h. Nồng độ phần tỉ (nồng độ ppb)

Là khối lượng (µg) chất tan có trong 1kg dung dịch hay ppb là số µg chất tan có trong 1L dung dịch

* Giữa nồng độ phân tử gam và nồng độ %:

M : khối lượng phân tử chất tan

C_M : nồng độ mol của dung dịch

d : khối lượng riêng của dung dịch

C%: nồng độ % của dung dịch

* Giữa nồng độ đương lượng và nồng độ % của dung dịch:

D: đương lượng gam

* Giữa C_M và C_N:

C_N = n.C_M

n: Số điện tích mà 1 ptg chất trao đổi

hoặc n: Số e mà 1 phân tử gam chất trao đổi

Ví dụ 1: Ta có dung dịch 0,5M H₂SO₄. 1 mol H₂SO₄ ứng với số đương lượng gam là 2. Do đó C_N = 2. 0,5 = 1N.

Ví dụ 2: Dung dịch sử dụng bình acqui là dung dịch H₂SO₄ 3,75M, có khối lượng riêng là: 1,230 g/ml. Tính nồng độ %, nồng độ molan và nồng độ đương lượng của H₂SO₄ trong dung dịch trên.

Giải:

Khối lượng của 1 lít dung dịch: 1000 * 1,230 = 1230g

Khối lượng của H2O trong 1 lít dung dịch: 1230 - 368 = 862g

Do đó:



1.11. Công thức pha chế hóa chất

1.11.1. Pha dung dịch có nồng độ mol/L

Đối với chất rắn: Pha V(mL) dung dịch (A) có nồng độ C_M từ tinh thể rắn (A) có độ tinh khiết (p%). Khối lượng chất rắn cần lấy là:

m = (g)

V₀ =

Cho vào bình định mức, pha nước cất đến vạch V(mL) thì thu được V(mL) dung dịch (A) có nồng độ C_M

1.11.2. Pha dung dịch có nồng độ đương lượng C_N

Đối với chất rắn: Pha V(mL) dung dịch (A) có nồng độ C_N từ tinh thể rắn (A) có độ tinh khiết (p%). Khối lượng chất rắn cần lấy là:

m = (g)

V₀ =

m_ct = (g)

m_ct = x (g)

Trong đó M₁ là khối lượng phân tử ngậm nước

M₂ là khối lượng phân tử không ngậm nước

Pha V(mL) dung dịch (A) C₁% có d₁ (g/mL) từ dung dịch đậm đặc có nồng độ (A) C₂% có d₂ (g/mL). Dùng pipet hút từ dung dịch đậm đặc (A) có nồng độ C% một lượng

V₂ =

Cho vào bình định mức, pha nước cất đến vạch V(mL) thì thu được V(mL) dung dịch (A) có nồng độ C₁ %

Pha V (mL) dung dịch có nồng độ ppm từ tinh thể rắn (A) có độ tinh khiết (p%). Khối lượng chất rắn cần lấy là:

m = (g)

Sau đó, cho vào bình định mức, pha nước cất đến vạch V(mL) thì thu được V(mL) dung dịch (A) C_ppm

• 
  Yêu cầu sử dụng.
  
• 
  Độc tính của hóa chất gốc và dung môi hòa tan.
  
• 
  Tính bền vững, độ tinh khiết & khả năng hòa tan của chất gốc.
  
• 
  Cấp độ chính xác cần có của hàm lượng hóa chất phải pha chế.
  
• 
  Vật chứa đựng và điều kiện bảo quản phù hợp.
  

Phải yêu cầu người sử dụng cung cấp mục đích sử dụng hóa chất:

• 
  Làm dung dịch nền.
  
• 
  Làm chất chuẩn.
  
• 
  Làm chất chỉ thị.
  

• 
  Lượng hóa chất cần pha.
  
• 
  Dung môi hòa tan.
  
• 
  Yêu cầu chính xác về hàm lượng.
  

• 
  Phù hợp với yêu cầu sử dụng: Ví dụ pha dung dịch chuẩn Zn trong nền HNO₃ thì không dùng ZnCl₂ hay ZnSO₄.
  
• 
  Đang ở dạng gì: rắn, lỏng?
  
• 
  Có độ tinh khiết cao (99% đến 99.9999%) tùy yêu cầu sử dụng.
  
• 
  Không có tạp chất gây hại đến yêu cầu sử dụng.
  
• 
  Không hút ẩm, chảy rữa, phân hủy….
  
• 
  Hòa tan được trong dung môi cần sử dụng.
  
• 
  Độ bền của hóa chất cần pha chế: hấp phụ, phân hủy ….
  

Dung môi hữu cơ:

• 
  Phân cực, không phân cực.
  
• 
  Dễ bay hơi, khó bay hơi.
  
• 
  Độ tinh khiết:
  

• 
  Nước cất 1 lần.
  
• 
  Nước cất 2 lần.
  
• 
  Nước siêu sạch (khử ion).
  

• 
  Phải không bị dung môi ăn mòn.
  
• 
  Không làm mất mát, phân hủy hóa chất.
  
• 
  Kín, bọc Pb chống phóng xạ (nếu có).
  

• 
  Cân, hút chất gốc.
  
• 
  Hòa tan chất gốc trong dung môi phù hợp.
  
• 
  Chuyển định lượng dung dịch vào bình mức, ống đong ….
  
• 
  Định mức.
  
• 
  Ghi nhãn và lưu hồ sơ.
  

Trong phương pháp chuẩn độ thể tích, người ta dùng chỉ thị để xác định điểm tương đương, từ đó có thể xác định được nồng độ của chất cần phân tích.

Chỉ thị là chất được cho vào dung dịch khi tiến hành định lượng. Sự thay đổi về pH, thế oxy hóa – khử…sẽ làm thay đổi màu của chỉ thị.

Các chỉ thị thường dùng trong phương pháp chuẩn độ thể tích:

Chỉ thị nội: chỉ thị cho vào dung dịch khi tiến hành định lượng

Chỉ thị ngoại: chỉ thị để ngoài, dùng dụng cụ như đũa thủy tinh lấy dung dịch rồi cho tác dụng với thuốc thử như trường hợp dùng giấy tẩm hồ tinh bột.

Có thể chia chỉ thị làm các loại sau:

• 
  Chỉ thị axít - bazơ
  
• 
  Chỉ thị oxy hóa - khử.
  
• 
  Chỉ thị kết tủa.
  
• 
  Chỉ thị tạo phức.
  

Chất chỉ thị màu thường dùng trong phương pháp acid – base là chất chỉ thị acid – base hay chất chỉ thị pH. Đó là những hợp chất hữu cơ biểu lộ tính acid yếu hoặc base yếu có thể thay đổi màu theo pH của dung dịch.

Bản thân các chất chỉ thị này là các acid yếu hoặc các base hữu cơ yếu mà ở dạng phân tử hoặc ion chúng có màu khác nhau. Điều này do sự phân ly hoặc liên hợp của chất chỉ thị kèm theo sự chuyện vị cấu trúc bên trong dẫn đến sự đổi màu.

Phản ứng điển hình của chỉ thị acid – base dưới dạng sau:

Hind + H₂O H₃O⁺ + Ind^-

hoặc:

Trong các dung dịch acid mạnh, chỉ thị Hind là dạng chiếm ưu thế, tương ứng với “màu acid” và Ind^- sẽ là “màu kiềm” của nó. Trong các dung dịch kiềm các ion Ind^- sẽ chiếm ưu thế tương ứng với “màu kiềm” của chất chỉ thị đó.

• 
  Ảnh hưởng của các ion trong dung dịch: Các chất điện lý trong dung dịch có tác dụng đến màu sắc của chất chỉ thị trên hai khía cạnh: Thay đổi cường dộ màu của một trong hai dạng màu của chất chỉ thị; Ảnh hưởng đến cân bằng của chất chỉ thị. Do đó trong nhiều trường hợp phải hiệu chỉnh lại pH của khoảng đổi màu của chất chỉ thị.
  
• 
  Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi thay đổi nhiệt độ của dung dịch sẽ làm thay đổi sự đổi màu của chất chỉ thị, vì làm thay đổi khả năng phân ly của dung môi, của acid, base, muối và cả của chất chỉ thị.
  
• 
  Ảnh hưởng của dung môi: Khi thay đổi dung môi thì sự phân ly của acid – base thay đổi. Chỉ thị acid – base do đó cũng thay đổi theo dung môi. Đó là nguyên nhân gây nên sự ảnh hưởng của dung môi đến sự đổi màu của chỉ thị.
  

Tính chất: Không tan trong nước, tan trong rượu, ở dạng không màu. Tùy theo hàm lượng trong rượu mà có khoảng pH chuyển màu khác nhau:

• 
  0.1% trong rượu: 8.0 - 9.9: không màu đỏ.
  
• 
  1% trong rượu: 7.0 – 9.0: không màu hồng.
  

Phenolphtalein là một axít hữu cơ yếu, không màu trong dung dịch axít và có màu trong môi trường kiềm. Trong môi trường kiềm mạnh màu của chúng bị mất chậm.

Trong dung dịch nó tồn tại cân bằng:

Metyl da cam: Công thức phân tử C₁₄H₁₄N₃NaO₃S. Công thức cấu tạo:

Tính chất: Dạng bột màu đỏ, tan trong nước. Khoảng chuyển màu: đỏ (pH < 3.1) cam (3.1 < pH < 4.4) vàng (pH > 4.4).

Dùng để chuẩn độ acid yếu & acid đa chức.

2.2. Chỉ thị oxy hóa - khử

Trong đại đa số các trường hợp chất chỉ thị trong phương pháp oxy hóa khử là những chất oxy hóa hoặc khử mà dạng oxy hóa và dạng khử của nó có màu khác nhau. Vì vậy màu của chất chỉ thị phụ thuộc vào thế oxy hóa khử của dung dịch. Mỗi chất chỉ thị oxy hóa khử có một khoảng đổi màu xác định.

Một số chỉ thị oxy hóa – khử hay sử dụng:

- Diphenylamin: Được sử dụng dưới dạng dung dịch 1% trong axít sunfuric đặc. Chất này có thể tiêu chuẩn E0 = + 0,76V. Dạng oxy hóa có màu tím, dạng khử không màu.

- Diphenulbenzidin: Chất chỉ thị có công thức cấu tạo:

Được sử dụng dưới dạng dung dịch 1% trong axít sunfuric đặc. Chất này có thể tiêu chuẩn E0 = + 0,76V. Dạng oxy hóa có màu tím, dạng khử không màu.

Chất chỉ thị này có E⁰ = + 1,06 V. Dạng oxy hóa có màu xanh nhạt, dạng khử có màu đỏ.

I₂ - 2e ↔ 2I^-

Na₂S₂O₃ + I₂ → 2NaI + Na₂S₄O₆

Cho chất oxy hóa cần định phân tác dụng với lượng dư ion I- rồi chuẩn độ lượng I^- vừa tạo thành bằng dung dịch chuẩn thiosunfat với chất chỉ thị là hồ tinh bột.

2.3. Chỉ thị kết tủa

Chỉ thị kết tủa là chỉ thị đặc trưng cho phản ứng chuẩn độ kết tủa. Chỉ thị sẽ tạo kết tủa với ion kim loại dư (khi dư 1 giọt chất chuẩn) cho ra kết tủa có màu khác biệt rõ rệt so với kết tủa đang chuẩn độ.

Ví dụ: Phương pháp Mohr: Trong phép chuẩn độ này người ta dùng chất chỉ thị là CrO₄^2- CrO₄^2- tác dụng với Ag⁺ cho kết tủa Ag₂CrO₄ màu đỏ gạch có độ hòa tan 8,4.10-5mol/L lớn hơn độ hòa tan của AgCl (1.10-5 mol/L):

2Ag⁺ + CrO₄^2- = Ag₂CrO₄↓

Khi cho từ từ ion Ag⁺ vào dung dịch chuẩn độ các ion Cl^-, CrO₄^2- thì AgCl sẽ kết tủa trước, Ag₂CrO₄ sẽ kết tủa sau.

Phương pháp Volhard: Dựa trên phản ứng giữa Ag+ và SCN-, dùng ion ion Fe³⁺ làm chất chỉ thị.

Ag⁺ + SCN^- ↔ AgSCN (rắn)

Sau khi đạt điểm tương đương, lượng CNS^- dư sẽ tạo với Fe³⁺ phức sunfuaxianua sắt có màu đỏ máu.

Fe³⁺ + 3SCN^- ↔ Fe(SCN)₃

Như vậy điểm tương đương của phép chuẩn độ được xác định căn cứ vào sự tạo thành phức Fe(SCN)₃ có màu đỏ. Phép chuẩn cần được thực hiện trong môi trường axít để ngăn ngừa sự kết tủa Fe(III) dưới dạng hiđroxit.

Là chỉ thị đặc trưng cho phản ứng chuẩn độ tạo phức. Chỉ thị sẽ tạo phức có màu với ion kim loại dư (khi dư 1 giọt chất chuẩn) hoặc bị đẩy ra khỏi phức chất thành dạng có màu.

MIn^- + Y’ MY + In’

Chất chỉ thị thường được sử dụng rộng rãi là Eriocrom black T (ký hiệu H₂Ind^-): là một loại acid đa bậc yếu. Trong dung dịch có pH < 7 tồn tại dưới dạng:

Chất chỉ thị này có phạm vi đổi màu khác nhau:

Khi sử dụng chất chỉ thị này trong chuẩn độ xác định hàm lượng các cation kim loại thường dùng pH = 6,3 – 11,6 nên tồn tại dạng HInd^2- có màu xanh. HInd^2- tạo phức kém tan, kém bền với cation kim loại có màu đỏ. Như vậy nếu chỉnh dung dịch chuẩn độ có pH = 6,3 – 11,6 khi cho chất chỉ thị Eriocrom black T vào dung dịch sẽ có màu đỏ nếu trong dung dịch có các cation kim loại. Dùng EDTA chuẩn độ dung dịch này thì việc kết thúc chuẩn độ khi dung dịch chuẩn độ có màu đỏ chuyển sang màu xanh.

Eriocrom black T tạo phức đỏ hoặc hồng với ion kim loại Mg²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺ thường được dùng để chuẩn độ trực tiếp các ion đó trong môi trường pH = 10 dùng hỗn hợp đệm ammonia.

Ví dụ 1: Chuẩn độ cation Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước tự nhiên bằng EDTA, chất chỉ thị là Ericrom black T.

Trước tiên ta dùng dung dịch đệm có pH = 10 để điều chỉnh pH của dung dịch chuẩn độ có pH là 10. Cho vài giọt chất chỉ thị Ericrom T black vào:

HInd^2- + Me²⁺ ↔ MeInd^- + H⁺

Me²⁺: Ca^2+, Mg²⁺

MeInd^- có màu đỏ.

Dùng dung dịch tiêu chuẩn H₂Y^2- chuẩn độ dung dịch này. Tại điểm tương đương H₂Y^2- chiếm hết Me²⁺ đẩy HInd^2- ra có màu xanh:

H₂Y^2- + MeInd^- ↔ MeY^2- + HInd^2- + H⁺

Việc kết thúc chuẩn độ khi dung dịch chuẩn độ đổi màu từ đỏ tím sang xanh lam. Có thể dùng chất chỉ thị Murexít (ký hiệu H₄Ind^-) trong phép chuẩn độ complexon.

Murexít là muối amoni của axít pupuric C₈H₅O₂N₅, là một loại bột màu đỏ thẫm. Dung

dịch nước murexít có màu tím thay đổi theo môi trường: ở pH ≤ 9 màu tím đỏ, pH = 9 -10: màu tím, pH > 11: tím xanh. Trong môi trường axít mạnh H₄Ind^- có công thức cấu tạo như sau:

H₄Ind^- tác dụng với cation kim loại thành phức màu hồng. Dùng EDTA chuẩn độ dung dịch thì tại thời điểm tương đương EDTA dành hết cation kim loại đẩy H₄R^- ra nên dung dịch chuẩn độ có màu tím.

Murexít là chất chỉ thị tốt cho việc chuẩn độ trực tiếp các ion Ca²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Ag⁺.

Ví dụ 2: Chuẩn độ dung dịch Ca²⁺ trong nước tự nhiên bằng dung dịch tiêu chuẩn EDTA với chất chỉ thị murexít. Đầu tiên dùng dung dịch NaOH điều chỉnh pH của dung dịch chuẩn độ có pH = 12. Cho tiếp một ít murexít vào:

H₄R^- + Ca²⁺ ↔ CaH₂R^- + 2H⁺

Dung dịch chuẩn độ lúc này có màu hồng.

Dùng dung dịch tiêu chuẩn H₂Y^2- để chuẩn độ dung dịch này. Tại điểm tươngđương:

CaH₂R^- + H₂Y^2- ⇔ CaY^2- + H₄R

Dung dịch lúc này có màu tím.

Việc chuẩn độ kết thúc khi dung dịch chuẩn độ đổi từ màu hồng sang màu tím.

Cách pha chế dung dịch chỉ thị:

TN1: Pha chế chỉ thị Methyl orange (MO) 0,1%

− Cân 0,1g Methyl orange (MO) trong cốc 250mL, thêm nước cất để được 100mL dung dịch chỉ thị. Khuấy đều dung dịch.

− Bảo quản chỉ thị trong chai nhựa hoặc thủy tinh có nắp đậy kín.

TN2: Pha chế chỉ thị hồ tinh bột 1%

− Cân 1g hồ tinh bột trong cốc 250mL.

− Tẩm một ít nước cất, rồi khuấy thành hồ.

− Thêm nước nóng để được 100mL dung dịch.

− Đem đun sôi trong 10 phút. Để nguội, nhỏ thêm 5 giọt formaldehit

− Bảo quản chỉ thị trong chai thủy tinh có nắp đậy kín.

− Cân 1g K₂CrO₄ trong cốc thủy tinh 50mL.

− Thêm nước cất để được 10mL dung dịch chỉ thị. Khuấy đều cho tan hết.

− Bảo quản chỉ thị trong chai thủy tinh có nắp đậy kín.

− Cân 0,1g ET.00 dạng rắn, rồi đem nghiền mịn trong cối sạch.

− Cân 10g NaCl rắn trong chén nung sạch. Đem sấy ở nhiệt độ 105⁰C trong 30 phút. Để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng

− Trộn trong cối sứ thành bột mịn, bảo quản trong chai nâu

− Cân 0,3g Eriochrome Black T, dùng 20mL alcol hòa tan trong cốc 100mL, thêm nước cất đến vạch 100mL và khuấy đều dung dịch.

− Bảo quản chỉ thị trong chai thủy tinh, đậy nắp kín.

TN6: Pha chế chỉ thị Murexit 1% (ở dạng hỗn hợp rắn)

− Nghiền 0,1g chỉ thị với 10g NaCl khan (loại tinh khiết) trong cối sứ thành bột mịn. Hỗn hợp rắn có nồng độ chỉ thị là 0,1%.

− Bảo quản chỉ thị trong chai thủy tinh, đậy nắp kín và để trong bình hút ẩm.

TN7: Pha chế chỉ thị Methyl red (MR) 0,1%

− Cân 0,01g methyl red cho vào cốc 250mL, thêm 10mL alcol 95%, khuấy đều cho tan.

− Bảo quản trong chai có nắp đậy kín.

TN8: Pha chế chỉ thị Phenolphtalein (PP) 1 %

− Cân 0,1 g Phenolphtalein (PP) pha trong 10mL alcol 95%, khuấy tan.

− Bảo quản trong chai nhựa hoặc thủy tinh màu tối, đậy kín nắp.

TN9: Pha chế chỉ thị Metylen xanh 1% (MB)

− Cân 1g MB cho vào bình định mức 100ml, định mức tới vạch bằng nước cất

− Bảo quản trong chai nhựa hoặc thủy tinh màu tối, đậy kín nắp.

TN10: Pha chế chỉ thị Alizarin vàng 0,1%

Hòa tan 0,1g chỉ thị trong 100mL nước cất.

Một hợp chất hoá học được sử dụng để phát hiện, xác định hay để tách trong quá trình phân tích hoá học một chất hay hỗn hợp của nhiều chất được gọi là thuốc thử phân tích. Do đó thuốc thử phân tích bao gồm cả những chất chỉ thị, chất điều chỉnh pH, dung dịch rửa kết tủa…

Vậy một hợp chất chứa carbon (CO₂, CO, CaCO₃) bất kỳ hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp được sử dụng trong hoá phân tích được gọi là chất phản ứng phân tích hữu cơ hoặc gọn hơn là thuốc thử hữu cơ.

Nghiên cứu phản ánh giữa thuốc thử hữu cơ với ion vô cơ và ứng dụng nó vào phân tích thực chất là nghiên cứu quá trình tạo phức. Sự phát triển lý thuyết hoá học trong những năm gần đây và đặc biệt là sự ứng dụng thuyết trường phối tử vào việc nghiên cứu các kim loại chuyển tiếp và phức của chúng đã giúp các nhà khoa học nói chung và phân tích nói riêng hiểu sâu sắc những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của phức chất, bản chất phổ hấp thụ của chúng và những tính chất qúy giá khác. Chúng ta sẽ nghiên cứu thuốc thử hữu cơ trong khung cảnh của những lý thuyết hiện đại này.

• 
  Độ tan rất nhỏ của hợp chất tạo bởi thuốc thử hữu cơ và ion vô cơ rất nhỏ. Vì vậy, người ta có thể rửa kết tủa cẩn thận để tách hết các chất bẩn mà không sợ mất đi một lượng đáng kể ion cần xác định. Ngoài ra, hiện tượng kết tủa theo khi dùng thuốc thử hữu cơ cũng rất ít.
  
• 
  Thuốc thử hữu cơ thường có trong lượng phân tử lớn do đó thành phần phần trăm của ion được xác định trong hợp chất tạo thành với thuốc thử hữu cơ bao giờ cũng thấp hơn trong bất kỳ hợp chất nào tạo thành bởi thuốc thử vô cơ.
  
• 
  Thành phần phần trăm của ion được xác định thấp trong sản phẩm cuối cùng làm giảm sai số tính toán, nghĩa là làm tăng độ chính xác của phương pháp phân tích.
  
• 
  Sản phẩm màu của thuốc thử hữu cơ với ion vô cơ, có cường độ màu lớn và trong nhiều trường hợp có cường độ phát hùynh quang lớn, do đó người ta có thể phát hiện cả những lượng vô cùng nhỏ ion vô cơ và định lượng chúng bằng phương pháp đo màu hoặc đo huỳnh quang một cách thuận lợi.
  
• 
  Thêm vào đó, những sản phẩm màu phần lớn là những hợp chất nội phức nên khá bền và dễ chiết bằng dung môi hữu cơ
  
• 
  Do thuốc thử hữu cơ có độ chọn lọc khá cao nên người ta có thể chọn trong mỗi trường hợp riêng biệt, thuốc thử thích hợp nhất và tìm những điều kiện thuận lợi nhất cho phản ứng tiến hành và do đó phản ứng phân tích đạt độ nhạy và độ lựa chọn cao.