Mi a standard megoldás?

Standard oldat minden olyan oldat, amelynek koncentrációja elfogadható pontossággal és pontossággal ismert . Ezek mindennapos megoldások az analitikai kémia területén, és számos kémiai elemzési alkalmazásban használatosak, kezdve a titrálástól vagy titrálástól a műszeres elemzéshez szükséges kalibrációs görbék elkészítéséig.

Elvileg minden oldat standardoldatnak tekinthető, amennyiben ismert a koncentrációja, és meglehetősen biztos, hogy a felhasználás ideje alatt megközelítőleg állandó marad. Ez azt jelenti, hogy a standard oldatokban lévő oldott anyagoknak olyan minimális stabilitással kell rendelkezniük, amely megakadályozza, hogy az oldat felhasználása előtt lebomlanak vagy más vegyületté alakuljanak át.

A szabványos megoldások tulajdonságai

Amellett, hogy ismert koncentrációjuk van, a standard oldatoknak bizonyos sajátos tulajdonságokkal kell rendelkezniük, amelyek nagymértékben függenek attól a kémiai elemzés típusától, amelyhez használni fogják őket. Például a titrálási technikákban (sav/bázis titrálás, redox stb.) használt standard oldatok esetében a standard oldatoknak:

• Megfelelően hosszú ideig maradjanak stabilak, így biztosítva, hogy koncentrációjuk állandó maradjon az elemzés során.
• A koncentrációnak összehasonlíthatónak kell lennie az analit (a vizsgált anyag) feltételezett koncentrációjával. Ellenkező esetben a titrálás nagyobb hibahatárral jár.
• Kvantitatívan reagálniuk kell azzal az analittel vagy anyaggal, amelynek koncentrációját meghatározzák. Ez azt jelenti, hogy a reakciónak teljesnek kell lennie.
• Csak egy kiegyensúlyozott kémiai egyenlettel ábrázolható kémiai reakciónak szabad végbemennie. Ez azt jelenti, hogy nem léphetnek fel nemkívánatos mellékreakciók sem az analittal, sem a mintamátrix többi komponensével.
• Az analittal való reakciónak gyorsnak kell lennie.

A standard oldatok egyéb alkalmazásaihoz, mint például a műszeres analízis kalibrációs görbéihez (olyan technikákban, mint az atomemissziós vagy abszorpciós spektroszkópia, az UV-látható abszorpció stb.), ezeknek az oldatoknak nem feltétlenül kell azonos tulajdonságokkal rendelkezniük.

Például a kalibrációs görbék esetében a standard oldatok nem reagálnak az analittal, hanem ismert koncentrációban tartalmazzák az analitot annak érdekében, hogy meghatározzák az említett koncentrációkra vonatkozó műszeres választ (más néven kalibrációs görbék), és így később meghatározhatóak legyenek. az analit koncentrációja a mintában extrapolálással. Ezekben az esetekben standard oldatok sorozatára van szükség, amelyek koncentrációja magasabb és alacsonyabb, mint az analit várt koncentrációja.

Más analitikai módszerekben, amelyeket összefoglaló néven tartalék technikáknak neveznek, standard oldatokat adnak ismert mennyiségben az analithoz, hogy lehetővé tegyék az anyagok egymás közötti reakcióját, majd a hozzáadott standard feleslegét titrálják vagy más módon határozzák meg. Ezekben az esetekben az analittal való reakciónak nem kell gyorsnak lennie, mivel csak egyszer kell megtörténnie a többletanalízis előtt, és nem minden egyes titráló hozzáadása után a titrálás során.

A standard megoldások típusai

Az oldott anyag jellemzőitől és időbeli kémiai stabilitásától függően a standard oldatok két osztályát különböztethetjük meg, az elsődleges és másodlagos standardoldatokat.

Elsődleges standard oldat

Az elsődleges standard oldat az elsődleges standardból készített oldat. Ez egy nagy tisztaságú kémiai anyagból áll, amely idővel stabil marad, így oldatainak koncentrációja állandó. Az elsődleges szabványok a következő általános jellemzőkkel rendelkeznek:

• Ezek nagy tisztaságú reagensek, amelyek nem spontán módon szennyezettek a légkörben jelenlévő anyagokkal.
• Pontosan ismert összetételűek, vagyis ismerjük kémiai képletüket, tisztaságukat, valamint a fő szennyezőanyagok azonosítását és koncentrációját.
• Kémiailag stabil anyagok mind tiszta állapotban, mind oldatban. Ez biztosítja, hogy a tiszta reagens tömegéből vagy térfogatából végzett sztöchiometrikus számítások pontosak legyenek, és az általunk készített oldatokból (az elsődleges standard oldatokból) így számított koncentráció állandó legyen.
• Nem vehetnek fel vízgőzt vagy más gázokat a légkörből, és kemencében tömegállandóságig száríthatók legyenek anélkül, hogy lebomlanak, hogy eltávolítsák a nedvesség nyomait.
• Ideális esetben nagy egyensúlyúak. Ez minimálisra csökkenti a mérlegelési hibákat, mivel nagyobb tömegű reagenst kell lemérni azonos végső normál koncentrációhoz.
• Gyorsan és sztöchiometrikusan kell reagálniuk az analittal.

Az elsődleges standard oldatok ideálisak a kémiai elemzéshez, mivel közvetlenül leméréssel és feloldással (szükség esetén hígítással) is előállíthatók, koncentrációjuk pedig közvetlenül a tiszta reagens tömegéből és a végső oldódási térfogatból határozható meg. Ez lehetővé teszi ezeknek az oldatoknak a közvetlen kémiai elemzéshez történő felhasználását anélkül, hogy további oldatokat kellene készíteni vagy más szabványosítási lépéseket kellene végrehajtani. Sok elsődleges szabvány azonban drága a megkövetelt nagy tisztasági fok miatt.

Másodlagos standard oldat

Az elsődleges standardok az ideális reagensek a kémiai elemzéshez, de nem mindig lehet megfelelő elsődleges standardot találni bizonyos analitikai módszerekhez. Ezen túlmenően sok esetben, különösen a minták rutin elemzésekor, az elsődleges standard költsége rendkívül magas, különös tekintettel arra, hogy vannak olyan anyagok, amelyek bár nem felelnek meg minden feltételnek ahhoz, hogy elsődleges standardok legyenek, a megfelelő vegyszerrel rendelkeznek. jellemzői, de sokkal alacsonyabb áron. Ezek a másodlagos standardok, a belőlük készült oldatokat másodlagos standardoldatoknak nevezzük.

A másodlagos standardok olyan anyagok, amelyek gyorsan és mennyiségileg reagálnak az analittal, de nem felelnek meg az elsődleges standard feltételének. Egyes esetekben a másodlagos standardok nem nyerhetők megfelelő vagy akár ismert tisztasági szinttel, mivel kémiailag nem teljesen stabilak a légkörben.

Tipikus példa a nátrium-hidroxid, amely egy olcsó reagens, amely vizet és szén-dioxidot abszorbeál a légkörből, és mindkettővel reagálva nátrium-karbonáttá alakul. Ez azt jelenti, hogy a nátrium-hidroxid mindig nátrium-karbonáttal szennyezett, és ugyanez történik a vizes oldataival is.

A sósav esetében sem ez az elsődleges minta, mivel mind a kereskedelmi forgalomban lévő oldatok, mind a kémiai elemzésben használt standard oldatok lassan hidrogén-klorid-gáz formájában veszítenek oldott anyagot.

Standard oldatok készítése

Tiszta reagensek feloldásával

A standard oldat elkészítésének legegyszerűbb és legközvetlenebb módja a tiszta reagens lemérése egy jól kalibrált analitikai mérlegen (a jó pontosság biztosítása érdekében) és 0,1 mg-os (10-4 g) nagyságrendű becsléssel ^, majd feloldjuk ismert végső mennyiségű oldatban (ballon vagy mérőlombik segítségével). Folyékony reagensek esetében ezeket általában volumetrikus pipettákkal mérik, bár le is mérhetők, amennyiben nem túl illékonyak.

Ezután elvégzik a vonatkozó számításokat, hogy az oldat valós koncentrációját a reagens ténylegesen kimért tömegéből határozzák meg, és nem az előzőleg számított tömegből. ^{Más szóval, ha azt számoljuk, hogy 0,1382 g nátrium-karbonátot kell lemérnünk 1 liter 10-3} mólos standardoldat elkészítéséhez, de 0,1389 g-ot mérünk, akkor az utolsó tömeget (azt, amelyet ténylegesen mérünk), és nem a először a standard oldat koncentrációjának számításakor.

Amint azt fentebb említettük, csak az elsődleges etalonoldatok készíthetők közvetlenül méréssel és feloldással, mivel csak az elsődleges etalonnal lehetünk biztosak abban, hogy az általunk mért tömeg valóban megfelel a reagensnek.

Tömény oldatok hígításával

A standard oldatok elkészítésének másik nagyon gyakori módja a hígítási eljárás. Ebben az esetben mérőpipettával mért térfogatot veszünk, megfelelő űrtartalmú ballonba vagy mérőlombikba töltünk, és vízzel vagy a feldolgozandó oldószerrel a beosztási jelig hígítjuk.

A tömény oldatok bizonyos esetekben a kereskedelemben beszerezhetők, vagy az előző részben leírtak szerint leméréssel és közvetlen feloldással is előállíthatók.

Egy elsődleges mintával szembeni szabványosítással

Másodlagos standard oldatok esetében a fenti okok miatt ezeket nem lehet közvetlenül a tiszta reagens lemérésével és feloldásával elkészíteni. Ennek oka, hogy a különböző szennyeződések jelenléte, valamint a reagens vagy oldatai instabilitása miatt a mért reagensmennyiségekből számított koncentráció jelentősen eltérhet az oldat tényleges koncentrációjától. Más szóval, bár lemérjük a reagenseket, hogy nagyon pontosan és a lehető legpontosabban elkészítsük az oldatot, valójában nem ismerjük az oldat valódi koncentrációját. Ez azt jelenti, hogy ezek még nem szabványos megoldások.

Emiatt ezekben az esetekben a másodlagos standardoldat elkészítése után kémiai analízist kell végezni az oldat valós koncentrációjának meghatározására egy másik (már ismert koncentrációjú) standardoldattal. Ezt a folyamatot szabványosításnak nevezik, mivel az oldat valós koncentrációjának meghatározása után az oldat standard oldattá válik. Mivel azonban ezt a megoldást egy másik, elsődleges standard oldatból álló megoldásból standardizálták, a standardizált megoldásokat másodlagos standard oldatoknak nevezzük.

Példák standard megoldásokra

Példák a közös elsődleges szabványokra

Számos elsődleges standardot használnak a különböző típusú kémiai elemzésekhez használható elsődleges standardoldatok készítésére. Az alábbiakban bemutatunk néhány példát ezekre a reagensekre, valamint az analitikai módszert, amelyhez használják őket:

• Nátrium-karbonát (Na ₂ CO ₃ ): Ez egy nagyon stabil só, amely elsődleges standardként szolgál a savak térfogati titrálásához.
• Kálium-sav-ftalát (KC ₈ H ₅ O ₄ ): Ennek az anyagnak nagy molekulatömege, 204,22 g/mol, stabil, nem higroszkópos anyag, amely elsődleges standardként szolgál a bázistitráláshoz.
• Kálium-dikromát (K ₂ Cr ₂ O ₇ ): A kálium-dikromát szobahőmérsékleten és magas hőmérsékleten is nagyon stabil só. Oldatai évekig stabilak, ha megtesszük a szükséges óvintézkedéseket az oldószer elpárolgásának megakadályozására. Ez az anyag erős oxidálószer, ezért elsődleges standardként használható redukálószerek redox titrálásakor.
• Nátrium-oxalát (Na ₂ C ₂ O ₄ ): Ismét ez a redox-titrálás elsődleges standardja. Az oxalát egy redukálószer, amely oxidálószer jelenlétében gyorsan szén-dioxiddá oxidálódik, így alkalmas elsődleges standard az oxidálószerek koncentrációjának meghatározására.
• Ezüst-nitrát (AgNO ₃ ): Az ezüst-nitrát egy példa az ezüst induktív csatolású plazma atomemissziós spektroszkópiával (ICP-AES) történő meghatározására általánosan használt elsődleges standardra. Főleg tisztasága, stabilitása és vízben való jó oldhatósága miatt használják.

Példák a közös másodlagos szabványokra

A fent említett elsődleges minták mindegyike használható szabványosításra a következő másodlagos minták egyikén:

• Nátrium-hidroxid (NaOH): Mint fentebb kifejtettük, a nátrium-hidroxid lassan reagál a levegőben lévő szén-dioxiddal, és nátrium-karbonátot képez, így az oldatok nem teljesen stabilak. Ez az anyag másodlagos standardként szolgál mind az erős, mind a gyenge savak titrálásakor.
• Sósav (HCl): A sósavoldatokat standardként használják a különböző erős és gyenge bázisok meghatározására. A NaOH-hoz hasonlóan azonban a HCl oldatok sem stabilak hosszú távon, így nem elsődleges standardok.
• Kálium-permanganát (KMnO ₄ ): A permanganát nagyon erős oxidálószer, és az egyik leggyakrabban használt titrálószer a redukáló komponensek meghatározására redox titrálásnál. Azonban, bár maga a permanganát nem instabil a légkörben, és jó tisztasággal nyerhető, olyan erős oxidálószer, hogy a vizet molekuláris oxigénné oxidálja, a permanganátot pedig mangán-dioxiddá redukálja. Ez a reakció nagyon lassú, de ettől a permanganát oldatok nem teljesen stabilak, ezért nem alkalmasak elsődleges standardnak.
• Nátrium-tioszulfát (Na ₂ S ₂ O ₃ ): A nátrium-tioszulfát redukálószer, amelyet redox titrálásnál használnak különféle oxidáló analitok meghatározására. Annak ellenére, hogy a vizes oldatok nagyon stabilak, a kereskedelmi só, amely mindig a Na 2 _S 2 _O 3 _· 5H ₂ O képletű pentahidrált sónak felel meg, hajlamos a hidratáló vizek elvesztésére, ezért nem szolgál elsődleges mintaként. A nátrium-tioszulfát oldatokat általában kálium-dikromát oldattal, vagy ennek hiányában standardizált kálium-permanganát oldattal standardizálják.

Hivatkozások

Berdejo, L. (2020). Ezüst meghatározása EAA-val biológiai anyag lánggal. A minta típusának és oldódásának befolyása a kapott eredményekre. Zaragozai Egyetem. https://zaguan.unizar.es/record/97956/files/TAZ-TFG-2020-3250.pdf

Bolívar, G. (2020, november 12.). Elsődleges minta: jellemzők és példák . életfogytiglani büntetés. https://www.lifeder.com/patron-primario/

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS és Herranz, ZR (2020). Kémia (10. ^kiadás ). McGraw-Hill oktatás.

Különbség az elsődleges és a másodlagos standard megoldás között . (nd). A különbség köztük. https://en.strephonsays.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution

Madhusha, B. (2017, november 7.). Különbség az elsődleges és a másodlagos standard megoldás között | Definíció, tulajdonságok, példák . Pediaa.Com. https://pediaa.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution/

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

La Plata Nemzeti Egyetem. (nd). Oxidációs-redukciós térfogatok . Kémiai analízis szak – Agrár- és Erdőtudományi Kar. https://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/35339/mod_resource/content/2/11%20Volumetr%C3%ADa%20redox.pdf