Analytische chemie
Inhoud
H1. Inleiding (geen theorie) .............................................................................................................................................. 3
H2. Uitdrukken analyseresultaten: eenheden en concentraties (geen theorie) .............................................................. 3
Uitdrukking van concentratie ....................................................................................................................................... 3
Eenheid van gewicht en massa ..................................................................................................................................... 3
Eenheid van volume...................................................................................................................................................... 3
Praktische uitdrukkingen .......................................................................................................................................... 3
Mol en relatieve molecuulmassa .............................................................................................................................. 3
Molariteit .................................................................................................................................................................. 4
Molaliteit ................................................................................................................................................................... 4
Normaliteit ................................................................................................................................................................ 4
Osmolariteit .............................................................................................................................................................. 4
SI-eenheden .............................................................................................................................................................. 4
H3. Uitdrukken van fouten en statistische evaluatie ........................................................................................................ 4
Soorten fouten .............................................................................................................................................................. 4
Definities ................................................................................................................................................................... 4
Afronden bij berekeningen – beduidende cijfers: .................................................................................................... 4
Voorbeeld foutberekening ........................................................................................................................................ 4
Testen voor juistheid ................................................................................................................................................ 4
H4. Maatanalyse of volumetrie: basisbegrippen van de titrimetrische analyse .............................................................. 5
Algemene principes ...................................................................................................................................................... 5
Soorten titrimetrische reacties: .................................................................................................................................... 5
Uitwisselingsreacties ................................................................................................................................................. 5
Associatiereacties: .................................................................................................................................................... 5
Vereisten voor titrimetrische analysereacties .............................................................................................................. 5
Standaardisatie in de titrimetrie ................................................................................................................................... 5
Nauwkeurigheid der titrimetrie .................................................................................................................................... 6
Soorten titratieschema’s............................................................................................................................................... 6
Rechtstreekse titratie................................................................................................................................................ 6
Terugtitratie .............................................................................................................................................................. 6
Substitutietitratie ...................................................................................................................................................... 6
Gecombineerde substitutie- en terugtitratie ........................................................................................................... 6
H5. pH berekening van zuren, basen, amfolyten en buffers: ........................................................................................... 7
5.1. Theorie van Arrhenius............................................................................................................................................ 7
5.2. Theorie van Brönsted-Lowry:................................................................................................................................. 7
Definitie van een zuur en base.................................................................................................................................. 7
Geconjugeerde zuur/base systemen: ....................................................................................................................... 7
Amfiprotisch karakter van oplosmiddelen:............................................................................................................... 7
1
, Amfiprotisch karakter van species: ........................................................................................................................... 7
5.3. Lewis theorie: ......................................................................................................................................................... 7
5.4. Autoprotolyse van water en definitie pH .............................................................................................................. 7
5.5. Aciditeits- en basiciteitsconstanten ....................................................................................................................... 7
5.6. Berekening van de pH van waterige oplossingen: ................................................................................................. 8
5.6.1. pH van sterke zuren en basen:........................................................................................................................ 8
5.6.2. pH van zwakke monovalente zuren en basen .............................................................................................. 10
5.6.4. pH van een mengsel van monovalente zuren ............................................................................................... 12
5.6.5 pH van polyvalente zuren en basen: .............................................................................................................. 12
5.6.6 pH berekening van amfolyten: ...................................................................................................................... 12
5.6.7 pH berekening van buffers:............................................................................................................................ 13
5.6.8. Speciesbereking: ........................................................................................................................................... 13
H6. Zuur-base titrimetrie ................................................................................................................................................ 15
6.1. Titratie van een sterk zuur met een sterke base ................................................................................................. 15
6.2. Titratie van sterke base met een sterk zuur: ....................................................................................................... 16
6.3. Titratie van een zwak zuur met een sterke base: ................................................................................................ 16
6.4. Titratie van een zwakke base met een sterk zuur: .............................................................................................. 18
6.5. Titratie van polyvalente zuren en basen:............................................................................................................. 19
6.6. Bepaling van het SP: ............................................................................................................................................. 20
6.7. Speciale gevallen: ................................................................................................................................................. 21
H7. Elektrochemisch evenwicht:................................................................................................................................. 22
7.1. Oxidatie-reductie reacties:................................................................................................................................... 22
7.2. Elektrodepotentiaal en potentiaalbetrekking van Nernst: .................................................................................. 22
7.3. Normaalpotentiaalen en pseudonormaalpotentiaal: .......................................................................................... 22
7.4. Voorbeelden van redoxsystemen: ....................................................................................................................... 23
7.5. De waterstofelektrode en de standaardwaterstofelektrode: ............................................................................. 23
7.9. Evenwichtsconstante en richting der redoxreactie: ............................................................................................ 24
7.10. Pseudonormaalpotentiaal en richting der redoxreactie: .................................................................................. 26
H8. Redoxtitrimetrie ....................................................................................................................................................... 27
8.1. Inleiding................................................................................................................................................................ 27
8.2. Berekening titratiecurve ox1 met red2 ................................................................................................................. 27
8.3. Berekening titratiecurve red2 met ox1: ................................................................................................................ 29
8.4. Bepaling van het SP van een redoxtitratie: .......................................................................................................... 31
8.5. Jodometrie + jodimetrie: ..................................................................................................................................... 31
H9. Oplosbaarheid .......................................................................................................................................................... 32
9.1. Definitie................................................................................................................................................................ 32
9.2. Mechanisme van het oplossen ............................................................................................................................ 32
9.3. Termen in verband met oplosbaarheid: .............................................................................................................. 32
9.4. Ionisatie:............................................................................................................................................................... 32
9.5. Oplosbaarheidsproduct ....................................................................................................................................... 33
2
,H1. Inleiding (geen theorie)
1. Zuur-base titratie: reactie tussen zuren en basen.
o Acidimetrie: concentratiebepaling van zuren door titratie met basen.
o Alkalimetrie: concentratiebepaling van basen door titratie met zuren.
2. Neerslagtitratie: reactie tussen 2 ionen waarbij een onoplosbare stof wordt gevormd.
3. Complextitratie: reactie tussen 2 ionen tot complexvorming.
4. Redoxtitratie: reactie tussen reductie- en oxidatiemiddel, waarbij het oxidatiegetal van het reductiemiddel
toeneemt en dat van het oxidatiemiddel afneemt. Verandering van OG.
H2. Uitdrukken analyseresultaten: eenheden en concentraties (geen theorie)
Uitdrukking van concentratie
Concentratie geeft aan hoeveel van een substantie vervat is in een welbepaald volume of massa.
C = (m/a).f
• m = hoeveelheid bestanddeel aanwezig in het monster
• a = hoeveelheid monster
• f = arbitraire factor (bv.: 102, 106 of 109)
Eenheid van gewicht en massa
In analytische scheikunde gram g als de basiseenheid van een massa gebruiken.
Gewicht van een kilogram is de kracht waarmee de massa in het zwaarteveld van de aarde wordt aangetrokken.
Eenheid van volume
De basiseenheid van volume is liter l, in analysemethoden worden kleinere eenheden gebruikt zoals ml.
Praktische uitdrukkingen
1.1 Vaste monsters:
Gewichtsverhouding g/g:
m/m % g X in 100 g monster
ppm µg X in 1 g monster
ppb ng X in 1 g monster
ppt pg X in 1 g monster
1.2 Vloeistoffen:
Zowel gewichtsverhoudingen, gewicht-volumeverhoudingen als volume-volumeverhoudingen.
Gewicht-volumeverhouding g/V:
m/V % g X in 100 ml
monster
ppm µg X in 1 ml monster
(mg X in 1 l monster)
Volume-volumeverhouding V/V:
V/V % ml X in 100 ml
monster
Ppm µl X in 1 l monster (nl
X in 1 ml monster)
Mol en relatieve molecuulmassa
Mol: hoeveelheid stof.
Relatieve molecuulmassa: aantal gram per mol.
3
,Molariteit
n
Concentratie c in M: c= mol/l = M
V
Molaliteit
Molaliteit m is het aantal mol stof opgelost per kilogram oplosmiddel en is bruikbaar voor precieze fysische metingen omdat
molaliteit niet temperatuurs-afhankelijk is.
Normaliteit
Normaliteit N is het aantal equivalenten van een stof opgelost in 1 liter oplossing. Een equivalent is de massa van het
bestanddeel dat 6,0221367 . 1023 reagerende eenheden bevat. N = M (c) . n
Osmolariteit
Osmolariteit is het totaal aantal mol van de deeltjes opgelost in 1 liter oplossing.
SI-eenheden
H3. Uitdrukken van fouten en statistische evaluatie
Soorten fouten
Systematische of bepaalde fout
Toevallige of onbepaalde fout
Definities
Echte waarde
Afwijking of deviatie
Fout
Juistheid
Precisie
Nauwkeurigheid
Afronden bij berekeningen – beduidende cijfers:
Bij optellen en aftrekken: de minst nauwkeurige component bepaalt de nauwkeurigheid van het resultaat.
Bij vermenigvuldigen en delen: algemeen zal het resultaat niet meer beduidende cijfers bevatten dan het getal met het
kleinst aantal beduidende cijfers dat gebruikt werd.
Voorbeeld foutberekening
Testen voor juistheid
4
,H4. Maatanalyse of volumetrie: basisbegrippen van de titrimetrische analyse
Algemene principes
Titratie: gehaltebepaling waarbij stijgende hoeveelheden van een reagens (titrans / titreervloeistof) met gekende gehalte (titer)
uit een buret toegevoegd worden aan de te bepalen stof (analiet) in een erlenmeyer tot het stoichiometrisch punt bereikt
wordt. Wanneer het stoichiometrisch punt van een titratie bereikt wordt, dan hebben stoichiometrische hoeveelheden van het
analiet A en titrans B met elkaar gereageerd, waarbij geldt:
Aantalmol A = a/b
Aantalmol B
b aantal mol A = a aantal mol B
b MA . VA = a MB . VB
Soorten titrimetrische reacties:
Twee hoofdgroepen nl. uitwisselingsreacties en associatiereacties.
Uitwisselingsreacties
Opgebouwd uit 2 systemen: ene systeem levert een wisseldeeltje dat door het andere systeem wordt opgenomen.
Hieronder staan de zuur-base reacties en redoxreacties.
Zuur-base reacties: wisseldeeltjes zijn H+- of OH- -ion. Afhankelijk van de waardigheid van een zuur kunnen er
verschillende stoichiometrische punten ontstaan.
Redoxreactie:
opgebouwd uit 2 redoxsystemen waarbij het wisseldeeltje een elektron is.
- Reductie: chemisch proces waarbij het OG van een atoom daalt en elektronen worden opgenomen. Het deeltje dat de
elektronen opneemt is de oxidator of elektronenacceptor.
- Oxidatie: chemisch proces waarbij het OG van een atoom stijgt en elektronen worden afgestaan. Het deeltje dat de
elektronen afstaat is de reductor of elektronendonor.
- Associatiereacties:
Associatiereacties:
bestaan uit 1 enkelvoudige reactie onder vorming van een stabiele verbinding. Hieronder staan de
complexreacties en neerslagreacties.
Neerslagreacties: vorming van een zeer weinig oplosbare verbinding.
Vereisten voor titrimetrische analysereacties
Standaardisatie in de titrimetrie
Oertiterstof stellen voor een standaardoplossing. Een oertiterstof is een zuiver product waarmee men door nauwkeurig afwegen
en oplossen in gekend volume een gekende concentratie bekomt.
5
, Nauwkeurigheid der titrimetrie
Soorten titratieschema’s
Rechtstreekse titratie
Het analiet reageert rechtstreeks met de toegevoegde titreervloeistof.
Terugtitratie
Men laat een gekende overmaat van een standaardoplossing (2) reageren met het analiet (1).
Vervolgens wordt de overmaat standaardoplossing (2) getitreerd met een andere standaardstof (3). Dit
titratieschema wordt gebruikt wanneer de reactie van het analiet met standaardoplossing (2) traag verloopt, dus het
evenwicht niet snel genoeg bereikt wordt en het detecteren van het SP niet nauwkeurig kan uitgevoerd worden.
Substitutietitratie
Toevoeging van een willekeurige overmaat S aan x1, waardoor een equivalente hoeveelheid E ontstaat, die met x2
wordt getitreerd.
Gecombineerde substitutie- en terugtitratie
Toevoegen aan x1 van een bekende overmaat x2, gevolgd door een willekeurige overmaat S, en titratie van E met x3.
6
Inhoud
H1. Inleiding (geen theorie) .............................................................................................................................................. 3
H2. Uitdrukken analyseresultaten: eenheden en concentraties (geen theorie) .............................................................. 3
Uitdrukking van concentratie ....................................................................................................................................... 3
Eenheid van gewicht en massa ..................................................................................................................................... 3
Eenheid van volume...................................................................................................................................................... 3
Praktische uitdrukkingen .......................................................................................................................................... 3
Mol en relatieve molecuulmassa .............................................................................................................................. 3
Molariteit .................................................................................................................................................................. 4
Molaliteit ................................................................................................................................................................... 4
Normaliteit ................................................................................................................................................................ 4
Osmolariteit .............................................................................................................................................................. 4
SI-eenheden .............................................................................................................................................................. 4
H3. Uitdrukken van fouten en statistische evaluatie ........................................................................................................ 4
Soorten fouten .............................................................................................................................................................. 4
Definities ................................................................................................................................................................... 4
Afronden bij berekeningen – beduidende cijfers: .................................................................................................... 4
Voorbeeld foutberekening ........................................................................................................................................ 4
Testen voor juistheid ................................................................................................................................................ 4
H4. Maatanalyse of volumetrie: basisbegrippen van de titrimetrische analyse .............................................................. 5
Algemene principes ...................................................................................................................................................... 5
Soorten titrimetrische reacties: .................................................................................................................................... 5
Uitwisselingsreacties ................................................................................................................................................. 5
Associatiereacties: .................................................................................................................................................... 5
Vereisten voor titrimetrische analysereacties .............................................................................................................. 5
Standaardisatie in de titrimetrie ................................................................................................................................... 5
Nauwkeurigheid der titrimetrie .................................................................................................................................... 6
Soorten titratieschema’s............................................................................................................................................... 6
Rechtstreekse titratie................................................................................................................................................ 6
Terugtitratie .............................................................................................................................................................. 6
Substitutietitratie ...................................................................................................................................................... 6
Gecombineerde substitutie- en terugtitratie ........................................................................................................... 6
H5. pH berekening van zuren, basen, amfolyten en buffers: ........................................................................................... 7
5.1. Theorie van Arrhenius............................................................................................................................................ 7
5.2. Theorie van Brönsted-Lowry:................................................................................................................................. 7
Definitie van een zuur en base.................................................................................................................................. 7
Geconjugeerde zuur/base systemen: ....................................................................................................................... 7
Amfiprotisch karakter van oplosmiddelen:............................................................................................................... 7
1
, Amfiprotisch karakter van species: ........................................................................................................................... 7
5.3. Lewis theorie: ......................................................................................................................................................... 7
5.4. Autoprotolyse van water en definitie pH .............................................................................................................. 7
5.5. Aciditeits- en basiciteitsconstanten ....................................................................................................................... 7
5.6. Berekening van de pH van waterige oplossingen: ................................................................................................. 8
5.6.1. pH van sterke zuren en basen:........................................................................................................................ 8
5.6.2. pH van zwakke monovalente zuren en basen .............................................................................................. 10
5.6.4. pH van een mengsel van monovalente zuren ............................................................................................... 12
5.6.5 pH van polyvalente zuren en basen: .............................................................................................................. 12
5.6.6 pH berekening van amfolyten: ...................................................................................................................... 12
5.6.7 pH berekening van buffers:............................................................................................................................ 13
5.6.8. Speciesbereking: ........................................................................................................................................... 13
H6. Zuur-base titrimetrie ................................................................................................................................................ 15
6.1. Titratie van een sterk zuur met een sterke base ................................................................................................. 15
6.2. Titratie van sterke base met een sterk zuur: ....................................................................................................... 16
6.3. Titratie van een zwak zuur met een sterke base: ................................................................................................ 16
6.4. Titratie van een zwakke base met een sterk zuur: .............................................................................................. 18
6.5. Titratie van polyvalente zuren en basen:............................................................................................................. 19
6.6. Bepaling van het SP: ............................................................................................................................................. 20
6.7. Speciale gevallen: ................................................................................................................................................. 21
H7. Elektrochemisch evenwicht:................................................................................................................................. 22
7.1. Oxidatie-reductie reacties:................................................................................................................................... 22
7.2. Elektrodepotentiaal en potentiaalbetrekking van Nernst: .................................................................................. 22
7.3. Normaalpotentiaalen en pseudonormaalpotentiaal: .......................................................................................... 22
7.4. Voorbeelden van redoxsystemen: ....................................................................................................................... 23
7.5. De waterstofelektrode en de standaardwaterstofelektrode: ............................................................................. 23
7.9. Evenwichtsconstante en richting der redoxreactie: ............................................................................................ 24
7.10. Pseudonormaalpotentiaal en richting der redoxreactie: .................................................................................. 26
H8. Redoxtitrimetrie ....................................................................................................................................................... 27
8.1. Inleiding................................................................................................................................................................ 27
8.2. Berekening titratiecurve ox1 met red2 ................................................................................................................. 27
8.3. Berekening titratiecurve red2 met ox1: ................................................................................................................ 29
8.4. Bepaling van het SP van een redoxtitratie: .......................................................................................................... 31
8.5. Jodometrie + jodimetrie: ..................................................................................................................................... 31
H9. Oplosbaarheid .......................................................................................................................................................... 32
9.1. Definitie................................................................................................................................................................ 32
9.2. Mechanisme van het oplossen ............................................................................................................................ 32
9.3. Termen in verband met oplosbaarheid: .............................................................................................................. 32
9.4. Ionisatie:............................................................................................................................................................... 32
9.5. Oplosbaarheidsproduct ....................................................................................................................................... 33
2
,H1. Inleiding (geen theorie)
1. Zuur-base titratie: reactie tussen zuren en basen.
o Acidimetrie: concentratiebepaling van zuren door titratie met basen.
o Alkalimetrie: concentratiebepaling van basen door titratie met zuren.
2. Neerslagtitratie: reactie tussen 2 ionen waarbij een onoplosbare stof wordt gevormd.
3. Complextitratie: reactie tussen 2 ionen tot complexvorming.
4. Redoxtitratie: reactie tussen reductie- en oxidatiemiddel, waarbij het oxidatiegetal van het reductiemiddel
toeneemt en dat van het oxidatiemiddel afneemt. Verandering van OG.
H2. Uitdrukken analyseresultaten: eenheden en concentraties (geen theorie)
Uitdrukking van concentratie
Concentratie geeft aan hoeveel van een substantie vervat is in een welbepaald volume of massa.
C = (m/a).f
• m = hoeveelheid bestanddeel aanwezig in het monster
• a = hoeveelheid monster
• f = arbitraire factor (bv.: 102, 106 of 109)
Eenheid van gewicht en massa
In analytische scheikunde gram g als de basiseenheid van een massa gebruiken.
Gewicht van een kilogram is de kracht waarmee de massa in het zwaarteveld van de aarde wordt aangetrokken.
Eenheid van volume
De basiseenheid van volume is liter l, in analysemethoden worden kleinere eenheden gebruikt zoals ml.
Praktische uitdrukkingen
1.1 Vaste monsters:
Gewichtsverhouding g/g:
m/m % g X in 100 g monster
ppm µg X in 1 g monster
ppb ng X in 1 g monster
ppt pg X in 1 g monster
1.2 Vloeistoffen:
Zowel gewichtsverhoudingen, gewicht-volumeverhoudingen als volume-volumeverhoudingen.
Gewicht-volumeverhouding g/V:
m/V % g X in 100 ml
monster
ppm µg X in 1 ml monster
(mg X in 1 l monster)
Volume-volumeverhouding V/V:
V/V % ml X in 100 ml
monster
Ppm µl X in 1 l monster (nl
X in 1 ml monster)
Mol en relatieve molecuulmassa
Mol: hoeveelheid stof.
Relatieve molecuulmassa: aantal gram per mol.
3
,Molariteit
n
Concentratie c in M: c= mol/l = M
V
Molaliteit
Molaliteit m is het aantal mol stof opgelost per kilogram oplosmiddel en is bruikbaar voor precieze fysische metingen omdat
molaliteit niet temperatuurs-afhankelijk is.
Normaliteit
Normaliteit N is het aantal equivalenten van een stof opgelost in 1 liter oplossing. Een equivalent is de massa van het
bestanddeel dat 6,0221367 . 1023 reagerende eenheden bevat. N = M (c) . n
Osmolariteit
Osmolariteit is het totaal aantal mol van de deeltjes opgelost in 1 liter oplossing.
SI-eenheden
H3. Uitdrukken van fouten en statistische evaluatie
Soorten fouten
Systematische of bepaalde fout
Toevallige of onbepaalde fout
Definities
Echte waarde
Afwijking of deviatie
Fout
Juistheid
Precisie
Nauwkeurigheid
Afronden bij berekeningen – beduidende cijfers:
Bij optellen en aftrekken: de minst nauwkeurige component bepaalt de nauwkeurigheid van het resultaat.
Bij vermenigvuldigen en delen: algemeen zal het resultaat niet meer beduidende cijfers bevatten dan het getal met het
kleinst aantal beduidende cijfers dat gebruikt werd.
Voorbeeld foutberekening
Testen voor juistheid
4
,H4. Maatanalyse of volumetrie: basisbegrippen van de titrimetrische analyse
Algemene principes
Titratie: gehaltebepaling waarbij stijgende hoeveelheden van een reagens (titrans / titreervloeistof) met gekende gehalte (titer)
uit een buret toegevoegd worden aan de te bepalen stof (analiet) in een erlenmeyer tot het stoichiometrisch punt bereikt
wordt. Wanneer het stoichiometrisch punt van een titratie bereikt wordt, dan hebben stoichiometrische hoeveelheden van het
analiet A en titrans B met elkaar gereageerd, waarbij geldt:
Aantalmol A = a/b
Aantalmol B
b aantal mol A = a aantal mol B
b MA . VA = a MB . VB
Soorten titrimetrische reacties:
Twee hoofdgroepen nl. uitwisselingsreacties en associatiereacties.
Uitwisselingsreacties
Opgebouwd uit 2 systemen: ene systeem levert een wisseldeeltje dat door het andere systeem wordt opgenomen.
Hieronder staan de zuur-base reacties en redoxreacties.
Zuur-base reacties: wisseldeeltjes zijn H+- of OH- -ion. Afhankelijk van de waardigheid van een zuur kunnen er
verschillende stoichiometrische punten ontstaan.
Redoxreactie:
opgebouwd uit 2 redoxsystemen waarbij het wisseldeeltje een elektron is.
- Reductie: chemisch proces waarbij het OG van een atoom daalt en elektronen worden opgenomen. Het deeltje dat de
elektronen opneemt is de oxidator of elektronenacceptor.
- Oxidatie: chemisch proces waarbij het OG van een atoom stijgt en elektronen worden afgestaan. Het deeltje dat de
elektronen afstaat is de reductor of elektronendonor.
- Associatiereacties:
Associatiereacties:
bestaan uit 1 enkelvoudige reactie onder vorming van een stabiele verbinding. Hieronder staan de
complexreacties en neerslagreacties.
Neerslagreacties: vorming van een zeer weinig oplosbare verbinding.
Vereisten voor titrimetrische analysereacties
Standaardisatie in de titrimetrie
Oertiterstof stellen voor een standaardoplossing. Een oertiterstof is een zuiver product waarmee men door nauwkeurig afwegen
en oplossen in gekend volume een gekende concentratie bekomt.
5
, Nauwkeurigheid der titrimetrie
Soorten titratieschema’s
Rechtstreekse titratie
Het analiet reageert rechtstreeks met de toegevoegde titreervloeistof.
Terugtitratie
Men laat een gekende overmaat van een standaardoplossing (2) reageren met het analiet (1).
Vervolgens wordt de overmaat standaardoplossing (2) getitreerd met een andere standaardstof (3). Dit
titratieschema wordt gebruikt wanneer de reactie van het analiet met standaardoplossing (2) traag verloopt, dus het
evenwicht niet snel genoeg bereikt wordt en het detecteren van het SP niet nauwkeurig kan uitgevoerd worden.
Substitutietitratie
Toevoeging van een willekeurige overmaat S aan x1, waardoor een equivalente hoeveelheid E ontstaat, die met x2
wordt getitreerd.
Gecombineerde substitutie- en terugtitratie
Toevoegen aan x1 van een bekende overmaat x2, gevolgd door een willekeurige overmaat S, en titratie van E met x3.
6
