بدون شک یکی از مهمترین تکنیک های آزمایشگاهی تیتراسیون است. تیتراسیون انواع مختلفی از جمله تیتراسیون رسوبی، تیتراسیون وزن سنجی، تیتراسیون اسید باز و… را دارد. همه این تیتراسیون ها در اصول با هم یکسان اما در برخی جزئیات کاری متفاوت اند.
در این مقاله قصد داریم تا به بررسی تکنیک تیتراسیون پرداخته و به اصول کلی آن اشاره کنیم. در مقالات بعد درباره انواع مختلف آن صحبت خواهیم کرد و به بررسی دقیق و تشریح شرایط و ویژگی های هر یک از آن ها می پردازیم. بیایید با یک سوال کلی و اولیه شروع کنیم؛ تیتراسیون چیست؟
تیتراسیون چیست؟
تیتراسیون در یک تعریف کلی، یک تکنیک آزمایشگاهی شیمیایی برای تعیین خلوص یک ماده با خلوص مجهول با استفاده از یک محلول با خلوص معلوم است. در این روش، دو ماده آنالیت (ماده ای با خلوص معلوم) و تیتران (ماده ای با خلوص مجهول) با هم ترکیب شده و به ما امکان اندازه گیری خلوص ماده مجهول را می دهند.
در این میان ممکن است از مواد دیگری تحت عنوان شناساگر نیز برای اندازه گیری هایمان استفاده کنیم. اما ممکن است در برخی تیتراسیون ها نیازی به شناساگر نبوده و فقط از آنالیت و تیتران استفاده کنیم. اما بیایید نگاهی دقیق تر به این دو مفهوم داشته باشیم.
تیتران چیست؟ چه ویژگی هایی دارد؟
تیتران ماده ای است که غلظت آن برای ما مشخص است و ما با استفاده از آن، غلظت ماده مجهول (آنالیت) را اندازه گیری می کنیم. تیتران باید غلظت مشخصی داشته باشد. این یعنی ما نسبت به آن اطلاعات کاملی داریم. مثلا اگر از محلول سدیم هیدروکسید (سود) به عنوان آنالیت استفاده می کنیم؛ باید بدانیم که غلظت آن مثلا 10 درصد وزنی، 0.1 مولار و یا… است.
دانستن غلظت تیتران اساس و اصل تیتراسیون است. در صورتی که نسبت به غلظت و یا خلوص تیتران شک داشته باشیم نمی توانیم تیتراسیون دقیق و درستی را انجام دهیم. ماده ای که به عنوان تیتران استفاده می شود باید خلوص بالایی داشته باشد و مواد نامحلول در آن وجود نداشته باشد.
به عنوان مثال، اگر از سود به عنوان تیتران استفاده می کنید و می خواهید یک محلول 0.1 مولار از آن بسازید؛ باید حتما از آب مقطر استفاده کنید. در غیر این صورت، نمک های محلول منیزیم و کلسیم به هیدروکسید های آن ها تبدیل شده و به صورت رسوبات ژله ای طور در محلول شناور می شوند. چنین ناخالصی هایی (چه مثل این مورد نامحلول و چه اصلا محلول باشد) باعث خطا در محاسبات شده و شما را به اشتباه می اندازد.
ویژگی دیگری که باید در تیتران وجود داشته باشد استاندارد بودن آن است. شما حتما در مورد استاندارد اولیه و ثانویه چیز هایی می دانید. تیتران حتما باید استاندارد شده باشد. یعنی غلظت و خلوص آن قبلا در یک تست جداگانه که ما آن را استاندارد کردن می نامیم تایید شده باشد. به صرف دیدن برچسب زده شده روی ماده نمی توان به آن اعتماد کرد و باید حتما پیش از استفاده، ماده مورد نظرمان را استاندارد کرده باشیم.
آنالیت چیست؟ چه ویژگی هایی دارد؟
به طور کلی، آنالیت ماده ای با خلوص و یا غلظت نامعلوم است؛ ما در تیتراسیون به دنبال پیدا کردن خلوص آنالیت با استفاده از تیتران هستیم. اما آنالیت باید چه ویژگی هایی داشته باشد؟
آنالیت باید ماده ای باشد که بتواند با تیتران وارد واکنش شده و یک محصول مشخص تولید کند. این واکنش باید کاملا انتخابی (گزینش پذیر) بوده و با سایر عوامل موجود در محیط واکنش ندهد. مثلا اگر قصد داریم سود را به عنوان آنالیت و هیدروکلریک اسید را به عنوان تیتران انتخاب کنیم؛ باید مطمئن شویم که در نمونه سود باز های دیگری مثل پتاسیم هیدروکسید، کلسیم هیدروکسید و… وجود نداشته باشد.
فرض کنید نمونه سود ما با پتاسیم هیدروکسید مخلوط باشد. در این صورت نمی توانیم تشخیص دهیم که هیدروکلریک اسید مصرف شده در تیتراسیون صرف کدامیک شده است. به عبارت دیگر، به هنگام انجام محاسبات نمی توانیم بگوییم که فلان حجم از هیدروکلریک اسید صرف سود و فلان مقدار دیگرش صرف پتاس (پتاسیم هیدروکسید) شده است. بنابراین یک خطای قابل توجه در محاسباتمان رخ خواهد داد.
تیتراسیون چگونه انجام می شود؟
برای انجام تیتراسیون، آنالیت را درون ارلن ریخته و تیتران را درون بورت می ریزیم. سپس همراه با هم زدن ارلن شیر بورت را باز می کنیم تا قطره قطره تیتران به درون آنالیت ریخته شود. در این میان معمولا (بسته به نوع مواد و نوع تیتراسیون) از یک ماده دیگری به عنوان شناساگر استفاده می شود تا نقطه پایانی تیتراسیون تشخیص داده شود.
نقطه پایانی تیتراسیون جایی است که آنالیت و تیتران با هم واکنش داده و غلظت آنالیت به صفر رسیده است (همه آنالیت صرف انجام واکنش شده است). در این لحظه، با افزودن قطره بعدی تیتران یک تغییر رنگ در آنالیت رخ می دهد و به ما نشان می دهد که غلظت آنالیت به صفر رسیده است.
در این حالت، می توانیم از روی حجم تیتران مصرف شده، محاسبات را انجام داده و غلظت آنالیت را اندازه گیری کنیم.
