Giáo trình Hóa phân tích - Tập 1 (Phần 2)

pdf

191 trang ngocly 1340

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hóa phân tích - Tập 1 (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_hoa_phan_tich_tap_1_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hóa phân tích - Tập 1 (Phần 2)

Bo Y te - Hoa phan tich Page 49 of 239 a. Sai s thơ d. Sai s h th ng b. Sai s ng u nhiên e. Sai s tươ ng đ i c. Sai s tuy t đ i 7. Lo i tr sai s thơ b ng cách: a. Tra b ng Student đ tìm T tn và T lt d. Câu a và c đúng b. Dùng ph ươ ng pháp chu n Dixon (test Q) e. Câu b và c đúng c. Dùng ph ươ ng pháp ki m đ nh T (test T) 8. Ch s cĩ ngh ĩa (CSCN) trong s đo tr c ti p bao g m: a. Nhi u ch s tin c y và nhi u ch s nghi ng d. Câu a và c đúng b. Ch cĩ ch s tin c y e. Khơng câu nào đúng c. Nhi u ch s tin c y và duy nh t m t ch s nghi ng 9. Kt qu đ nh l ư ng sau cùng là M = 0,0020 g, s đo này bao g m ch s cĩ ngh ĩa: a. 5 ch s cĩ ngh ĩa d. 1 ch s cĩ ngh ĩa b. 4 ch s cĩ ngh ĩa e. Khơng câu nào đúng c. 2 ch s cĩ ngh ĩa 10. K t qu đ nh l ư ng sau cùng là M = 0,0025 g, ch s 5 là ch s: a. Ch s cĩ ngh ĩa tin c y c. Câu a và b đ u đúng b. Ch s cĩ ngh ĩa khơng tin c y d. Khơng câu nào đúng Ph n II PHÂN TÍCH KH I L Ư NG VÀ PHÂN TÍCH TH TÍCH Ch ươ ng 4 NNG ð DUNG D CH file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 50 of 239 MC TIÊU − Trình bày đư c các cách bi u th nng đ dung d ch. − Tính đư c đươ ng l ư ng c a m t ch t trong ph n ng. − Gi i đư c các bài tốn v nng đ dung d ch. NI DUNG 1. M ð U Dung d ch là m t h đ ng th gm hai hay nhi u c u t (phân t hay ion). M t dung d ch b t k ỳ đ u gm ch t tan và dung mơi. Thành ph n c a ch t tan trong dung d ch đư c bi u di n b ng n ng đ . Nng đ là m t đ c tính đ nh l ư ng c ơ bn c a dung d ch. Ng ư i ta bi u th nng đ ca dung d ch b ng l ư ng ch t tan đư c hồ tan trong m t l ư ng xác đ nh dung d ch hay dung mơi. 2. CÁC CÁCH BI U TH NNG ð 2.1. N ng đ ph n tr ăm (n ng đ bách phân) 2.1.1. N ng đ ph n tr ăm theo kh i l ư ng: C%(kl/ kl) Bi u th bng s gam ch t tan cĩ trong 100 gam dung d ch Ký hi u: C% (kl/kl) Cơng th c (4.1) m: kh i l ư ng c a ch t tan (gam). m1: kh i l ư ng c a dung d ch (gam). V: th tích dung d ch (ml). d: kh i l ư ng riêng c a dung d ch. Thí d : Dung d ch amoniac 25% (kl/kl) cĩ ngh ĩa là trong 100g dung d ch cĩ ch a 25g amoniac T cơng th c (4.1), suy ra l ư ng ch t tan c n thi t (4.2) • Tr ư ng h p pha m t dung d ch trong đĩ hồ tan m gam ch t tan vào b gam dung mơi thì n ng đ ph n tr ăm c a dung d ch là: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 51 of 239 (4.3) Thí d 1: Tính n ng đ ph n tr ăm C% (kl/kl) c a dung d ch natri carbonat n u cân 25 g Na 2CO 3 pha trong 250 ml n ư c Gi i: Trong bài tốn này, m: kh i l ư ng ch t tan = 25 g b: kh i l ư ng dung mơi = V.d = 250 ì 1 = 250 (g) m + b: kh i l ư ng dung d ch = 25 g + 250 (g) Nng đ ph n tr ăm c a natri cacbonat: Thí d 2: Alizarin đư c dùng làm thu c th . Khi pha ng ư i ta hồ tan 0,25 g trong 100 ml n ư c, nh ư vy n ng đ ph n tr ăm C%(kl/kl) c a alizarin s là: Trong hố phân tích, n ng đ ph n tr ăm đư c coi là g n đúng, hố ch t đư c cân trên cân k thu t. 2.1.2. N ng đ ph n tr ăm kh i l ư ng theo th tích: C%(kl/ tt) Bi u th s gam ch t tan trong 100 ml dung d ch Ký hi u: C% (kl/tt) Cơng th c (4.4) Kh i l ư ng ch t tan đư c tính (4.5) Thí d 1: Khi pha m t dung d ch glucose ưu tr ươ ng, n u s dng 200 g glucose pha thành 1000 ml, nng đ dung d ch glucose tính theo n ng đ ph n tr ăm: Thí d 2: ð pha 1 lít dung d ch tiêm truy n NaCl 0,9%, l ư ng NaCl đư c tính theo cơng th c: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 52 of 239 2.1.3. N ng đ ph n tr ăm theo th tích: C% (tt/ tt) Bi u th s mililít (ml) ch t tan cĩ trong 100 ml dung d ch Ký hi u: C% (tt/tt) Cơng th c (4.6) V: th tích c a ch t tan. V 1: th tích c a dung d ch. Thí d : Ng ư i ta l y 960 ml ethanol tuy t đ i pha thành 1000 ml dung d ch. Nh ư vy n ng đ ca dung d ch c n là: 3. N NG ð PHÂN T (NNG ð MOL) C M Bi u th s mol c a ch t tan cĩ trong 1 lít (1000 ml) dung d ch Ký hi u: C M Cơng th c (4.7) (4.8) m: kh i l ư ng c a ch t tan (gam) M: kh i l ư ng mol (kh i l ư ng phân t ) ca ch t tan. V: th tích c a dung d ch c n pha. S mol c a dung d ch đư c tính: (4.9) file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 53 of 239 Thí d 1: Tính nng đ mol c a dung d ch H 2SO 4, bi t r ng đ pha m t dung d ch cĩ th tích là 500 ml, l ư ng H 2SO 4 đ m đ c c n dùng là 49 gam. Kh i l ư ng mol c a H 2SO 4 (M = 98 g) Gi i Thí d 2: N ư c bi n tiêu chu n ch a 2,7 g mu i NaCl trong m i 100 ml dung d ch. Xác đ nh n ng đ mol c a NaCl trong n ư c bi n. Gi i: Kh i l ư ng NaCl: m = 2,7 (g) Kh i l ư ng mol c a NaCl M = 58,5 g Th tích c a dung d ch V = 100 ml Mt dung d ch ch a m t phân t gam ch t tan trong m t lít dung d ch đư c g i là dung d ch phân t. T dung d ch phân t đư c l y làm đơ n v , ng ư i ta so sánh dung d ch đ m đ c h ơn: 2M, 3M hay dung d ch lỗng h ơn: 0,1M (decimol), 0,01M (centimol), 0,001M (milimol) 3.1. N ng đ đươ ng l ư ng Cách bi u th nng đ đươ ng l ư ng do nhà hố h c ng ư i ð c Karl Friedrich Mohr phát bi u m c đích đ đơ n gi n hố các phép tính. Cách bi u th nng đ này d a trên khái ni m kh i l ư ng đươ ng l ư ng ( đươ ng l ư ng gam) c a m t ch t. 3.1.1. ðươ ng l ư ng gam Ký hi u E gam ðươ ng l ư ng gam c a m t ch t đư c tính tu ỳ thu c vào b n ch t c a ph n ng hố h c. 3.1.1.1. Tr ư ng h p ph n ng acid – base • ð i v i m t acid: ðươ ng l ư ng gam là phân t mol c a acid đĩ chia cho s proton ho t tính (H +) Thí d 1: ðươ ng l ư ng gam c a acid hydrochloric trong ph n ng trung hồ là: HCl + NaOH → NaCl + H 2O Thí d 2: ðươ ng l ư ng gam c a acid sulfuric đư c tính trong tr ư ng h p ph n ng v i NaOH file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 54 of 239 H2SO 4 + 2NaOH → Na 2SO 4 + 2 H 2O • ð i v i m t base, đươ ng l ư ng gam là phân t gam c a base chia cho s proton ho t tính (H +) cn thi t đ trung hồ nĩ. Thí d : ðươ ng l ư ng gam c a natri hydroxyd đư c tính khi ph n ng v i HCl 3.1.1.2. Tr ư ng h p ph n ng oxy hố – kh ð i v i ph n ng oxy hố đươ ng l ư ng gam c a b t k ỳ ch t nào đư a vào ph n ng c ũng là kh i lư ng mol c a ch t đĩ chia cho s electron (n) cho hay nh n trong quá trình ph n ng Thí d 1: Trong ph n ng oxy hố gi a s t (II) và kali permanganat Thí d 2: Ph n ng oxy hố gi a Cr 3+ v i Sn 2+ 3.1.1.3. Tr ư ng h p ph n ng t a và ph c ch t • ðươ ng l ư ng gam c a m t cation đư c tính b ng cách l y kh i l ư ng gam c a cation chia cho đin tích c a cation • ðươ ng l ư ng gam c a m t anion là kh i l ư ng gam c a anion chia cho s đươ ng l ư ng c a ion kim lo i t ươ ng ng đ to t a ho c ph c ch t. Thí d : - Tr ư ng h p 1. Cation và anion cĩ cùng s đin tích file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 55 of 239 - Tr ư ng h p 2. Cation và anion cĩ s đin tích khác nhau - Tr ư ng h p 3. Tr ư ng h p t o ph c gi a cation và anion 3.1.2. S đươ ng l ư ng gam S đươ ng l ư ng gam c a ch t A b ng s gam ch t A chia cho đươ ng l ư ng gam c a ch t đĩ (4.10) 3.1.3. N ng đ đươ ng l ư ng Nng đ đươ ng l ư ng đư c bi u di n b ng s đươ ng l ư ng gam c a ch t tan cĩ trong 1 lít (1000 ml) dung d ch. Ký hi u: C N Cơng th c: (4.11) (4.12) (4.13) file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 56 of 239 Thí d : Xác đ nh n ng đ đươ ng l ư ng c a dung d ch nitrat b c khi hồ tan 1,35 g AgNO 3 thành 250 ml dung d ch. + Bi t kh i l ư ng mol AgNO 3 = 108, đươ ng l ư ng gam AgNO 3 = 108 (s đin tích Ag = 1). Nng đ đươ ng l ư ng c a dung d ch AgNO 3: Mt dung d ch ch a m t kh i l ư ng đươ ng l ư ng c a ch t tan đư c go là dung d ch cĩ n ng đ nguyên chu n N . Bên c nh n ng đ nguyên chu n, ng ư i ta cịn s dng b i s ca N nh ư dung d ch 2N, 4N , ư c s ca N nh ư dung d ch 0,1N, dung d ch 0,01N ð tính tốn l ư ng ch t tan A c n thi t đ pha dung d ch đươ ng l ư ng cho bi t tr ư c, ng ư i ta suy lư ng m t cơng th c (4.13) (4.14) 3.1.4. Cơng th c tính n ng đ đươ ng l ư ng Các tính tốn trong cách chu n đ theo n ng đ đươ ng l ư ng g n gi ng v i cách tính tốn trong chu n đ theo n ng đ phân t . Cĩ m t s khác bi t là t i đim t ươ ng đươ ng tích c a các th tích (tính bng ml) c a các dung d ch các ch t ph n ng v i n ng đ đươ ng l ư ng thì b ng nhau ml A. N A = ml B. N B VA.N A = V B.N B Hay t i đim t ươ ng đươ ng các th tích dung d ch thu c th và c a các ch t c n xác đ nh đã ph n ng v i nhau t l ngh ch v i n ng đ đươ ng l ư ng c a chúng. Quy t c này g i là quy t c h p th c (stoéchiométrie – stoichiometry) Thí d : Dung d ch acid hydrochloric đư c xác đ nh n ng đ bng cách đem chu n đ vi dung d ch chu n natri hydroxyd. N u sau khi ph n ng k t thúc, 25,00 ml dung d ch HCl đư c trung hồ c n m t th tích NaOH 0,0950 N là 32,20 ml. Tính n ng đ đươ ng l ư ng c a dung d ch acid hydrochloric. Gi i: Áp d ng ph ươ ng trình trên, ta cĩ: NAVA = N BVB Vi V A: th tích c a dung d ch HCl c n chu n đ , VA = 25,00 ml. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 57 of 239 N A: n ng đ ca HCl. V B: th tích c a dung d ch chu n NaOH, V B = 32,20 ml. N B: n ng đ ca NaOH N B = 0,0950 N Nng đ ca dung d ch acid hydrocloric: 4. M T S CÁCH BI U TH NNG ð KHÁC 4.1. N ng đ gam 4.1.1. N ng đ g/l Bi u th bng s gam ch t tan cĩ trong 1 lít dung d ch. Ký hi u: g/l Cơng th c: (4.15) m: kh i l ư ng c a ch t tan (gam). V: th tích dung d ch đã cho tính b ng ml. Lo i n ng đ này th ư ng dùng trong m t s thu c th acid hay base. Thí d : Nư c th ch cao hay dung d ch CaSO 4 bão hồ cĩ n ng đ 2 g/l. 4.1.2. ð chu n Bi u th s gam hay miligam ch t tan cĩ trong 1 mililít dung d ch Ký hi u: T (4.16) (4.16a) Thí d : Acid nitric đ m đ c là acid cĩ đ chu n T = 1,40 g/ml. Trong th c t , ng ư i ta th ư ng dùng nh ng dung d ch chu n cĩ n ng đ đã ch n sao cho c 1 ml dung d ch chu n t ươ ng ng v i m t l ư ng ch t c n đ nh l ư ng đ tính tốn đư c d dàng. Thí d : ð xác đ nh đ cng c a n ư c, ng ư i ta đ nh l ư ng n ư c b ng dung d ch complexon III chu n 0,01M v i ch th ðen Eriocrom T. Khi ph n ng k t thúc, đ c s th tích ml dung d ch complexon III s dng. Tính k t qu : 1 ml complexon III ng v i 0,561 mg CaO, nh ư vy ng v i V ml ng ư i ta tính đư c file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 58 of 239 hàm l ư ng Ca 2+ cĩ trong n ư c. Ng ư i ta cịn dùng đ chu n trong chuy n đ i t nng đ này sang n ng đ khác. Thí d : Tính n ng đ ph n tr ăm C%(kl/tt) c a dung d ch H 2SO 4 2M. T dung d ch H 2SO 4 2M, áp d ng cơng th c tính C M suy ra kh i l ư ng Nng đ ph n tr ăm C% (kl/tt) c a H 2SO 4 = 0,196 × 100 = 19,6% 4.2. N ng đ ion gam Bi u th s ion gam ch t tan cĩ trong 1 lít dung d ch. Ký hi u: ion gam/l. 2+ 2+ Thí d : Dung d ch FeSO 4 cĩ ch a 5,6 g Fe → nng đ ion gam c a Fe là 0,1 ion g/l vì 1 ion gam Fe 2+ = 56. 4.3. N ng đ ph n tri u (ppm: parts per million) ð i v i nh ng dung d ch cĩ n ng đ rt lỗng, ng ư i ta th ư ng s dng n ng đ ph n tri u (ppm). Nng đ ph n tri u bi u th s gam ch t tan cĩ trong 10 6 gam dung d ch hay h n h p. Ng ư i ta cịn bi u th s microgam c a ch t tan cĩ trong 1 ml dung d ch hay s miligam ch t tan cĩ trong 1 lít dung dch. Ký hi u: ppm Cơng th c: (4.17) (4.18) (4.19) Vì kh i l ư ng riêng c a n ư c là 1, khi m t dung d ch cĩ l ư ng ch t tan quá ít so v i l ư ng dung mơi, ng ư i ta quy ư c 1 ml dung d ch = 1 g, vì l đĩ, dung d ch cĩ n ng đ 1 ppm t ươ ng ng v i 1 µg ch t tan cĩ trong 1 ml dung d ch hay 1,00 mg/1 lít dung d ch Thí d : TCVN 5501 - 1991 quy đ nh gi i h n n ng đ nitrat cĩ trong n ư c u ng là ≤ 5ppm. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 59 of 239 4.4. N ng đ ph n t (ppb: parts per billion) Nng đ ppb hay n ng đ ph n t bi u th s gam c a ch t tan cĩ trong 10 9 gam c a dung d ch hay hn h p. Ký hi u: ppb Cơng th c: (4.20) (4.21) Dung d ch 1 ppb c a m t ch t t ươ ng ng v i 1 mg ch t đĩ trong 1 ml dung d ch hay 1 µg trong 1 lít dung d ch. Tr ư ng h p bi u th nng đ ca ch t khí, ng ư i ta th ư ng dùng đơ n v ch t khí trong m t th tích hơn là trong kh i l ư ng. Thí d : 8ppb monoxyd carbon trong khơng khí cĩ ngh ĩa là 8 µl CO cĩ trong 1 lít khơng khí. 5. H TH C LIÊN L C GI A CÁC N NG ð 5.1. N ng đ ph n tr ăm (C%) và n ng đ mol (C M) (4.22) (4.23) Thí d 1: Tính n ng đ ph n tr ăm c a dung d ch NH 4OH 14,8M, bi t r ng kh i l ư ng riêng là 0,899 g/ml, kh i l ư ng mol phân t là 17,03. Gi i Áp d ng cơng th c (4.22) Thí d 2: Tính n ng đ mol c a dung d ch H 2SO 4 98% (d = 1,84 g/ml), phân t gam = 98. Gi i Nng đ mol và n ng đ đươ ng l ư ng (4.24) file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 60 of 239 (4.25) n đư c tính tu ỳ theo b n ch t c a ph n ng hố h c. 6. M T S BÀI TỐN V NNG ð 6.1. Pha thu c th cĩ n ng đ lỗng t dung d ch đ m đ c Thí d 1: C n bao nhiêu ml acid hydrocloric đ m đ c 12,1 N đ pha lỗng thành 1 lít dung d ch HCl cĩ n ng đ 0,1 N? Gi i Áp d ng cơng th c V ANA = V BNB Hay V đ m đ c × Nđ m đ c = V pha lỗng × Npha lỗng Ly 8,26 ml dung d ch HCl 12,1 N pha trong n ư c đ cĩ 1 lít dung d ch HCl 0,1 N Thí d 2: Dung d ch amoniac đ m đ c ch a 28 % (kl/kl) NH 3, kh i l ư ng riêng 0,899. Tính th tích ca dung d ch này c n dùng đ pha 500 ml dung d ch cĩ n ng đ 0,25M. Phân t mol c a NH 3 là 17,03. Gi i - Tính kh i l ư ng gam c a NH 3 cĩ trong m t lít dung d ch: T cơng th c (4.23) suy ra: - Nng đ mol c a dung d ch: - Tính th tích c a dung d ch 14,8 M đ pha lỗng thành 500 ml dung d ch n ng đ 0,25 M Áp d ng cơng th c Vđ m đ c . N đ m đ c = V pha lỗng . N pha lỗng Trong đĩ N đ m đ c = 14,8 M. V đ m đ c =? Vpha lỗng = 500 ml, N pha lỗng = 0,25 M Nh ư vy: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 61 of 239 Ly 8,45 ml dung d ch amoniac 14,8 M pha v i n ư c thành 500 ml dung d ch 6.2. Tính n ng đ mol c a m t dung d ch Thí d : Tính n ng đ mol c a acid nitric (M = 63) trong m t dung d ch, bi t r ng kh i l ư ng riêng là 1,42 và ch a 70% (kl/kl) HNO 3. Gi i T cơng th c (4.23) suy ra n ng đ mol c a acid nitric: T KHĨA • nng đ mol • nng đ đươ ng l ư ng • nng đ ph n tr ăm • đươ ng l ư ng gam • nng đ nguyên chu n • quy t c h p th c CÂU H I L Ư NG GIÁ 1. Phân bi t các lo i n ng đ : nng đ ph n tr ăm, n ng đ mol, n ng đ nguyên chu n và n ng đ đươ ng l ư ng. 2. Tính nng đ mol c a các dung d ch sau: AgNO 3, 117,4g/l BaCl 2 , 2 H 2O, 200mg/l KSCN, 0,972g/100ml Na 2SO 4, 720mg/72ml 3. Tính đươ ng l ư ng gam c a các ion theo các ph n ng d ư i đây: a) 2NaOH + H C O 2 2 4 → Na 2C2O4 + 2H 2O b) 2FeCl + SnCl 3 2 → 2FeCl 2 + SnCl 4 - + c) AgNO 3 + 2NaCN → Ag(CN) 2 + 2Na + file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 62 of 239 4. Tính n ng đ đươ ng l ư ng c a dung d ch Na 2CO 3 khi s dng m t th tích HCl 0,1 N là 30,60ml đ trung hồ 150 mg m u th . 5. Ng ư i ta dùng n ng đ ppm trong tr ư ng h p nào? CÂU H I TR C NGHI M 1. N ng đ ph n tr ăm C% (kl/kl) đư c bi u th : a. s gam ch t tan / 100 ml dung d ch d. s mg ch t tan / 100 g dung d ch b. s mg ch t tan / 100 ml dung d ch e. s gam ch t tan / 1000 g dung d ch c. s gam ch t tan / 100 g dung d ch 2. N ng đ ph n tr ăm C% (tt/kl) đư c bi u th a. s mg ch t tan / 100 g dung d ch d. s ml ch t tan / 1000 g dung d ch b. s ml ch t tan / 100 ml dung d ch e. s ml ch t tan / 100 g dung d ch c. s lít ch t tan / 100 g dung d ch 3. N ng đ ph n tr ăm C% (tt/tt) đư c bi u th a. s ml ch t tan / 100 ml dung d ch d. s ml ch t tan / 100 g dung d ch b. s ml ch t tan / 1000 ml dung d ch e. s ml ch t tan / 10 g dung d ch c. s mg ch t tan / 100 ml dung d ch 4. N ng đ gam/ lít đư c bi u th a. s gam ch t tan / 1000 ml dung d ch d. s ml ch t tan / 1000 ml dung d ch b. s mg ch t tan / 1000 ml dung d ch e. s ml ch t tan 100 lít dung d ch c. s ml ch t tan / 100 ml dung d ch 5. S gam kali dicromat c n thi t đ pha 250 ml dung d ch kali dicromat 2M là a. 138 g c. 147 g e. 159 g b. 142 g d. 151 g 6. Tính n ng đ mol c a m t dung d ch ethanol (C 2H5OH = 46). Bi t r ng trong 85,0 ml dung d ch cĩ ch a 1,7 g ethanol . a. 0,45 M c. 0,67 M e. 1,0 M b. 0,55 M d. 0,85 M 7. Cho bi t n ng đ đươ ng l ư ng c a dung d ch H 2SO 4 98% cĩ d = 1,84 g/ml a. 36,8 N c. 28,5 N e. 42 N file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 63 of 239 b. 35,3 N d. 45 N Ch ươ ng 5 PH ƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH KH I L Ư NG MC TIÊU − Nêu đư c nguyên t c và phân lo i đư c các ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng. − Trình bày đư c các b ư c đ ti n hành phân tích kh i l ư ng. NI DUNG 1. L CH S Théodore W. Richards (1868 – 1928), cùng v i các sinh viên Tr ư ng ð i h c Harvard đã phát tri n và c i ti n nhi u k thu t phân tích kh i l ư ng, xác đ nh đư c kh i l ư ng nguyên t ca 25 nguyên t . Vì l đĩ n ăm 1914 ơng là ng ư i M đ u tiên nh n gi i Nobel v hố h c. 2. NGUYÊN T C Cơ s ca ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng là đ nh lu t thành ph n khơng đ i và đ nh lu t đươ ng lư ng. Trong đ nh lu t thành ph n khơng đ i, t s kh i l ư ng các nguyên t cĩ trong thành ph n m t ch t luơn luơn nh ư nhau. Cịn v i đ nh lu t đươ ng l ư ng, kh i l ư ng các nguyên t tham gia ph n ng luơn luơn khơng đ i và t s gi a chúng khơng thay đ i. Ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng d a trên vi c đo l ư ng kh i l ư ng đư c th c hi n nh cân phân tích, m t d ng c cung c p các k t qu rt đúng và chính xác. Trong ph ươ ng pháp này, ch t c n xác đ nh đư c tách ra d ư i d ng nguyên ch t hay d ư i d ng h p ch t cĩ thành ph n xác đ nh. T hp ch t thu đư c này, sau khi cân trên cân phân tích, ng ư i ta tính đư c kh i l ư ng c a c u t cn xác đ nh và hàm l ư ng ph n tr ăm c a nĩ. Thí d : ð xác đ nh hàm l ư ng b c trong b c nitrat, ng ư i ta l y chính xác kho ng 0,2549 g AgNO 3, hồ tan trong n ư c và k t t a ion b c b ng acid hydrocloric AgNO 3 + HCl → AgCl + HNO 3 Sau khi x lý thích h p k t t a thu đư c, và cân trên cân phân tích, kh i l ư ng t a AgCl thu đư c là 0, 2148 g. Tìm kh i l ư ng b c trong k t t a. Gi i: Da vào ph ươ ng trình hố h c trên ta cĩ: c mt phân t AgCl (M =143,35 g) thì l ư ng b c t ươ ng ng là 107,90 g. Nh ư vy khi thu đư c 0,2148 g s suy ra hàm l ư ng c a b c file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 64 of 239 143,35g AgCl → 107,90g Ag 0,2148g AgCl x ? Kt qu : vi l ư ng m u là 0,2148 g b c clorid, suy ra l ư ng b c là 0,1617g. Hàm l ư ng b c trong bc nitrat đư c tính nh ư sau: 0,2549 g AgNO3 ch a 0,1617 g Ag 100g “ ch a y g Ag 3. PHÂN LO I Ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng bao g m ph ươ ng pháp tách, ph ươ ng pháp c t và ph ươ ng pháp k t ta. 3.1. Ph ươ ng pháp tách Trong ph ươ ng pháp này, ch t c n xác đ nh đư c tách ra t ch t phân tích d ư i d ng t do và đư c cân trên cân phân tích. 3.1.1. Ph ươ ng pháp xác đ nh tr ng l ư ng tro Mu r n đư c đ t cháy và nung đ n tr ng l ư ng khơng đ i. Tro thu đư c đem cân. D a vào tr ng lư ng c a tro ng ư i ta tính hàm l ư ng ph n tr ăm c a nĩ trong m u đã cho. Thí d : ð xác đ nh hàm l ư ng tro sulfat c a terpin hydrat, ng ư i ta cân 1 g ch ph m (cân chính xác) đem nung v i acid sulfuric. Tro thu đư c đem cân trên cân phân tích. D ư c đin Vi t Nam III quy đ nh, l ư ng tro sulfat khơng đư c quá 0,1%. 3.1.2. Ph ươ ng pháp tách Dùng đ tách đơ n ch t ra kh i h n h p. Thí d đ nh l ư ng vàng và đ ng trong h p kim. Tr ư c h t ng ư i ta hồ tan m t l ư ng cân xác đ nh c a h p kim trong n ư c c ư ng thu (hn h p acid nitric và acid sulfuric), sau đĩ thêm dung d ch hydro peroxyd m c đích đ kh ion vàng đ n vàng nguyên t . Lc vàng đã đư c tách ra, r a đ lo i t p ch t, s y và nung, đ ngu i, đem cân. D a vào kh i l ư ng vàng đã đư c tách ra, ng ư i ta suy ra hàm l ư ng vàng cĩ trong m u. 3.1.3. Ph ươ ng pháp đin tr ng l ư ng (Electrogravimetry) Ch t c n xác đ nh đư c dịng đin tách ra và bám trên m t đin c c b ng platin (catod). D a vào kh i l ư ng t ăng lên c a catod, ng ư i ta suy ra hàm l ư ng. Thí d : Khi cho dịng đin m t chi u đi qua m t dung d ch cĩ ch a ion đ ng, trong nh ng điu ki n xác đ nh thì đ ng s tách ra, bám lên catod. Cân catod tr ư c và sau thí nghi m s suy ra hàm l ư ng đ ng trong h n h p. 3.2. Ph ươ ng pháp làm bay h ơi (ph ươ ng pháp c t) Ng ư i ta tách m t cách đ nh l ư ng ch t c n phân tích d ư i d ng m t h p ch t bay h ơi. Trong file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 65 of 239 ph ươ ng pháp này, ch t phân tích hay các h p ch t b bi n đ i đư c làm bay h ơi mt nhi t đ thích hp hay do tác d ng v i m t thu c th thích h p. Ch t bay h ơi đư c thu h i và cân. Kh i l ư ng c a mu đư c xác đ nh m t cách gián ti p t s mt tr ng l ư ng. Các ph ươ ng pháp làm bay h ơi th ư ng là ph ươ ng pháp tr c ti p và ph ươ ng pháp gián ti p. 3.2.1. Ph ươ ng pháp tr c ti p Ch t sau khi làm bay h ơi đư c h p th bng m t ch t thích h p đã đư c xác đ nh kh i l ư ng. S chênh l ch v kh i l ư ng c a ch t h p th tr ư c và sau ph n ng là kh i l ư ng c a ch t c n xác đ nh. Thí d : ð nh l ư ng natri hydrocarbonat trong viên thu c kháng acid. Ng ư i ta cân m t l ư ng m u t thu c viên nghi n m n và x lý b ng acid sulfuric lỗng đ bi n đ i hydrocarbonat thành dioxyt carbon: NaHCO 3 + H 2SO 4 → CO 2 + H 2O + NaHSO 4 Khí CO 2 bay ra đư c cho vào bình cĩ ch a ch t h p th Ascarit II c u t o b i silicat m n ph NaOH, trong ch t h p th ng ư i ta thêm CaSO 4 đ gi nư c đư c t o ra trong quá trình h p th . CO 2 + 2NaOH → Na 2CO 3 + 2H 2O Cân bình tr ư c và sau ph n ng suy ra hàm l ư ng c a CO 2. Hình 5.1. Thi t b dùng đ xác đ nh l ư ng natri hydrocarbonat trong thu c viên kháng acid b ng ph ươ ng pháp làm bay h ơi 3.2.2. Ph ươ ng pháp gián ti p Trong ph ươ ng pháp này, ng ư i ta xác đ nh kh i l ư ng c n cịn l i c a ch t sau khi tách hồn tồn ch t c n xác đ nh. Hi u s kh i l ư ng tr ư c và sau khi c t ch t c n xác đ nh cho ta kh năng tính đư c hàm l ư ng c a ch t. Thí d : BaCl 2 ng m 2H 2O. ð xác đ nh l ư ng n ư c k t tinh, ng ư i ta cân m t l ư ng m u, đem s y nhi t đ 100 - 105 oC. ð ngu i, cân m u l n hai đ xác đ nh l ư ng n ư c đã m t. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 66 of 239 Ph ươ ng pháp xác đ nh kh i l ư ng gián ti p đư c s dng khi xác đ nh đ m c a m u, xác đ nh nư c k t tinh trong các lo i tinh th hydrat, xác đ nh l ư ng m t khi nung. 3.3. Ph ươ ng pháp làm k t t a Trong ph ươ ng pháp kh i l ư ng d a trên s to t a, ch t phân tích đư c tác d ng v i thu c th thích hp t o thành h p ch t ít tan, sau đĩ đư c l c, r a, s y và nung. Ch t này đư c cân trên cân phân tích. Quá trình nung cĩ th gây ra s bi n đ i v mt hố h c c a t a, vì v y trong phân tích ng ư i ta phân bi t d ng k t t a và d ng cân. • D ng k t t a: d ng t o thành khi cho ch t c n phân tích tác d ng v i thu c th thích h p. 2+ Thí d : Khi xác đ nh ion trong dung d ch Na 2SO 4, ng ư i ta dùng ion Ba đ kt t a. T a t o thành là BaSO 4. • D ng cân: d ng t o thành sau khi đư c x lý b ng nhi t (s y và nung) đư c cân đ xác đ nh hàm lư ng. Dng cân c ũng cĩ th là d ng k t t a thí d nh ư tr ư ng h p c a BaSO 4, t a t o thành sau ph n ng, khơng b bi n đ i sau khi s y và nung, s n ph m đem cân là BaSO 4 ng ư i ta g i d ng t a gi ng d ng cân. Ch t c n xác đ nh D ng t a D ng cân Cĩ nhi u tr ư ng h p d ng t a khác d ng cân, thí d nh ư trong tr ư ng h p đ nh l ư ng ion Ca 2+ b ng thu c th (NH 4)2C2O4, d ng t a thu đư c là calci oxalat theo ph n ng sau: 2+ Ca + + 2H 2O → CaC 2O4 . 2H 2O Nh ưng d ng cân l i là calci oxyt vì calci oxalat b phân h y sau khi nung, ph n ng cĩ th vi t: CaC 2O4.2H 2O → CaC 2O4 → CaO + CO + CO 2 4. ð C ðIM Ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng là m t trong s ít k thu t đo l ư ng d a trên n n t ng c a đơ n v SI nh ư kh i l ư ng và mol, cĩ h ng s xác đ nh nh ư s Avogadro và kh i l ư ng c a 12 C, cho phép xác đ nh hàm l ư ng c a các c u t riêng bi t trong m t m u đã cho c a ch t phân tích. Th ư ng đư c dùng khi đánh giá thành ph n c a m u. Xác đ nh các kim lo i (các cation), các phi kim lo i (các anion), thành ph n c a h p kim, các h p ch t h u c ơ Nh ư c đim c a ph ươ ng pháp này là th i gian xác đ nh kéo dài, dài h ơn so v i ph ươ ng pháp phân tích chu n đ . 5. CÁCH TÍNH K T QU Các k t qu trong phân tích kh i l ư ng th ư ng đư c tính t hai s đo th c nghi m: kh i l ư ng m u file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 67 of 239 th và kh i l ư ng c a s n ph m cĩ thành ph n xác đ nh. Hàm l ư ng ph n tr ăm c a s n ph m đư c tính b ng cơng th c: A: ch t c n đ nh l ư ng. Thí d : ð xác đ nh l ư ng piperazin cĩ trong s n ph m th ươ ng m i, ng ư i ta cĩ th to t a piperazin diacetat b ng acid acetic. Cân s n ph m t o thành, tính hàm l ư ng c a piperazin tinh khi t. ð th c hi n ng ư i ta cân m t l ư ng m u 0,3126 g hồ trong 25 ml aceton, thêm 1ml acid acetic. ð yên 5 phút, sau đĩ l c t a, r a b ng aceton, s y khơ 110 °C, đem cân thu đư c m t l ư ng 0,7121 g. Tính hàm l ư ng ph n tr ăm c a piperazin? Gi i Phân t lư ng c a piperazin: 86,137 g Phân t lư ng c a acid acetic: 60,053 g Phân t lư ng c a piperazin diacetat: 206,243 g Theo ph ươ ng trình, m t mol piperazin s to ra m t mol s n ph m, s mol c a s n ph m t o thành: 5.1. Ph ươ ng pháp c t hay tách Khi xác đ nh tr c ti p, các s n ph m d bay h ơi th ư ng đư c tách ra d ư i d ng h p ch t bay h ơi cĩ thành ph n xác đ nh. Các tinh th hydrat b phân h y tách ra n ư c, các carbonat b phân h y t o thành CO 2 Vì v y ng ư i ta tính l ư ng ch t c n xác đ nh theo s tăng kh i l ư ng c a b ph n h p th . Hàm lư ng ph n tr ăm c a h p ch t bay h ơi đư c tính xu t phát t t l tươ ng ng. p: kh i l ư ng d ng cân ch t c n xác đ nh theo s gia t ăng kh i l ư ng c a ch t h p th . a: l ư ng cân c a m u. 5.2. Ph ươ ng pháp làm k t t a Hàm l ư ng ph n tr ăm c a ch t c n xác đ nh đư c tính theo cơng th c sau: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 68 of 239 Mu ban đ u là ch t r n. V i a gam m u A, sau khi k t t a, kh i l ư ng d ng cân thu đư c là p gam. F: th a s chuy n (th a s phân tích) m, n: s mol c a ch t A và ch t c n xác đ nh. MA: kh i l ư ng phân t ca ch t c n xác đ nh. MB: kh i l ư ng mol c a d ng cân. F: h s chuy n, dùng đ chuy n t kh i l ư ng mol d ng cân sang kh i l ư ng nguyên t cn phân tích. Thí d : Mt ch t t y r a th ươ ng m i ch a phosphat cĩ kh i l ư ng 0,3516 g. Ng ư i ta phá h y các h p ch t hu c ơ bng cách đun nĩng đ n đ . Cân thu đư c cho tác d ng v i HCl đ chuy n P thành H 3PO 4. Ion 2+ t o thành ph n ng v i Mg và NH 4OH đ cho k t t a MgNH 4PO 4.6H 2O. T a này sau khi l c, ra và nung chuy n thành d ng cân là Mg 2P2O7 (M = 222,57 g) cĩ kh i l ư ng cân 0,2161g. Hãy tính kh i l ư ng ph n tr ăm c a P (P = 30,974 g). Gi i Trong 222,57 g Mg 2P2O7 thì cĩ 2 × 30,974 g P Vy trong 0,1261 g Mg 2P2O7 cĩ P? Kh i l ư ng c a ch t phân tích P đư c tính: Hàm l ư ng ph n tr ăm c a P đư c tính b ng cách áp d ng cơng th c: đây kh i l ư ng c a ch t phân tích là P đư c tính b ng cách nhân kh i l ư ng c a d ng cân v i m t hng s . Hng s này đư c c u t o b i ch t c n phân tích và d ng cân. H ng s này đư c g i là th a s chuy n hay y u t kh i l ư ng, ký hi u F Nh ư vy F đư c tính: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 69 of 239 Kh i l ư ng P cĩ th đư c vi t Mt phân t mol Mg 2P2O7 (n = 1) thu đư c 2 nguyên t P (m = 2) Mt mol Mg 2P2O7 (n = 1) thu đư c 2 nguyên t P (m = 2) 6. CÁC GIAI ðON C A PH ƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH KH I L Ư NG B NG CÁCH T O TA 6.1. Xác đ nh l ư ng m u Hàm l ư ng c a d ng cân ph thu c vào l ư ng ch t nghiên c u. L ư ng ch t nghiên c u cĩ nh hư ng đ n đ chính xác c a s phân tích. Lư ng cân ch t phân tích càng l n thì đ chính xác càng cao, tuy nhiên n u l ư ng cân quá l n gây bt l i trong quá trình l c, r a. Ng ư c l i n u l ư ng cân quá nh s dn đ n sai s ln. Lư ng m u c n thi t đ làm k t t a đư c tính t ph ươ ng trình c a ph n ng gi a ch t c n phân tích và thu c th . 6.1.1. ð i v i k t t a d ng tinh th Lư ng m u c n thi t đư c tính theo cơng th c: MA: kh i l ư ng mol c a ch t c n xác đ nh MB: kh i l ư ng mol c a d ng cân m, n: h s cân b ng c a ph ươ ng trình ph n ng 0,5: tìm đư c b ng th c nghi m, áp d ng cho các k t t a tinh th 2+ Thí d : ð tính l ư ng Ca trong CaCO 3 b ng cách t o t a CaC 2O4, ng ư i ta tính l ư ng m u c n thi t c ăn c vào ph ươ ng trình ph n ng: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 70 of 239 6.1.2. ð i v i k t t a d ng vơ đ nh hình Thí d : Tính l ư ng m u c n thi t c a Fe(NO 3)3.9H 2O khi ti n hành phân tích kh i l ư ng. Bi t r ng dng cân là Fe 2O3. Gi i Ph ươ ng trình ph n ng cĩ th vi t nh ư sau: 6.1.3. Chuy n m u v dng hồ tan Các ph n ng th ư ng x y ra trong dung d ch, do đĩ m u th ph i đư c hồ tan trong dung mơi thích hp tr ư c khi cho tác d ng v i thu c th to t a. Cn chú ý đ n các y u t nh h ư ng nh ư cu t o ch t, nhi t đ , mơi tr ư ng. Thí d tr ư ng h p ch t khơng tan trong n ư c nhi t đ th ư ng, c n đun nĩng b ng cách cách th y hay ch t tan đư c khi cĩ s hi n di n c a acid 6.2. Thu c th Thu c th gm thu c th to t a vơ c ơ và h u c ơ. 6.2.1. Thu c th vơ c ơ Các thu c th này t o v i ch t c n phân tích thành các mu i ho c các oxit r t khĩ tan. Thu c th vơ cơ to t a ch n l c nh ưng khơng đ c hi u. Mt s thu c th vơ c ơ • To t a các cation vơ c ơ. Các cation vơ c ơ th ư ng đư c k t t a d ư i d ng cromat, halogenid, hydroxyd, oxalat. Thu c th dùng t o t a các cation vơ c ơ file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 71 of 239 Ch t phân tích Thu c th Dng t a Dng cân 2+ Ba (NH 4)2CrO 4 BaCrO 4 BaCrO 4 2+ Pb K2CrO 4 PbCrO 4 PbCrO 4 2+ Pb H2SO 4 PbSO 4 PbSO 4 Ag + HCl AgCl AgCl 3+ Al NH 3 Al(OH) 3 Al 2O3 2+ BeO Be NH 3 Be(OH) 2 3+ Fe NH 3 Fe(OH) 3 Fe 2O3 2+ Ca (NH 4)2C2O4 CaC 2O4 CaCO 3 hay CaO 2+ Mg (NH 4)2HPO 4 NH 4MgPO 4 Mg 2 P2O7 2+ Zn (NH 4)2HPO 4 NH 4ZnPO 4 Zn 2 P2O7 2+ Sr KH 2PO 4 SrHPO 4 Sr 2P2O7 ••• T o t a các anion vơ c ơ Mt s anion vơ c ơ cĩ th đư c k t t a b ng cách s dng các ph n ng dùng trong t o k t t a các cation nh ư bng trên, ch đ i ng ư c ch t phân tích thành ch t t o k t t a (thu c th ). Thí d nh ư ion cromat cĩ th đư c xác đ nh b ng cách cho tác d ng v i dung d ch BaCl 2. Ngồi ra cịn cĩ th s dng các thu c th sau: Ch t phân tích Thu c th Dng t a Dng cân AgCN AgCN CN − AgNO 3 AgI AgI I− AgNO 3 AgBr AgBr Br − AgNO 3 AgCl AgCl Cl − AgNO 3 FeSO /AgNO AgCl AgCl 4 3 CuSCN CuSCN SCN − SO 2/CuSO 4 BaCl 2 BaSO 4 BaSO 4 6.2.2. Thu c th hu c ơ Thu c th hu c ơ cĩ tính ch n l c cao h ơn thu c th vơ c ơ. Thu c th cĩ hai lo i, lo i t o v i ch t phân tích thành ch t khơng ion hố, r t ít tan g i là các h p ch t k t h p, lo i th hai t o thành các ch t trong đĩ cĩ liên k t gi a ch t vơ c ơ vi thu c th là liên k t ion. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 72 of 239 Mt s thu c th hu c ơ Ch t c n Thu c th Dng t a Dng cân phân tích 2+ Cupron Cu CuC 14 H11 O2N CuC 14 H11 O2N 2+ Dimetylglyoxim Ni Ni(C 4H7O2N2)2 Ni(C 4H7O2N2)2 Natri tetraphenylborat + K K[B(C 6H5)] 4 K[B(C 6H5)] 4 Na[B(C 6H5)] 4 3+ Cupferon Fe Fe(C 6H5N2O2)3 Fe 2O3 2+ 1 − nitroso − 2 − naphtol Co Co(C 10 H6O2N) 3 Co ho c CoSO 4 Ngồi ra cĩ nhi u thu c th ph n ng m t cách ch n l c v i các nhĩm ch c h u c ơ, cĩ th dùng đ đ nh l ư ng các h p ch t này b ng ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng. Các ch t này c ũng cĩ th dùng trong ph ươ ng pháp phân tích th tích và ph ươ ng pháp quang ph . Nhĩm ch c h u c ơ Thu c th Dng cân cn phân tích Dinitro − 2,4 − phénylhydrazin Carbonyl RCHO R− CH=NNHC 6H3(NO 2)2 Quinoléin Carbonyl th ơm ArCHO CO 2 + Metyl iodid/Ag Methoxy ROCH 3, ethoxyROC 2H5 AgI BaCl 2/HNO 3 A. sulfamic RNHSO 3H BaSO 4 4+ Sn ο Nitro th ơm RNO 2 Sn Cu ο Hp ch t azo Cu 2+ 6.3. S kt t a Sn ph m lý t ư ng c a m t phân tích kh i l ư ng là khơng tan, d lc, d làm s ch và cĩ thành ph n xác đ nh. M c dù cĩ ít ch t đ t nh ng yêu c u này, n u s dng nh ng k thu t thích h p c ũng cĩ th đáp ng đư c. Thí d mt t a cĩ đ tan gi m khi trong dung d ch l nh vì tính tan c a h u h t các h p ch t đ u gi m nhi t đ th p. Các ti u phân c a ch t k t t a ph i đ ln đ cĩ th tách d dàng khi l c, khơng đư c quá nh đ làm t c l c ho c đi qua gi y l c. Kích th ư c t a l n h n ch đư c s bám các ch t l lên t a. Ngồi ra, ta cịn hi n di n dng h n t ươ ng keo, kích th ư c các ti u phân trong kho ng 1 – 1000 nm qua đư c hu h t các l c. 6.3.1. Các yêu c u đ i v i d ng t a và d ng cân • Dng t a - Ta ph i cĩ đ tan nh đ ta đư c hồn tồn. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 73 of 239 - Cĩ đ tinh khi t cao, ít h p ph hay l n ch t b n. - Ta c n cĩ tinh th ln đ ít b tan trong quá trình l c, r a. - Ta ph i chuy n sang d ng cân m t cách d dàng và hồn tồn. • Dng cân - Dng cân ph i b n v i mơi tr ư ng, khơng b hút m, khơng b phá h y. - Ph i cĩ cơng th c xác đ nh đ tính F đúng. - Th a s chuy n F ng v i d ng cân càng nh càng t t. 3+ Thí d : đ xác đ nh Cr (Cr = 52) trong m t m u, ng ư i ta cĩ th s dng hai d ng cân Cr 2O3 và BaCrO 4. ð cĩ th ch n d ng cân thích h p ng ư i ta tính F: Gi s kh i l ư ng c a Cr 2O3 và BaCrO 4 thu đư c là nh ư nhau b ng 1 mg. Sai s đ i v i Cr dng BaCrO 4 nh hơn so v i d ng Cr 2O3 là = 3,5 l n. So sánh 2 giá tr ca F, ng ư i ta th y 0,2 nh hơn 0,7 do đĩ d ng cân đư c ch n là BaCrO 4. 6.3.2. Ch n thu c th và l ư ng thu c th Các yêu c u đ i v i d ng t a và d ng cân nh h ư ng đ n yêu c u đ i v i ch t làm k t t a (thu c th ). • Yêu c u ch n thu c th : Lý t ư ng nh t, m t thu c th to t a kh i l ư ng ph i tác d ng m t cách đ c hi u hay ít nh t m t cách ch n l c v i ch t c n phân tích. Trên th c t , các thu c th chuyên bi t hay đ c hi u ch ph n ng v i m t lo i ch t hố h c thì r t hi m. Các thu c th ch n l c cĩ th tác d ng vi v i m t s gi i h n lo i ch t hố h c ph bi n h ơn. Thí d nh ư AgNO 3 là thu c th ch n l c vì t o ta v i ion Cl –, Br –, I– và SCN – trong mơi tr ư ng acid. Trái l i dimetylglyoxim là thu c th chuyên bi t vì ch to k t t a v i Ni 2+ trong mơi tr ư ng ki m. Thu c th to k t t a lý t ư ng vì tính chuyên bi t hay tính ch n l c ph i tác d ng v i ch t c n phân tích đ to ra s n ph m cĩ tính ch t sau: a) D lc và d ra đ lo i các ch t nhi m b n. b) Cĩ đ tan th p đ đ khơng m t t a m t cách đ nh l ư ng khi l c và r a. c) Tr ơ vi các c u t ca mơi tr ư ng. d) Cĩ thành ph n xác đ nh sau khi làm khơ và sau khi nung (n u c n). file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 74 of 239 • L ư ng thu c th . ð đ m b o k t t a đư c hồn tồn ch t c n phân tích, l ư ng thu c th s đư c cho v i l ư ng d ư t 10 – 15% so v i l ư ng đư c tính t ph n ng. ð i v i nh ng thu c th cĩ tính bay hơi, l ư ng thu c th gp 2 – 3 l n so v i lý thuy t. Chú ý: Trong m t s tr ư ng h p, l ư ng th a thu c th cĩ tác d ng làm tan t a t o thành. 2+ Thí d : ð đ nh l ư ng ion Hg , ng ư i ta s dng KI đ to k t t a HgI 2. Nh ưng v i l ư ng KI d ư HgI 2 s to ph c K 2[HgI 4] tan: 2+ Hg + K → HgI 2 ↓ + KI th a → K2[HgI 4] tan 6.3.3. Các y u t nh h ư ng đ n quá trình k t t a Trong giai đon t o k t t a n u dung d ch đ m đ c s hình thành các k t t a cĩ tinh th nh . Trái l i đ i v i các t a vơ đ nh hình, s tăng n ng đ s dn đ n s chuy n các d ng keo khơng b n sang các k t ta. Trong quá trình t a đư c hình thành th ư ng kèm theo ch t b n. Nguyên nhân c a s làm b n t a là s cng k t. Cng k t là hi n t ư ng khi k t t a l ng xu ng mang theo các t p ch t khác mà trong điu ki n riêng l thì các t p ch t này khơng th kt t a đư c. Thí d : FeCl 3 khơng t a v i H 2SO 4 nh ưng n u k t t a BaCl 2 b ng H 2SO 4 v i s cĩ m t c a FeCl 3 thì bên c nh t a BaSO 4 cĩ l n c ta Fe 2(SO 4)3. Sau khi nung Fe 2(SO 4)3 s chuy n thành Fe 2O3 cĩ màu đ , làm t a BaSO 4 cĩ màu. S cng k t cĩ nhi u nguyên nhân khác nhau, ng ư i ta phân bi t 3 d ng c ng k t: h p ph , hp l ưu và n i h p. Ngồi ra s hu t a c ũng là nguyên nhân gây b n t a. • H p ph (adsorption) Hp ph là hi n t ư ng các ion ho c các phân t ch t b n trong dung d ch bám dính lên b mt t a mi t o thành. Tinh th càng nh hp ph bn càng nhi u. N ng đ ch t b n trong dung d ch càng l n, s hp ph càng m nh và nhi t đ càng th p b n càng d b hp ph lên b mt t a. Hp ph là m t hi n t ư ng thu n ngh ch vì cùng t o ra s gi i h p ph . S hi n di n đ ng th i c a 2 hi n t ư ng đ i ngh ch này d n đ n m t tr ng thái cân b ng đ ng, ng ư i ta g i là cân b ng h p ph . Trong tr ư ng h p này, cĩ th x lý b ng cách t o tinh th ln n u là t a tinh th và th ư ng cĩ th lo i b bn b ng cách r a. • H p l ưu (Occlution) là s gi các t p ch t tan trong mơi tr ư ng vào bên trong t a do t a t o thành quá nhanh, các tinh th mi t o thành cĩ th bc l y ch t b n phía trong. H p l ưu ch xy ra đ i v i ta tinh th . • N i h p (Inclusion) là hi n t ư ng mà các ion t p k t t a vào các tinh th lư i c a t a t o thành tinh th hn h p. Hi n t ư ng này x y ra khi các ion c a t p cĩ cùng kích th ư c và cùng đin tích v i t a do to thành các ion đ ng hình. Ngồi ra hai mu i này cịn ph i cĩ cùng l p tinh th . Thí d ta BaSO 4 đư c hình thành khi thêm dung d ch BaCl 2 vào dung d ch ch a ion sulfat, cĩ s hi n di n c a chì. Nh ng ion chì thay th mt ph n ion bari trong tinh th to thành tinh th hn h p v i BaSO 4. S to thành tinh th hn h p này r t khĩ tránh khi m t s ion k t h p hi n di n trong m u. Tr ư ng h p này file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 75 of 239 cũng x y ra đ i v i t a keo. Bi n pháp t t nh t là ch n thu c th khác khơng gây ra s to thành tinh th hn h p. • H u t a (posprecipitation) Hi n t ư ng này x y ra n u đ ta ti p xúc lâu v i dung d ch, thí d nh ư ta HgS n u đ ti p xúc lâu trong dung d ch cĩ ch a Zn 2+ , m c dù mơi tr ư ng acid m nh v n cĩ th xu t hi n t a ZnS trên b mt ca HgS. Th ư ng hay g p nh t là t a CaC 2O4 cĩ h u t a là MgC 2O4. 6.3.4. T o k t t a • V i t a tinh th . Nhi u t a tinh th nh ư BaCrO 4, BaSO 4, CaC 2O4 th nh tho ng thu đư c d ư i dng nh ng tinh th rt m n cĩ th qua đư c l lc gây ra s mt kh i l ư ng c a d ng t a trong quá trình x lý. Hi n t ư ng b n t a là m t trong nh ng y u t ng ăn c n s kt t a. ð hn ch các y u t nh h ư ng đ n k t qu phân tích, vi c t o các k t t a tinh th cn tuân theo các điu ki n sau: - Ti n hành k t t a v i dung d ch m u và thu c th lỗng. - Thêm dung d ch thu c th vào ch m và khu y trong quá trình t o t a. - Th c hi n k t t a v i dung d ch ch t k t t a nhi t đ cao. Trong m t s tr ư ng h p, c n thêm vào ch t làm t ăng đ tan và tránh hi n t ư ng c ng k t. Thí d to t a BaSO 4 ng ư i ta thêm HCl đ gi m t a ph BaCO 3 và gi m c ng k t Ba(OH) 2. Chú ý th i gian đ tránh b n do h u t a • V i t a vơ đ nh hình. Các k t t a vơ đ nh hình cĩ khuynh h ư ng h p ph và t o thành dung d ch keo, do đĩ khi k t t a, c n ti n hành t a t dung d ch nĩng và cĩ m t c a ch t đin ly. ð ng ăn c n hi n tư ng h p ph , nên ti n hành t a t dung d ch đ c, khu y m nh và sau khi t a hình thành, ti n hành l c, ra t a b ng n ư c nĩng. Khơng nên đ ta ti p xúc v i dung d ch m t th i gian dài. 6.4. L c và r a t a Lc và r a t a là 2 k thu t r t quan tr ng trong ph ươ ng pháp t o thành k t t a. S chính xác c a kt qu ph thu c vào thao tác giai đon này. 6.4.1. L c t a Lc là giai đon tách k t t a ra kh i dung d ch t o t a. Tu ỳ theo l ư ng t a và cách chuy n t dng ta sang d ng cân, ng ư i ta cĩ th s dng d ng c lc thích h p nh ư gi y l c hay ph u l c. • Gi y l c ð lc l y t a ng ư i ta s dng gi y l c khơng tro. Gi y l c này sau khi đ t cháy và nung, đ li kh i l ư ng tro r t nh , cĩ th b qua. Gi y l c khơng tro cĩ đ mn khác nhau. Tu ỳ theo kích th ư c c a các h t k t t a, ng ư i ta s dng các lo i gi y l c m ng hay dày, đư c phân bi t b ng m t dãi b ăng cĩ màu bao chung quanh h p gi y lc. Gi y l c b ăng đ đư c dùng trong tr ư ng h p l c các k t t a d ng keo vơ đ nh hình. ð lc ph n ln các k t t a, cĩ th s dng lo i b ăng màu tr ng cĩ đ mn trung bình, cu i cùng l c các k t t a tinh file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 76 of 239 th nh nh ư BaSO 4 hay CaC 2O4, ng ư i ta dùng gi y l c m n nh t (b ăng màu xanh bi n). Khi ti n hành l c, điu quan tr ng nh t là ph i chú ý đ n l ư ng t a c n l c đ ch n kích th ư c c a gi y l c phù h p. T a khơng đư c chi m h ơn 1/3 chi u cao c a gi y l c đ đ m b o t a s đư c r a sch sau khi l c. • Ph u l c Ph u l c x p hi n nay đư c dùng ph bi n trong các phịng thí nghi m. Ph u l c làm b ng s , lc dư i áp su t gi m. Lo i l c này ch u đư c nhi t đ cao nh ưng l i cĩ nh ư c đim là hút m. 6.4.2. R a t a Mc đích c a r a t a là đ lo i các ch t b n bám trên b mt c a k t t a. Các ch t b n h p ph này tr ng thái cân b ng v i các ion t ươ ng ng trong dung d ch. Vì v y khi r a, ng ư i ta r a b ng n ư c hay mt dung d ch nào đĩ mà n ng đ ca ion coi nh ư bng 0, hi n t ư ng gi i h p ph i tr i h ơn hi n t ư ng hp ph đ ta lo i đư c các ch t b n và cu i cùng thu đư c m t k t t a tinh khi t. Khi r a t a c n ph i bi t lo i dung d ch r a thích h p đ i v i k t t a. Ng ư i ta phân bi t 4 lo i dung dch r a: a) R a b ng dung d ch c a ch t t o k t t a. R t ít k t t a thu đư c cĩ đ tan đ nh đ ng ư i ta cĩ th b qua kh i l ư ng t a b mt trong quá trình r a t a. Ph n l n tr ư ng h p l ư ng t a b mt do r a vư t quá gi i h n c a sai s cho phép. ð hn ch s mt này, k t t a sau khi đư c t o thành s đư c ra b ng dung d ch lỗng c a ch t t o t a. Thí d đ ra 0,1 g t a CaC 2O4 thu đư c, n u dùng 200 ml nư c đ ra thì l ư ng t a b mt là 1,3% trong khi n u r a t a b ng 200 ml dung d ch (NH 4) 2C2O4,0,01M, l ư ng t a b hao h t là 0,0067%. Ch t t o t a thêm vào ph i là ch t bay h ơi đ lư ng th a c a ch t này cĩ th b lo i sau khi nung. b) R a t a b ng dung d ch ch t đin ly. Cĩ nhi u ch t k t t a khi r a v i n ư c s to hi n t ư ng + - pepti hố, tr thành d ng keo và đi qua đư c l c nh ư tr ư ng h p c a t a AgCl (AgCl: Ag NO 3 ), ng ư i ta x lý b ng cách r a t a keo này v i dung d ch cĩ ch a ch t đin ly bay h ơi đ cĩ th lo i sau khi nung nh ư HNO 3 hay NH 4NO 3. c) R a t a b ng dung d ch ng ăn c n s thu phân . ð i v i các k t t a khi r a b ng n ư c s xy ra hi n t ư ng thu phân, điu này đư a đ n vi c d ng cân thu đư c khơng cịn là h p ch t cĩ thành ph n xác đ nh n a, ng ư i ta r a t a b ng m t dung d ch cĩ tính ch t ng ăn c n s thu phân. Thí d ta MgNH 4PO 4 n u r a v i n ư c, hi n t ư ng thu phân x y ra theo ph n ng: MgNH 4PO 4 + H 2O → MgHPO 4 + NH 4OH Nu dùng n ư c r a là NH 4OH, cân b ng s dch chuy n v bên trái, làm gi m s thu phân. NH 4OH b lo i d dàng sau khi nung k t t a. d) R a t a v i n ư c đơ n thu n. Áp d ng đ i v i các k t t a khi r a v i n ư c, s mt t a khơng đáng k . Tr ư ng h p này c n đ ý đ n nhi t đ ca n ư c r a, n u t a tan trong n ư c nĩng thì ph i r a ta b ng n ư c l nh. 6.5. S y và nung Sau khi l c, ng ư i ta s y t a cho đ n kh i l ư ng khơng đ i. S sy cĩ tác d ng lo i dung mơi và t t file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 77 of 239 c các ch t cĩ th bay h ơi. Nhi t đ và ph ươ ng pháp s y ph thu c vào ph ươ ng pháp l c và d ng t a thích h p. Trong m t s tr ư ng h p ng ư i ta nung s n ph m đ chuy n thành d ng cân cĩ thành ph n xác đ nh. Nhi t đ địi h i đ thu đư c s n ph m thích h p tu ỳ thu c vào các ch t k t t a. nhi t đ 110 °C, đ đ lo i n ư c và ch t ch t b n d bay h ơi. ð sy s n ph m ng ư i ta cĩ th dùng t sy, đèn Bunsen ho c đèn Meker. Hình 5.2 cho th y s mt kh i l ư ng theo nhi t đ ca mt vài ch t k t t a thơng d ng nh ư bc clorid, calci oxalat và nhơm oxit. S sy c a 3 t a này đơ n gi n là đ lo i n ư c và các ch t b n d bay h ơi bám vào t a. Nhi t đ s dng r t khác nhau đ to ra m t t a khan cĩ kh i l ư ng khơng đ i. ð i v i b c clorid, nhi t đ cn đ lo i n ư c hút m là trên 110 °C trong khi đ lo i n ư c hồn tồn nh ư tr ư ng h p c a nhơm oxit, nhi t đ ph i trên 1000 °C. ðư ng bi u di n nhi t kh i l ư ng c a calci oxalat khá ph c t p. D ư i 135 °C, m t phân t nư c b lo i đ to thành CaC 2O4.H 2O. H p ch t này sau đĩ chuy n thành oxalat khan 225 °C. S thay đ i đ t ng t v kh i l ư ng nhi t đ 450 °C cho th y là cĩ s phân h y calci oxalat thành calci carbonat và monoxyt carbon. N c cu i cùng c a đư ng bi u di n t ươ ng ng v i s bi n đ i calci carbonat thành calci oxit và CO 2. Nh ư vy, khi đ nh l ư ng Ca 2+ b ng ph ươ ng pháp phân tích Hình 5.2. Tác d ng c a nhi t đ lên kh i l ư ng v i t a oxalat, b n ch t c a d ng cân ph thu c kh i l ư ng t a nhi u vào nhi t đ . Khi nung k t t a gi y l c cháy thành than, than t o thành cĩ th kh mt s ch t khi nung. Trong tr ư ng h p này c n ph i dùng ph u l c s thay cho gi y l c. 6.6. Cân Giai đon xác đ nh l ư ng cân thu đư c. D ng cân đã đư c s y và nung đem cân trên cân phân tích. lưu ý dùng cân phân tích cân đư c đ n 0,1 mg. 7. NG D NG 7.1. Xác đ nh n ư c k t tinh và hút m Dư c đin Vi t Nam III cĩ tiêu chu n "Gi m kh i l ư ng do s y khơ" trong các chuyên lu n đ xác đ nh n ư c hút m ho c c nư c hút m và n ư c k t tinh v i nhi t đ nh ư sau: 105 oC ± 5oC: Nhi t đ thích h p đ xác đ nh đ m. 120 oC → 200 oC: Nhi t đ thích h p đ lo i n ư c k t tinh. ð tính k t qu , áp d ng cơng th c: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 78 of 239 Thí d : Dư c đin Vi t nam III, trang 39 cĩ chuyên lu n Cafein ng m m t phân t nư c o (C 8H10 O2N4.H 2O), cĩ phân t lư ng là 212,21. ðem s y 80 C, đ n kh i l ư ng khơng đ i, n ư c hút m và n ư c k t tinh m t đi. Cân m u tr ư c và sau khi s y r i tính ra t l ph n tr ăm kh i l ư ng b gi m. Tính theo đúng cơng th c thì hàm l ư ng n ư c k t tinh trong cafein là 8,48% nh ưng vì cĩ n ư c hút m nên D ư c đin cho phép t i đa là 9%. 7.2. Xác đ nh hàm l ư ng Ba2+ hay 7.2.1. Nguyên t c 2+ ð to t a BaSO 4 dùng dung d ch H 2SO 4 hay mu i sulfat n u m u là Ba . Dùng dung d ch BaCl 2 n u m u là . 7.2.2. Cách ti n hành - Cân m u. - Chuy n m u v dng hồ tan. Thêm dung d ch thu c th cĩ n ng đ thích h p đã đun nĩng k t h p khu y. ðun cách thu . ð yên cho t a k t tinh l c. Ra t a b ng n ư c nĩng. Nung - cân - tính k t qu . 7.3. ð nh l ư ng clorid, bromid và iodid 7.3.1. Nguyên t c - - - Cho dung d ch AgNO 3 vào m t dung d ch ch a ion Cl , Br , I s thu đư c các t a b c halogenid. Ra t a, s y và cân → kt qu . Thí d : ð nh l ư ng NaCl cĩ trong dung d ch m u. NaCl ph n ng v i AgNO 3 theo ph ươ ng trình: NaCl + AgNO 3 → AgCl + NaNO 3 7.3.2. Cách ti n hành Thêm n ư c vào m u, thêm HNO 3. Cho dung d ch AgNO 3 khu y m nh. ðun cách thu ri đ yên trong bĩng t i. Lc và r a t a tr ư c tiên b ng dung d ch HNO 3 sau đĩ b ng n ư c nĩng. Sy t a và tính k t qu . file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 79 of 239 7.3.3. Nh n xét Sy t a nhi t đ ≤ 130 0C. Ta b c d b phân h y, tránh ánh sáng. Ta AgCl d b hp th Ag + t o ra l p đin kép trong tr ư ng h p trong dung d ch cĩ l ư ng th a AgNO 3 → thêm HNO 3 → ion phá l p đin kép. T khĩa - Phân tích kh i l ư ng - Ni h p - Ph ươ ng pháp c t - Hu t a - Ph ươ ng pháp làm k t t a - Lc t a - Hp l ưu - Ra t a CÂU H I L Ư NG GIÁ 1. Nêu nguyên t c c a ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng. 2. Phân lo i các ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng. 3. Trình bày các giai đon ti n hành phân tích kh i l ư ng. Nêu cách tính k t qu . 4. K vài ng d ng c a ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng. 5. Nêu nguyên nhân làm b n t a và cách x lý. CÂU H I TR C NGHI M 1. ð i t ư ng c a ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng là a. ch t r n b. ch t l ng c. ch t l ng và ch t khí d. ch t r n và ch t l ng e. ch t r n, ch t l ng và ch t khí 2. Ph ươ ng pháp phân tích kh i l ư ng d a vào s đo chính xác: a) th tích c a ch t r n c n xác đ nh. b) kh i l ư ng c a ch t r n c n xác đ nh. c) kh i l ư ng đơ n ch t đư c tách ra t mt h n h p r n. d) kh i l ư ng h p ch t cĩ thành ph n khơng đ i. e) kh i l ư ng c a ch t r n c n xác đ nh ho c thành ph n c a nĩ đư c tách ra dng tinh khi t hay file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 80 of 239 hp ch t cĩ thành ph n xác đ nh. 3. Ph ươ ng pháp áp d ng khi m u đư c làm bay h ơi nhi t đ thích h p, khí bay ra đư c h p th bng m t ch t đã bi t tr ư c kh i l ư ng đư c g i là ph ươ ng pháp a. tách c. k t t a e. đin tr ng l ư ng b. c t d. tro 4. Ph ươ ng pháp k t t a là ph ươ ng pháp d a trên nguyên t c là m u a) tác d ng v i thu c th to ch t ít tan. b) b bi n đ i thành c n khi ti p xúc v i nhi t. c) đư c tách ra d ư i d ng t do hay h p ch t b n. d) đư c tách ra và bá đin c c. e) đư c tách ra và bám vào h n h p vơi xút. 5. Bi u th kt qu trong phân tích kh i l ư ng th ư ng đư c tính theo a) P (g/l) b) C% (kl/ kl) c) hàm l ư ng ph n tr ăm d ng t a theo kh i l ư ng m u. d) hàm l ư ng ph n tr ăm d ng cân theo kh i l ư ng m u. e) hàm l ư ng ph n tr ăm c a ch t tách ra d ư i d ng t do theo kh i l ư ng m u. 6. L ư ng thu c th cn dùng ph i cho th a so v i tính tốn theo lý thuy t là a. 5 - 10 % c. 15 – 20% e. 25 – 30% b. 10 – 15% d. 20 –25 % 7. Bn t a th ư ng g p trong k t t a vơ đ nh hình là do hi n t ư ng a. c ng k t. c. h p ph . e. n i h p. b. h p th . d. h p l ưu. Ch ươ ng 6 PH ƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH TH TÍCH MC TIÊU file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 81 of 239 − Trình bày đư c nguyên t c c a ph ươ ng pháp phân tích th tích. − Phân bi t đư c đim t ươ ng đươ ng và đim k t thúc. − Phân lo i đư c các ph ươ ng pháp phân tích th tích. − Tính đư c k t qu sau khi chu n đ th tích. NI DUNG 1. M ð U Ng ư i đ t c ơ s cho ph ươ ng pháp phân tích th tích là nhà bác h c L.J. Gay - Lussac (Louis – Joseph GAY – LUSSAC) 1778 - 1850. Ph ươ ng pháp chu n đ th tích là ph ươ ng pháp phân tích đ nh l ư ng trong đĩ ch yu là s đo chính xác th tích c a dung d ch cĩ n ng đ xác đ nh c n thi t đ ph n ng hồn tồn v i ch t phân tích. S chu n đ đư c th c hi n b ng cách thêm t t mt dung d ch chu n vào dung d ch c a ch t c n phân tích b ng buret cho đ n khi ng ư i ta nh n th y ph n ng gi a ch t chu n và ch t phân tích x y ra hồn tồn. Th tích c a thu c th dùng trong đ nh l ư ng đư c xác đ nh b ng s chênh l ch th tích c a ch t chu n gi a hai giai đon, đ u và cu i ph n ng. Ph ươ ng pháp th tích đư c s dng r ng rãi trong phân tích vì nhanh chĩng và đơ n gi n. 2. M T VÀI KHÁI NI M CHUNG V PH ƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH TH TÍCH 2.1. ð nh ngh ĩa 2.1.1. ðim t ươ ng đươ ng S chu n đ đ t đ n đim t ươ ng đươ ng là khi t i đim đĩ l ư ng ch t chu n thêm vào t ươ ng đươ ng hố h c v i l ư ng ch t phân tích cĩ trong m u. Thí d : Trong s chu n đ natri clorid b ng b c nitrat, ng ư i ta đ t đ n đim t ươ ng đươ ng sau khi thêm chính xác m t mol ion b c cho m i mol ion clorid hi n di n trong m u. NaCl + AgNO 3 → AgCl + NaNO 3 1 mol 1 mol ðim t ươ ng đươ ng là m t đim lý thuy t, khơng th xác đ nh b ng th c nghi m. 2.1.2. ðim k t thúc Là th i đim gây ra s bi n đ i tính ch t v t lý hay s đ i màu c a ch t ch th . Th ư ng cĩ s sai bi t v th tích hay kh i l ư ng gi a đim t ươ ng đươ ng và đim k t thúc, ng ư i ta g i là sai s trong chu n đ . Trong các ph ươ ng pháp th tích, sai s trong chu n đ Et đư c xác đ nh: Et = V eq - Vfin file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 82 of 239 Veq : th tích lý thuy t c a thu c th cn thi t đ đ t đ n đim t ươ ng đươ ng. Vfin : th tích th t s s dng đ phát hi n đim k t thúc c a ph n ng. 2.1.3. Ch t chu n hố h c b c m t (s ơ cp) Hp ch t cĩ đ tinh khi t r t cao đư c dùng làm ch t g c trong các ph ươ ng pháp th tích và ph ươ ng pháp kh i l ư ng. Tính chính xác c a ph ươ ng pháp ph thu c vào cách đánh giá ch t l ư ng c a h p ch t này. M t ch t chu n b c m t ph i đ t các tiêu chu n sau: ð tinh khi t cao 99,95% Tính n đ nh trong khơng khí. Khơng cĩ n ư c hydrat hố đ thành ph n ch t r n khơng thay đ i khi cĩ s thay đ i đ m t ươ ng đ i. Cĩ tính tan t t (thích h p) trong mơi tr ư ng khi th c hi n chu n đ . Kh i l ư ng phân t tươ ng đ i cao đ hn ch sai s tươ ng đ i khi cân m u (sai s <0,1%). Trên th c t ch cĩ r t ít h p ch t đ t đư c các tiêu chu n trên. Thí d : - Kali naphtalat (M = 204,22 g), mu i luơn luơn dng khan, ch ch a t i đa 0,003% n ư c. KHCO 3 (M = 100,11 g) Acid benzoic C 6H5COOH (M = 122,15 g) 2.1.4. Ch t chu n hố h c b c hai (th cp) Hp ch t cĩ đ tinh khi t ph i đư c xác đ nh b ng phân tích hố h c. Thí d : - Natri borat ng m 10 phân t nư c Na 2B4O7.10 H 2O (M = 381,24 g). Tr ư c khi pha thành dung dch chu n c n s y s n ph m nhi t đ t 170 - 440 °C trong 1 gi . Acid oxalic ng m 2 phân t nư c C 2H2O4.2 H 2O (M = 252 g). 2.2. Các dung d ch chu n Dung d ch chu n là m t thu c th cĩ n ng đ bi t tr ư c đư c dùng đ chu n đ trong các ph ươ ng pháp phân tích th tích. Các dung d ch chu n gi mt vai trị ch yu trong t t c các ph ươ ng pháp chu n đ , vì v y c n thi t ph i ki m tra nh ng tính ch t c n ph i cĩ trong dung d ch, cách pha và bi u th nng đ ca các dung dch này. 2.2.1. ðiu ki n c a m t dung d ch chu n file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 83 of 239 Dung d ch chu n lý t ư ng ph i đ t các tiêu chu n sau: - ð bn đ khơng ph i xác đ nh l i n ng đ sau khi pha. - Tác d ng nhanh v i ch t c n phân tích. - Ph n ng ph i hồn tồn đ đ t đư c đim k t thúc đúng. 2.2.2. Ph ươ ng pháp xác đ nh n ng đ ca m t dung d ch chu n Ph ươ ng pháp phân tích th tích chính xác khi n ng đ ca dung d ch chu n chính xác. Cĩ hai ph ươ ng pháp c ơ bn đ xác đ nh n ng đ ca dung d ch chu n. Ph ươ ng pháp tr c ti p: Trong ph ươ ng pháp này, m t l ư ng cân chính xác ch t chu n hố h c b c 1 (s ơ cp) đư c hồ tan trong m t dung mơi thích h p và pha lỗng trong bình đ nh m c đ n th tích chính xác. Ph ươ ng pháp so v i m u chu n (etalonnage): dung d ch dùng làm chu n đư c so b ng cách chu n đ vi - mt kh i l ư ng ch t chu n hố h c s ơ cp. - mt kh i l ư ng ch t chu n hố h c th cp. - mt th tích c a m t dung d ch chu n khác. Ph n l n dung d ch dùng làm chu n đư c xác đ nh n ng đ bng ph ươ ng pháp này do các thu c th khơng đ t đư c tiêu chu n c a ch t chu n hố h c s ơ cp. 2.2.3. Cách bi u th nng đ ca các dung d ch chu n Nng đ ca dung d ch chu n th ư ng đư c bi u th là n ng đ mol và n ng đ đươ ng l ư ng. Nng đ mol cho bi t s mol c a thu c th ch a trong m t lít dung d ch. Nng đ đươ ng l ư ng bi u th s đươ ng l ư ng gam c a thu c th cĩ trong m t lít dung d ch. 2.3. Các ph ươ ng pháp xác đ nh đim t ươ ng đươ ng ð xác đ nh đ m t ươ ng đươ ng, ng ư i ta s dng ch t ch th hố h c hay ch th lý hố. 2.3.1. Ch t ch th hố h c Ch th là ch t đư c cho vào dung d ch khi ti n hành đ nh l ư ng. S thay đ i v pH, th oxy hố – kh s làm thay đ i màu c a ch th . Các ch th th ư ng dùng trong ph ươ ng pháp phân tích th tích: a) Ch th ni: ch th cho vào dung d ch khi ti n hành đ nh l ư ng. Ch th màu: metyl da cam, phenolphtalein. Ch th to t a: kali cromat. Ch th to hu ỳnh quang: fluorescein. b) Ch th ngo i: ch th đ ngồi, dùng d ng c nh ư đũ a thu tinh l y dung d ch r i cho tác d ng v i file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 84 of 239 thu c th nh ư tr ư ng h p dùng gi y t m h tinh b t. Ch th cĩ th là: Mt ch t: đ metyl. Hai ch t: thu c th Tashiri ( đ metyl và xanh metylen). Nhi u ch t: thu c th vn n ăng. 2.3.2. Ch th lý hố ðo s đ i màu c a dung d ch b ng ph ươ ng pháp quang ph , ph ươ ng pháp đin hố nh ư đo đin th , đo c ư ng đ dịng đin hay đo d dn đin. 3. PHÂN LO I CÁC PH ƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH TH TÍCH Ng ư i ta th ư ng d a trên c ơ s ph n ng đ phân lo i các ph ươ ng pháp phân tích th tích. 3.1. Ph ươ ng pháp trung hồ Ph ươ ng pháp dùng đ đ nh l ư ng các acid, base và m t s mu i trong mơi tr ư ng là n ư c hay mơi tr ư ng khan. Ph ươ ng pháp này d a trên s trao đ i proton H + Thí d : ð nh l ư ng acid hydrocloric b ng natri hydroxyd HCl + NaOH → NaCl + H 2O 3.2. Ph ươ ng pháp oxy hố – kh Da trên ph n ng oxy hố – kh tươ ng ng v i s trao đ i electron gi a hai ch t: m t ch t cho m t ho c nhi u electron, ch t th hai nh n electron. Thí d : ð nh l ư ng s t III clorid b ng dung d ch thi c 2FeCl 3 + SnCl 2 → 2FeCl 2 + SnCl 4 3.3. Ph ươ ng pháp k t t a Căn c trên các ph n ng gi a ch t c n đinh l ư ng v i thu c th to ra h p ch t ít tan. Thí d : ph ươ ng pháp b c s dng thu c th bc nitrat đ đ nh l ư ng các halogenid. 3.4. Ph ươ ng pháp t o ph c Da vào ph n ng t o thành ph c ch t. Ph ươ ng pháp complexon đư c s dng ph bi n dùng đ nh lư ng các ion kim lo i nh ư đ nh l ư ng calci và magnesi trong n ư c v i thu c th là EDTA. 4. K THU T CHU N ð K thu t chu n đ trong ph ươ ng pháp th tích nĩi chung r t đơ n gi n. K thu t th ư ng ch cn đo th tích c a các dung d ch v i nh ng d ng c chính xác nh ư pipet, buret, bình đ nh m c. Các d ng c file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 85 of 239 kém chính xác nh ư ng đong ch dùng đ ly th tích thu c th dùng điu ch nh mơi tr ư ng ph n ng. Các ph ươ ng pháp đư c dùng trong phân tích th tích là ph ươ ng pháp tr c ti p và ph ươ ng pháp gián ti p. 4.1. Ph ươ ng pháp tr c ti p Ch t c n đ nh l ư ng ph n ng v i dung d ch chu n. 4.1.1. Chu n đ tr c ti p Ph ươ ng pháp chu n đ đơ n gi n nh t là t buret đã hi u ch nh chính xác, ng ư i ta nh tng gi t dung d ch chu n B vào m t th tích xác đ nh dung d ch hay m t l ư ng cân xác đ nh ch t A đã hịa tan trong dung mơi thích h p. Khi ph n ng k t thúc, bi t l ư ng dung d ch chu n B dùng đ ph n ng v i ch t c n đ nh l ư ng A thì cĩ th tính hàm l ư ng c a ch t A. Chu n đ tr c ti p th ư ng dùng đ đ nh l ư ng m t acid b ng m t base hay ng ư c la . Thí d : ð nh lư ng HCl b ng dung d ch chu n NaOH v i ch th là phenolphtalein. Dung d ch acid hydrocloric đư c ch a trong bình nĩn, dung d ch natri hydroxyd chu n đư c thêm t t tng gi t b ng buret cho đ n khi ph n ng k t thúc đư c nh n bi t nh vào s đ i màu c a ch th . 4.1.2. Chu n đ ng ư c hay chu n đ th a tr Chu n đ này áp d ng trong tr ư ng h p khơng th th c hi n chu n đ tr c ti p. Ng ư i ta thêm m t th tích chính xác, d ư dung d ch chu n B vào m t th tích xác đ nh dung d ch ho c m t l ư ng cân xác đ nh A đã hịa tan vào dung mơi thích h p. Khi ph n ng k t thúc, l ư ng d ư thu c th B khơng tham gia ph n ng đư c chu n đ bng dung d ch thu c th h tr khác, đã bi t n ng đ chính xác. Th tích thu c th B trong chu n đ này khơng đư c ít h ơn 15 – 20 ml trong ph ươ ng pháp đa l ư ng. Thí d : ð nh l ư ng Mg 2+ b ng ph ươ ng pháp complexon: Ph ươ ng pháp này cĩ l i trong các tr ư ng h p: Khơng ch n đư c ch th kim lo i thích h p cho ion c n xác đ nh. Ch ng h n khơng th chu n đ tr c ti p Co 2+ , Al 3+ v i ch th đen eriocrom T đư c vì ch th này t o v i Co 2+ , Al 3+ ph c b n v ng đ n n i khơng b EDTA phá v . Ion c n xác đ nh n m trong t a BaSO 4, PbSO 4 làm ph n ng v i EDTA x y ra ch m. Ch t c n đ nh l ư ng khơng tan. pH mơi tr ư ng t ươ ng k vi ph ươ ng pháp tr c ti p. Minh h a: ð đ nh l ư ng Ba 2+ , ng ư i ta cho l ư ng chính xác complexon III cĩ d ư, đ nh l ư ng d ư complexon b ng MgCl 2 chu n. 4.2. Chu n đ gián ti p (th ) file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 86 of 239 Ng ư i ta dùng ph ươ ng pháp này khi ch t c n đ nh l ư ng khơng ph n ng v i dung d ch chu n nên cn cĩ m t ch t trung gian. Thí d : Dung d ch natri thiosulphat là m t ch t kh tt đư c dùng đ chu n đ các ch t oxy hố y u nh ư iod nh ưng khơng chu n đ đư c các ch t oxy hố m nh nh ư KMnO 4, K 2Cr 2O7. Vì v y tr ư c h t cho K 2Cr 2O7 tác d ng v i thu c th trung gian KI (B 1) trong mơi tr ư ng acid đ gi i phĩng iod, iod tách ra t ươ ng đươ ng đ nh l ư ng theo t l vi K 2Cr 2O7. Nu chu n đ iod đư c gi i phĩng ra [thay cho K2Cr 2O7,(A 1)] b ng dung d ch chu n chính Na 2S2O3 (B) thì cĩ th tính ra l ư ng K 2Cr 2O7 (A). 5. D NG C DÙNG TRONG CHU N ð BNG PH ƯƠ NG PHÁP TH TÍCH 5.1. D ng c ch a Bình nĩn, becher dùng đ đ ng m u. 5.2. D ng c kh c đ ng đong. Pipet kh c đ . Dùng đ ly m t th tích dung d ch g n đúng. 5.3. D ng c chính xác Pipet chính xác m t v ch, pipet hai v ch, phân ph i m t th tích dung d ch chính xác c đ nh. Buret dùng đ đong m t th tích chính xác thay đ i. Bình đ nh m c dùng đ pha m t dung d ch cĩ th tích chính xác, th ư ng dùng đ pha dung d ch chu n, pha lỗng dung d ch. Th tích ch t l ng trong bình đư c bi u di n b ng mililít. Trên bình cĩ ghi dung tích và nhi t đ (th ư ng là 20 °C). Các bình đ nh m c th ư ng cĩ dung tích khác nhau t 25 – 2000 ml. Dng c chính xác b ng thu tinh đư c chia thành 2 lo i: Lo i A: Lo i B: Sai s trong đo l ư ng th ư ng nh hơn 2%. Nh ng d ng c này ch dùng trong pha ch mà thơi. Thí d 1: - Pipet chính xác lo i A 20 ml cĩ dung sai ± 0,02ml cĩ ngh ĩa là pipet cĩ th phân ph i m t th tích là 19,980 ml < th tích phân ph i theo lý thuy t < 20,020ml. Nh ư vy dung sai s là file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 87 of 239 Pipet chính xác lo i B 20 ml cĩ dung sai 0,04 ml → ± 0,2% Bình đ nh m c 100 ml lo i A cĩ dung sai là ± 0,1 ml → 0,1% Hình 6.1. M t s dng c s dng trong chu n đ th tích 5.3.1. Dung sai c a m t s dng c lo i A, B Dng c Th tích (ml) Lo i A Lo i B 1 ± 0,006 2 ± 0,006 Pipet chính xác 5 ± 0,01 10 ± 0,02 25 ± 0,03 Buret 50 ± 0,05 file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 88 of 239 10 ± 0,02 ± 0,04 Bình đ nh m c 50 ± 0,05 ± 0,10 100 0,08 ± 0,16 6. CÁCH TÍNH K T QU ð tính đư c k t qu trong ph ươ ng pháp phân tích th tích c n ph i bi t th tích và n ng đ ca ch t chu n. 6.1. Tính k t qu tr ư ng h p dùng n ng đ đươ ng l ư ng ð i v i n ng đ đươ ng l ư ng, ng ư i ta k t thúc chu n đ ti lân c n đim t ươ ng đươ ng, đĩ s đươ ng l ư ng (hay mili đươ ng l ư ng) thu c th bng s đươ ng l ư ng (hay mili đươ ng l ư ng) c a ch t cn xác đ nh. Ly V B ml dung d ch ch t B (ch t chu n) cĩ n ng đ xác đ nh N B dùng chu n đ ti đim k t thúc ht V A ml ch t c n đ nh l ư ng cĩ n ng đ NA. ð tính n ng đ ca ch t A, áp d ng quy t c: t i đim tươ ng đươ ng, tích các th tích (ml) c a các dung d ch ch t ph n ng v i n ng đ nguyên chu n c a chúng thì b ng nhau: VANA = V BNB Nng đ ch t A đư c suy ra t cơng th c: Thí d : Dung d ch acid hydrocloric đư c chu n hố b ng dung d ch natri hydroxyd chu n. N u đ trung hịa 25 ml dung d ch HCl ng ư i ta s dng 32,20 ml dung d ch NaOH 0,0950N. Tính n ng đ đươ ng l ư ng ca HCl. T nng đ đư c xác đ nh, tính đư c: - Hàm l ư ng gam /lít Pg/l = N A × E A EA: đươ ng l ư ng gam c a ch t c n đ nh l ư ng. NA: n ng đ ca ch t A. Hàm l ư ng tính theo ph n tr ăm C%: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 89 of 239 mgA: kh i l ư ng c a A tính b ng mg. T KHĨA - Phân tích th tích - Dung d ch chu n - ðim t ươ ng đươ ng - Ch t ch th - ðim k t thúc - K thu t chu n đ - Ch t chu n - Dng c chính xác CÂU H I L Ư NG GIÁ 1. Trình bày nguyên t c c a ph ươ ng pháp phân tích th tích. 2. Phân bi t: - ðim t ươ ng đươ ng và đim k t thúc. - Ch t chu n b c m t và b c hai. 3. Nêu thí d minh h a các k thu t chu n đ . 4. Vi t cơng th c tính k t qu trong ph ươ ng pháp phân tích th tích. CÂU H I TR C NGHI M 1. Ph ươ ng pháp phân tích th tích là ph ươ ng pháp d a trên vi c xác đ nh a) kh i l ư ng c a ch t chu n khi ph n ng v i ch t phân tích. b) th tích ch t chu n. c) l ư ng ch t chu n b c 1. d) l ư ng ch t chu n b c 2. e) th tích ch t chu n b c 1. 2. Ph ươ ng pháp phân tích th tích đư c s dng r ng rãi vì a) ít t n th i gian, ít t n kém, k thu t đơ n gi n. b) ít t n th i gian, ít t n kém, k thu t đơ n gi n, chính xác. c) nhanh, ti n l i, chính xác và cĩ th t đ ng hố. d) ti n l i, k thu t đơ n gi n, ít t n kém và cĩ th t đ ng hố. e) nhanh, ti n l i, chính xác và ít t n kém. 3. Vi c chu n đ đư c th c hi n b ng cách thêm vào dung d ch phân tích cho đ n khi ph n ng x y ra hồn tồn. a) dung d ch chu n b) ch t chu n b c 1 file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 90 of 239 c) ch t chu n b c 2 d) thu c th e) ch t ch th 4. ð c đim c a m t dung d ch chu n: a) b n, cĩ cơng th c xác đ nh. b) khơng b hút m, kh i l ư ng phân t khá l n. c) cĩ n ng đ xác đ nh. d) b n, ph n ng nhanh, hồn tồn và ph n ng ch n l c đ i v i m u. e) b n, ph n ng nhanh, hồn tồn, ph n ng ch n l c và cĩ n ng đ xác đ nh, ít t n th i gian, ít t n kém, k thu t đơ n gi n. Ch ươ ng 7 PH ƯƠ NG PHÁP ACID −−− BASE MC TIÊU - Nêu đư c các khái ni m v acid – base theo các thuy t Lewis, Bronsted. - Trình bày đư c ph n ng acid − base x y ra trong các dung mơi cĩ proton ho t đ ng. - S dng đư c các cơng th c đ tính pH c a các dung d ch cĩ tính acid -base. - Trình bày đư c ý ngh ĩa c a ph ươ ng pháp chu n đ trung hồ và bi t cách ch n các ch th màu. - Nêu đ nh ngh ĩa, thành ph n, c ơ ch và m c đích s dng dung d ch đ m. - Vn d ng các ki n th c đ gi i thích ph n ng acid - base trong mơi tr ư ng khan và mơi tr ư ng cĩ n ư c. - ng d ng ph ươ ng pháp acid – base đ đ nh l ư ng các ho t ch t cĩ trong d ư c ph m. NI DUNG 1. M T S KHÁI NI M C Ơ BN - Theo Lewis: acid là ch t cĩ kh năng nh n đơi electron cịn base là ch t cĩ kh năng nh ư ng đơi electron t do. - Theo Bronsted: acid là ch t cĩ kh năng cho H + và base là ch t cĩ kh năng nh n H +. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 91 of 239 Giáo trình này đư c vi t theo thuy t acid – base c a Bronsted 1.1. Thuy t BRONSTED Acid là ch t cho proton HA A − + H+ (7.1) Base là ch t nh n proton B + H + HB + (7.2) Theo (7.1), n u ph n ng theo chi u t trái sang ph i thì HA là acid (cho H +) và n u theo chi u ng ư c l i thì A - là base (nh n H +). Tươ ng t , theo (7.2) thì B là ch t nh n H +: base và HB + là ch t cho H +: acid. Trong (7.1) HA / A - to thành 1 c p acid – base liên h p và trong (7.2) là c p BH + / B. Vi t g p (7.1) và (7.2) l i thành: HA + B HB + + A − acid 1 base 2 acid 2 base1 1.2. K t qu ca thuy t BRONSTED a) T ng quát hố khái ni m acid – base: khơng xem acid hay base là nh ng ch t hi n di n riêng r nh ưng là 1 c p acid – base liên h p vì n u cĩ acid là cĩ base. Thí d : HCl Cl − + H+ (acid hydrocloric HCl liên h p v i base clorid Cl -) + + + NH 3 + H NH 4 (base amoniac NH 3 liên h p v i acid amonium NH 4 ) b) M rng khái ni m: acid và base cĩ th là phân t mà c ũng cĩ th là ion 2. PH N NG ACID – BASE / DUNG MƠI CĨ H + HO T ð NG Dung mơi cĩ proton ho t đ ng là dung mơi cĩ tính acid hay base và cĩ th tác đ ng lên các ch t tan acid hay base cĩ trong dung d ch. 2.1. Ph n ng c a acid-base v i dung mơi (thuy t Bronsted) Khi dung mơi cĩ proton ho t đ ng thì nĩ s nh h ư ng đ n ch t tan và lúc y dung mơi s đĩng vai trị c a m t acid hay 1 base. Thí d : Dung mơi n ư c cĩ th ho c là 1 acid ho c là 1 base. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 92 of 239 – + Nu n ư c là 1 acid H 2O OH + H + + hay n ư c là base H 2O + H H 3O (ion hydroxonium) Tươ ng t , nu dung mơi là formamid hay c n: – + Nu formamid là acid HCONH 2 HCONH + H + hay formamid là base HCONH 2 + H Nu c n là acid ROH RO – + H+ hay c n là base ROH + H + Nh ưng H + khơng bao gi hi n h u tr ng thái t do mà ph i cĩ 1 c p cho và 1 c p nh n. Thí d : – + HF + H 2O F + H3O + – + (HF và H 3O: cho H , H 2O và F : nh n H ) + + H 2O NH 3 + H 3O acid 1 base 2 base 1 acid 2 + + + + (NH 4 và H 3O : cho H , H 2O và NH 3: nh n H ) 2.2. S phân ly c a dung mơi SH: Ký hi u c a dung mơi cĩ H + ho t đ ng (S: solvent) Do cĩ th cho ho c nh n proton mà dung mơi khi là acid khi là base. - + SH + SH S + SH 2 (7.3) acid 1 base 2 base 1 acid 2 SH / S - : cp acid và base liên h p: + - - Thí d : 2 H 2O H 3O + OH (H2O / OH ) Theo (7.3): (7.4) Th c t [SH] ho c [H 2O] đư c xem nh ư là m t h ng s vì cĩ r t ít phân t ch u s phân ly. Thí d : Trong 1 lít n ư c cĩ 10 −7 phân t gam (ho c 1,8 µg n ư c) b phân ly thành 100 µg H + (d ng + − H3O ) và 1,7 µg OH . file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 93 of 239 Vì dung mơi ít phân ly nên n ng đ dung mơi coi nh ư khơng thay đ i và t (7.4) ng ư i ta cĩ th vi t: (7.5) Hng s Ki này là tích n ng đ ion b phân ly c a dung mơi: h ng s ion hố c a dung mơi cĩ th nh ho c l n h ơn h ng s ion hố c a n ư c. Thí d : Chú ý + + - Thay vì vi t [H 3O ] ng ư i ta vi t [H ]. + - - Khi dung mơi n ư c tinh khi t thì [H 3O ] = [OH ] = - Khi m t dung mơi b t k ỳ tinh khi t thì [S -] = - Ki thay đ i theo nhi t đ . Bng 7.1. H ng s ion hố c a n ư c nhi t đ khác nhau + + Nhi t đ Knư c [H ] Nhi t đ Knư c [H ] 18 oC 0,62 × 10 −14 0,79 × 10 −7 25 oC 1,2 × 10 −14 1,1 × 10 −7 23 oC 1,00 × 10 −14 1,00 × 10 −7 100 oC 58 × 10 −14 7,6 × 10 −7 2.3. L c c a acid ho c base trong dung mơi cĩ H + ho t đ ng - Tr ư ng h p 1 acid HA + SH A – + [ ] acid + dung mơi base + proton đư c solvat hố (7.6) pK a = - lgK a; pK a là h ng s phân ly nĩi lên l c acid ho c base c a m t ch t. + + Kt qu : tính acid c a ch t tan càng m nh thì càng d phĩng thích H , [SH 2 ] càng l n, K a càng ln và pK a càng nh . Lc c a base liên h p A − càng y u khi acid càng m nh. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 94 of 239 ⇒⇒⇒ H ng s pK a dùng đ xác đ nh l c c a c p acid −−− base - Tr ư ng h p 1 base B + SH BH + + S - Base 1 dung mơi acid acid 1 base t dung mơi Và (7.7) Theo (7.5) cĩ và theo (7.6) : Do đĩ, K b liên quan v i K a b ng h th c trên nên khi đ cp đ n l c c a acid – base s ch nĩi đ n Ka và khơng bàn đ n K b. 2.4. D đốn ph n ng • Xét pK c a 2 c p acid - base Thí d : Acid acetic tác đ ng trên amoniac trong dung mơi là n ư c. Cp acid acetic / acetat: pK a = 4,74 và c p ion amoni / amoniac: pK a = 9,2. - Ph n ng x y ra : CH 3COOH + NH 3 CH 3COO + (7.8) Trong n ư c, acid acetic b phân ly và amoniac c ũng b phân ly theo ph n ng cân b ng cĩ h ng s : (7.9) (7.10) Hng s ca ph n ng gi a amoniac và acid acetic trong n ư c d dàng tính vì file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 95 of 239 Kt qu : ph n ng (7.8) càng d ch chuy n v phía ph i thì càng l n hay càng nh , ngh ĩa là càng l n. 2.5. Bi u th c b ng s ca Khái ni m pH c a Henderson -Hasselbalch Trong th c t , thay vì s dng [H +] c a dung mơi (*), ng ư i ta s dng – lg[H +] = pH g i là th hydrogen c a dung mơi hay là pH. (7.11) Khái ni m pH đư c Henderson – Hasselbalch đ cp khi th c hi n ch trong dung mơi n ư c s đư c tng quát hố cho m i dung mơi mi n là dung mơi này phân ly gi ng nh ư nư c. ð nh lu t tác đ ng v kh i l ư ng di n t theo ho t đ ch khơng ph i theo n ng đ và pH t ươ ng ng v i ho t đ ca H + trong dung mơi. 2.5.1. Thay đ i pH theo acid hay theo base Hng s ion hố đư c tuân theo trong dung mơi tinh khi t và trong các dung d ch: - Nu n ư c tinh khi t, m t phân t dung mơi khi phân ly phĩng thích 1 H + và 1 OH –. - [H+] = [OH -] = 10 –7, do v y pH c a n ư c tinh khi t là 7. - Nu trong n ư c cĩ acid thì s cĩ H + chuy n t acid vào n ư c ngh ĩa là cĩ xu t hi n nh ng ion + + + -7 H3O ph . Do v y [H 3O ] hay [H ] > 10 và pH 7. 1.1.1. ðư ng cong pH file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 96 of 239 Hình 7.1. pH theo s pha lỗng dung d ch HCl Hình 7.2. pH bi n thiên theo s pha lỗng (3 < pH < 7) dung d ch HCl (0 < pH < 7) Các đư ng cong này minh h a s bi n đ i pH theo [H +] c a mơi tr ư ng tính b ng ion cho phép hi u rng : - Khi pH thay đ i 1 đơ n v thì [H +] thay đ i 10 l n (hình 7.1). - vùng pH nh (kho ng 0 - 2), [H +] thay đ i nhi u mà pH thay đ i khơng đáng k . Ng ư c l i khi ti n g n đ n s trung hồ, [H +] chênh l ch ít c ũng làm pH thay đ i nhi u (hình 7.2). 2.5.3. Thay đ i pH theo nhi t đ Bng 7.2. Bi n đ i giá tr pH c a n ư c theo nhi t đ Nhi t đ (oC) 0 15 23 30 37 pH 7,45 7,12 7,00 6,86 6,65 Chú ý : bi n đ i này r t quan tr ng nh t là trong l ĩnh v c sinh h c. Giá tr pH bình th ư ng c a máu đo đư c 37 oC: 7,35 < pH < 7,45. Do v y, khi đo ph i k đ n sai s khi thay đ i nhi t đ . 2.6. Y u t bên ngồi nh h ư ng đ n tính acid và tính base 2.6.1. Phát hi n tính acid và xác đ nh l c acid c a ch t tan Hồ acid HA vào dung mơi nào đĩ cĩ H + ho t đ ng. N u dung mơi cĩ kh năng nh n H + c a acid càng cao thì càng d phát hi n đư c l c acid c a ch t tan HA. Thí d : HCl y u trong dung mơi acid acetic nh ưng HCl m nh trong pyridin vì pyridin cĩ kh năng nh n H + t HCl cao h ơn kh năng nh n H + c a acid acetic. Nh ư vy, dung mơi cĩ kh năng nh n H + càng cao (cĩ tính base) thì cân b ng c a 2 ph ươ ng trình ⇒ ⇒ trên càng d ch sang ph i : K a càng l n pK a càng nh acid càng m nh. Trong các dung mơi cĩ tính acid thì l c c a các ch t hồ tan là base y u s tăng lên và nhi u base yu l i tr thành base m nh (gi i thích t ươ ng t cho dung mơi cĩ tính base). file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 97 of 239 Thí d : Acid formic − là dung mơi ít cĩ tính base h ơn n ư c – vì là acid nên kh năng nh n H + y u, khĩ phát hi n tính acid ⇒ HCl trong acid formic là 1 acid y u. Ng ư c l i formamid cĩ tính base nhi u h ơn n ư c - vì là base nên phát hi n tính acid t t h ơn. Vì v y acid acetic y u trong n ư c l i đư c coi nh ư là 1 acid m nh trong formamid. 2.6.2. Phát hi n tính base và xác đ nh l c base c a ch t tan Mt dung mơi cho H + là vì kh năng nh n H + c a nĩ y u h ơn kh năng nh n H + c a base hồ tan. S khác bi t kh năng nh n H + c a dung mơi và ch t tan base càng l n thì tính ch t base c a ch t tan càng cao. Thí d : Amin, alcaloid đư c coi nh ư là base m nh trong acid formic (ho c trong acid acetic khan) nh ưng là base y u trong n ư c. Urê coi nh ư là base m nh trong acid chloracetic và y u trong acid acetic vì acid chloracetic cĩ kh năng nh n H + th p h ơn kh năng nh n H + c a acid acetic. 2.6.3. Tính t ươ ng đ i c a khái ni m acid-base Mt ch t cĩ th là 1 acid hay base tùy theo dung mơi mà nĩ đư c hồ tan: trong dung mơi cĩ kh năng nh n H + m nh thì ch t tan nh ư ng proton và đư c coi là acid. Ng ư c l i, trong dung mơi acid (cho proton) thì ch t tan cĩ th nh n proton và đư c coi là base. - Thí d 1: Alcaloid là m t base y u khi hồ vào n ư c nh ưng l i là base m nh khi hồ vào acid acetic khan. Hình 7.3. Thang bi u di n kh năng cho và nh n H +ca m t s dung mơi - Thí d 2: HCl luơn luơn là 1 acid trong dung mơi acid formic (HCOOH) vì kh năng cho H + l n hơn c a dung mơi nh ưng n ư c trong acid formic luơn luơn là 1 base vì n ư c nh n H + c a dung mơi. Hình 7.4. Tính acid c a HCl và n ư c trong dung mơi HCOOH Thí d 3: Khi dung mơi là amoniac thì n ư c l i là 1 acid file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 98 of 239 Hình 7.5. Tính acid c a HCl và n ư c trong dung mơi NH 3 Nh ư vy: - Dung mơi nh n H + m nh nh t (cĩ tính base m nh) thì các ch t tan s là acid. - Dung mơi cho H + t t nh t (cĩ tính acid m nh) thì các ch t kh o sát s là base . 2.7. Liên quan gi a pH và pK a 2.7.1. Cơng th c t ng quát: theo (7.11) ðây là cơng th c cĩ th dùng trong m i tình hu ng. Nh ưng trong nhi u tr ư ng h p ng ư i ta cĩ th dùng các cơng th c g n đúng, nh t là đ tính pH c a dung d ch acid hay base đã bi t đư c pK a. 2.7.2. Cơng th c g n đúng đ tính giá tr pH Các cơng th c này ch cĩ giá tr đ i v i nh ng ch t phân ly H + y u trong dung mơi phân ly kh o sát. ð t các ký hi u: HA: acid m nh; B: base m nh; Ha : acid y u; b: base y u. • pH c a 1 acid y u Cho 1 acid y u Ha, n ng đ ban đ u là c trong dung mơi n ư c: Acid phân ly t ng ph n theo ph ươ ng trình: Ha H + + a − Hng s ion hố c a ph ươ ng trình trên là (7.12) + − Nư c ion hố theo ph ươ ng trình: H 2O H + OH + − -14 mà [H ][OH ] = Ka = 10 . V y cĩ hai cân b ng sau : c = [Ha] + [a −] (7.13) (7.14) - Theo (7.13): trong nh ng phân t Ha cho vào đ u tiên cĩ các phân t khơng phân ly: n ng đ là [Ha]; 1 s phân t khác b phân ly đ cho a −: nng đ là [a -]. - Theo (7.14): H + là c a: Ho c nh ng phân t nư c b phân ly ( ) file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 99 of 239 + Ho c nh ng phân t acid b phân ly ([H ]Ha ) Cĩ 2 ư c l ư ng sau: - Ha xem nh ư là acid đ yu (ngh ĩa là kém phân ly) đ s phân t b phân ly cĩ th b qua so v i s phân t khơng phân ly. Nh ư vy, cĩ th b [a-] trong (7.13) và vi t: c = [Ha] + [a -] ≈ [Ha] - S H+ do n ư c phân ly xem nh ư cĩ th b qua so v i s H+ trong (7.14) do acid phân ly (gi s + acid khơng quá y u). Do v y, cĩ th b so v i [H ]Ha và vi t: (do m i phân t Ha b phân ly gi i phĩng a - đ ng th i v i H +). Kt qu : (7.12) đư c vi t : Vi t theo khái ni m p: pH = 1/2pK a − 1/2lg c • pH c a mu i c a acid m nh và base y u Mt acid m nh ph n ng v i base y u t o nên m t mu i: HA + b → bH +A− (7.15) A− là base liên h p v i acid m nh HA nên cĩ l c coi nh ư b b qua, coi nh ư là b ng khơng. Nh ư vy base này khơng ph n ng đư c v i bH + và ph ươ ng trình (7.15) khơng cân b ng. Mu i bH +A− khi cho vào dung mơi phân ly cĩ th xem nh ư b phân ly hồn tồn. bH + A− → bH + + A − Trong dung d ch lúc này cịn acid bH + cĩ l c th t s (nh ưng c ũng ch là m t acid y u do liên h p vi 1 base y u) cĩ n ng đ c (tính b ng mol/l) c a mu i và 1 base A − (cĩ l c = 0). Nh ư vy ch là dung dch acid y u và đư c tính theo cơng th c tính pH c a dung d ch acid y u: pH = 1/2pK a − 1/2lg c • pH c a m t base y u Khi áp d ng cho 1 dung d ch n ư c c a base b (n ng đ đ u = c) cĩ th suy lu n gi ng nh ư tr ư ng hp pH c a 1 acid y u. Ph ươ ng trình di n t s phân ly c a base và n ư c: − + + − b + H 2O OH + bH ; H 2O H + OH + + + -14 bH b + H và h ng s ion hố ; K nư c = [H ][OH − ] = 10 . Ng ư i ta cĩ : file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 100 of 239 ð tính g n đúng, ng ư i ta cĩ : c = [b] + [bH +] ≈ [b] Bi u th c K a : • pH c a mu i c a m t acid y u và base m nh Mu i này t o thành theo ph n ng: Ha + B → BH + + a − Gi ng nh ư mi tr ư ng h p khác, khi hồ tan hồn tồn mu i này b phân ly thành BH + và a −. BH + là acid liên h p v i 1 base m nh B nên coi nh ư acid cĩ l c b qua. Base a − liên h p v i m t acid y u Ha đư c coi nh ư 1 base cĩ l c th t s (cũng ch là m t base y u), trong dung d ch ch cĩ m i base a − là cĩ l c th t s . Dung d ch base a - th hi n là base y u pH > 7 r t rõ ràng. Nh ư vy ch là dung d ch base y u và tính theo pH c a dung d ch base y u: Thí d : dung d ch mu i kali carbonat, natri borat. − + + - - Chú ý : Dung mơi H 2O b th y phân thành OH và H , H s ph n ng v i a to Ha ngh ĩa là a đư c phân t hố (molarisation) tr li b i H + c a dung mơi. − − a + H2O Ha + OH • pH c a mu i c a acid y u và base y u Mu i này phân ly hồn tồn trong dung d ch gi ng v i tr ư ng h p tr ư c: b + Ha → bHa → bH + + a − bH + (liên h p v i base y u b ban đ u) là acid cĩ l c th t s dù ch là acid y u. a- (liên h p v i Ha ban đ u) là base cĩ l c th t s dù ch là base y u. Nh ư vy lúc này dung d ch ch a đ ng th i m t acid y u và m t base y u và các ch t này ph n ng vi dung mơi nh ư sau: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 101 of 239 + − Hng s ion hố c a dung mơi K i = [SH 2 ] [S ] đư c tuân theo. + Hai h ng s Ka và khơng đ c l p vì n ng đ [H ] tìm th y trong c hai ph ươ ng trình. Và do vy cĩ th liên k t thành m t bi u th c duy nh t: (7.16) Nu mu i trong dung d ch cĩ n ng đ c thì : c = [bH +] + [b] c = [a −] + [Ha] đây c n minh h a m t ư c l ư ng ph nh ư sau: Gi s acid bH + và base a - b phân ly theo t l rt g n, thì [b] ≈ [Ha] và điu ki n này: [bH +] = c – [b] và [a -] = c – [Ha]. Do v y [bH +] ≈ [a-]. + + 2 Ph ươ ng trình (7.16) đư c đơ n gi n hố : K aKbH =[H ] hay 2.7.3. K t qu th c nghi m c a kh o sát liên quan gi a pH và pK - S dch chuy n t ươ ng h gi a acid và base: m t acid m nh đui m t acid y u t mu i c a nĩ và mt base m nh đui m t base y u ra kh i mu i c a nĩ. Thí d : HCl + C 6H5COONa → C6H5COOH + NaCl NaOH + NH 4Cl → NH 3 + H 2O + NaCl Hi n t ư ng này đư c mơ t nh ư sau: mu i b phân ly hồn tồn trong dung d ch và các ion đư c phĩng thích ph i th a mãn đư c nh ng cân b ng liên quan đ n ho c acid ho c base y u t ươ ng ng. Thí d : Mu i BH +a- b phân ly thành B + Ha và Ha b phân ly thành H + + a - thì giá tr ca h ng s ion hố K a ph i tuân theo file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 102 of 239 + Khi thêm 1 acid m nh HA, acid này b phân ly hồn tồn s làm t ăng [H ] và gi nguyên K a đư c là do a - ca mu i b phân ly s kt h p v i H + c a acid m nh HA đ to nên phân t Ha. Nh ư vy điu này s đư a tr li s lùi ion hố (reculisation) acid Ha. 2.8. Nh ng ch t l ư ng tính / dung mơi phân ly 2.8.1. ð nh ngh ĩa Ch t l ư ng tính (ampholyte = amphotère) là ch t cùng lúc cĩ th coi nh ư va là 1 acid v a là 1 base, thí d nh ư nư c. Ngồi ra c ũng cịn nhi u ki u ch t l ư ng tính khác nh ư: - Các anion cĩ H + (là d n ch t c a polyacid): carbonat acid , phosphat và . - Các hydroxyd kim lo i: Zn(OH) 2, Al(OH) 3. + - Các phân t hu c ơ mang cùng lúc nh ng nhĩm cho H : − COOH, − SO 3H, phenol và nh ng nhĩm nh n H +: amin. Nh ng ch t đư c bi t nhi u nh t là các α − amino acid NH 2−CHR −COOH mà t m quan tr ng sinh hc r t l n. Ch t đơ n gi n nh t là acid aminoacetic hay glycin. Ngồi ra c ũng cịn nhi u phân t nh ư acid para −aminobenzoic và nh ng d n xu t sulfonic nh ư taurin (NH 2−CH 2−CH 2−SO 3H) s dng nhi u trong ngành D ư c. 2.8.2. Tính ch t c a ch t l ư ng tính Mt ch t l ư ng tính cĩ th đư c xác đ nh b ng 2 h ng s Ka1 và K a2 tươ ng ng v i tính ch t acid và tính ch t base. ð đánh d u s liên quan c a 2 tính ch t này, ch t l ư ng tính đư c t ư ng tr ưng b i HAB (HAB vi t hoa khơng bi u th gì v lc acid hay l c base). • Tính acid c a ch t l ư ng tính Ng ư i ta đ nh ngh ĩa h ng s ca HAB nh ư sau: Thí d : Glycine NH 2 CH 2 COOH (tính acid) cĩ th ph n ng v i n ư c theo: + NH 2 CH 2 COOH + H 2O NH 2 CH 2 COO − + H3O (7.17) Tính base c a ch t l ư ng tính Ch t l ư ng tính HAB ph n ng v i dung mơi theo ph ươ ng trình: file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 103 of 239 HAB + SH S − + HABH + + Vy, c p acid và base HABH / HAB cĩ h ng s Ka2 là: (7.18) Ly l i thí d ca glycine (tính base) cĩ th tác đ ng v i n ư c theo: + + − NH 2CH 2COOH + H 2O NH 3 CH 2COOH OH Chú ý: Trong tr ư ng h p c a nhi u mu i, h ng s Ka2 đư c xác đ nh gi ng v i h ng s . • Liên quan gi a hai tính ch t Gi ng nh ư tr ư ng h p 1 mu i c a acid y u và base y u, tính ch t acid và base cùng cĩ m t trong cùng m t dung d ch và khơng kh o sát chúng m t cách đ c l p. Xét m t h ng s mi là h ng s ca hai h ng s tr ư c: Sau khi đơ n gi n hố, ph ươ ng trình tr thành: (7.19) (7.20) a) pH đ ng đin (pH i) Là pH mà đĩ dung d ch ch a [HABH + ]= [BA -]. Giá tr pH này d suy ra t ph ươ ng trình (7.20) vì khi ph n t th hai tri t tiêu thì + + Khi đĩ n u pH pH i thì ion BA chi m nhi u h ơn. Chú ý : cơng th c tính pH dành cho pH đ ng đin gi ng v i cơng th c tính pH g n đúng cho dung dch mu i c a m t acid y u và base y u vì pH i thì dung d ch ch a cùng n ng đ acid và base (gi ng nh ư tr ư ng h p c a m t mu i bH +a-). b) Amphion file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 104 of 239 Là nh ng ch t l ư ng tính cĩ hai nhĩm ch c ki u acid amin. pH đ ng đin, dung d ch ch yu + - khơng nh ng ch a các d ng NH 3 CH 2COOH và NH 2CH 2COO mà cịn ch a nh ng ion đ ng th i + - mang đin tích d ươ ng và đin tích âm: NH 3 CH 2COO . Ion này g i là amphion hay zwitterion. c) pH c a dung d ch l ư ng tính Theo ph ươ ng trình (7.11) pH ph thu c vào n ng đ ca m i m t trong hai ion acid và base. Do v y lu t trung hồ đin tích ch ng t rng dù ph n ng phân ly s n sinh m t hay nhi u ch t đin ly, ph n ng v n trung hồ đin. Bi u th c t ng quát là: ∑ đin tích âm = ∑ đin tích d ươ ng Trong đĩ t t c anion và cation b phĩng thích đ u can thi p vào. Trong tr ư ng h p hi n t i, t nh ng ph ươ ng trình: + − HAB + SH → SH 2 + BA (dung mơi là base) HAB + SH → S− + HABH + (dung mơi là acid) + + − − cĩ th vi t: [HABH ] + [ SH 2 ] = [ S ] + [BA ] (lu t trung hồ đin tích) − + + − ho c: [BA ] = [HABH ] + [ SH 2 ] − [ S ] (7.21) + - Nng đ [SH 2 ] và [S ] khơng quá quan tr ng vì ph i tuân theo cân b ng t ươ ng đ i c a dung mơi và - + hng s ion hố c a dung mơi K i : 2SH S + SH 2 Mt ch t l ư ng tính cĩ tính ch t acid ho c base nhi u hay ít h ơn do ph thu c vào pH c a dung d ch s tìm th y m t giá tr gn v i . Thí d : trong n ư c pH này th ư ng là 7 ± 3 t ươ ng ng v i giá tr : + -4 - –10 khi pH = 4 thì [H 3O ] = 10 và [OH ] = 10 + -10 - –4 khi pH = 10 thì [H 3O ] = 10 và [OH ] = 10 Nng đ [BA -] và [HABH +] th ư ng > 10 -4 và < 10 -10 . + - - + Trong (7.21) cĩ th b qua hi u s ca [SH 2 ] - [S ] và vi t [BA ] ≈ [HABH ] Nh ư vy, pH c a dung d ch là: pH= 1/2 pK a1 + 1/2pK a2 = pH i Trong th c t , cơng th c này ch đúng trong ph m vi h p c a các acid amin. file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 105 of 239 3. S TRUNG HỒ ACID - BASE 3.1. ð nh ngh ĩa S trung hồ là m t thao tác c ơ bn trong phân tích đ nh l ư ng đ xác đ nh n ng đ ca dung d ch acid hay base. Khi X ml dung d ch acid đư c trung hồ b ng Y ml dung d ch base và khi đã bi t n ng đ chính xác c a m t trong hai dung d ch thì d dàng suy ra n ng đ ca ch t cịn l i. ðim t ươ ng đươ ng đư c đánh giá b ng cách quan sát s bi n đ i n ng đ acid hay base khi ti n g n đ n s trung hồ. 3.2. Ph ươ ng pháp đánh giá đim t ươ ng đươ ng Cĩ hai kh năng đánh giá, ch yu là dùng ch th mang màu và ch th đin th . 3.2.1. Ch th mang màu Ch th mang màu là ch t cho vào dung d ch đ d dàng nh n bi t đư c đim k t thúc c a ph n ng khi th y s thay đ i màu. Theo Kolthoff (1926): “Ch th pH là nh ng acid hay base y u mà d ng ion c a nĩ cĩ c u trúc và màu s c khác bi t v i d ng khơng b ion hố ”. Thu n l i: Khi thêm m t l ư ng nh ca ch t ch th này vào dung d ch đư c đ nh l ư ng thì màu c a ch th bi n đ i t c thì gi a hai giá tr pH nào đĩ. Thí d : Phtaleine ch cĩ m t c u trúc phân t nên khơng màu trong mơi tr ư ng acid (hình 7.6), cịn trong mơi tr ư ng ki m (pH = 8,3 - 10) nĩ cĩ nhi u d ng đ ng phân d ư i d ng ion nên xu t hi n màu (hình 7.7). Hình 7.6. D ng lacton khơng màu trong mơi tr ư ng trung tính hay acid (a) Hình 7.7. D ng quinon c a phtalein cĩ màu trong mơi tr ư ng ki m (b,c,d) file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 106 of 239 Hình 7.8. D ng phenat c a phtaleine khơng màu cĩ th th y đư c trong mơi tr ư ng quá ki m. Nh ng ch t đư c s dng làm ch th đ u tiên là nh ng ch t màu th c v t nh ư các anthocyan. Hi n nay cĩ nhi u ch th màu t ng h p. 3.2.2. C ơ ch đ i màu c a ch th Cu trúc electron c a m t h p ch t h u c ơ cĩ th thay đ i b ng cách thêm hay m t đi m t H + hay mt nhĩm OH − : Qua thí d trên, cĩ th kh ng đ nh r ng nh ng ch th này ch yu là nh ng h th ng cho hay nh n H+. Nh ng ch th theo pH trong dãy sau (b ng 7.3) cho nh ng d ng đ ng phân quang h c (vịng th ơm). Quan tr ng nh t là: - Phtalein: phenolphtalein, thymolphtalein - Sulfon phtalein: thymol − sulfon phtalein, phenol − sulfon phtalein, bromophenol − sulfon phtalein. (hình 7.9). Hình 7.9. Sulfon phtalein - Các azoic nh ư Helianthin. (hình 7.10). Hình 7.10. Các azoic Trong mơi tr ư ng acid: dung d ch azoic cĩ màu đ vì hai d ng đ ng phân cĩ đư c do proton hố nit ơ amin. Trong mơi tr ư ng ki m: dung d ch azoic cĩ màu vàng vì cịn cĩ m t lo t nh ng n i đơi liên h p nh ưng cĩ nhi u kh năng h y t i ch nh ng n i đơi này. - Dn ch t anthraquinon (alizarin sulfonat Natri). Nitrophenol (hình 7.11). file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 107 of 239 Hình 7.11. Nitrophenol màu vàng trong mơi tr ư ng acid và đ trong ki m Thơng th ư ng, đ cĩ th s dng thì màu s c hay chuy n đ i thu n ngh ch. 3.2.3. Vùng chuy n màu c a ch th màu trong mơi tr ư ng n ư c mt pH nh t đ nh, khơng cĩ ch th mang màu nào thay đ i màu đ t ng t. S thay đ i này x y ra gi a 2 pH đ xác đ nh vùng chuy n màu hay kho ng đ i màu. Bng 7.3. pH và vùng chuy n màu c a m t vài ch th Tên ch th màu Màu Màu pH c a vùng chuy n màu Xanh thymol đ vàng 1,2 2,8 Xanh bromophenol vàng xanh 3,0 4,6 Methyldacam (Helianthin) đ vàng 3,1 4,4 Xanh (lá) bromocresol vàng xanh 3,8 5,4 ð methyl đ vàng 4,4 6,0 Tím bromocresol vàng tím 5,2 6,8 Xanh bromothymol vàng xanh 6,0 7,6 ð phenol vàng đ 6,8 8,0 ð cresol vàng đ 7,0 8,8 Xanh thymol vàng xanh 8,0 9,6 Cresolphtalein khơng màu đ 8,2 9.8 Phenolphtalein khơng màu đ 8,3 10 Nu g i ch th mang màu dng acid là I A, ch th dng base là I B, thì : + H2O + I A I B + H 3O v i I A= HI B ho c pH = pK a + khi [I B ] = [I A] ; pH= pK A Khi pH= pK A thì màu s c c a ch t ch th đư c phân chia gi a hai d ng, lúc đĩ màu s c c a nĩ nh y nh t. Dù cho pH là bao nhiêu, c ũng cĩ th vi t: = pH − pK a • N u pH = (pK A + 1) thì = 1 và = 10 ⇒ [I B ] = 10 [I A]. Lúc này trong th c t màu c a dung d ch là màu c a d ng base. • N u pH = (pK A − 1) thì = − 1 và = 0,1 file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009
Bo Y te - Hoa phan tich Page 108 of 239 ⇒ [I B ] = [I A]. Lúc này trong th c t , màu c a dung d ch là màu c a d ng acid. Do v y: gi i h n c a vùng chuy n màu c a ch th kho ng: pH = pK a ± 1. Nu dùng ch th cho chu n đ mà vùng đ i màu khơng n m trong vùng thay đ i đ t ng t c a pH thì s dn đ n sai s vì khĩ nh n bi t. 3.2.4. Ch n ch th màu trong ph ươ ng pháp - acid base Thí d : khi trung hồ HCl 1N b i NaOH 1N thì lúc t i đim t ươ ng đươ ng vùng pH thay đ i đ t ng t rt r ng, pH t 3 → 11. Do đĩ cĩ th la ch n m t s ch t ch th nh ư sau: Ch th pH c a vùng chuy n màu - Helianthin 3,1 → 4,4 - Gi y qu ỳ gn vùng trung tính - Phenolphtalein t 8,3 → 10 Nu trung hồ m t base y u b ng m t acid m nh hay trung hồ m t base m nh b i m t acid y u thì kho ng pH thay đ i đ t ng t s b gi m đi. • Chú ý: - Khi đ nh l ư ng, n u kho ng pH chuy n màu c a ch th càng nh thì s chuy n màu càng rõ, kho ng này th ư ng là hai đơ n v pH. - Ng ư c l i trong tr ư ng h p đo màu theo pH: n u s chuy n màu càng tr i ra m t vùng pH l n thì phép đo càng d th c hi n. Thí d : xanh bromothymol chuy n màu vàng pH = 5.8; vàng l c pH = 6.2; xanh lá pH = 7; xanh d ươ ng pH = 8. a) Ch th cĩ th s dng trong nh ng vùng pH quá cao hay quá th p Các lo i ch th này cho phép th c hi n khi n ng đ acid hay base l n. Ch yu liên quan đ n các phép phân tích đ nh l ư ng. Thí d : mơi tr ư ng acid cĩ n ng đ ho c pH khác nhau tím tinh th s cĩ màu khác nhau: trong dung d ch tím tinh th cĩ màu trong dung d ch tím tinh th cĩ màu acid m nh 5N vàng pH = 1 xanh d ươ ng acid 2N xanh lá pH = 2 tím acid 0,3N – 0,5N dươ ng l c Ng ư c l i trong mơi tr ư ng r t ki m pH = 12, tropeoline chuy n màu vàng → đ gch. b) Ch th hn h p Nguyên t c: khi thêm vào m t màu h tr s làm thay đ i s chuy n màu c a ch th chính. Thí d : file://C:\Windows\Temp\nrlmohbynp\hoa_phan_tich.htm 30/09/2009