Co to jest standardowe rozwiązanie?

Roztwór wzorcowy to dowolny roztwór, którego stężenie jest znane z akceptowalnym stopniem precyzji i dokładności . Są to rozwiązania stosowane na co dzień w dziedzinie chemii analitycznej i znajdują zastosowanie w wielu aplikacjach analizy chemicznej, począwszy od miareczkowania czy miareczkowania po przygotowanie krzywych kalibracyjnych do analiz instrumentalnych.

W zasadzie każdy roztwór można uznać za roztwór wzorcowy, o ile znane jest jego stężenie i istnieje wystarczająca pewność, że pozostanie ono w przybliżeniu stałe przez cały czas jego stosowania. Oznacza to, że substancje rozpuszczone w roztworach wzorcowych muszą mieć minimalny stopień stabilności, który zapobiega ich rozkładowi lub przekształceniu w inny związek przed użyciem roztworu.

Właściwości roztworów wzorcowych

Oprócz posiadania znanego stężenia, roztwory wzorcowe muszą mieć pewne szczególne właściwości, które w dużej mierze zależą od rodzaju analizy chemicznej, w której będą stosowane. Na przykład w przypadku roztworów wzorcowych stosowanych w technikach miareczkowania (miareczkowanie kwasowo-zasadowe, redoks itp.) roztwory wzorcowe muszą:

• Pozostają stabilne przez wystarczająco długi okres czasu, zapewniając w ten sposób, że ich stężenie pozostaje stałe podczas analizy.
• Stężenie powinno być porównywalne z podejrzewanym stężeniem analitu (badanej substancji). W przeciwnym razie miareczkowanie będzie miało większy margines błędu.
• Muszą reagować ilościowo z analitem lub substancją, której stężenie jest oznaczane. Oznacza to, że reakcja musi być zakończona.
• Powinna wystąpić tylko jedna reakcja chemiczna reprezentowana przez zrównoważone równanie chemiczne. Oznacza to, że nie może dojść do niepożądanych reakcji ubocznych ani z analitem, ani z innymi składnikami matrycy próbki.
• Reakcja z analitem musi być szybka.

W przypadku innych zastosowań roztworów wzorcowych, takich jak krzywe kalibracyjne do analizy instrumentalnej (w technikach takich jak spektroskopia emisji atomowej lub absorpcji, absorpcja w zakresie widzialnym UV itp.), roztwory te nie muszą koniecznie mieć takich samych właściwości.

Na przykład w przypadku krzywych kalibracyjnych roztwory wzorcowe nie reagują z analitem, ale zawierają analit w znanych stężeniach w celu ustalenia odpowiedzi instrumentalnej dla wspomnianych stężeń (tzw. stężenie analitu w próbce przez ekstrapolację. W takich przypadkach wymagana jest seria roztworów wzorcowych o stężeniach zarówno wyższych, jak i niższych niż oczekiwane stężenie analitu.

W innych metodach analitycznych, zwanych łącznie technikami zapasowymi, do analitu dodaje się roztwory wzorcowe w znanych ilościach, aby umożliwić wzajemną reakcję substancji, a następnie miareczkowany jest nadmiar dodanego wzorca lub oznaczany w inny sposób. W takich przypadkach reakcja z analitem nie musi być szybka, ponieważ musi zajść tylko raz przed analizą nadmiaru, a nie po każdym dodaniu titranta podczas samego miareczkowania.

Rodzaje rozwiązań wzorcowych

W zależności od właściwości substancji rozpuszczonej i jej stabilności chemicznej w czasie, możemy wyróżnić dwie klasy roztworów wzorcowych, podstawowe i drugorzędowe roztwory wzorcowe.

Pierwotne rozwiązanie standardowe

Podstawowy roztwór wzorcowy to roztwór przygotowany z podstawowego wzorca. Składa się z substancji chemicznej o wysokiej czystości, która pozostaje stabilna w czasie, więc stężenie jej roztworów jest stałe. Standardy podstawowe mają następujące ogólne cechy:

• Są to odczynniki o wysokiej czystości, które nie ulegają samoistnemu zanieczyszczeniu substancjami obecnymi w atmosferze.
• Mają dokładnie znany skład, to znaczy znamy ich wzór chemiczny, ich czystość oraz tożsamość i stężenie głównych zanieczyszczeń.
• Są chemicznie stabilnymi substancjami zarówno w stanie czystym, jak iw roztworze. Gwarantuje to, że obliczenia stechiometryczne wykonane z masy lub objętości czystego odczynnika będą dokładne, a stężenie obliczone w ten sposób z przygotowanych przez nas roztworów (pierwotnych roztworów wzorcowych) będzie stałe.
• Nie mogą wchłaniać pary wodnej ani innych gazów z atmosfery i muszą nadawać się do suszenia w piecu do stałej wagi bez rozkładu w celu usunięcia śladów wilgoci.
• Idealnie, mają wysoką masę równoważną. Minimalizuje to błędy ważenia, ponieważ wymagana jest większa masa odczynnika do zważenia dla tego samego końcowego normalnego stężenia.
• Muszą reagować szybko i stechiometrycznie z analitem.

Podstawowe roztwory wzorcowe są idealnymi roztworami do analizy chemicznej, ponieważ można je przygotować bezpośrednio przez ważenie i rozpuszczanie (i, jeśli to konieczne, rozcieńczanie), a ich stężenie można określić bezpośrednio na podstawie masy czystego odczynnika i końcowej objętości rozpuszczenia. Pozwala to na bezpośrednie wykorzystanie tych roztworów do analizy chemicznej, bez konieczności przygotowywania dodatkowych roztworów lub przeprowadzania innych etapów standaryzacji. Jednak wiele wzorców pierwotnych jest kosztownych ze względu na wymagany wysoki stopień czystości.

Wtórne rozwiązanie standardowe

Wzorce pierwszorzędowe są idealnymi odczynnikami do analizy chemicznej, ale nie zawsze jest możliwe znalezienie odpowiedniego wzorca pierwszorzędowego dla niektórych metod analitycznych. Dodatkowo w wielu przypadkach, zwłaszcza w rutynowej analizie próbek, koszt wzorca podstawowego jest niewspółmiernie wysoki, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że istnieją inne substancje, które choć nie spełniają wszystkich warunków bycia wzorcami podstawowymi, mają odpowiednie właściwości chemiczne właściwości, ale przy znacznie niższych kosztach. Są to wzorce drugorzędne, a przygotowane z nich roztwory nazywane są roztworami wzorców wtórnych.

Wzorce drugorzędowe to substancje, które reagują szybko i ilościowo z analitem, ale nie spełniają pozostałych warunków, aby być wzorcem pierwotnym. W niektórych przypadkach nie można uzyskać wzorców drugorzędowych o odpowiednim lub nawet znanym poziomie czystości, ponieważ nie są one całkowicie stabilne chemicznie w atmosferze.

Typowym przykładem jest wodorotlenek sodu, który jest tanim odczynnikiem, który pochłania wodę i dwutlenek węgla z atmosfery, reagując z obydwoma, tworząc węglan sodu. Oznacza to, że wodorotlenek sodu jest zawsze zanieczyszczony węglanem sodu i to samo dzieje się z jego wodnymi roztworami.

W przypadku kwasu solnego również nie jest to wzorzec pierwotny, ponieważ zarówno roztwory komercyjne, jak i roztwory wzorcowe stosowane w analizie chemicznej powoli tracą substancję rozpuszczoną w postaci gazowego chlorowodoru.

Przygotowanie roztworów wzorcowych

Przez rozpuszczanie czystych odczynników

Najprostszym i najbardziej bezpośrednim sposobem przygotowania roztworu wzorcowego jest zważenie czystego odczynnika na wadze analitycznej, która jest dobrze skalibrowana (aby zapewnić dobrą dokładność) i która dobrze ocenia dokładność rzędu 0,1 mg (10-4 g), ^a następnie rozpuszczenie go w znanej końcowej ilości roztworu (poprzez użycie balonika lub kolby miarowej). W przypadku odczynników płynnych są one zwykle mierzone za pomocą pipet miarowych, chociaż można je również zważyć, o ile nie są zbyt lotne.

Następnie przeprowadzane są odpowiednie obliczenia w celu określenia rzeczywistego stężenia roztworu z faktycznie odważonej masy odczynnika, a nie z wcześniej wyliczonej masy. Innymi słowy, jeśli obliczymy, że potrzebujemy odważyć 0,1382 g węglanu sodu, aby sporządzić 1 L 10-3 ^molowego roztworu wzorcowego, a ważymy 0,1389 g, powinniśmy użyć ostatniej masy (tej, którą faktycznie ważymy), a nie po pierwsze przy obliczaniu stężenia roztworu wzorcowego.

Jak wspomniano powyżej, tylko podstawowe roztwory wzorcowe można przygotować bezpośrednio przez ważenie i rozpuszczanie, ponieważ tylko przy użyciu wzorców pierwszorzędowych możemy być pewni, że masa, którą ważymy, faktycznie odpowiada odczynnikowi.

Przez rozcieńczanie stężonych roztworów

Drugim bardzo powszechnym sposobem przygotowania roztworów wzorcowych jest procedura rozcieńczania. W tym przypadku odmierzoną objętość pobiera się pipetą miarową i przenosi do balonu lub kolby miarowej o odpowiedniej pojemności i rozcieńcza wodą lub rozpuszczalnikiem do kreski podziałki.

W niektórych przypadkach stężone roztwory są dostępne w handlu lub można je przygotować przez zważenie i bezpośrednie rozpuszczenie, jak wyjaśniono w poprzedniej sekcji.

Poprzez standaryzację względem podstawowego wzorca

W przypadku drugorzędowych roztworów wzorcowych nie można ich przygotować bezpośrednio przez odważenie i rozpuszczenie czystego odczynnika z powodów wyjaśnionych powyżej. Wynika to z faktu, że ze względu na obecność różnych zanieczyszczeń oraz niestabilność odczynnika lub jego roztworów stężenie obliczone na podstawie zmierzonych ilości odczynników może znacznie odbiegać od rzeczywistego stężenia roztworu. Innymi słowy, chociaż ważymy odczynniki, aby przygotować roztwór bardzo dokładnie i tak dokładnie, jak to możliwe, tak naprawdę nie znamy prawdziwego stężenia roztworu. Oznacza to, że nie są to jeszcze standardowe rozwiązania.

Z tego powodu w takich przypadkach po przygotowaniu drugorzędowego roztworu wzorcowego należy przeprowadzić analizę chemiczną w celu określenia rzeczywistego stężenia tego roztworu przy użyciu innego roztworu wzorcowego (o znanym już stężeniu). Ten proces jest znany jako standaryzacja, ponieważ po określeniu rzeczywistego stężenia roztworu staje się on roztworem wzorcowym. Ponieważ jednak to rozwiązanie zostało wystandaryzowane z innego rozwiązania składającego się z podstawowego roztworu wzorcowego, znormalizowane rozwiązania nazywane są wtórnymi roztworami wzorcowymi.

Przykłady rozwiązań standardowych

Przykłady wspólnych podstawowych standardów

Istnieje duża liczba podstawowych wzorców używanych do przygotowania podstawowych roztworów wzorcowych do stosowania w różnych typach analiz chemicznych. Poniżej podano kilka przykładów tych odczynników wraz z rodzajem metody analitycznej, w której są stosowane:

• Węglan sodu (Na ₂ CO ₃ ): Jest to bardzo stabilna sól, która służy jako główny wzorzec do miareczkowania kwasów metodą objętościową.
• Kwaśny ftalan potasu (KC ₈ H ₅ O ₄ ): Ta substancja ma wysoką masę cząsteczkową 204,22 g/mol i jest stabilną, niehigroskopijną substancją, która służy jako główny wzorzec do miareczkowania zasadą.
• Dwuchromian potasu (K ₂ Cr ₂ O ₇ ): Dwuchromian potasu jest bardzo stabilną solą zarówno w temperaturze pokojowej, jak iw wysokich temperaturach. Jego roztwory są stabilne przez lata, jeśli zostaną podjęte niezbędne środki ostrożności, aby zapobiec odparowaniu rozpuszczalnika. Substancja ta jest silnym utleniaczem, dzięki czemu może być stosowana jako podstawowy wzorzec w miareczkowaniu redoks środków redukujących.
• Szczawian sodu (Na ₂ C ₂ O ₄ ): Ponownie, jest to główny wzorzec miareczkowania redoks. Szczawian jest środkiem redukującym, który szybko utlenia się do dwutlenku węgla w obecności utleniacza, co czyni go odpowiednim głównym wzorcem do oznaczania stężenia środków utleniających.
• Azotan srebra (AgNO ₃ ): Azotan srebra jest przykładem podstawowego wzorca powszechnie stosowanego do oznaczania srebra metodą atomowej spektroskopii emisyjnej z plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP-AES). Jest używany głównie ze względu na swoją czystość, stabilność i wysoką rozpuszczalność w wodzie.

Przykłady wspólnych norm wtórnych

Każdy z wymienionych powyżej podstawowych wzorców może być użyty do standaryzacji na jednym z następujących przykładów drugorzędnych wzorców:

• Wodorotlenek sodu (NaOH): Jak wyjaśniono powyżej, wodorotlenek sodu reaguje powoli z dwutlenkiem węgla w powietrzu, tworząc węglan sodu, więc roztwory nie są idealnie stabilne. Substancja ta służy jako drugorzędny wzorzec w miareczkowaniu zarówno mocnych, jak i słabych kwasów.
• Kwas solny (HCl): Roztwory kwasu solnego są używane jako wzorce do oznaczania różnych mocnych i słabych zasad. Jednak, podobnie jak NaOH, roztwory HCl nie są stabilne w dłuższej perspektywie, więc nie są wzorcami podstawowymi.
• Nadmanganian potasu (KMnO ₄ ): Nadmanganian jest bardzo silnym środkiem utleniającym i jest jednym z najpowszechniejszych titrantów używanych do oznaczania związków redukujących w miareczkowaniach redoks. Jednakże, chociaż sam nadmanganian nie jest niestabilny w atmosferze i można go uzyskać w dobrej czystości, jest tak silnym utleniaczem, że może utleniać wodę do tlenu cząsteczkowego, redukując nadmanganian do dwutlenku manganu. Ta reakcja jest bardzo powolna, ale powoduje, że roztwory nadmanganianu nie są całkowicie stabilne, więc nie nadają się jako podstawowe wzorce.
• Tiosiarczan sodu (Na ₂ S ₂ O ₃ ): Tiosiarczan sodu jest środkiem redukującym stosowanym w miareczkowaniach redoks do oznaczania różnych analitów utleniających. Pomimo tego, że roztwory wodne są bardzo trwałe, handlowa sól, która zawsze odpowiada pięciowodnej soli o wzorze Na 2 _S 2 _O 3 _· 5H ₂ O, ma tendencję do utraty wody hydratacyjnej, dlatego jest nie służy jako główny wzór. Roztwory tiosiarczanu sodu są zwykle standaryzowane roztworem dichromianu potasu lub, w przypadku jego braku, standaryzowanym roztworem nadmanganianu potasu.

Bibliografia

Berdejo, L. (2020). Oznaczanie srebra metodą EAA z płomieniem w materiale biologicznym. Wpływ rodzaju próbki i jej rozpuszczania na uzyskiwane wyniki. Uniwersytet w Saragossie. https://zaguan.unizar.es/record/97956/files/TAZ-TFG-2020-3250.pdf

Bolívar, G. (2020, 12 listopada). Podstawowy wzorzec: charakterystyka i przykłady . skazany na dożywocie. https://www.lifeder.com/patron-primario/

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia ( ^wyd . 10). Edukacja McGraw-Hill.

Różnica między pierwotnym a wtórnym rozwiązaniem standardowym . (nd). Różnica pomiędzy. https://en.strephonsays.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution

Madhusha, B. (2017, 7 listopada). Różnica między pierwotnym a wtórnym rozwiązaniem standardowym | Definicja, właściwości, przykłady . Pediaa.Com. https://pediaa.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution/

Chemia jest (nd). Rozwiązanie_standardowe . Chemia.is. https://www.quimica.es/enciclopedia/Soluci%C3%B3n_Est%C3%A1ndar.html

Narodowy Uniwersytet La Platy. (nd). Wolumetria utleniania-redukcji . Kurs Analizy Chemicznej – Wydział Nauk Rolniczych i Leśnych. https://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/35339/mod_resource/content/2/11%20Volumetr%C3%ADa%20redox.pdf