Chemische Analyse

Een complex is een verbinding waarbij een metaalion wordt omringd door liganden. Een ligand is een molecuul of ion met één of meer vrije elektronenparen. Het ligand geeft als het ware zijn elektronenpaar aan het centraalatoom. Te leen. Want de elektronen gaan niet helemaal naar het centraal atoom. Je kan ook zeggen: "niet voortdurend".

Als het complex uit elkaar valt gaan de elektronen gewoon weer mee met het ligand.

Water is zo'n ligand. De negatieve kant van het watermolecuul hecht zich aan een positief ion.

Een gehydrateerd metaalion is dus een complex.

EDTA

Een bijzonder ligand is edta (ethyleendiaminetetraazijnzuur). Het EDTA-molecuul heeft 6 elektronegatieve groepen met daarin vrije elektronenparen:

* 4 carboxylgroepen (rood) * 2 aminogroepen (blauw)

Onder: in de zwarte cirkels zie je de 6 elektronegatieve groepen. Het molecuul vouwt zich rond een metaalion: rechts in het plaatje.

EDTA is daardoor een 6-tandig ligand. Een metaalion wordt door het molecuul "gevangen in een kooi" als het ware.

Met EDTA kun je heel goed metaalionen titreren. Dit noemen we complexometrie.

Eigenschappen complexometrie:

* EDTA in de buret

* pH in het titratievat hangt af van het te "vangen" ion, in de regel: licht basisch of neutraal.

* de indicator geeft zelf een gekleurd complex met het metaalion, om alle ionen met EDTA te vangen moet je dus door titreren tot de kleuromslag volledig is.

Terminologie

Vooral in het Engels kom je verschillende benamingen tegen voor complexen:

complex	complex
coördination compound	complex
chelate (spreekuit: kieleete)	complexvormer, dus eigenlijk meer het ligand
masking agent	maskeer-middel, complexvormer, dus eigenlijk het ligand

Hard water

Hard water bevat veel calcium en mogelijk magnesium-ionen. Maar het gaat vooral om Ca²⁺. De belangrijkste nadelen van hard water:

* Ca²⁺ reageert met anionogene zeepmoleculen, dus zeep dat een negatief ion is. Er is dan meer zeep nodig voor het wasproces.

Het calcium-zeep neerslag draagt bij aan de "grauwsluier". Bij het handenwassen met hard water merk je het ook.

* Ca²⁺ reageert met carbonaat dat uit HCO₃^- ontstaat bij verwarmen: 2 HCO₃^- ---> H₂O + CO₃^2- Ca²⁺ + CO₃^2- ---> CaCO₃↓

Dit calciumcarbonaat is het bekende "ketelsteen". De afzetting op verwarmingselementen in de wasmachine of in het koffiezetapparaat.

Hardheid is belangrijk in het dagelijks leven maar ook in fabrieken waar water gebruikt wordt. Daarom wordt de hardheid veel gemeten. De hardheid verschilt in Nederland per regio:

hardheid per gemeente.

verder....

Test hoofdstuk 6

Kruiswoord hoofdstuk 6

Antwoorden opg h 6

"Argentometrie" wil zeggen: titreren met zilverionen. Zilverionen reageren met chloride-ionen:

Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓

Met chloride-ionen. Maar let op: ook met bromide, jodide, carbonaat en fosfaat-ionen. Deze ionen kunnen dus storen. Het hangt dus van de monstersamenstelling af. Titreer je in zuur milieu (Volhard) dan heb je geen last van carbonaat en fosfaat-ionen. Deze reageren dan met het zuur.

Er zijn twee uitvoeringen: Mohr en Volhard.

Titratie volgens Mohr

* we titreren met een AgNO₃-oplossing

* in neutraal milieu

* indicator: K₂CrO₄

Titratie-reactie: Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓ Indicatorreactie: 2 Ag⁺ + CrO₄^2- → Ag₂CrO₄↓ (rood)

Titratie vogens Volhard

* terugtitratie van een overmaat AgNO₃

* we titreren met een KCNS-oplossing in zuur milieu

* indicator: Fe³⁺-oplossing

* reacties: Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓ terugtitratie: Ag⁺ + CNS^- → AgCNS↓

indicator: Fe³⁺ + CNS^- → FeCNS^2- (rood)

Oplosbaarheidsproduct

Bij argentometrie ontstaat er steeds een neerslag. De vorming van een neerslag uit ionen wordt beschreven door de evenwichtsvoorwaarde. Bij oplosbaarheid noemen we dit het oplosbaarheidsproduct. Het neerslag AgCl ontstaat zodra het ionenproduct gelijk is aan het oplosbaarheidsproduct:

K_s = [Ag⁺] x [Cl^-]

De waarde van K_s is bij kamertemperatuur:1,78 x 10^-10

Als de waarde van het ionenproduct groter dreigt te worden dan de waarde van Ks dan ontstaat er dus een neerslag. Omgekeerd: als je vast AgCl in water wil oplossen dan zal dat ook enigszins gebeuren. Er komen dan ionen in de oplossing totdat het ionenproduct gelijk is aan K_s. Daarom zeggen we "oplosbaarheidsproduct". Je kunt de oplosbaarheid van een stof (bestaande uit ionen) dan ook uit K_s voorspellen.Veel studenten vinden dit een moeilijk onderwerp in aanvulling op de voorbeelden in het boek hier de oplossing van vraag 1. e:

Hoeveel g Al(OH)₃ lost theoretisch op (als we de invloed van het waterevenwicht niet meerekenen)?

Oplossing:

Stel er lost op: x mol Al(OH)₃ per liter: Al(OH)₃ → Al³⁺ + 3 OH^-

Er ontstaat dan: x mol Al³⁺ en 3x mol OH^-

Het oplosbaarheidsproduct wordt dan: K_s = 1 · 10^-32 = x · (3x)³ dus: 27x⁴ = 1 · 10^-32 los x op: x = 4,4 · 10^-9 mol/L

Vermenigvuldig met de molaire massa ( 78) en je vindt: 3,4 · 10^-7 gram/L.

Buitengewoon weinig en... het is in werkelijkheid nog minder. We hebben het waterevenwicht namelijk niet meegerekend. Maar het water levert natuurlijk ook OH^- ionen. Het oplosbaarheidsproduct voorspelt in zijn eentje dan ook vaak niet de juiste concentraties.

Ook met opgave 1. f is er zo iets aan de hand. Het fosfaat-ion is een vrij sterke base en zal H⁺ binden: PO₄^3- + H₃O⁺ → HPO₄^2- + H₂O

Deze fosfaat-ionen zijn verloren voor het ionenproduct van de oplosbaarheid! Er lost daardoor meer op dan je op grond van het oplosbaarheidsproduct zou denken!

en verder..

Test h5

Kruiswoord h5

Antwoorden opgaven h5

Oxidimetrie gaat over titreren met redoxreacties. Je zou kunnen zeggen: "titreren met elektronen". Vergelijk dit met het titreren met protonen bij zuur/base-titraties. Er zijn dan twee mogelijkheden:

Oxidator in de buret, bijvoorbeeld: kaliumpermanganaat (KMnO₄), de toepassing noemen we "permanganometrie", of: cerium(IV)sulfaat (Ce(SO₄)₂). In principe zijn verschillende andere oxidatoren die we in een buret kunnen doen. Maar, kaliumpermanganaat en cerium(IV)sulfaat worden wel het meest toegepast.

Bij permanganometrie is de halfreactie van de oxidator altijd: MnO₄^- + 8 H₃O⁺ + 5 e → Mn²⁺ + 12 H₂O

Reductor in de buret, bijvoorbeeld: natriumthiosulfaat (Na₂S₂O₃), de toepassing noemen we: "jodometrie", of: ijzer(II)sulfaat in zuur milieu. Deze twee zijn de meest toegepaste.

Bij jodometrie zijn er altijd de volgende reacties:

oxidator + 2 I^- → I₂ + reductor

Daarna reageert natriumthiosulfaat (titratiereactie):

I₂ + 2 S₂O₃^2- → 2 I^- + S₄O₆^2-

Het titratie-eindpunt kan potentiometrisch worden bepaald. De meetelektrode is platina. We kunnen ook een indicator gebruiken. Redox-indicatoren hebben in geoxideerde vorm een andere kleur dan in gereduceerde vorm. Het bekendste voorbeeld is feroïne. Geoxideerd is feroïne licht blauw en gereduceerd rood.

Berekeningen

Chemische berekeningen zijn in de oxidimetrie lastig omdat de reactieverhoudingen vaak niet zo simpel zijn. Misschien leuk (nou ja: nuttig) om een rekenvoorbeeld te geven? We kijken dan naar opgave 10 in hoofdstuk 4. Deze zelfde opgave maar met andere getallen:

Chloorbleekloog (bleekwater) bevat chloor opgelost met NaOH:
Cl₂ + 2 OH^- → ClO^- + H₂O + Cl^-
Bij toevoeging van zuur komt het chloor weer vrij:
ClO^- + Cl^- + 2 H₃O⁺ → Cl₂ + 3 H₂O
Het chloor dat gebonden is en op bovenstaande wijze kan worden vrijgemaakt noemt men: "werkzaam" of "actief" chloor.
Een analist weegt 1252 mg chloorbleekloog af en voegt na verdunnen toe: 2 g KI en 10 mL zoutzuur (c(HCl) = 4 mol/L). Hij titreert het vrijgekomen jood met 12,32 mL natriumthiosulfaatoplossing met c(Na₂S₂O₃) = 0,1052 mol/L.
Bereken het gehalte aan actief chloor in g Cl₂ per 100 g oplossing.

> Reacties:

Cl₂ + 2 I^- → I₂ + 2 Cl^-

I₂ + 2 S₂O₃^2- → 2 I^- + S₄O₆^2-

Hieruit volgt dat 1 mmol chloor (Cl₂) reageert met 2 mmol thiosulfaat (S₂O₃^2- )

> Gehaltebepaling, dus start de berekening met de titratie-uitkomst: verbruik: 12,32 mL x 0,1052 mmol/mL = 1,296 mmol S₂O₃^2-

> Dit heeft gereageerd met 0,5 x 1,296 = 0,6480 mmol Cl₂ Dit is: 0,6480 mmol x 70,91 mg/mmol = 45,95 mg chloor.

> Massa (gram) chloor per 100 g chloorbleekloog:

0,04595 g / 1,252 g = 0,0367 g chloor per 1 g bleekwater ---> x 100 = 3,67 g chloor/100g bleekwater

Opgave 10 uit het boek moet nu ook te doen zijn....

Het onderwerp "Oxidimetrie" komt ook voor in Basischemie voor MLO, hoofdstuk 18. Kun je ook nog eens een kijkje nemen en de test maken.

en verder....

Test h4

Kruiswoord h4

Antwoorden opgaven h4

Acidimetrie is de volumetrische analysetechniek waarbij er sterk zuur (meestal zoutzuur) in de buret zit of sterke base (meestal natronloog). De buret is het toestel waarmee je nauwkeurig de titrant kan doseren. Het kan met een glazen buis met een maatverdeling, maar een professioneel laboratorium zal voor motorzuigerburetten kiezen. Als de analyse vaak gedaan wordt: half of heel automatisch. Voor enkele voorbeelden:

Tijdens een "acidimetrische" titratie verandert de pH. Het theoretisch titratie-eindpunt is in de pH-sprong. Daar waar de pH het sterkst verandert. Om het volume te vinden waarbij dat het geval is, gebruiken we een indicator of pH-meter.

A Titratie van een sterk zuur: Natronloog in de buret, sterk zuur in de titratiekolf. De pH stijgt sterk rond pH = 7.
B Titratie van een zwak zuur: Natronloog in de buret, zwak zuur in de titratiekolf. Het eindpunt ligt iets boven pH = 7. Er is in het eindpunt een zwakke base in de oplossing.
C Titratie van een tweewaardig zwak zuur: Natronloog in de buret, zuur in de titratiekolf. Het eindpunt ligt boven pH = 7 want er is weer een zwakke base in de oplossing. Er zijn nu twee pH-sprongen, voor elke H⁺ van het zuur is er een sprong.
D Titratie van een sterke base: Zoutzuur in de buret, sterke base in de titratiekolf. De pH daalt sterk rond pH = 7.
E Titratie van een zwakke base: Zoutzuur in de buret, zwakke base in de titratiekolf. De pH daalt sterk rond pH = 7. Halverwege is er weer een situatie waarbij er evenveel zwakke base als zwak zuur aanwezig is. De pH is dan gelijk aan de pKz van het zwakke zuur.
F Titratie van een tweewaardige zwakke base: Zoutzuur in de buret, base in de titratiekolf. Er zij twee pH-sprongen. Voor elke reactiestap één. Tweemaal is er nu een situatie met evenveel zwakke base als zwak zuur. De pH is dan steeds weer gelijk aan de pKz van het zwakke zuur.
	Hiernaast staan nog eens enkele veel gebruikte indicatoren met hun kleuromslag. Vraag: Welke indicator kun je gebruiken voor elk van de bovenstaande titraties?