Ce este o soluție standard?

O soluție standard este orice soluție a cărei concentrație este cunoscută cu un grad acceptabil de precizie și acuratețe . Acestea sunt soluții de uz zilnic în domeniul chimiei analitice și sunt utilizate în multe aplicații de analiză chimică, de la titrări sau titrări până la pregătirea curbelor de calibrare pentru analize instrumentale.

În principiu, orice soluție poate fi considerată o soluție standard, atâta timp cât se cunoaște concentrația sa și este rezonabil de sigur că va rămâne aproximativ constantă în timpul utilizării. Aceasta implică faptul că substanțele dizolvate din soluțiile standard trebuie să aibă un grad minim de stabilitate care să le împiedice să se descompună sau să se transforme într-un alt compus înainte ca soluția să fie utilizată.

Proprietățile soluțiilor standard

Pe lângă faptul că au o concentrație cunoscută, soluțiile standard trebuie să aibă unele proprietăți particulare care depind în mare măsură de tipul de analiză chimică pentru care vor fi utilizate. De exemplu, în cazul soluțiilor standard utilizate în tehnicile de titrare (titrari acide/bazice, redox etc.), soluțiile standard trebuie:

• Rămân stabil pentru perioade de timp suficient de lungi, asigurându-se astfel că concentrația lor rămâne constantă în timpul analizei.
• Concentrația trebuie să fie comparabilă cu concentrația suspectată a analitului (substanța testată). În caz contrar, titrarea va avea o marjă de eroare mai mare.
• Ele trebuie să reacționeze cantitativ cu analitul sau substanța a cărei concentrație este determinată. Aceasta înseamnă că reacția trebuie să fie completă.
• Ar trebui să aibă loc o singură reacție chimică reprezentabilă printr-o ecuație chimică echilibrată. Adică, nu trebuie să existe reacții secundare nedorite nici cu analitul, nici cu celelalte componente ale matricei probei.
• Reacția cu analitul trebuie să fie rapidă.

Pentru alte aplicații ale soluțiilor standard, cum ar fi curbele de calibrare pentru analiza instrumentală (în tehnici precum spectroscopie de emisie atomică sau de absorbție, absorbție UV-vizibilă etc.), aceste soluții nu trebuie neapărat să aibă aceleași proprietăți.

De exemplu, în cazul curbelor de etalonare, soluţiile standard nu reacţionează cu analitul, ci îl conţin în concentraţii cunoscute pentru a stabili răspunsul instrumental pentru concentraţiile menţionate (cunoscute sub denumirea de curbe de calibrare) şi pentru a putea determina ulterior. concentrația analitului din probă prin extrapolare. În aceste cazuri, este necesară o serie de soluții standard cu concentrații atât mai mari, cât și mai mici decât concentrația așteptată a analitului.

În alte metode analitice cunoscute colectiv ca tehnici de rezervă, soluțiile standard sunt adăugate în cantități cunoscute la analit pentru a permite substanțelor să reacționeze între ele, iar excesul de standard adăugat este apoi titrat sau determinat în alt mod. În aceste cazuri, reacția cu analitul nu trebuie să fie rapidă, deoarece trebuie să aibă loc o singură dată înainte de analiza în exces și nu după fiecare adăugare de titrant în timpul titrarii în sine.

Tipuri de soluții standard

În funcție de caracteristicile substanței dizolvate și de stabilitatea sa chimică în timp, putem distinge două clase de soluții standard, soluții standard primare și secundare.

Soluție standard primară

O soluție standard primară este o soluție preparată dintr-un standard primar. Acesta constă dintr-o substanță chimică de înaltă puritate care rămâne stabilă în timp, astfel încât concentrația soluțiilor sale este constantă. Standardele primare au următoarele caracteristici generale:

• Sunt reactivi de înaltă puritate care nu sunt contaminați spontan cu substanțe prezente în atmosferă.
• Au o compoziție cunoscută cu precizie, adică le cunoaștem formula chimică, puritatea lor, precum și identitatea și concentrația principalilor contaminanți.
• Sunt substanțe stabile din punct de vedere chimic atât în ​​stare pură, cât și în soluție. Acest lucru asigură că calculele stoichiometrice efectuate din masa sau volumul reactivului pur vor fi exacte și că concentrația astfel calculată din soluțiile pe care le preparăm (soluțiile standard primare) va fi constantă.
• Acestea nu trebuie să absoarbă vaporii de apă sau alte gaze din atmosferă și trebuie să poată fi uscate într-un cuptor până la greutate constantă fără a se descompune pentru a îndepărta orice urmă de umiditate.
• În mod ideal, au o greutate echivalentă mare. Acest lucru minimizează erorile de cântărire, deoarece este necesară cântărirea unei mase mai mari de reactiv pentru aceeași concentrație normală finală.
• Ele trebuie să reacționeze rapid și stoechiometric cu analitul.

Soluțiile standard primare sunt soluțiile ideale pentru analiza chimică deoarece pot fi preparate direct prin cântărire și dizolvare (și, dacă este necesar, diluare) iar concentrația lor poate fi determinată direct din masa reactivului pur și volumul final de dizolvare. Acest lucru permite ca aceste soluții să fie utilizate direct pentru analize chimice, fără a fi nevoie de a pregăti soluții suplimentare sau de a efectua alte etape de standardizare. Cu toate acestea, multe standarde primare sunt costisitoare datorită gradului ridicat de puritate necesar.

Soluție etalon secundară

Standardele primare sunt reactivii ideali pentru analiza chimică, dar nu este întotdeauna posibil să se găsească un standard primar potrivit pentru anumite metode analitice. În plus, în multe cazuri, în special în analiza de rutină a probelor, costul etalonului primar este prohibitiv de mare, mai ales având în vedere că există și alte substanțe care, deși nu îndeplinesc toate condițiile pentru a fi standarde primare, au substanța chimică adecvată. caracteristici.dar la un cost mult mai mic. Acestea sunt standardele secundare, iar soluțiile preparate din acestea se numesc soluții etalon secundare.

Standardele secundare sunt substanțe care reacționează rapid și cantitativ cu analitul, dar nu îndeplinesc celelalte condiții pentru a fi un standard primar. În unele cazuri, standardele secundare nu pot fi obținute cu un nivel adecvat sau chiar cunoscut de puritate, deoarece nu sunt complet stabile chimic în atmosferă.

Un exemplu tipic este hidroxidul de sodiu, care este un reactiv ieftin care absoarbe apa și dioxidul de carbon din atmosferă, reacționând cu ambele pentru a deveni carbonat de sodiu. Aceasta înseamnă că hidroxidul de sodiu este întotdeauna contaminat cu carbonat de sodiu și același lucru se întâmplă cu soluțiile sale apoase.

În cazul acidului clorhidric, acesta nu este nici un model primar, deoarece atât soluțiile comerciale, cât și soluțiile standard utilizate în analiza chimică pierd încet soluția sub formă de acid clorhidric gazos.

Prepararea solutiilor standard

Prin dizolvarea reactivilor puri

Cea mai simplă și directă modalitate de a prepara o soluție standard este să cântăriți reactivul pur pe o balanță analitică bine calibrată (pentru a asigura o bună acuratețe) și care are o bună apreciere de ordinul a 0,1 mg (10 -4 g) ^și apoi dizolvând-o într-o cantitate finală cunoscută de soluție (prin utilizarea unui balon sau balon cotat). În cazul reactivilor lichizi, aceștia se măsoară de obicei cu ajutorul pipetelor volumetrice, deși pot fi și cântăriți, atâta timp cât nu sunt prea volatili.

Apoi se efectuează calculele relevante pentru a determina concentrația reală a soluției din masa efectiv cântărită a reactivului și nu din masa calculată anterior. Cu alte cuvinte, dacă calculăm că trebuie să cântărim 0,1382 g de carbonat de sodiu pentru a prepara 1 L de soluție standard de 10 -3 ^molare , dar cântărim 0,1389 g, ar trebui să folosim ultima masă (cea pe care o cântărim efectiv) și nu cea pe care o cântărim. în primul rând.în calcularea concentraţiei soluţiei etalon.

După cum s-a menționat mai sus, numai soluțiile standard primare pot fi preparate direct prin cântărire și dizolvare, deoarece numai cu standardele primare putem fi siguri că masa pe care o cântărim corespunde de fapt reactivului.

Prin diluarea solutiilor concentrate

Un al doilea mod foarte comun de preparare a soluțiilor standard este prin intermediul procedurii de diluare. În acest caz, se ia un volum măsurat cu o pipetă volumetrică și se transferă într-un balon sau balon cotat de capacitate adecvată și se diluează până la semnul de gradare cu apă sau cu solventul pe care se lucrează.

Soluțiile concentrate în unele cazuri sunt disponibile comercial sau pot fi preparate prin cântărire și dizolvare directă, așa cum s-a explicat în secțiunea anterioară.

Prin standardizare față de un model primar

În cazul soluțiilor standard secundare, acestea nu pot fi preparate direct prin cântărirea și dizolvarea reactivului pur din motivele explicate mai sus. Acest lucru se datorează faptului că, datorită prezenței diferitelor impurități și datorită instabilității reactivului sau a soluțiilor sale, concentrația calculată din cantitățile măsurate de reactivi se poate abate considerabil de la concentrația reală a soluției. Cu alte cuvinte, chiar dacă cântărim reactivii pentru a pregăti soluția foarte precis și cât mai exact posibil, nu știm de fapt concentrația reală a soluției. Aceasta înseamnă că acestea nu sunt încă soluții standard.

Din acest motiv, în aceste cazuri, după prepararea soluției standard secundare, trebuie efectuată o analiză chimică pentru a determina concentrația reală a acestei soluții folosind o altă soluție standard (de concentrație deja cunoscută). Acest proces este cunoscut sub numele de standardizare deoarece, odată ce concentrația reală a soluției este determinată, aceasta devine o soluție standard. Dar, deoarece această soluție a fost standardizată dintr-o altă soluție constând dintr-o soluție standard primară, soluțiile standardizate se numesc soluții standard secundare.

Exemple de soluții standard

Exemple de standarde primare comune

Există un număr mare de standarde primare utilizate pentru a pregăti soluții standard primare pentru utilizare în diferite tipuri de analize chimice. Câteva exemple de acești reactivi sunt date mai jos, împreună cu tipul de metodă analitică pentru care sunt utilizați:

• Carbonat de sodiu (Na ₂ CO ₃ ): Este o sare foarte stabilă care servește ca standard primar pentru titrarea acizilor prin volumetrie.
• Ftalat acid de potasiu (KC ₈ H ₅ O ₄ ): Această substanță are o greutate moleculară mare de 204,22 g/mol și este o substanță stabilă, nehigroscopică, care servește ca standard primar pentru titrarea bazei.
• Bicromat de potasiu (K ₂ Cr ₂ O ₇ ): Bicromatul de potasiu este o sare foarte stabilă atât la temperatura camerei, cât și la temperaturi ridicate. Soluțiile sale sunt stabile ani de zile dacă se iau măsurile de precauție necesare pentru a preveni evaporarea solventului. Această substanță este un oxidant puternic, deci poate fi utilizată ca standard primar în titrarea redox a agenților reducători.
• Oxalat de sodiu ( _Na2C2O4 ): Din nou, _acesta este un standard primar pentru titrarile _redox . Oxalatul este un agent reducător care se oxidează rapid la dioxid de carbon în prezența unui oxidant, făcându-l un standard primar adecvat pentru determinarea concentrației agenților oxidanți.
• Azotat de argint (AgNO ₃ ): Nitratul de argint este un exemplu de standard primar utilizat în mod obișnuit în determinarea argintului prin spectroscopie de emisie atomică cu plasmă cuplată inductiv (ICP-AES). Este folosit în principal pentru puritatea sa, stabilitatea și solubilitatea sa ridicată în apă.

Exemple de standarde secundare comune

Fiecare dintre modelele primare menționate mai sus poate fi utilizat pentru a standardiza unul dintre următoarele exemple de modele secundare:

• Hidroxid de sodiu (NaOH): După cum sa explicat mai sus, hidroxidul de sodiu reacționează lent cu dioxidul de carbon din aer pentru a forma carbonat de sodiu, astfel încât soluțiile nu sunt perfect stabile. Această substanță servește ca standard secundar în titrarea acizilor puternici și slabi.
• Acid clorhidric (HCl): Soluțiile de acid clorhidric sunt utilizate ca standarde pentru determinarea diferitelor baze puternice și slabe. Cu toate acestea, la fel ca NaOH, soluțiile de HCl nu sunt stabile pe termen lung, deci nu sunt standarde primare.
• Permanganat de potasiu (KMnO ₄ ): Permanganatul este un agent oxidant foarte puternic și este unul dintre cei mai frecventi titranturi utilizați pentru determinarea speciilor reducătoare în titrarile redox. Cu toate acestea, deși permanganatul în sine nu este instabil în atmosferă și poate fi obținut cu o puritate bună, este un oxidant atât de puternic încât poate oxida apa la oxigen molecular, reducând permanganatul la dioxid de mangan solid. Această reacție este foarte lentă, dar face ca soluțiile de permanganat să nu fie total stabile, deci nu sunt potrivite ca standarde primare.
• Tiosulfat de sodiu (Na ₂ S ₂ O ₃ ): Tiosulfatul de sodiu este un agent reducător utilizat în titrarile redox pentru determinarea diferiților analiți oxidanți. În ciuda faptului că soluțiile apoase sunt foarte stabile, sarea comercială, care corespunde întotdeauna sării pentahidratate cu formula Na 2 _S 2 _O 3 _· 5H ₂ O, are tendința de a pierde apele de hidratare, motiv pentru care este nu servește ca model primar. Soluțiile de tiosulfat de sodiu sunt de obicei standardizate cu o soluție de dicromat de potasiu sau, în lipsă, cu o soluție standardizată de permanganat de potasiu.

Referințe

Berdejo, L. (2020). Determinarea argintului prin EAA cu flacără în material biologic. Influența tipului de probă și a dizolvării acesteia asupra rezultatelor obținute. Universitatea din Zaragoza. https://zaguan.unizar.es/record/97956/files/TAZ-TFG-2020-3250.pdf

Bolívar, G. (2020, 12 noiembrie). Model primar: caracteristici și exemple . pe viaţă. https://www.lifeder.com/patron-primario/

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS și Herranz, ZR (2020). Chimie ( ^ed . a 10-a). Educația McGraw-Hill.

Diferența dintre soluția standard primară și secundară . (nd). Diferență între. https://en.strephonsays.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution

Madhusha, B. (2017, 7 noiembrie). Diferența dintre soluția standard primară și secundară | Definiție, proprietăți, exemple . Pediaa.Com. https://pediaa.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution/

Chimia Is. (nd). Standard_Solution . Chimie.este. https://www.quimica.es/enciclopedia/Soluci%C3%B3n_Est%C3%A1ndar.html

Universitatea Națională din La Plata. (nd). Volumetria oxido-reducerii . Curs Analize Chimice – Facultatea de Științe Agricole și Silvice. https://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/35339/mod_resource/content/2/11%20Volumetr%C3%ADa%20redox.pdf