esitettävä kemiallinen reaktio saa tapahtua. Toisin sanoen ei saa olla ei-toivottuja sivureaktioita analyytin tai näytematriisin muiden komponenttien kanssa.
• Reaktion analyytin kanssa on oltava nopea.

Muissa standardiliuosten sovelluksissa, kuten instrumentaalisen analyysin kalibrointikäyrät (tekniikoissa, kuten atomiemissio- tai absorptiospektroskopia, UV-näkyvä absorptio jne.), näillä liuoksilla ei välttämättä tarvitse olla samoja ominaisuuksia.

Esimerkiksi kalibrointikäyrien tapauksessa standardiliuokset eivät reagoi analyytin kanssa, vaan sisältävät analyytin tunnetuissa pitoisuuksissa määrittääkseen instrumentaalisen vasteen mainituille pitoisuuksille (tunnetaan kalibrointikäyrinä) ja siten pystyä myöhemmin määrittämään. analyytin pitoisuus näytteessä ekstrapoloimalla. Näissä tapauksissa tarvitaan sarja standardiliuoksia, joiden pitoisuudet ovat sekä korkeammat että pienemmät kuin analyytin odotettu pitoisuus.

Muissa analyyttisissä menetelmissä, jotka tunnetaan yhteisesti tukitekniikoina, analyyttiin lisätään tunnettuja määriä standardiliuoksia, jotta aineet pääsevät reagoimaan toistensa kanssa, ja sitten lisätyn standardin ylimäärä titrataan tai määritetään muuten. Näissä tapauksissa reaktion analyytin kanssa ei tarvitse olla nopea, koska sen tarvitsee tapahtua vain kerran ennen ylimääräistä analyysiä, ei jokaisen titrauslisäyksen jälkeen itse titrauksen aikana.

Vakioratkaisujen tyypit

Riippuen liuenneen aineen ominaisuuksista ja sen kemiallisesta stabiilisuudesta ajan kuluessa, voimme erottaa kaksi standardiliuosluokkaa, primaariset ja sekundaariset standardiliuokset.

Ensisijainen standardiliuos

Primaaristandardiliuos on primaaristandardista valmistettu liuos. Tämä koostuu erittäin puhtaasta kemiallisesta aineesta, joka pysyy stabiilina ajan kuluessa, joten sen liuosten pitoisuus on vakio. Ensisijaisilla standardeilla on seuraavat yleiset ominaisuudet:

• Ne ovat erittäin puhtaita reagensseja, jotka eivät ole spontaanisti saastuneita ilmakehässä olevista aineista.
• Niillä on tarkasti tunnettu koostumus, eli tiedämme niiden kemiallisen kaavan, puhtauden sekä tärkeimpien kontaminanttien tunnisteen ja pitoisuuden.
• Ne ovat kemiallisesti pysyviä aineita sekä puhtaana että liuoksena. Näin varmistetaan, että puhtaan reagenssin massasta tai tilavuudesta tehdyt stoikiometriset laskelmat ovat tarkkoja ja että valmistamistamme liuoksista (primääristandardiliuokset) näin laskettu pitoisuus on vakio.
• Ne eivät saa imeä vesihöyryä tai muita kaasuja ilmakehästä, ja ne on voitava kuivata uunissa vakiopainoon hajoamatta kosteusjäämien poistamiseksi.
• Ihannetapauksessa niillä on korkea vastaava paino. Tämä minimoi punnitusvirheet, koska tarvitaan suurempi massa reagenssia punnittaessa samaa lopullista normaalipitoisuutta.
• Niiden on reagoitava nopeasti ja stoikiometrisesti analyytin kanssa.

Primääriset standardiliuokset ovat ihanteellisia liuoksia kemialliseen analyysiin, koska ne voidaan valmistaa suoraan punnitsemalla ja liuottamalla (ja tarvittaessa laimentamalla) ja niiden pitoisuus voidaan määrittää suoraan puhtaan reagenssin massasta ja lopullisesta liukenemistilavuudesta. Tämä mahdollistaa näiden liuosten käytön suoraan kemialliseen analyysiin ilman tarvetta valmistaa lisäliuoksia tai suorittaa muita standardointivaiheita. Monet primaaristandardit ovat kuitenkin kalliita vaaditun korkean puhtausasteen vuoksi.

Toissijainen standardiliuos

Primaaristandardit ovat ihanteellisia reagensseja kemialliseen analyysiin, mutta aina ei ole mahdollista löytää sopivaa perusstandardia tietyille analyysimenetelmille. Lisäksi monissa tapauksissa, varsinkin näytteiden rutiinianalyysissä, primaaristandardin kustannukset ovat kohtuuttoman korkeat, varsinkin kun otetaan huomioon, että on muita aineita, jotka eivät täytä kaikkia ensisijaisten standardien ehtoja, mutta niillä on sopiva kemikaali. ominaisuudet, mutta paljon halvemmalla. Nämä ovat toissijaisia ​​standardeja, ja niistä valmistettuja liuoksia kutsutaan sekundääristandardiliuoksiksi.

Toissijaiset standardit ovat aineita, jotka reagoivat nopeasti ja kvantitatiivisesti analyytin kanssa, mutta eivät täytä muita ehtoja ollakseen ensisijainen standardi. Joissakin tapauksissa toissijaisia ​​standardeja ei voida saada riittävällä tai edes tunnetulla puhtausasteella, koska ne eivät ole täysin kemiallisesti stabiileja ilmakehässä.

Tyypillinen esimerkki on natriumhydroksidi, joka on edullinen reagenssi, joka imee vettä ja hiilidioksidia ilmakehästä ja reagoi molempien kanssa natriumkarbonaatiksi. Tämä tarkoittaa, että natriumhydroksidi on aina natriumkarbonaatin kontaminoitunut, ja sama tapahtuu sen vesiliuoksilla.

Kloorivetyhapon tapauksessa tämä ei myöskään ole ensisijainen malli, sillä sekä kaupalliset liuokset että kemiallisessa analyysissä käytetyt standardiliuokset menettävät hitaasti liuennutta ainetta kloorivetykaasun muodossa.

Vakioliuosten valmistus

Puhtaiden reagenssien liuottamalla

Yksinkertaisin ja suorin tapa valmistaa standardiliuos on punnita puhdas reagenssi analyysivaa’alla, joka on hyvin kalibroitu (hyvän tarkkuuden varmistamiseksi) ja jonka arvo on luokkaa 0,1 mg (10 -4 g), ^ja sitten liuottamalla se tunnettuun lopulliseen määrään liuosta (käyttämällä ilmapalloa tai mittapulloa). Nestemäisten reagenssien osalta ne mitataan yleensä tilavuuspipetteillä, vaikka ne voidaan myös punnita, kunhan ne eivät ole liian haihtuvia.

Sitten suoritetaan asiaankuuluvat laskelmat liuoksen todellisen pitoisuuden määrittämiseksi reagenssin tosiasiallisesti punnitusta massasta, ei aiemmin lasketusta massasta. Toisin sanoen, jos laskemme, että meidän on punnittava 0,1382 g natriumkarbonaattia valmistaaksemme 1 litra 10-3-molaarista ^{standardiliuosta} , mutta painamme 0,1389 g, meidän tulee käyttää viimeistä massaa (se, joka todella punnitaan) eikä ensin laskettaessa standardiliuoksen pitoisuutta.

Kuten edellä mainittiin, vain primaaristandardiliuoksia voidaan valmistaa suoraan punnitsemalla ja liuottamalla, koska vain primääristandardien avulla voimme olla varmoja siitä, että punnittava massa todella vastaa reagenssia.

Konsentroituja liuoksia laimentamalla

Toinen hyvin yleinen tapa valmistaa standardiliuoksia on laimennusmenettely. Tässä tapauksessa mitattu tilavuus otetaan mittapipetillä ja siirretään sopivan tilavuuteen palloon tai mittapulloon ja laimennetaan asteikkomerkkiin vedellä tai käsiteltävällä liuottimella.

Konsentroituja liuoksia on joissakin tapauksissa saatavilla kaupallisesti tai ne voidaan valmistaa punnitsemalla ja suoraan liuottamalla, kuten edellisessä osassa selitettiin.

Standardoimalla ensisijaista mallia vastaan

Sekundaaristen standardiliuosten tapauksessa niitä ei voida valmistaa suoraan punnitsemalla ja liuottamalla puhdasta reagenssia edellä selitetyistä syistä. Tämä johtuu siitä, että erilaisten epäpuhtauksien esiintymisen ja reagenssin tai sen liuosten epästabiiliuden vuoksi mitatuista reagenssimääristä laskettu pitoisuus voi poiketa huomattavasti liuoksen todellisesta pitoisuudesta. Toisin sanoen, vaikka punnitsemme reagenssit valmistaaksemme liuoksen erittäin tarkasti ja mahdollisimman tarkasti, emme todellisuudessa tiedä liuoksen todellista pitoisuutta. Tämä tarkoittaa, että nämä eivät ole vielä vakioratkaisuja.

Tästä syystä näissä tapauksissa sekundäärisen standardiliuoksen valmistuksen jälkeen on suoritettava kemiallinen analyysi tämän liuoksen todellisen pitoisuuden määrittämiseksi käyttämällä toista standardiliuosta (jolla on jo tunnettu pitoisuus). Tämä prosessi tunnetaan standardointina, koska kun liuoksen todellinen pitoisuus on määritetty, siitä tulee standardiliuos. Mutta koska tämä ratkaisu standardisoitiin toisesta primääristandardiliuoksesta koostuvasta ratkaisusta, standardoituja ratkaisuja kutsutaan sekundääristandardiratkaisuiksi.

Esimerkkejä standardiratkaisuista

Esimerkkejä yleisistä ensisijaisista standardeista

On olemassa suuri määrä primaaristandardeja, joita käytetään primääristen standardiliuosten valmistukseen erityyppisissä kemiallisissa analyyseissä. Alla on esimerkkejä näistä reagensseista sekä analyysimenetelmä, johon niitä käytetään:

• Natriumkarbonaatti (Na ₂ CO ₃ ): Se on erittäin stabiili suola, joka toimii ensisijaisena standardina happojen tilavuustitrauksessa.
• Kaliumhappoftalaatti (KC ₈ H ₅ O ₄ ): Tämän aineen korkea molekyylipaino on 204,22 g/mol, ja se on stabiili, ei-hygroskooppinen aine, joka toimii ensisijaisena standardina emästitrauksessa.
• Kaliumdikromaatti (K ₂ Cr ₂ O ₇ ): Kaliumdikromaatti on erittäin stabiili suola sekä huoneenlämpötilassa että korkeissa lämpötiloissa. Sen liuokset ovat stabiileja vuosia, jos tarvittavat varotoimet estetään liuottimen haihtumisen estämiseksi. Tämä aine on voimakas hapetin, joten sitä voidaan käyttää ensisijaisena standardina pelkistysaineiden redox-titrauksessa.
• Natriumoksalaatti (Na ₂ C ₂ O ₄ ): Tämä on jälleen ensisijainen standardi redox-titrauksille. Oksalaatti on pelkistävä aine, joka hapettuu nopeasti hiilidioksidiksi hapettimen läsnä ollessa, joten se on sopiva ensisijainen standardi hapettavien aineiden pitoisuuden määrittämiseen.
• Hopeanitraatti (AgNO ₃ ): Hopeanitraatti on esimerkki ensisijaisesta standardista, jota käytetään yleisesti hopean määrittämisessä induktiivisesti kytketyllä plasmaatomiemissiospektroskopialla (ICP-AES). Sitä käytetään pääasiassa sen puhtauden, stabiilisuuden ja korkean vesiliukoisuuden vuoksi.

Esimerkkejä yleisistä toissijaisista standardeista

Jokaista edellä mainittua ensisijaista kuviota voidaan käyttää standardoimaan jollakin seuraavista toissijaisten mallien esimerkeistä:

• Natriumhydroksidi (NaOH): Kuten edellä selitettiin, natriumhydroksidi reagoi hitaasti ilmassa olevan hiilidioksidin kanssa muodostaen natriumkarbonaattia, joten liuokset eivät ole täysin stabiileja. Tämä aine toimii toissijaisena standardina sekä vahvojen että heikkojen happojen titrauksessa.
• Kloorivetyhappo (HCl): Kloorivetyhappoliuoksia käytetään standardeina eri vahvojen ja heikkojen emästen määrittämisessä. NaOH:n tavoin HCl-liuokset eivät kuitenkaan ole stabiileja pitkällä aikavälillä, joten ne eivät ole ensisijaisia ​​standardeja.
• Kaliumpermanganaatti (KMnO ₄ ): Permanganaatti on erittäin vahva hapetin ja yksi yleisimmistä titrausaineista, joita käytetään pelkistysaineiden määrittämiseen redox-titrauksissa. Vaikka permanganaatti itsessään ei ole epästabiili ilmakehässä ja se voidaan saada hyvässä puhtaudessa, se on kuitenkin niin vahva hapetin, että se voi hapettaa veden molekyylihapeksi ja pelkistää permanganaatin mangaanidioksidiksi. Tämä reaktio on hyvin hidas, mutta se tekee permanganaattiliuokset eivät täysin stabiileja, joten ne eivät sovellu ensisijaisiksi standardeiksi.
• Natriumtiosulfaatti (Na ₂ S ₂ O ₃ ): Natriumtiosulfaatti on pelkistävä aine, jota käytetään redox-titrauksissa erilaisten hapettavien analyyttien määrittämiseen. Huolimatta siitä, että vesiliuokset ovat erittäin stabiileja, kaupallisella suolalla, joka vastaa aina kaavan Na 2 _S 2 _O 3 _· 5H ₂ O pentahydraattista suolaa, on taipumus menettää hydratoitumisvesiä, minkä vuoksi se on ei toimi ensisijaisena mallina. Natriumtiosulfaattiliuokset standardoidaan yleensä kaliumdikromaattiliuoksella, tai jos se ei ole mahdollista, standardoidulla kaliumpermanganaattiliuoksella.

Viitteet

Berdejo, L. (2020). Hopean määritys EAA:lla liekillä biologisessa materiaalissa. Näytteen tyypin ja sen liukenemisen vaikutus saatuihin tuloksiin. Zaragozan yliopisto. https://zaguan.unizar.es/record/97956/files/TAZ-TFG-2020-3250.pdf

Bolívar, G. (2020, 12. marraskuuta). Ensisijainen malli: ominaisuudet ja esimerkit . elinikäinen. https://www.lifeder.com/patron-primario/

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. ^painos ). McGraw-Hill koulutus.

Ero ensisijaisen ja toissijaisen standardiratkaisun välillä . (nd). Ero välillä. https://en.strephonsays.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution

Madhusha, B. (2017, 7. marraskuuta). Ero ensisijaisen ja toissijaisen standardiratkaisun välillä | Määritelmä, ominaisuudet, esimerkit . Pediaa.Com. https://pediaa.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution/

Kemia on (nd). Standard_Solution . Kemia.is. https://www.quimica.es/enciclopedia/Soluci%C3%B3n_Est%C3%A1ndar.html

La Platan kansallinen yliopisto. (nd). Hapettumis-pelkistysvolumetria . Kemiallisen analyysin kurssi – Maa- ja metsätaloustieteiden tiedekunta. https://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/35339/mod_resource/content/2/11%20Volumetr%C3%ADa%20redox.pdf