Окислительно-восстановительное титрование, его применение в фармации

 

Кафедра фундаментальной и клинической биохимии

 

 

Курсовая работа

по аналитической химии на тему

 «Окислительно-восстановительное титрование, его применение в фармации».

 

Работу выполнила:

Проверила работу:

Преподаватель

 

 

 

 

 

 

Краснодар-2012

 

 

 

Содержание:

 

Введение…………………………………………………………………………………………………….3

Сущность метода ОВ титрования……………………………………………………………….5

Окислитльно-восстановительный потенциал……………………………………………6

Классификация редокс-методов………………………………………………………………..8

Виды ОВ титрования…………………………………………………………………………………..11

Индикаторы ОВ титрования……………………………………………………………………….12

Кривые ОВ титрования……………………………………………………………………………....14

Перманганатометрическое титрование…………………………………………………....16

Дихроматометрическое титрование………………………………………………………….19

Иодометрия…………………………………………………………………………………………………20

Иодиметрия ………………………………………………………………………………………………..22

Броматометрия….............................................................................................23

Нитритометрия…………………………………………………………………………………………….24

Цериметрия………………………………………………………………………………………………….26

Заключение…………………………………………………………………………………………….…….27

Список литературы……………………………………………………………………………………….28 
Введение.

ТИТРИМЕТРИЯ (от франц. titre- качество, характеристика и греч. metreo-измеряю)- совокупность методов количественного анализа, основанных на измерении кол-ва реагента, необходимого для взаимодействия с определяемым компонентом в р-ре или газовой фазе в соответствии со стехиометрией химических реакций между ними.

Титриметрические методы, в которых в качестве титрантов используют растворы окислителей или восстановителей, называют окислительно-восстановительными методами титрования.

Методы редоксометрии основаны на реакциях окисления-восстановления. Разработано очень много методов. Их классифицируют в соответствии с применяемым стандартным (рабочим, титрантом) раствором. Наиболее часто применяются следующие методы:

Перманганатометрия - метод, который основан на окислительной способности рабочего раствора перманганата калия KМnO4. Титрование ведется без индикатора. Применяется для определения только восстановителей при прямом титровании.

Иодометрия – метод, в котором рабочим титрованным раствором служит раствор свободного иода в КI. Метод позволяет определять как окислители, так и восстановители. Индикатором служит крахмал.

Дихроматометрия основана на использовании в качестве рабочего раствора дихромата калия K2Cr2O7. Метод может применяться как для прямых так и косвенных определений восстановителей.

Броматометрия основана на использовании в качестве титранта бромата калия KBrO3 при определении восстановителей.

Иодатометрия применяет в качестве титранта раствор иодата калия KIO3 при определении восстановителей.

Ванадатометрия дает возможность использовать окислительную способность ванадата аммония NH4VO3 .

Нитритометрия — метод объемного анализа, при котором в качестве реактива для титрования используется раствор нитрита натрия.

Применяется для количественного определения соединений, содержащих первичную или вторичную ароматическую аминогруппу, для определения гидразидов, а также ароматических нитросоединений после предварительного восстановления нитрогруппы до аминогруппы.

Цериметрия - титриметрический метод определения восстановителей, основанный на применении стандартных растворов соединений Ce (IV), например (NH4)2[Ce (SO4)3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сущность метода ОВ титрования.

Методы окислительно-восстановительного титрования, или редокс-методы, основаны на использовании реакций с переносом электронов – окислительно -восстановительных реакций.

Окислительно-восстановительное титрование, или редоксиметрия, - это титрование, сопровождаемое переходом одного или большего числа электронов от иона-донора или молекулы (восстановителя) Red1 к акцептору (окислителю) Ox2:

Red1+Ox2=Ox1+Red2

Восстановленная форма одного вещества Red1 , отдавая электроны, переходит в окисленную форму Ox1 того же вещества. Обе эти формы  образуют одну редокс-пару Ox1|Red1 .

Окисленная форма Ox2 второго вещества , участвующего в окислительно-восстановительной реакции, принимая электроны, переходит в восстановленную форму Red2 того же вещества . обе эти формы образуют редокс-пару Ox2|Red2 .

В любой окислительно-восстановительной реакции участвуют,  по крайней мере, две редокс-пары.

Чем выше окислительно-восстановительный потенциал редокс пары Ox2|Red2 , окилсенная форма которой играет роль окислителя в данной реакции, тем большее число восстановителей Red1 можно оттитровать  и определить с помощью данного окислителя Ox2 . Поэтому в редоксиметрии в качестве титрантов чаще всего применяют окислители, стандартные окислително-восстановительные потенциалы редокс-пар которых имеют как можно  более высокие значения, например (при комнатной температуре):

Напротив, если определяемые вещества – окислители Ox2 , то  для их титрования целесообразно применять восстановители, стандартный окислительно-восстановительный потенциал редокс-пар которых имеет по возможности минимальное значение, например :

Редокс-методы- важнейшие фармакопейные методы количественного анализа.

В качестве стандартных (титрованных) растворов в методах окисления-восстановления применяют различные растворы окислителей и восстановителей:

• Окислители : перманганат калия, растворы элементарного  йода, бихромат калия, гексанитратоцерат (lV) аммония (NH4)2 [Ce (NO3)6] ,бромат калия, иодат калия, иодная кислота H5IO6, периодат калия KIO4, ванадат аммония NH4VO3, перкупраты (соединения , например, ), соединения свинца (lV) и многие другие.
• Восстановители: соль Мора , сульфат железа (ll), хлорид титана (lll), хлорид олова(ll), сульфат хрома(ll), аскорбиновая кислота , соединения мышьяка (lll), хлорид меди (l), гидрохинон , тиосульфат натрия , щавелевая кислота, перекись водорода и многие другие.

 

Окислительно-восстановительный потенциал.

Эффективность окислительных и восстановительных свойств данного вещества зависит от его природы, от условий протекания окислительно-восстановительной реакции  и определяется величиной окислительно-восстановительного потенциала  редокс-пары. Этот  потециал экспериментально определяют  с помощью окислительно- восстановительного электрода.

Окислительно-восстановительный электрод- это электрод, состоящий из инертного материала (металлическая платина, золото, вольфрам, титан, графит), погруженного в водный раствор, в котором имеются окисленная и восстановленная формы данного вещества.

Условный (относительный) окислительно-восстановительный потенциал редокс- пары – это электродвижущая сила (ЭДС) гальванической цепи, составленной из данного  окислительно-восстановительного электрода и стандартного водородного электрода.

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал Ео редокс-пары – это такой потенциал редокс-пары, когда все учасники окислительно-восстановительной реакции находятся в стандартных состояниях , т.е. их активности равны единице.

Окислительно-восстановительные потенциалы редокс-пары зависят от природы участников  окислительно-восстановительной реакции и растворителя, температуры, давления, присутствия посторонних электролитов  и других веществ.

Чем больше окислительно-восстановительный потенциал данной редокс-пары , тем более сильным окислителем является окисленная форма этой редокс-пары. Чем  меньше окислительно-восстановительный потенциал данной редокс-пары, тем более сильным восстановителем является восстановленная форма этой редокс-пары.

Влияние рН среды.

Величина рН растворов непосредственно влияет на потенциалы Е и направление протекания окислительно-восстановительной реакции тогда, когда в реакции принимают участие ионы водорода, поскольку в этом случае как окислительно-восстановительные потенциалы редокс-пар, так и их разность, зависят от концентрации ионов водорода.

Влияние температуры.

Рассмотрим уравнение Нернста, например, для потенциала окислительно-восстановительной реакции в общем виде:

.

Уравнение для потенциала реакции будет иметь вид:

 

В этом уравнении от температуры существенно зависят стандартный потенциал Ео и множитель активности реагентов обычно мало изменяются при изменении температуры.

Следовательно, потенциал Е  также зависит от температуры. Если известна температурная зависимость стандартного потенциала  , то потенциал реакции можно рассчитать по уравнению для любой температуры.

Влияние давления.

Если при протекании окислительно-восстановительной реакции не выделяются и не поглощаются газообразные вещества, то потенциал реакции практически не зависит от внешнего давления . Если же в окислительно-восстановительной реакции непосредственно участвуют газообразные вещества, то потенциал такой реакции может зависеть от давления, поскольку в этом случае в уравнение Нернста вместо активностей включаются парциальные давления газообразных реагентов.

 

Классификация редокс-методов.

Известно несколько десятков различных методов окислительно-восстановительного титрования. Обычно их классифицируют следующим образом.

Классификация по характеру титранта. Методы титрования разделяются на две группы:

• Оксидиметрия-методы определения восстановителей с применением титранта-окислителя.
• Редуктометрия- методы определения окислителей с применением титранта-восстановителя.

Классификация по природе реагента, взаимодействующего с определяемым веществом:

• Броматометрия (бромат калия KBrO3)
• Дихроматометрия (дихромат калия К2Сr2O7)
• Иодатометрия (иодат калия KIO3)
• Бромометрия (бром Br2)
• Иодиметрия (иод I2)
• Иодометия (иодид калия KI, тиосульфат натрия Na2S2O3)
• Нитритометрия (нитрит натрия NaNO2)
• Перманганатометрия (перманганат калия KMnO4)
• Хлориодиметрия (хлорид иода ICl)
• Цериметрия (сульфат церия (lV)).

Реже применяются аскорбинометрия(аскорбиновая кислота), титанометрия (соли титана (lll)), ванадатометрия (ванадат аммония NH4VO3) и т.д.

 

Требования к реакциям, применяемым в окислительно-восстановительном титровании.

Реакции, применяемые в методах окислительно-восстановительного титрования, должны отвечать следующим требованиям:

 

1. Реакции должны практически протекать до конца.

Окислительно-восстановительная реакция идет тем полнее, чем больше константа равновесия К, которая определяется соотношением:

при комнатной температуре, где - соответственно стандартные окислительно-восстановительные потенциалы редокс-пар, участвующих в данной окислительно-восстановительной рекации, n- число электронов, отдаваемых восстановителем окислителю. Чем  больше разность , тем выше константа равновесия, тем полнее протекает реакция.

2. Реакция должна протекать достаточно быстро, чтобы равновесие, при котором реальные окислительно-восстановительные потенциалы обеих редокс-пар равны, устанавливалось практически мгновенно.
3. Реакция должна протекать стехиометрически, побочные процессы должны быть исключены.
4. Конечная точка титрования должна определяться точно и однозначно либо с индикаторами, либо без индикаторов.

 

Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции.

Реакции окисления-восстановления обратимы. Равновесие наступает в момент , когда Еокисл становится равным Евосст. В тех случаях, когда реакции обратимы, к ним можно применять закон действия масс и вычислить изменения молярных концентраций реагирующих ионов, что имеет особо важное значение в количественном анализе.

Например, для реакции выражение закона действия масс имеет вид :

,

где - константа равновесия указанной реакции.

 

Связь между константами равновесия ОВ реакций со стандартными потенциалами окислительно-восстановительных пар.

Общее уравнение, выражающее константу равновесия ОВ реакций. Для реакции

константу равновесия представляют формулой:

                  (1)

Если коэффициенты а=d и  b=e, то можно написать:

          (2)

Значение

  .

 Рассмотрим  следующие реакции:

Для реакции а:

Для реакции б:

При установившемся равновесии окислительные потенциалы обеих систем равны или