یکی از موضوعاتی که در علم شیمی بسیار مورد توجه قرار میگیرد، تعیین غلظت انواع محلول‌ها و موادی است که در ساختار آن‌ها موجود میباشند. این عمل تیتراسیون نام دارد و برای انجام آن، از معرف‌هایی تحت عنوان «محلول استاندارد» استفاده میشود که از طریق آن‌ها میتوان میزان غلظت سایر محلول‌ها را به طور دقیق اندازه گیری نمود.
در این مطلب به معرفی محلول استاندارد و ویژگی‌های ان میپردازیم.
محلول استاندارد چیست؟
محلول استاندارد، محلولی است که از طریق ماده‌ی استاندارد اولیه به دست می‌آید. این ماده باید بدون آب، خالص و بسیار پایدار باشد. از طریق محلول استاندارد میتوان میزان غلظت عناصر و ترکیب‌های شیمیایی موجود در سایر محلول‌ها را با دقت بالا اندازه گیری نمود.
محلول استاندارد، خود ماده‌ای با غلظت و خلوص معین است که در نتیجه‌ی واکنش آن با محلول‌های دیگر، میتوان میزان خلوص آن‌ها را به دست آورد.
محلول استاندارد باید از پایداری بالایی برخوردار باشد و در برابر عوامل محیطی چون هوا و عناصر موجود در آن واکنش پذیر نباشد تا بتوان آن را برای مدت طولانی در آزمایشگاه نگهداری نمود. به علاوه، محلول استاندارد نباید فرار یا جاذب رطوبت باشد.
درجه‌ی خلوص محلول استاندارد نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. این محلول نباید دارای ناخالصی بیش از حد باشد. برخورداری از وزن مولکولی بالا نیز برای به حداقل رساندن خطاهای اندازی گیری دارای اهمیت میباشد.
بسیار مهم است که محلول استاندارد به طور کامل و منطقی با آنالیت واکنش دهد و در حلال‌های مورد استفاده به خوبی حل شود. به علاوه، سرعت واکنش نیز باید بالا باشد تا نتیجه‌ی آزمایش زودتر مشخص گردد. همچنین باید روشی برای تعیین نقطه‌ی پایان واکنش فوق در نظر گرفته شود.
البته کمتر پیش می‌آید که یک محلول استاندارد تمام ویژگی‌های مطلوب را دارا باشد، اما با توجه به شرایط و مورد مصرف محلول، میتوان اولویت هر یک از ویژگی‌های فوق را مشخص کرده و محلول مناسب را انتخاب نمود.
از انواع گوناگون محلول‌هایی استاندارد در فرایند تیتراسیون، کالیبراسیون ابزارهای تحلیلی استفاده می‌کنند.
انواع محلول‌های استاندارد
محلول‌های استاندارد به دو نوع اولیه و ثانویه تقسیم میشوند.
محلول استاندارد اولیه :
این محلول‌ها از مواد استاندارد اولیه ساخته میشوند. این دسته از محلول‌های استاندارد، از خلوص بسیار بالایی برخوردارند، اما واکنش پذیری کمی دارند. به همین علت کمتر آلوده میشوند و میتوانند خاصیت خود را در دراز مدت حفظ نمایند.
محلول استاندارد ثانویه :
این نوع از محلول‌های استاندارد، از مواد استاندارد ثانویه تهیه میشوند و به نسبت محلول‌های استاندارد اولیه، از خلوص کمتری برخوردارند، اما در عوض واکنش پذیری بسیار بالاتری دارد و به همین سبب خیلی زود آلوده میشوند. بنابراین پیش از به کار بردن این محلول‌ها، باید آن‌ها را از طریق محلول‌های اولیه، استاندارد نمود.
هر یک از محلول‌های استاندارد، برای تعیین غلظت نوع خاصی از مواد مناسب میباشد. پس انتخاب صحیح یک محلول استاندارد، باید با توجه به مورد دقیق مصرف، انجام گیرد.
روش ساخت محلول استاندارد
برای تهیه‌ی انواع گوناگون محلول‌های استاندارد، ابتدا حجم مشخصی از ماده‌ی استاندارد مورد نظر را به طور دقیق با ترازو اندازه گیری نموده و با مقدار معینی از یک حلال، در بطری حجمی ریخته و آن را رقیق مینماییم. گاهی برای تهیه‌ی محلول استاندارد از چندین ترکیب شیمیایی استفاده میشود.
بسیار مهم است که میزان دقیق ماده‌ی استاندارد و حلال مورد نظر مشخص باشد تا غلظت محلول نهایی با دقت بالا اندازه گیری شود. در دست دادشتن این ارقام، برای محاسبه‌ی حجم و غلظت ماده‌ی مورد برسی ضروری میباشد.
چگونگی انجام تیتراسیون
برای انجام عمل تیتراسیون و اندازه گیری غلظت محلول مورد نظر، مقدار مشخصی از محلول استاندارد را به طور تدریجی به مقدار معین شده ای از محلولی که قصد داریم غلظت آن را بسنجیم، اضافه مینماییم. این عمل را تا نقطه‌ی هم ارزی ادامه میدهیم. نقطه‌ی هم ارزی آنجایی است که مقدار حجم هر دو محلول برابر شده و به عبارتی، تعداد مول آنالیت با تعداد مول تیترانت یکسان گردد و واکنش شیمیایی میان این دو کامل شود. پس از به اتمام رسیدن واکنش، با توجه به میزان محلول استاندارد به کار رفته و حجم محلول تیتر شونده، غلظت ماده‌ی مورد نظر را اندازه گیری میکنیم.
در ادامه، برای فهم بهتر نحوه‌ی کاربرد محلول‌های استاندارد، چند مثال در این خصوص ذکر مینماییم.
تیتراسیون نیترات نقره :
در ابتدا مقداری سدیم کلراید خالص را در آب مقطر حل میکنیم. سپس مقداری اسید استیک را به آن اضافه مینماییم. اسید مذکور باید از غلظت بالایی برخوردار باشد. مقداری متانول و حجم اندکی از شناساگر EOSIN Y را نیز به محلول فوق اضافه نموده و محلول را یکدست میکنیم. سپس با افزودن آن به نیترات نقره، فلظت آن را محاسبه مینماییم. برای تیتراسرون نیترات نقره نیاز به تهیه و خرید اسید استیک با کیفیت بالا دارید که برای این منظور میتوانید از طریق سایت نگین تجارت پیام اقدام به ثبت سفارش کنید
تیتراسیون پتاسیم پرمنگنات :
برای انجام این کار، ابتدا مقدار معینی از سدیم اگزالاتی را در آب مقطر حل میکنیم و سپس حجم مشخصی از اسید سولفوریک را به آن می‌افزاییم و محلول حاصل را به مقدار کافی حرارت میدهیم. با افزودن این محلول به پتاسیم پرمنگنات میتوان میزان غلظت آن را اندازه گیری نمود.
استاندارد کردن پتاسیوم هیدروکساید :
ابتدا مقداری پتاسیوم بی فتالات را در حجم مناسبی از آب مقطر حل میکنیم. سپس چند قطره فنل فتالئین را به محلول به دست آمده می‌افزاییم. در نتیجه‌ی اضافه کردن این محلول به سدیم هیدروکسید و اتمام فرایند واکنش، محلول به رنگ صورتی در می‌اید و در این هنگام میتوان غلظت آن را با توجه به حجم محلول استاندارد به کار رفته محاسبه نمود.