جزوه آزمایشگاه شیمی تجزیه ۱ : تیتراسیون اکسیداسیون-احیا

نام آزمایش : تیتراسیون اکسیداسیون-احیا

ابزار و مواد لازم : نمونه ی شماره ی ۳ حاوی آب اکسیژنه ، نمونه ی شماره ی ۱۳ حاوی ، نمونه ی شماره ی ۲۳ حاوی مس  و نمونه ی شماره ی ۳۳ حاوی ۰٫۵ گرم آهن ناخالص در اسید کلریدریک ، پی پت ، تعدادی بشر ، مجموعه ی بورت و پایه ، پیست . پرمنگنات ، سدیم بی کربنات ، محلول ید استاندارد ، پتاسیم یدید ، محلول سدیم تیو سولفات استاندارد ، محلول کلرید قلع ، محلول کلرید جیوه ، اسید سولفوریک ، اسید فسفریک ، پتاسیم دی کرومات استاندارد ، شناساگر دی فنیل آمین سولفونات باریم ، شناساگر چسب نشاسته و آب مقطر .

هدف : هدف این جلسه آشنایی با تیتراسیون اکسیداسیون-احیا می باشد .

تئوری :

واکنش های اکسیداسیون-احیا :

اصطلاح اکسایش در اصل برای واکنش های ترکیب مواد با اکسیژن به کار می رفت و احیاء به عنوان برداشتن اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن دار ، تعریف می شد . معنی این واژه ها به تدریج وسیعتر شده اند . امروزه اکسایش و احیاء بر اساس تغییر عدد اکسایش تعریف می شوند .

اکسایش ، فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می یابد و احیاء ، فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کم می شود . بر این اساس ، در واکنش زیر اکسایش و احیاء صورت می گیرد :

واکنش های اکسید و احیاء بر مبنای انتقال الکترون استوار بوده و واکنش شامل دو نیم واکنش اکسید (مولد الکترون) و احیاء (مصرف کننده ی الکترون) می باشد .

در مقایسه با تیتراسیون اسید و باز و تیتراسیون رسوبی که در آن ها واکنش تیتراسیون شامل جابجایی تعداد یون های مشخصی است ، در تیتراسیون اکسیداسیون و احیاء ، واکنش همراه با انتقال الکترون ها صورت می گیرد . در یک چنین واکنشی ماده ی اکسیدکننده الکترون گرفته ، احیاء می شود و ماده ی احیاء کننده الکترون از دست داده ، اکسید می گردد . این تبادل الکترونی منجر به تغییر ظرفیت یون ها و یا اتم های مربوطه می شود و در نتیجه ظرفیت اتم و یا یون اکسید شده افزایش یافته و ظرفیت اتم و یا یون احیاء شده کاهش می یابد .

قدرت مواد اکسید کننده و احیاء کننده متفاوت است . مواد اکسنده ی قوی تمایل زیادی به گرفتن الکترون دارند ، بنابراین قادرند الکترون های بسیاری از مواد احیاء کننده را جابجا  کنند و بالعکس مواد اکسید کننده ی ضعیف تمایل کمتری به گرفتن الکترون دارند ، بنابراین آن ها فقط موادی که دارای خاصیت احیاء کنندگی قوی هستند ( زود الکترون آزاد می کنند ) را اکسید می کنند . بدیهی است می توان با در نظر داشتن پتانسیل اکسیداسیون و احیاء جهت واکنش را پیش بینی نمود .

تیتراسیون های اکسید و احیاء را بر حسب نوع ماده اکسیدان می توان تقسیم بندی نمود  :

۱- اکسیداسیون توسط         =>    منگانیمتری

۲- اکسیداسیون توسط                =>    یدی متری

۳- اکسیداسیون توسط       =>     کرمیمتری

کاربرد معرف در تیتراسیون های اکسیداسیون و احیاء :

در بعضی از تیتراسیون های اکسیداسیون و احیاء نیازی به استفاده از معرف نیست ، زیرا پایان تیتراسیون با تغییر رنگ واضحی مشخص می شود . مثلاً در واکنش های اکسیداسیون توسط پتاسیم پرمنگنات رنگ بنفش  وقتی که کاملا به  اکسید شود ، بی رنگ می شود . به طور کلی در تیتراسیون های اکسیداسیون و احیاء در نقطه پایان تغییر محسوسی در پتانسیل سیستم مشاهده می شود . روش های متفاوتی جهت تشخیص چنین تغییری وجود دارد ؛ یکی روش استفاده از معرف و دیگری روش تجزیه ی شیمیایی می باشد .

معرف هایی که در این نوع تیتراسیون ها به کار می روند ، بر دو نوعند :

۱ – معرف های اختصاصی واکنش

۲ – معرف های اکسیداسیون و احیاء

معرف های اختصاصی واکنش :

معرف هایی هستند که بر یکی از مواد شرکت کننده به طریقی اثر نموده و باعث تغییر رنگ می شود  . مثال متداول آن ، نشاسته است که با یون تری یدید  ایجاد کمپلکس آبی رنگ می کند . در نتیجه چنین کمپلکسی نقطه ی پایان تیتراسیون را که ممکن است تشکیل و یا اتمام ید باشد ، مشخص می کند  .