Msuri pentru protecia muncii i asigurarea securitii n laboratoarele de biochimie..............................................................................................5 Recoltarea sngelui..........................................................................................................7 Condiii de recoltare......................................................................................................7 Recoltarea sngelui capilar............................................................................................8 Recoltarea sngelui venos.............................................................................................9 Condiiile de conservare a probelor recoltate................................................................9 Obinerea plasmei i a serului......................................................................................10 Prepararea soluiilor procentuale molare, normale..................................................10 Noiunea de pH..............................................................................................................15 Ionizarea apei i produsul ionic al apei...................................................................15 Scara de pH..............................................................................................................16 Determinarea pH-ului cu ajutorul indicatorilor acido-bazici .................................16 Demonstrarea capacitii de tamponare:..................................................................18 Determinarea colorimetric a pH-ului prin metoda cu soluii tampon........................19 Volumetrie......................................................................................................................20 Principiile analizei volumetrice ..............................................................................20 Clasificarea metodelor volumetrice.........................................................................21 Calcule n analiza volumetric................................................................................22 Tehnica titrrii.........................................................................................................22 Erorile determinrilor volumetrice..........................................................................23 Surse de erori...........................................................................................................23 Acidimetria volumetric..............................................................................................25 Titrri acido-bazice..................................................................................................25 Titrarea unui acid tare cu o baz tare.......................................................................25 Determinarea factorului unei soluii de HCl 0,1N cu ajutorul unei soluii etalon..26 Dozarea unei soluii de NaOH cu soluia de HCl 0,1 N cu factor cunoscut............27 Dozarea amoniacului prin diferen........................................................................28 Titrarea unui acid slab cu o baz tare......................................................................28 Aplicaie: Dozarea acidului lactic cu o soluie titrat de NaOH.............................29 Titrarea unei baze slabe cu un acid tare...................................................................30 Oxidimetria volumetric..............................................................................................31 Permanganometrie.......................................................................................................32 Stabilirea factorului soluiei de KMnO4 0,1N.........................................................32 Determinri permanganometrice n mediu acid......................................................33 Dozarea acidului oxalic (micrometod)..................................................................33 Dozarea apei oxigenate (macrometod)..................................................................34 Iodometrie....................................................................................................................35 Dozarea substanelor reductoare............................................................................36 Stabilirea factorului soluiei de Na2S2O3 0,01 N...................................................36 Dozarea substanelor oxidante.................................................................................37 Dozarea K3[Fe(CN)6] (macrometod).................................................................37 Dozarea K3[Fe(CN)6] (micrometod).....................................................................37 Complexometria volumetric......................................................................................38 Dozarea aminoacizilor prin metoda complexonometric (metoda Budesinsky)...............................................................................................40 Volumetria prin reacii de precipitare..........................................................................42 Dozarea clorurilor prin metoda Volhard.................................................................43 Identificarea glucidelor.................................................................................................44 Reacii de reducere..................................................................................................44 1

Identificarea dizaharidelor.......................................................................................51 Identificarea polizaharidelor....................................................................................52 Identificarea glucidelor.................................................................................................53 Identificarea aminoacizilor i proteinelor...................................................................54 Reacii de culoare ..................................................................................................54 Reacii de precipitare ale proteinelor...........................................................................58 Dozarea aminoacizilor monoamino-monocarboxilici prin metoda Srensen.........61 Identificarea nucleoproteinelor....................................................................................63 Vitamine.........................................................................................................................64 Identificarea vitaminelor prin metoda cromatografic................................................64 Dozarea iodometric a acidului ascorbic din urin (metoda Palladin).........................................................................................................66 Enzime............................................................................................................................67 Influena concentraiei substratului asupra vitezei de reacie enzimatic........................................................................................69 Determinarea constantei lui Michaelis pentru ureaz..................................................70 Determinarea activitii catalazei sanguine.................................................................73 Determinarea activitii transaminazelor (metoda colorimetric cu 2,4-dinitrofenilhidrazin)...................................................74 Determinarea activitii fosfatezei alcaline (Metoda Bodansky).....................................................................................................78 Explorarea echilibrului acido-bazic.............................................................................83 Determinarea rapid a rezervei alcaline (bicarbonat actual)...................................84 Metoda Astrup.........................................................................................................85 Ioni anorganici...............................................................................................................85 Determinarea potasiului seric......................................................................................85 Dozarea flamfotometric a potasiului seric.............................................................87 Dozarea calciului i magneziului.................................................................................88 Dozarea calciului.....................................................................................................88 Determinarea cationului calciu n snge..................................................................89 Dozarea calciului prin metoda permanganometric................................................91 Dozarea calciului prin metoda complexonometric................................................92 Dozarea magneziului prin metoda Mann i Yoe.....................................................94 Dozarea ionului de clor din ser prin metoda Schales............................................................................................................97 Dozarea ferului seric (metoda Heilmeyer modificat)................................................98 Dozarea fosfatului anorganic din ser prin metoda Briggs ( cu deproteinizare)..........................................................................100 Compui organici.........................................................................................................103 Dozarea azotului total din ser prin metoda Kjeldahl.................................................103 Dozarea proteinelor totale din ser prin metoda biuretului.........................................106 Electroforeza proteinelor serice ................................................................................109 Dozarea azotului neproteic din ser prin metoda Kjeldahl.........................................113 Dozarea ureei din ser prin metoda cu ureaz.............................................................115 Dozarea ureei din ser prin metoda Kowarski............................................................116 Dozarea acidului uric din ser.....................................................................................119 Dozarea creatininei din ser prin metoda Folin...........................................................121 Dozarea bilirubinei din ser prin diazorecia van den Bergh......................................123 Glucoza......................................................................................................................125 Determinarea glicemiei prin metoda Hagedorn-Jensen (titrimetric)..................125

2

Dozarea glucozei prin metoda enzimatic (glucozoxidaz)..................................130 Teste rapide pentru determinarea glicemiei...........................................................132 Alte tehnici de determinare a glicemiei n laborator.............................................134 Dozarea beta-lipoproteinelor dup Burstein.............................................................135 Dozarea colesterolului total din ser prin metoda enzimatic....................................137 Dozarea colesterolului total i liber...........................................................................138 Obinerea, purificarea i identificarea lecitinei (glbenu de ou).............................140 Hemoglobina.............................................................................................................143 Dozarea hemoglobinei in snge ( metoda Drabkin)..............................................143 Dozarea hemoglobinei sub form de oxihemoglobin.........................................144 Analiza urinei...............................................................................................................144 Examenul fizic al urinei.............................................................................................145 Examenul chimic al urinei.........................................................................................148 Analiza compuilor patologici din urin...................................................................149 Identificarea proteinelor urinare............................................................................149 Evidenierea puroiului...........................................................................................152 Identificarea glucidelor urinare.............................................................................152 Identificarea corpilor cetonici urinari....................................................................157 Teste rapide pentru identificarea corpilor cetonici................................................159 Identificarea acizilor biliari...................................................................................159 Identificarea pigmenilor biliari urinari.................................................................160 Identificarea urobilinogenului i stercobilinogenului............................................161 Identificarea sngelui.............................................................................................162 Teste rapide de diagnostic din urin..........................................................................163 Test rapid de sarcin..................................................................................................163 Analiza de laborator a urinei.....................................................................................164 Determinri n urina din 24 de ore.............................................................................164 Dozarea clorurilor din urin (metoda Mohr).........................................................164 Dozarea acidului uric din urin.............................................................................165 Dozarea creatininei din urin ................................................................................166 Determinarea de clearance (coeficientul de epurare) renal.......................................166 Analiza calculilor urinari...........................................................................................167 Identificarea unor componeni prin reacii specifice:............................................168 Analiza salivei..............................................................................................................169 Identificarea unor componeni ai salivei...................................................................169 Determinarea pH-ului i a capacitii tampon a salivei.........................................171 Analiza sucului gastric................................................................................................172 Determinarea aciditii gastrice.................................................................................172 Analiza lichidului cefalorahidian...............................................................................174 Examenul fizic...........................................................................................................175 Examenul chimic al lichidului cefalorahidian...........................................................175 Analiza scaunului.........................................................................................................176 Metode fizice de analiz folosite n laborator...........................................................178 Fotometria.................................................................................................................178 Spectrofotometru Spekol ......................................................................................180 Spectrofotometrul de absorbie atomic....................................................................182 Spectrofotometrul de absorbie atomic................................................................183 Flamfotometria..........................................................................................................184 Fotometrul cu flacr (flamfotometrul).................................................................184 Poteniometria cu electrozi cu electroni ioni - selectivi............................................186

3

Msurarea pH-ului cu electrodul de sticl.............................................................186 Valori patologice de laborator care amenin viaa.................................................187 Limitele valorilor normale.........................................................................................187

4

Msuri pentru protecia muncii i asigurarea securitii n laboratoarele de biochimie1. ntregul personal i studenii, trebuie s cunoasc i s respecte regulile de protecia muncii i asigurarea securitii, pentru prevenirea accidentelor de munc. 2. Tot personalul care lucreaz n laboratoarele de analize biochimice este obligat s poarte halate curate. 3. Aparatele electrice (centrifug, termostate, frigidere, spectrofotometru etc.) trebuie s aib prizele mpmntate i izolare electric perfect. Fixarea lor n priz se face numai cu mna uscat. 4. nainte de nceperea oricrei lucrri de laborator trebuiesc nsuite tehnic problemele teoretice. 5. Toate reaciile chimice se execut n conformitate cu condiiile prescrise (cantitatea, concentraia, vesela, etc.). 6. Masa de lucru se pstreaz ntr-o ordine i curenie exemplar. 7. Nu se execut nici o operaie n vase murdare. 8. Dup ntrebuinare toate vasele de laborator se spal cu ap de robinet i cu ap distilat. 9. Nu se aglomereaz masa cu vase i aparate inutile, pe mas se pun numai reactivii i vesela necesar pentru lucrarea respectiv. 10. Sticlele cu reactivi s fie ntotdeauna nchise cu dop. Dac se folosesc diferii reactivi trebuie avut grij s nu se schimbe dopurile. Excesul luat dintr-un reactiv nu trebuie turnat napoi n sticl. 11. ncperea unde se prepar acizii minerali, apa de brom, solvenii organici trebuie s fie prevzut cu ni, exhaustor i ventilaie electric. 12. nainte de folosirea unor substane inflamabile (sulfur de carbon, benzin, eter, etc.) se sting toate becurile de gaz. 13. Fiecare laborator trebuie s fie dotat cu extinctor, s se fac instructaj periodic de utilizarea extinctorului i s fie precizat o echip care s intervin n caz de incendiu. 14. Evaporarea solvenilor inflamabili se va face numai pe bi de nisip sau bi de ap electrice, sub nie cu tiraj convenabil.

5

15. Trebuie s se lucreze cu mare precauie cu metalele alcaline, fosfor, brom, clor, acid azotic, substane toxice i inflamabile. 16. Pipetarea produselor biologice se face cu pipete prevzute cu filtru de vat. 17. Pipetarea acizilor concentrai i bazelor se face cu pipet cu volum mai mare dect volumul de pipetat i prevzute cu filtru de vat. 18. Bromul se msoar numai sub ni, cu pipete cu bul, prevzute cu o par de cauciuc pentru aspirare. Acidul sulfuric diluat se prepar prin turnarea acidului sulfuric concentrat n vasul cu ap i nu invers. 19. n timpul nclzirii unei eprubete care conine un lichid captul deschis al eprubetei nu se ine spre cel care efectueaz operaia i nici spre vecini. 20. Nu se las substane n vase neetichetate. 21. Substanele toxice se in sub cheie i n borcane sau sticle prevzute cu etichete cu cap de mort. 22. Este strict oprit gustarea reactivilor deoarece majoritatea substanelor chimice folosite sunt toxice sau caustice. 23. Mirosirea substanelor chimice nu se face prin apropierea nasului direct la gtul sticlei cu reactivi, ci prin aducerea unui curent de aer care conine vapori ai substanelor de la gtul sticlei cu ajutorul palmei n apropierea nasului. 24. Cnd se lucreaz cu substane care n cursul operaiei se pot mprtia sau se pot produce mici explozii, se folosesc ochelari de protecie. 25. Tuburile de oxigen, bioxid de carbon i azot lichid se depoziteaz, n afara laboratorului. Cnd sunt strict necesare anumitor operaii n laborator ele se ancoreaz cu lan n locuri anume prevzute. 26. Cromatografia i electroforeza se efectueaz n ncperi izolate de restul laboratorului i prevzute cu ventilatoare electrice. 27. n legtur cu lucrarea practic efectuat se noteaz toate observaiile precum i schia instalaiei folosite. 28. Acizii minerali i hidroxizii concentrai, hrtiile i eprubetele sparte nu se arunc n chiuvete. 29. Dup terminarea activitii, se pun toate vasele la loc, se cur masa i se controleaz dac aparatura electric a fost scoas din prize i robinetele de ap i gaz nchise.

6

30. Fiecare laborator trebuie s fie dotat cu o trus de prim ajutor care s conin medicamente i material sanitar strict necesar (antinevralgice, cardiotonice, antibiotice, antiseptice, calmante, fei, tifon etc.). 31. Este interzis pstrarea alimentelor n frigidere cu produse biologice,. pentru a evita pericolul de infectare. 32. Este necesar ca msurile de protecia muncii, asigurarea securitii, prevenirea toxicitii s fie prelucrate cu fiecare grup de studeni la nceputul activitii anului universitar i reamintite periodic. 33. n cazul unor accidente se va apela la conductorul lucrrii.

Recoltarea sngeluiAnalizele chimice ale constituenilor anorganici i organici sanguini se pot realiza pe snge venos, capilar i arterial (foarte rar). Investigaiile comparative pe snge capilar i venos au artat c nu exist diferene dependente de modul de prelevare pentru urmtoarele substane: sodiu, potasiu, clor, calciu, fosfor, colesterol, uree, proteine totale. n schimb pentru glucoz sau gsit valori mai mici n sngele venos fa de cel arterial, pentru piruvat i lactat valori mai mari n sngele venos dect n cel capilar iar pentru amoniac valorile din sngele arterial sunt mai mari dect cele din sngele venos.

Condiii de recoltaren mod curent, recoltarea sngelui se efectueaz dimineaa, jeun (pe nemncate). Analizndu-se influena micului dejun (mas uoar) asupra concentraiei unor constitueni sanguini, s-a gsit c recoltarea sngelui jeun nu este obligatorie n cazul dozrii urmtoarelor elemente: clor, sodiu, potasiu, calciu, bicarbonat, uree, creatinin, acid uric, proteine totale, colesterol, amilaz, ceruloplasmin, fosfataz alcalin, fosfataz acid, transaminaze, leucinaminopeptidaz, colinesteraz. n principiu, utilizarea sngelui total n cadrul diferitelor investigaii este admis numai n cazul n care concentraia substanei urmrite este aproximativ aceeai n globulele roii i n plasm, aa cum este cazul glucozei i al azotului ureic. Datorit] coninutului diferit n ap al sngelui (81%) i al plasmei sau serului (93%), valorile glucozei din ser sunt cu 12% mai mari ca cele obinute n snge.

7

Concentraiile medii ale unor componeni organici i anorganici i activitile medii ale unor enzime din plasm i eritrocite sunt redate n tabelul de mai jos.

Component (concentraie) Azot neproteic (mg/100 ml) Creatinin (mg/100 ml) Azot ureic (mg/100 ml) Acid uric (mg/100 ml) Glucoz (mg/100 ml) Colesterol (mg/100 ml) Potasiu (mEq/l) Sodiu (mEq/l) Clor (mEq/l) Calciu (mEq/l) Magneziu (mEq/l) Fosfor anorganic (mEq/l) Bicarbonat (mEq/l)

Eritrocite 44,0 1,8 14,0 2,5 74,0 139,0 100,0 16,0 52,0 0,5 5,5 2,5 19,0

Plasm 25,0 1,1 17,0 4,6 90,0 194,0 4,4 140,0 104,0 5,0 2,2 3,2 26,0

Eritrocite Plasm 1,80 1,60 0,82 0,54 0,82 0,72 22,7 0,11 0,50 0,10 2,5 0,78 0,73

Utilizarea plasmei n locul serului pentru dozrile diferiilor constitueni prezint un singur avantaj: hemoliza mai slab a plasmei fa de hemoliza produs n timpul obinerii serului (recoltare, coagulare, transport). Cu excepia unor enzime (fosfataza acid, lactatdehidrogenaz i aldolaza) care se elibereaz n timpul coagulrii din trombocite, nu se constat diferene ntre concentraia plasmatic i seric a celorlali constitueni.

Recoltarea sngelui capilarRecoltarea sngelui capilar se face din pulpa degetului, din clci (la nou nscui) sau din lobul urechii (la pacienii n stare de oc), dup urmtoarea tehnic : se spal locul cu eter se usuc, se neap suficient de adnc cu un ac steril; se las sngele s curg spontan pn cnd se formeaz o pictur apre-

ciabil din care se recolteaz cu ajutorul unei micropipete cantitatea de snge necesar; dac sngele nu curge spontan n cantitate suficient, se pot folosi manevre ajuttoare: frecarea degetului n cazul prelevrii din pulp, a gambei n cazul prelevrii din clci sau aplicare de alcool 70 n cazul prelevrii din lobul urechii; dup prelevare se pune pe locul nepturii un tampon steril.

8

Recoltarea sngelui venosRecoltarea sngelui venos se efectueaz din venele plicii cotului (la adult i copii mari), din fontanel i venele jugulare (la sugari i copii mici). Recoltarea din venele plicii cotului se face dup urmtoarea tehnic: - se fixeaz garoul deasupra cotului, se dezinfecteaz tegumentul n locul puncionrii cu alcool 70 %; - se puncioneaz vena i se recolteaz sngele prin ac fie direct n eprubet prin scurgere liber, fie prin aspirare n sering ; - dup recoltare se ndeprteaz garoul i se tamponeaz locul puncionat cu un tampon de vata mbibat n alcool. Se folosesc ace i seringi de unic utilizare s-au ace i vase speciale pentru recoltarea sngelui, vasele n care se recolteaz trebuie s fie n perfecta stare de curenie i uscare ntruct urmele de alcool, ap etc. pot produce hemoliza sngelui, iar diferitele impuriti pot falsifica rezultatele dozrilor. Poziia corpului i staza venoas influeneaz rezultatele obinute n cazul determinrii elementelor figurate (eritrocitele, etc.) i a celor cu greutate molecular mare (proteinele totale, fraciunile proteice individuale, colesterolul din complexul lipoproteinelor etc.). De exemplu: valoarea proteinelor totale crete de la 6,63 g/100 ml n poziie de deccubit la 7,65g/100 ml n ortostatism. n cazul determinrii substanelor cu greutate molecular mic, poziia corpului i staza venoas nu afecteaz valoarea rezultatelor excepie, fcnd lactatul, piruvatul i amoniacul.

Condiiile de conservare a probelor recoltateProbele de snge total recoltat pe heparin se pstreaz la 4 C, iar dozrile trebuie fcute n mai puin de 4 ore de la recoltare. Pstrarea prea ndelungat (chiar la 4C) este contraindicat. Conservarea probelor la temperatura camerei determin perturbri n compoziia electroliilor, enzimelor i diferiilor metabolii. n cazul plasmei sau serului, determinrile metaboliilor i enzimelor trebuie realizate, de asemenea, n decurs de 4 ore de la recoltare, n condiiile pstrrii la temperatura camerei. Fr alterri importante, serul sau plasma pot fi pstrate la 4 C timp de 24 ore. n cazul dozrilor dup 24 ore de la recoltare plasma sau serul trebuie 9

congelat sau liofilizat, form de conservare preferabil adugrii de conservani (amestec timol-fluoru0r: 10 mg fluorur de sodiu + 1 mg timol/ml snge sau streptomicin 1 mg/l0 ml snge).

Obinerea plasmei i a seruluiAnalizele biochimice se pot efectua pe snge total, plasm sau ser. Plasma sanguin se obine prin centrifugarea sngelui proaspt recoltat pe un anticoagulant (fluorur de sodiu, amestec de oxalai de potasiu i amoniu, heparin etc.); supernatantul este constituit din plasma sanguin, iar sedimentul din elementele figurate. Serul sanguin se obine prin centrifugarea sau decantarea sngelui recoltat fr anticoagulant, dup ce a fost lsat s coaguleze la temperatura camerei timp de 30-60 minute. Serul normal este limpede, de culoare galben pai i se deosebete de plasma sanguin prin faptul c nu mai conine fibrinogen. n condiii fiziologice, aspectul serului poate fi : - opalescent datorit particulelor de grsime provenite dintr-un regim foarte bogat n lipide, caz n care clarificarea se poate obine prin deproteinizare sau extracia lipidelor cu amestec alcool-eter (3/1); - galben-brun datorit substanelor carotenoide provenite din alimentaie excesiv vegetarian ; - de la roz la rou intens datorit prezenei hemoglobinei, rezultat al hemolizei produs prin greeli n tehnica de recoltare a sngelui. n condiii patologice, serul poate prezenta urmtoarele modificri de culoare : - opalescent n nefroza lipoidic; - galben-brun n ictere de diferite etiologii; n contact cu aerul, bilirubina se poate transforma n biliverdin, sngele devenind verzui.

Prepararea soluiilor procentuale molare, normaleO soluie este un amestec omogen de dou sau mai multe substane inseparabile prin mijloace mecanice ca filtrarea sau centrifugarea. La o soluie se disting dou componente: solventul sau componenta care dizolv i solutul(soluii) sau componenta

10

(componentele) care se dizolv. Raportul dintre un solut i solvent se exprim prin concentraia soluiei. Exist mai multe moduri de exprimare a concentraiei unei soluii: a) Concentraia procentual care la rndul ei poate fi de trei feluri: concentraia procentual de mas - grame solut n 100 g soluie, (m/m) De exemplu 100 g soluie 15% (m/m) H2SO4 conine 15 g H2SO4 i 85 g ap. concentraia procentual volumetric - ml solut n 100 ml soluie, (v/v) De exemplu 100 ml soluie 4% (v/v) etanol se prepar completnd 4 ml CH3CH2OH pn la 100 ml cu ap. n acest caz facem abstracie de contracia de volum, fenomen larg ntlnit n prepararea soluiilor procentuale volumetrice. ntr-o expresie restrns acest fenomen poate fi scris astfel: v neglijat. concentraia procentual mixt - grame solut n 100 ml soluie, (m/v) De exemplu 100 ml soluie 0,8% (m/v) NaCl (ser fiziologic) conine n acest volum 0,8 g NaCl b) Concentraia molar (m, M) reprezint numrul de moli de solut aflai ntr-un litru de soluie. c) Concentraia molal, mai rar folosit, se definete prin numrul de moli de solut dizolvai n 1000 g de solvent. d) Concentraia normal reprezint numrul de echivaleni-gram de solut dintrun litru de soluie. Se numete echivalent cantitatea de substan n greutate care ntr-o reacie chimic dat poate nlocui sau lega 8 pri n greutate de oxigen sau 1,008 pri n greutate de hidrogen. Cantitatea de substan n grame, egal numeric cu echivalentul, se numete echivalent-gram. Pentru calcularea echivalentului-gram se ine cont de urmtoarele reguli:solut

+v

solvent

>v

soluie

. Pentru soluii diluate el poate fi

11

echivalentul-gram a unui acid este egal cu raportul dintre masa molecular (M) a acidului i numrul de ioni H+ angajai n reacie. De exemplu, ntr-o reacie de neutralizare cu HCl EgHCl =M HCl = 36,5 g HCl, 1

iar ntr-o reacie n care H3PO4 cedeaz toi cei 3 ioni H+ :

E gH 3 PO 4 =

M H3 PO4 3

=

98 = 32 ,7 g H3PO4 3

echivalentul-gram a unei baze este dat de masa molecular a sa mprit la numrul ionilor HO- care particip la reacie. Dac toi ionii HO- particip la reacie

echivalentul-gram al bazei se poate calcula mprind masa molecular a acesteia la valena metalului. De exemplu: EgNaOH =M NaOH = 40 g NaOH 1

E gCa ( OH ) 2 =

M Ca ( OH ) 2 2

=

74 = 37 g Ca(OH)2 2

n sensul mai larg al bazelor generalizate, echivalentul gram se calculeaz cunoscnd numrul de protoni care sunt legai. pentru sruri, echivalentul-gram este dat de raportul dintre masa molecular i produsul dintre numrul atomilor de metal din molecula de sare i valena acestui metal, sau raportul dintre masa molecular i produsul dintre numrul radicalilor acid i valena acestora. De exemplu: E Fe2 ( SO4 ) 3 = M Fe2 ( SO4 ) 3 23 = 400 = 66,7 g Fe2(SO4)3 6

Ca i n cazul acizilor, bazelor i srurilor, echivalentul-gram a unei substane oxidante sau reductoare se calculeaz pe baza stoicheometriei redox a reaciei la care particip aceasta. n reaciile de oxido-reducere atomii i schimb valena. Echivalentul se definete ca fiind raportul dintre masa molecular a compusului chimic i numrul de electroni cedai sau primii n reacie de atomul (atomii) care se oxideaz sau se reduc. De exemplu, n permanganometrie, n mediu acid ionul de mangan din KMnO 4, accept 5 electroni:7+ 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2+ 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O + 5[O]

Prin urmare, E gKMnO 4 =

M KMnO 4 5

= 31,6 g KMnO4

12

- variaia strii de oxidaie a ionului de mangan din KMnO4 n mediu slab alcalin sau neutru este 3.7+ 2KMnO4 + H2O = 2KOH +4+ MnO2 + 3[O]

E gKMnO 4 = -

M KMnO4 3

=

158 = 52 ,7 g KMnO4 3

variaia strii de oxidaie a manganului din KMnO4 n mediu puternic alcalin este 1+7 +6 2KMnO4 + 2KOH = 2K2MnO4 + H2O + [O]

EgKMnO4 =

MKMnO41

= 158g KMnO4

1. Soluii procentuale a) Prepararea unei soluii de NaCl 10 % (m/m) Conform definiiei 100 g soluie NaCl 10 % trebuie s conin 10 g NaCl i 90 g ap. Se cntresc 10 g NaCl la balana tehnic care se introduc ntr-un pahar Berzelius i se adaug 90 ml de H2O distilat. Se omogenizeaz amestecul cu ajutorul unei baghete de sticl. b) Prepararea unei soluii de CH3COOH 15 % (v/v) Conform definiiei 100 ml soluie CH3COOH 15 % trebuie s conin 15 ml CH3COOH glacial i restul H2O distilat. Se msoar ntr-un cilindru gradat 15 ml CH3COOH glacial i se completeaz volumul cu H2O distilat pn la 100 ml. Se omogenizeaz amestecul cu ajutorul unei baghete de sticl. c) Prepararea unei soluii de Na2CO3 5%(m/v) 100 ml soluie Na2CO3 5 % trebuie s conin 5 g Na2CO3 anhidru i H2O distilat. Se cntresc 5 g Na2CO3 anhidru la balana tehnic, se introduc ntr-un cilindru gradat i se completeaz cu H2O distilat pn la 100 ml. Se omogenizeaz amestecul cu ajutorul unei baghete de sticl. n cazul n care se lucreaz cu Na2CO3 . 10 H2O se vor lua n considerare masele moleculare pentru a se determina cantitatea n grame a srii hidratate ce corespunde greutii de sare anhidr.

M Na 2 CO3 anh . = 106

M Na 2 CO3 .10 H2 O = 286x

106 g Na2CO3 anh. ............... 286 g Na2CO3.10 H2O 5 g Na2CO3 anh. ............... x = 13,49 g Na2CO3 . 10 H2O 13

Se vor cntri 13,49 g Na2CO3 . 10 H2O la balan i se va proceda n modul descris mai sus. Regula amestecurilor Dintr-o soluie mai concentrat se poate prepara o soluie mai diluat cu ajutorul regulei amestecurilor. De exemplu, avnd la dispoziie o soluie de NaCl 2 % (m/m) s se prepare 20 ml soluie NaCl 0,9 %(m/m). Valorile concentraiilor celor dou soluii, avnd concentraia mai mare, respectiv mai mic dect concentraia soluiei de preparat, se aeaz n colurile de sus ale unui dreptunghi imaginar. Valoarea concentraiei soluiei de preparat, se aeaz la intersecia celor dou diagonale. Valorile numerelor ce reprezint concentraiile se scad pe diagonal (numerele mai mici se scad din cele mai mari). Rezultatele se scriu n colurile de jos ale dreptunghiului. Aceste numere reprezint pri n greutate din soluiile respective (grame, kilograme, etc.). 2 0,9 0,9 pri NaCl 2 % 1,1 pri H2O distilat2 pri NaCl 0,9%(m/m) 0

Deci, se pot amesteca 0,9 pri NaCl 2 % cu 1,1 pri H 2O distilat pentru a rezulta 2 pri soluie de NaCl 0,9%(m/m). Avnd n vedere c soluia NaCl 0,9% (m/m) este diluat putem tolera conversia prilor de greutate, n volume. Adic, 20 ml (soluie) NaCl 0,9 %(m/v) ..........x ............y x = 9 ml NaCl 2 % y = 11 ml H2O distilat Aproximaia fcut este util deoarece este mai uoar msurarea volumetric a soluiilor n loc de cea gravimetric. 2. Soluii molare

14

a) Prepararea unei soluii de H2SO4 0,1 M conin 0,1 moli H2SO4. Deci:

avnd la dispoziie soluie de H2

SO4 20 % (m/m) cu densitatea 1,139 g/cm3. Conform definiiei, 1000 ml H2SO4 0,1 M

1000 ml H2SO4 0,1 M .................. 9,8 g H2SO4 pur 100 g sol. H2SO4 20 % .............. 20 g H2SO4 pur x g sol. H2SO4 20 % ..9,8 g H2SO4 pur x = 49 g sol. H2SO4 20 %(m/m)v= m 49 = 43 ,02 1,139

=

ml sol. H2SO4 20 %(m/m)

n balonul cotat de 1000 ml se introduce o cantitate de H2O distilat, se adaug 43,02 ml soluie H2SO4 20 % i apoi se aduce la cot cu H2O distilat dup rcirea amestecului la temperatura menionat pe balon (20C). Dup ce se fixeaz dopul balonului cotat se omogenizeaz soluia prin agitare energic. 3. Soluii normale Prepararea unei soluii de H2SO4 0,1 N avnd la dispoziie soluie H2SO4 20 % (m/m) cu densitatea 1,139 g/cm3. Conform definiiei 1000 ml sol. H2SO4 0,1 N conin 0,1 E gH 2 SO 4 . Deci: 1000 ml H2SO4 0,1 N .............. 4,9 g H2SO4 pur 100 g sol. H2SO4 20 % ........... 20 g H2SO4 pur x g sol. H2SO4 20 % .......... 4,9 g H2SO4 pur x = 24,5 g sol. H2SO4 20 %(m/m)v= m 24 ,5 = 21 ,51 1,139

=

ml sol. H2SO4 20 %

Noiunea de pHIonizarea apei i produsul ionic al apei Dei apa pur este considerat neelectrolit, ea conduce totui curentul electric. Acest lucru se datoreaz faptului c o parte din moleculele ei sunt ionizate. Ionizarea apei poate fi scris conform ecuaiei:

15

H2O + H2O H3O+ + OHAre loc un transfer de protoni ducnd la un echilibru. Constanta de aciditate a apei va fi:

[ H O ][OH ] K=+ a

3

[ H 2O ] 2

La temperatura de 25C apa se afl ionizat n proporie de o molecul la 555 milioane de molecule. De aceea se consider c, prin ionizare, concentraia apei (de la numitor) rmne practic constant i deci poate fi nmulit cu constanta de aciditate. Ka [H2O]2 = Pi = [H3O+] [OH-] Constanta Pi este numit produsul ionic al apei sau constanta de autoprotoliz a apei. Deoarece la temperatura de 25C produsul ionic al apei are valoarea de 10-14 moli2/l2, nseamn c n apa pur la 25C concentraia ionilor de hidroniu, egal cu cea a ionilor de hidroxid, este 10-7moli/l. [H3O]+ = [OH-] = 10-7moli/l Scara de pH n soluii diluate, acizii tari pot fi considerai practic ionizai complet. Astfel, ntr-o soluie apoas 0,1N de HCl (0,1 moli/l) concentraia ionilor de hidroniu este practic egal cu concentraia total a acidului. Este comod s se exprime concentraia ionilor de hidroniu dintr-o soluie apoas n form logaritmic. Se numete exponent al concentraiei ionilor de hidroniu sau pH logaritmul zecimal cu semn schimbat al concentraiei ionilor de hidroniu din soluie (Srensen, 1909): pH = - lg [H3O+] Punctul neutru: O soluie apoas este neutr cnd concentraiile ionilor de hidroniu i ionilor de hidroxid sunt egale, conform ecuaiei: [H3O+] = [OH-] = 10-7moli/l Punctul neutru, n soluii apoase, este la pH = 7. O soluie cu pH < 7 este acid; o soluie cu pH > 7 este bazic. Determinarea pH-ului cu ajutorul indicatorilor acido-bazici Indicatori de pH (acido-bazici) sunt substane organice colorate (acizi sau baze slabe) care i modific culoarea n funcie de pH. Condiiile pe care trebuie s le 16

ndeplineasc un indicator de pH sunt urmtoarele: schimbarea de culoare s fie reversibil, i s se produc brusc, deci ntr-un interval de pH ct mai mic, s fie solubil n ap, s aib putere de colorare (culoare intens), chiar la concentraii mici; schimbarea de culoare s se produc la adaosul unor concentraii mici de acid sau de baz; s fie stabil n condiiile obinuite de lucru. Dac indicatorul este un acid slab (AH), n soluie apoas are loc reacia protolitic: AH + H2O H3O+ + An cazul albastrului de bromtimol, acidul slab AH este galben iar baza conjugat A- este albastr. Prin schimbarea aciditii soluiei indicatorului i schimb culoarea fenomen numit viraj, datorit trecerii lui din stare protonat n cea deprotonat sau invers. Constanta de aciditate al indicatorului va fi:Ka = [H ] [AH] n forma logaritmic:+

[A ]

-

lgKa = lg[H ] + lg sau - lg[H ] = -lgKa + lg + +

[A ]

-

[A ]

-

Adic:

[AH]

[AH]

-lg[H+] = pH i -lgKa = pKa, deci: pH = pKa + lg sau pH = pKa + lg[AH] [A-] [albastru] ________ [galben]

Ochiul uman nu poate distinge dect cca. 10% dintr-o culoare n prezena unei alte culori. Dac [A-] = 10[AH], soluia va fi albastr i pH1 = pKa + 1. Dac 10[A-] = [AH], soluia va fi galben i pH2 = pKa - 1. Prin urmare: pH1 - pH2 = pH = 2 Acest interval de pH se numete intervalul de viraj al indicatorului care nseamn intervalul de pH n care are loc schimbarea culorii indicatorului (de la albastru la galben n cazul nostru) odat cu schimbarea pH-ului soluiei. Fiecare indicator are un interval de viraj specific. La valori de pH inferioare intervalului de viraj indicatorul i pstreaz culoarea, iar peste acest interval la fel. Din culoarea soluiei unui indicator se poate aprecia pH-ul soluiei.

17

Indicatorii acido-bazici pot fi simpli, micti i universali. Indicatorii simpli se caracterizeaz printr-un interval de viraj relativ mic (cca 2 uniti de pH). Indicatorii simpli se pot folosi pentru tatonarea pH-ului necunoscut. pH-ul necunoscut se poate estima cu o eroare de un semiinterval de viraj. Indicatorii universali sunt amestecuri de indicatori simpli ale cror intervale de viraj sunt parial suprapuse sau, n cazul cel mai bun, unul n continuarea celuilalt. Indicatorii universali au intervale de viraj mai mari dect ale celor simpli. n comer se gsesc hrtii indicatoare impregnate cu indicatori universali. Prin compararea culorii obinute cu o scar de culori etalon, se poate determina pH-ul unei soluii cu o precizie de aproximativ + 0,5 uniti pH. n tabelul de mai jos apar cteva exemple de indicatori simpli cu caracteristicile lor: Intervalul de Denumirea Metil violet Metil oranj Rou metil Albastru de bromtimol Fenolftalein viraj ( pH) 1,0 - 3,2 3,1 - 4,4 4,4 - 6,2 6,2 - 7,6 8,2 - 10,0

Sub interval de viraj verde rou rou galben incolor

n cadrul intervalului de viraj albastru portocaliu roz verde roz

Peste interval violet galben galben albastru rou-violet

Sistemele tampon: sunt formate dintr-o sare hidrolizabil i acidul slab sau baza slab rezultat prin hidroliz. O soluie care i schimb numai puin pH-ul, la adugarea unei cantiti mici de acid sau baz tare se numete soluie tampon. O caracteristic a unei soluii tampon este capacitatea de tamponare. Capacitatea de tamponare a unei soluii este capacitatea ei de a se opune variaiei de pH la adaosul de acid tare sau baz tare i se exprim prin numrul de echivaleni de acid sau baz care schimb pH-ul unui litru de soluie cu o unitate. Ea se micoreaz prin diluare. Demonstrarea capacitii de tamponare:

18

Reactivi:

Indicator Bogen (amestec de rou metil i albastru de bromtimol, cu intervalul de viraj ntre pH 4,4-7,6) Sol. tampon fosfat pH = 7 Sol.de HCl N/10 Sol. de NaOH N/10

Modul de lucru: n dou pahare Berzelius (1, 1a) se pune ap distilat i se adaug cte 2 ml de indicator. Dac apa este neutr culoarea soluiilor este verde. n alte dou pahare (2, 2a) de aceiai mrime se prepar soluie tampon cu pH = 7, la care se adaug cte 2 ml soluie de indicator obinndu-se tot culoarea verde. Se adaug cte 1 ml HCl N/10 n paharele 1i 2 i se amestec cu bagheta: se observ o puternic variaie a culorii soluiei din paharul 1 ceea ce indic o mare variaie a pH-ului. n paharele 1a i 2a se adaug cte 1 ml NaOH N/10, se amestec cu bagheta i se observ la fel o mare variaie a culorii soluiei din paharul 1a. n paharele 2 i 2a culoarea se schimb foarte puin, deoarece pH-ul s-a modificat foarte puin. n dou pahare Berzelius (1, 1a) se prepar soluie tampon cu pH = 7 i se adaug cte 2 ml indicator. n alte 2 pahare (2, 2a) se prepar soluie tampon cu acelai pH, ns de zece ori mai diluat, adugnd cte 2 ml indicator i n aceste pahare. Se pipeteaz cte 1 ml HCl N/10 n paharele 1 i 2, i cte 1 ml NaOH N/10 n paharele 1a i 2a. Se amestec cu bagheta. n paharele 2 i 2a se observ schimbarea mai pronunat a culorii indicatorului deoarece, soluiile tampon fiind mai diluate, li s-a micorat capacitatea de tamponare.

Determinarea colorimetric a pH-ului prin metoda cu soluii tamponPrincipiu: Se adaug soluiei de cercetat un anumit volum dintr-un indicator potrivit i se compar culoarea pe care o capt soluia, cu culoarea produs de aceiai cantitate de indicator adugat unei serii de soluii tampon cu pH-uri cunoscute. pH-ul soluiei de cercetat va fi egal cu pH-ul soluiei de referin cu culoarea identic. Reactivi: - Sol. de CH3COOH N/10

19

- Sol. de CH3COONa N/10 - Sol. de KH2PO4 M/15 - Sol. de Na2HPO4 M/15 - Indicator Bogen (amestec de rou metil i albastru de bromtimol) Modul de lucru: Se prepar n dou serii de eprubete soluii tampon cu pH diferit conform tabelelor: Tampon acetat (Walpole) CH3COOH N/10 CH3COONa N/10 pH ml ml 8,2 1,8 4 6,3 3,7 4,4 4,0 6,0 4,8 2,1 7,9 5,2 1,0 9,0 5,6

Tampon fosfat (Srensen) KH2PO4 M/15 Na2HPO4 M/15 pH ml ml 8,8 1,2 6 7,3 2,7 6,4 5,1 4,9 6,8 2,8 7,2 7,2 1,3 8,7 7,6 0,5 9,5 8,0

n fiecare soluie se adaug cte 0,2 ml indicator Bogen. Eprubetele se agit energic pentru omogenizarea culorii. Culoarea soluiilor va fi diferit n fiecare eprubet n funcie de pH. Se adaug 0,2 ml indicator la 10 ml din soluia de cercetat i se omogenizeaz. Se compar culoarea obinut cu culorile seriei. Dac culoarea soluiei cercetate este identic cu culoarea uneia din soluiile tampon (acetat sau fosfat), pH-ul lor este identic. Dac culoarea se ncadreaz ntre culorile a dou soluii tampon consecutive se consider c pH-ul soluiei cercetate este media aritmetic a valorilor de pH a celor dou soluii tampon.

VolumetriePrincipiile analizei volumetrice Analiza volumetric se bazeaz pe msurarea de volume, operaie ce se execut comod cu vase calibrate (cilindrii gradai, baloane cotate, pipete, biurete). Principiul analizelor volumetrice const n msurarea volumului de reactiv necesar producerii reaciei cantitative cu substana de determinat ce se afl n soluia de analizat. Operaia de adaos a soluiei de reactiv se face n pic- turi, din biuret i se numete titrare.

20

Pot fi urmrite volumetric numai acele reacii care au loc univoc, (fr reacii secundare i cantitativ) i cu vitez foarte mare. Pentru marcarea sfritului reaciei, respectiv a punctului de echivalen, se folosesc fenomene ce pot fi puse n eviden prin observare vizual (schimbri de culoare, apariii de precipitate) sau instrumental (poteniometru, conductometru, spectrofotometru). Pentru observarea vizual a sfritului titrrii n modul cel mai obinuit se folosesc indicatorii, substane care i schimb culoarea n punctul de echivalen. La punctul de echivalen reactanii sunt prezeni n cantiti echivalente, deci n amestecul de reactivi nu se afl n exces nici substana de dozat i nici reactivul titrat. Volumul de reactiv adugat pentru atingerea punctului de echivalen se numete volum de echivalen. Spre a putea stabili concentraia substanei de analizat este necesar ca soluia de reactiv folosit la titrare s fie de concentraie cunoscut, s fie suficient de stabil i s se prepare relativ uor. Metodele volumetrice se caracterizeaz prin rapiditate, n majoritatea cazurilor o determinare volumetric se face n cteva minute. Clasificarea metodelor volumetrice Metodele volumetrice pot fi: a) directe b) indirecte - prin retitrare - prin intermediul unui substituent n cazul metodelor de titrare direct, reacia dintre componentul de determinat i reactivul de titrare este de echivalent la echivalent. Prin retitrare se titreaz excesul unui reactant adugat soluie de analizat (vezi dozarea NH3). n cazul folosirii unui substituent, produsul de reacie titrabil rezultat prin substituie se formeaz n cantitate echivalent cu componentul de determinat (ex. complexometria). n ceea ce privete natura reaciilor care stau la baza metodelor volumetrice, clasificarea acestora este: a.) metode de titrare acido-bazic sau neutralizare b.) metode de titrare redox (permanganometria, iodometria) c.) metode de titrare prin formare de compleci (complexometria) d.) metode de titrare prin formare de precipitat (ex. argentometria)

21

Calcule n analiza volumetric Raportul de concentraie ntre soluia real (aproximativ normal) i cea teoretic (exact normal) se numete factorul soluiei. Factorul exprim numrul de ml de soluie exact normal care echivaleaz cu 1 ml din soluia preparat:F= Vt Vr

unde: Vt - volumul teoretic (a soluiei exact normale) Vr - volumul real ( a soluiei preparate)

Factorul soluiilor exact normale este 1,000. Ele folosesc ca soluii etalon i cu ajutorul lor se determin factorul soluiilor aproximativ normale. Soluiile mai diluate au un factor subunitar, soluiile mai concentrate au un factor supraunitar. Practic valoarea factorului trebuie s fie ntre 0,8000-1,2000. Pe lng factor concentraia exact a soluiilor se poate exprima i cu ajutorul titrului. Titrul unei soluii reprezint cantitatea de substan exprimat n grame din 1 ml soluie. De exemplu: pentru o soluie de NaOH care conine 4,653 g pe litru titrul are valoarea de 0,004653. Tehnica titrrii Pregtirea instrumentelor pentru titrare Biureta se spal cu ap distilat i apoi se cltete cu soluia de titrare de dou ori. Dup utilizarea mai ndelungat a biuretei este necesar degresarea tubului gradat al acesteia. Aceasta se poate realiza cu amestec cromic sau cu soluie de detergent. Se umple biureta cu soluia de titrare peste gradaia 0, apoi se scoate plnia care a servit pentru introducerea lichidului n biuret i se potrivete la zero nivelul lichidului lsnd s cad ncet lichidul n exces ntr-un vas colector. Dac robinetul se mic greu sau biureta picur, se scoate robinetul, se terge de umezeal i se unge cu un strat subire i uniform de vaselin. Partea inferioar a manonului robinetului se usuc cu ajutorul hrtiei de filtru i apoi se introduce robinetul uns la locul lui. Bulele de aer prezente n biuret pot s cauzeze erori la titrare ceea ce impune ndeprtarea lor. Modul de lucru: La nceputul titrrii dm drumul soluiei din biuret n picturi repezi agitnd n continuu coninutul flaconului Erlenmayer, n care se gsesc, exact msurat, volumul soluiei de titrat plus indicatorul. De obicei se observ o schimbare temporar de culoare 22

a indicatorului n locul unde cad picturi de reactiv n soluie. Spre sfritul titrrii concentraia substanei de dozat scade i la contactul picturilor de reactiv cu soluia de dozat schimbarea temporar a culorii soluiei este mai persistent. n aceast faz viteza de picurare se reduce treptat n aa fel nct dup adugarea ultimei picturi necesare, s fie posibil nchiderea rapid a robinetului. Pictura aderat pe vrful biuretei se introduce n vasul de titrare prin atingerea de peretele interior al acestuia i se amestec cu lichidul de titrat aplecnd vasul n direcia lichidului ce se prelinge pe peretele vasului. Titrarea se consider terminat cnd ultima pictur produce o schimbare slab dar sesizabil i stabil a culorii lichidului. Erorile determinrilor volumetrice n analizele chimice pot interveni dou tipuri de erori: - erori sistematice - erori ntmpltoare Erorile sistematice au valori constante i sunt ntotdeauna pozitive sau negative. Erorile ntmpltoare au valori i semne diferite. Ele se pot elimina prin efectuarea unui mare numr de determinri i prin calcularea mediei aritmetice a volumelor de echivalen cu valori apropiate. Volumele de echivalen ale cror valori sunt exagerat de ndeprtate se exclud Practic se efectueaz titrarea a trei probe paralele efectundu-se media aritmetic ntre volumele de echivalen identice sau cele cu valoare foarte apropiat. Se accept o diferen ntre volumele de echivalen mai mic sau egal cu 0,2 ml. S lum un exemplu. Volumele de echivalen obinute la titrarea a trei probe paralele sunt: V1 = 7 ml; V2 = 7,1 ml; V3 = 7,4 ml. Diferenele V3 - V1 i V3 - V2 sunt mai mari de 0,2 ml, deci V3 se exclude. Volumul mediu ( v ) luat n calcul va fi n acest caz media aritmetic dintre V1 i V2 i are valoarea de 7,05 ml. Dac toate probele au valori foarte diferite rezultatele nu sunt interpretabile iar titrrile trebuie s fie repetate. Surse de erori Eroarea de paralax ( eroarea de citire) intervine la citirea incorect a nivelului soluiei din vasul de msurat. Volumul de soluie ntr-un vas de msurat este egal cu volumul nominal al vasului n cazul n care punctul inferior al meniscului lichidului este tangent la cota de pe vas. Pentru citirea corect a poziiei meniscului ochiul observatorului trebuie s fie pe orizontal ntr-un plan tangent la menisc iar vasul trebuie s aib o poziie vertical.

23

Vorbim despre eroarea de paralax n minus cnd ochiul observatorului este deasupra acestei orizontale, respectiv eroare de paralax n plus, cnd ochiul se gsete sub nivelul orizontului. Pentru evitarea erorii de paralax se folosesc biuretele Schellbach care sunt prevzute cu o dung albastr pe un fond alb. La nivelul meniscului dunga albastr se ntrerupe formnd dou vrfuri ascuite care se ating ntrun punct. Se citete poziia acestui punct de contact. Eroarea de scurgere se datoreaz faptului c soluiile apoase umezesc sticla i, la golirea rapid o parte din lichid ader pe suprafaa biuretei, deci soluia nu se scurge cantitativ n vasul de titrare. Pentru evitarea acestei erori, viteza de scurgere pe parcursul titrrii trebuie s fie mic. Eroarea de picurare n analiza volumetric, soluiei de analizat i se adaug soluia titrat pn cnd ultima pictur produce o schimbare sesizabil i stabil a culorii soluiei. n cele mai multe cazuri acest efect se datoreaz unui exces a soluiei cu care se titreaz. Pentru reducerea acestui exces, ciocul biuretei trebuie s fie ct mai subire pentru ca picturile de titrant s fie ct mai mici. Eroarea de temperatur Vasele de msurat volume, biurete, baloane cotate, pipete sunt etalonate pentru o anumit temperatur (200C). Diferena dintre temperatura de etalonare a vasului i temperatura real a soluiei de msurat determin o diferen de volum, care poart denumirea de eroare de temperatur. Se poate evita aceast eroare prin respectarea temperaturii de etalonare. Diferenele mici de 1-20C sunt, n majoritatea cazurilor, neglijabile. 24

Acidimetria volumetricTitrri acido-bazice n titrrile de neutralizare, stabilirea volumului de echivalen sau de neutralizare se face cu ajutorul indicatorilor acido-bazici care, cum am artat sunt n form neionizat acizi slabi (AH) sau baze slabe (B). n tabelul de mai jos sunt exemplificai mai muli indicatori acido-bazici cu precizarea naturii lor de acid sau baz. Sunt inclui i civa din indicatorii utilizai la determinarea pH-ului (vezi mai sus). Evident, tria acestor acizi crete ctre cel al crui interval de pH este cel mai mult sub valoarea 7. Pentru prepararea soluiilor de indicatori se folosesc ca solveni apa, dar mai ales alcool apos, cei mai muli n concentraie de 0,1 %. Indicatorul AH = acid; B = baz Albastru de timol (AH) Albastru de bromfenol (AH) Metiloranj (B) Verde de bromcrezol (AH) Rou de metil (AH) Purpur de bromcrezol (AH) Albastru de bromtimol (AH) Rou neutral (B) Rou de crezol (AH) Fenolftalein (AH) Albastru de timol (AH) Timolftalein (AH) Galben de alizarin (AH) Interval de pH 1,2 - 2,8 3,0 - 4,6 3,1 - 4,4 4,0 - 5,6 4,4 - 6,2 5,2 - 6,8 6,2 - 7,6 6,8 - 8,0 7,2 - 8,8 8,0 - 10,0 8,0 - 9,6 9,4 - 10,6 10,0 - 12,0 Culorile limit Acid Alcalin roie galben galben vilet-albastr roie oranj galben albastr roie galben galben purpurie galben albastr roie galben galben roie incolor roie galben albastr incolor albastr galben liliachie

Titrarea unui acid tare cu o baz tare Principiu: n cazul titrrii unui acid tare, de exemplu HCl, cu o baz tare, de exemplu NaOH, la echivalen se formeaz o sare nehidrolizabil, n exemplul dat NaCl i mediul devine perfect neutru. La neutralitate avem:

[ H ] =[ OH ] =10+

7

ioni g/l

pHechiv. = 7

[H ]+

pe parcursul titrrii este egal cu concentraia acidului rmas netitrat.

Dup echivalen

[ OH ]

este egal cu concentraia bazei introdus n exces. Pentru

alegerea indicatorului adecvat, este necesar cunoaterea pH-ului la punctul de echivalen. La un exces (eroare) de 1% reactiv pH-ul soluiei variaz brusc. La titrarea

25

unui acid tare cu o baz tare intervalul de eroare corespunde aproximativ intervalului de pH 4-10, ceea ce nseamn c se poate folosi orice indicator care are un interval de viraj ntre pH 4-10. n figura de mai jos apare curba de titrare a unui acid tare cu o baz tare cu precizarea a doi indicatori ce permit punerea n eviden a punctului de echivalen (P.E.) al reaciei Determinarea factorului unei soluii de HCl 0,1N cu ajutorul unei soluii

etalon Prepararea unei soluii de HCl aproximativ 0,1 N Ne propunem s preparm 1 litru sol. HCl aproximativ 0,1 N avnd la dispoziie o soluie HCl 15% (g/100 g) cu = 1,075 g/cm3. Din definiia concentraiei normale: 1000 ml HCl 0,1 N conin 0,1 Eq HCl = 3,65 g HCl 100 g HCl 15 % .............15 g HCl x g HCl 15 %............. 3,65 g HCl x = 24,33 g HCl 15 % =m V2 ,3 4 3

V = 1,075 = 22,6 ml HCl 15 %

ntr-un balon cotat de 1000 ml se introduce o cantitate mic de H2O bidistilat, se adaug 22,6 ml HCl 15 % i se completeaz cu H2O bidistilat pn la cot. Omogenizarea soluiei se realizeaz prin agitarea energic. Stabilirea factorului soluiei de HCl 0,1 N preparat Pentru stabilirea factorului soluiilor se folosesc soluiile etalon, stabile din punct de vedere chimic i cu factor cunoscut (eventual F = 1,000). O astfel de soluie etalon se poate prepara prin cntrirea i dizolvarea n ap a KHCO3, necesar n titrarea de mai jos.

26

Pentru determinarea factorului soluiei de HCl 0,1 N preparat anterior se msoar exact cu ajutorul unei pipete cte 10 ml sol. KHCO3 n 3 pahare Erlenmeyer. Se adaug cte 3 picturi de metiloranj i se titreaz, cele trei probe paralele, pn la virajul indicatorului de la galben la portocaliu. CO2 format n urma reaciei se ndeprteaz prin fierberea probelor 2-3 minute. n cazul n care dup rcirea probelor culoarea a revenit la galben, se continu titrarea pn la portocaliu. Din cele 3 volume de echivalen se face media aritmetic i se obine v HCl . La baza calcului st relaia:

v HClFKHCO 3

. FHCl

= VKHCO 3 .

10 x FKHCO de unde FHCl = v cu soluia de HCl 0,1 N cu factor cunoscut Dozarea unei soluii de NaOH HCl3

n trei flacoane Erlenmeyer se msoar cte 10 ml sol. NaOH, se adaug cte 3 picturi de metiloranj i se titreaz cu soluie titrat de HCl 0,1 N pn la virajul indicatorului de la galben la portocaliu. Concentraia procentual mixt a soluiei de NaOH se exprim n g/100 ml i se calculeaz n felul urmtor: - se face media aritmetic a celor trei volume de echivalen i se obine v HCl - conform definiiei concentraiei normale, 1000 ml HCl 1 N conin 1 EgHCl - din ecuaia reaciei chimice NaOH + HCl = NaCl + H2O rezult c 1 EqHCl reacioneaz cu 1 EqNaOH deci: 1000 ml HCl 1 N ............. 40 g NaOH 1000 ml HCl 0,1 N............ 4 g NaOH

v HCl

FHCl ................... x g NaOH

x = 4 v FHCl 1000

- reprezint g NaOH coninute n volumul sol. de NaOH titrate (10 ml).

CNaOH%(m/v) = 10 x, reprezint concentraia procentual mixt a soluiei de NaOH.

27

Dozarea amoniacului prin diferen Principiu: Metoda direct de dozare a amoniacului cu o soluie titrat de HCl 0,1 N, n prezen de metiloranj, este n general evitat datorit pierderilor de amoniac prin desorbie. Este preferat metoda dozrii amoniacului prin diferen. Soluia de amoniac se trateaz cu un volum de soluie titrat de HCl, ce conine un exces de acid i se determin excesul de HCl prin titrare cu o soluie titrat de NaOH n prezen de metiloranj. Reaciile sunt urmtoarele: NH3 + HCl = NH4Cl; Reactivi: NaOH + HCl = NaCl + H2O. - Soluie de HCl 0,1N cu factor cunoscut - Metilorange, soluie alcoolic 0,1% Modul de lucru: n trei flacoane Erlenmeyer se introduc cte 10 ml HCl 0,1 N, 5 ml soluie de NH3, 1-2 picturi de metiloranj i se titreaz excesul de acid cu o soluie titrat de NaOH 0,1 N pn la virajul indicatorului de la rou la portocaliu. Calcul: 1000ml HCl 0,1 N vHCl

................. 1,7 g NH3

FHCl - v NaOH FNaOH ...........x

x = g NH3/ 5 ml vHCl

FHCl - v NaOH FNaOH = volumul teoretic de HCl, obinut pe cale

titrimetric, ce conine cantitatea de HCl care a reacionat cu NH3 din prob; vHCl = 10 ml; v NaOH0,1 N

= media aritmetic a volumelor de

echivalen obinute la titrarea celor 3 probe paralele. Concentraia soluiei de amoniac se exprim n g/100 ml, adic C NH3 %(m/v) = 20 x Titrarea unui acid slab cu o baz tare Principiu: La titrarea unui acid slab cu o baz tare se formeaz o sare hidrolizabil. De exemplu titrarea acidului lactic cu o soluie titrat procese chimice: de NaOH implic urmtoarele

28

CH3

CH OH

COOH + Na+ + HO -

CH3

CH OH

COO- + Na+ + H2O

H2O

H+ +OH -

H+ +CH3 - CH - COOOH

CH3 - CH - COOH OH

Din ecuaii reiese c anionii acidului slab, rezultai prin ionizarea complet a srii, se combin cu H+ rezultai n urma procesului de disociere a H2O . Astfel descrete, iar

[H ]+

[ OH ]

>

[H ]+

ceea ce determin reacia alcalin a soluiei. La punctul

de echivalen soluia are un pH > 7. n general, soluiile apoase ale srurilor acizilor slabi cu baze tari sunt alcaline. Se alege acel indicator al crui interval de viraj conine valoarea pH-ului soluiei srii hidrolizabile. n cazul de fa este folosit indicatorul fenolftalein, al crui interval de viraj este cuprins ntre 8-10 uniti de pH. Aa cum se vede n figura de mai jos, n care acidul slab este CH 3COOH, folosirea unui indicator cu

interval de viraj n mediul acid nu permite punerea n eviden cu precizie punctul de echivalen al reaciei Aplicaie: Dozarea acidului lactic cu o soluie titrat de NaOH Reactivi: - Soluie NaOH 0,1N cu factorul cunoscut - Soluie alcoolic de fenolftalein 0,1% Modul de lucru: n trei flacoane Erlenmayer se msoar cte 10 ml soluie acid lactic, se adaug 3-4 picturi de fenolftalein i se titreaz cele trei probe cu o soluie titrat de NaOH 0,1

29

N, pn la virajul indicatorului de la incolor la roz slab persistent cel puin 20 de secunde . Concentraia acidului lactic se exprim n procente mixte i se calculeaz n felul urmtor: 1000 ml NaOH 0,1 N ............... 9 g acid lactic

v FNaOH ............................ xx = g/10 ml c% (m/v) = 10 x Titrarea unei baze slabe cu un acid tare Principiu: La titrarea unei baze slabe cu un acid tare se formeaz o sare hidrolizabil, pH-ul n punctul de echivalen fiind mai mic dect 7. n general soluiile apoase ale srurilor acizilor tari cu baze slabe sunt acide. De exemplu titrarea unei soluii de NH3 cu o soluie titrat de HCl implic urmtoarele procese chimice:NH3 + H2O NH4OH + NH4 + Cl- +H2O

NH4OH + H+ + ClH2O H+ + OHNH4OH

NH+ + OH4

Ionii OH- rezultai n urma procesului de disociere a H2O au tendina de a reaciona cu o parte din ionii de amoniu formai. Astfel

[ OH ]

descrete, iar

[H ]+

>

[ HO ]

ceea ce determin reacia acid a soluiei. La punctul de echivalen soluia are

un pH < 7. Prin urmare se alege acel indicator al crui interval de viraj conine pH-ul soluiei srii rezultate n urma titrrii (NH4Cl). n acest caz se poate folosi metiloranjul (figura de mai jos).

30

Titrrile acizilor slabi cu baze slabe (i invers), nu produc variaii brute i mari a pH-ului n jurul punctului de echivalen. De aceea ele sunt rar utilizate n titrimetria acido-bazic.

Oxidimetria volumetricDate generale n oxidimetrie toate reaciile chimice au loc cu transfer de electroni, ele denumindu-se oxido-reduceri sau reacii redox. Dup reactivii utilizai oxidimetria se poate mpri n: a) Permanganometria, care folosete drept component oxidant KMnO4. b) Iodometrie, n care ca reactiv se folosete I2 sau I-, ca oxidant respectiv reductor, dup caz. c) Alte procedee [bromatometrie(KBrO3), cerimetrie (Ce(SO4)2), bicromatometrie (K2Cr2O7), iodatometrie (KIO3)] utilizeaz compuii precizai ntre paranteze ca oxidani. Reaciile redox pot fi utilizate n vederea unor dozri, dac ele ntrunesc anumite condiii: - s fie totale n sensul dorit ( adic s fie cantitative), - s decurg cu vitez mare, pentru ca deteminrile s se efectueze ntr-un timp scurt, - s se poat observa uor punctul de echivalen, care arat sfritul reaciei chimice. Grupa metodelor volumetrice bazate pe reacii redox cuprinde procedee de determinare cantitativ, care se realizeaz prin titrarea substanelor reductoare cu oxidani i a substanelor oxidante cu reductori. Majoritatea reaciilor redox sunt reversibile, al cror echilibru dinamic poate fi deplasat ntr-un sens sau altul n funcie de condiiile de lucru. Ca n oricare alt metod volumetric i n oxidimetrie (titrimetria redox) se urmrete atingerea punctului de echivalen care se poate indica vizual sau instrumental. De exemplu, n permanganometrie, permanganatul de potasiu este o substan colorat ce poate s funcioneze ca indicator, fiindc un mic exces de reactiv produce o schimbare de culoare uor sesizabil. n cazul titrrilor iodometrice, la punctul de echivalen poate s apar un exces de iod molecular sau s dispar acest exces, ceea ce se poate indica cu ajutorul amidonului tiut fiind c amidonul formeaz cu I2 un complex violet intens colorat. 31

PermanganometriePrincipii: Permanganatul de potasiu, KMnO4, este unul dintre oxidanii cei mai folosii, datorit potenialului de oxidare mare al sistemului MnO4-/Mn2+. Oxidarea se poate efectua att n mediu acid ct i n mediu neutru sau alcalin. Puterea oxidant a permanganatului scade mult cu creterea pH-lui soluiei. Reaciile care se petrec n diferite medii sunt cele artate mai nainte la calcularea echivalenilor-gram ai KMnO4. Rescrierea simplificat a lor pune n eviden numrul de electroni acceptai de o molecul de oxidant: - n mediu acid KMnO4 accept 5 electroni/molecul: MnO4- + 8H+ + 5e- Mn 2+ + 4H2O; - n mediu neutru sau aproape neutru se transfer 3 electroni: MnO4-+ 4H+ + 3e- MnO2 + 2H2O - n mediu alcalin, accept un singur electron: MnO4- + e- MnO4 2Permanganatul de potasiu cristalin este de culoare violet, aproape neagr. Lumina, creterea temperaturii, a dilurii, a aciditii sau a alcalinitii soluiei, prezena corpilor strini mai ales n pulbere, accelereaz descompunerea permanganatului. De aceea soluiile de KMnO4 se pstreaz n soluie neutr, n sticle brune (la ntuneric) i la temperatura obinuit. Stabilirea factorului soluiei de KMnO4 0,1N Avnd n vedere instabilitatea KMnO4 este necesar determinarea periodic a factorului soluiei de KMnO4 folosindu-se ca substan etalon acidul oxalic. Reactivi: - Soluie (COOH)2 0,1N cu factor cunoscut - Soluie H2SO4 20% Modul de lucru: n trei baloane Erlenmeyer se msoar cte 10 ml soluie de acid oxalic 0,1N cu factor cunoscut, se adaug cte 10 ml H2SO4 20%, se nclzete la 70-80C i se titreaz cu KMnO4 0,1N pn la roz slab, persistent cel puin 10 secunde. Factorul soluiei de KmnO4 se calculeaz dup formula: VKMnO4 F KMnO4 = V acid oxalic F acid oxalic unde VKMnO4 este media aritmetic a volumelor de echivalen a celor trei probe paralele. 32

Vacid oxalic Facid oxalicFKMnO4 = VKMnO4

Determinri permanganometrice n mediu acid Permanganatul de potasiu n mediu puternic acid (H2SO4 20%), la temperatura de 70-80 C, se reduce la sarea manganoas (MnSO4) punnd n libertate oxigen, conform reaciei cunoscute 2KMnO4 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 +3H2O +5[O] Reacia decurge autocatalitic deoarece ionii manganoi (Mn2+ i Mn3+) formai n primul moment catalizeaz reducerea n continuare a permanganatului de potasiu. Decolorarea soluiei se produce datorit faptului c MnSO4 format este incolor n soluii diluate. Soluia acid de permanganat servete n oxidimetrie, pentru dozarea volumetric a acidului oxalic, a apei oxigenate i a altor substane (acidului azotos, etc). Sfritul titrrii se recunoate prin dispariia sau apariia culorii violete determinate n soluie de ionul MnO4-. Dozarea acidului oxalic (micrometod) Principiu: Reacia titrimetric este urmtoarea: 5(COOH)2 +2KMnO4 +3 H2SO4 = K2SO4 +2MnSO4 +10CO2 +8H2O Reactivi: - Soluie H2SO4 20% - Soluie KMnO4 0,01 N cu factor, FKMnO4, cunoscut Modul de lucru: n trei flacoane Erlenmeyer se msoar cte 1 ml soluie de acid oxalic de dozat. Se adaug cte 1 ml H2SO4, 2 ml ap bidistilat i se nclzete pn la 70-80C. Se titreaz cu KMnO4 0,01N pn cnd soluia rmne colorat n roz slab cel puin 10 secunde. Calcul 1000 ml KMnO4 0,01N reacioneaz cu 0,01 Eq-gram de acid oxalic= 0,45 g acid oxalic V KMnO4 F KMnO4 ............................................................ c%(m/v) = 100x x g acid oxalic x g (COOH)2 ........................... 1 ml soluie

33

Aceast reacie nu se produce direct: o pictur de soluie de permanganat nu se decoloreaz imediat cnd este adugat ntr-o soluie coninnd exces de acid oxalic i sulfuric. Culoarea roz a soluiei (datorat prezenei ionului MnO4-) persist, disprnd numai dup un anumit interval de timp deoarece reacia redox corespunztoare are o cinetic lent pn la formarea catalizatorului (Mn3+). Apoi ionii Mn3+ se reduc la Mn+2, care este un proces instantaneu. n ultima etap manganul (II) format reacioneaz rapid cu ionul MnO4- (VII), formndu-se Mn (III) foarte reactiv care oxideaz acidul oxalic, finalul titrrii fiind determinat de epuizarea (COOH)2 din prob i apariia unui mic exces de ioni MnO4- care coloreaz persistent soluia de titrat. Secvena de reacii ale procesului autocatalitic este urmtoarea: (1) Mn(VII) + (COOH)2 -------> Mn(III) +CO2 (lent) (2) Mn(III) + (COOH)2 -------> Mn(II) + CO2 (3) Mn(II) + Mn(VII) ---------> Mn(III) (instantaneu) (rapid).

n stadiul iniial viteza reaciei este controlat de etapa lent (1). De ndat ce concentraia ionilor Mn(II) devine apreciabil, reducerea permanganatului poate s se desfoare rapid pe calea procesului (3). Spre finalul titrrii culoarea MnO4- dispare tot mai greu datorit scderii concentraiei acidului oxalic. Reacia este accelerat n final, ca i la nceput, prin nclzire la 70-80C . Dozarea apei oxigenate (macrometod) Principiu: Dozarea se poate face tot prin titrarea direct cu permanganat n soluie de acid sulfuric. Apa oxigenat (peroxid de hidrogen) funcioneaz att ca oxidant, dup reacia:

H2O2+2H++2e- 2H2O; ct i ca reductor, dup reacia: H2O2 2H++O2; n soluie acid permanganatul de potasiu este redus dup reacia: 5H2O2 +2KMnO4 +3 H2SO4 = K2SO4 +2MnSO4 +8H2O +5O2 Modul de lucru: n trei flacoane Erlenmeyer se msoar cte 10 ml soluie de ap factor, FKMnO4, cunoscut pn cnd soluia rmne colorat n roz slab. oxigenat de dozat. Se adaug cte 10 ml H2SO4 20%. Se titreaz cu soluie de KMnO4 0,1N cu

34

Calcul: 1000 ml KMnO4 0,1N sunt echivaleni cu ...................1,7 g ap oxigenat x g ap oxigenat 10 ml soluie V KMnO4 F KMnO4 ............................................................ x g H2O2 c% (m/v) = 10x

IodometriePrincipiu: Metoda se bazeaz pe sistemul redox: I2 + 2e- 2I- al crui potenial redox standard biochimic este E0 = 0,62 V (pH = 7) n soluii de iodur coninnd ionul I3-, reacia redox i valoarea potenialului redox standard biochimic sunt: I3- + 2e- 3 IE0 = 0,54 V (pH=7) n aceste reacii, iodul molecular este oxidant, iar substanele care au un potenial redox mai mic dect + 0,54V vor fi oxidate de ctre iod i se vor putea determina uor. Un exemplu este reacia cu tiosulfat: I2 + 2S2O32- 2I- +S4O62- (ioni tetrationat) Substanele care au potenial redox mai mare (substanele oxidante), cum este ionul Fe3+, pun n libertate iodul molecular conform reaciei: 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2 Calculul de baz al iodometriei este deci urmtorul: din cantitatea de iod eliberat de un oxidant sau din cantitatea de I2 redus de un reductor se poate calcula cantitatea oxidantului sau reductorului. Sfritul reaciei dintre substana de analizat i iod, n prezen de iodur, este determinat cu ajutorul amidonului, care formeaz un compus colorat intens albastru, de forma [(C6H10O5)4I]4 KI. Sensibilitatea indicatorului este mare, punndu-se n eviden circa 1,5 mg iod la litru de soluie, ( 10-5N) acidulat cu HCl sau H2SO4. Creterea temperaturii soluiei de titrat sau prezena alcoolului metilic sau etilic micoreaz sensibilitatea indicatorului. Tot ca indicator n iodometrie se poate folosi o soluie alcoolic 0,2% de naftol-flavon, care cu iodul d un compus colorat tot n albastru. Acest indicator este ns mult mai sensibil dect amidonul i se poate folosi la titrarea soluiilor mai diluate

35

de iod ( 10-3n) sau la titrarea iodometric a soluiilor colorate, n lumin ultraviolet cnd, la un exces de iod, fluorescena albastr a indicatorului dispare. n acelai mod se folosete i rodamina B, a crei fluorescen roie la lumina ultraviolet dispare n prezena unui mic exces de iod. Dozarea substanelor reductoare Substanele reductoare pot fi dozate n dou feluri: - substana de dozat se titreaz direct cu soluie de iod, - substanei de dozat i se adaug soluie de iod n exces i excesul de iod se titreaz cu o soluie de tiosulfat de sodiu cu factor cunoscut. Sfritul acestor titrri poate fi determinat cu unul din indicatorii prezentai mai sus. Reacia titrimetric este: 2Na2S2O3 + I2 2NaI + Na2S4O6 Stabilirea factorului soluiei de Na2S2O3 0,01 N Principiu: n cazul soluiei etalon de permanganat de potasiu au loc urmtoarele reacii: 10 KI + 2 KMnO4 + 16 HCl = 12 KCl + 2 MnCl2 + 5 I2 + 8 H2O I2 + 2 Na2S2O3 = 2 NaI + Na2S4O6 Reactivi: - Soluie de KMnO4 0,01 N cu factorul FKMnO4 - Soluie de HCl 15% - Soluie de KI 0,5% Modul de lucru: n 3 baloane Erlenmeyer se msoar cte 10 ml soluie de permanganat 0,01 N, se adaug cte 5 ml soluie de HCl 15% i 10 ml soluie de KI 0,5%. Dup 5 minute de repaus se titreaz cu tiosulfat de sodiu iodul pus n libertate pn la culoarea galben-deschis a soluiei. Se adaug 2 ml soluie de amidon 0,5% i se continu titrarea pn la albastru pal agitnd puternic. O pictur de soluie de tiosulfat n exces decoloreaz complet soluia. Calcul: Se folosete formula VNa2S2O3FNa2S2O3 = VKMnO4FKMnO4

VKMnO FKMnO adic FNa2S2O3 = 4 4

VNa2S2O3

36

Dozarea substanelor oxidante Din soluia de KI oxidanii pun n libertate iod elementar. Cantitatea de iod pus n libertate este echivalent cu cantitatea substanei oxidante adugate. Iodul elementar pus n libertate se dozeaz prin titrare cu tiosulfat de sodiu care reduce iodul la ioni de iodur conform reaciei de mai sus. Dozarea K3[Fe(CN)6] (macrometod) Principiu: Iodul rezultat prin oxidarea ionilor I- de ctre ionii [Fe(CN)6]3- conform reaciei, 2 [Fe(CN)6]3- + 2 I- 2 [Fe(CN)6]4- + I2, este titrat cu tiosulfat de sodiu n prezena amidonului ca indicator. Reacia are loc n mediu slab acid (CH3COOH) ns, fiind reversibil, deplasarea ei spre dreapta se realizeaz prin adaosul de ioni Zn2+ din amestecul CH3COOH ZnSO4. Are loc reacia: 2 K4[Fe(CN)6] + 3 ZnSO4 K2Zn3[Fe(CN)6]2 + 3 K2SO4 Ireversibilitatea acestei reacii se datoreaz insolubilitii srii duble a ferocianurii. Reactivi: - Soluie KI 0,5 % - Soluie CH3COOH - ZnSO4 (3% fiecare) - Soluie Na2S2O3 0,01 N cu factor cunoscut - Soluie amidon 0,5 % Modul de lucru: n 3 baloane Erlenmeyer se msoar cte 10 ml fericianur de potasiu. Se adaug cte 10 ml soluie de KI i 15 ml CH3COOH - ZnSO4. Dup 5 minute se titreaz cu soluie de tiosulfat de sodiu 0,01N iodul pus n libertate pn la decolorarea aproape complet a soluiei. Se adaug 2 ml soluie de amidon i se continu titrarea pn la dispariia culorii albastre. Calcul: 1000 ml Na2S2O3 0,01N ..3,29 g K3[Fe(CN)6] VFNa2S2O3...........................................x g x g K3[Fe(CN)6].10 ml sol c%(m/v) = 10 x Dozarea K3[Fe(CN)6] (micrometod) Principiu i reactivi: sunt aceeai ca i la macrometod.

37

Modul de lucru: n 3 baloane Erlenmeyer se msoar cte 2 ml ap bidistilat. Se adaug cu ajutorul micropipetei cte 0,10 ml fericianur de potasiu. Se adaug cte 1 ml soluie de KI i 1,5 ml CH3COOH - ZnSO4. Dup 5 minute se titreaz iodul eliberat cu soluie de tiosulfat de sodiu 0,01N n prezena de 0,2 ml amidon pn la dispariia culorii albastre. Calcul: 1000 ml Na2S2O3 0,01N ..3,29 g K3[Fe(CN)6] VFNa2S2O3...........................................x g x g K3[Fe(CN)6].0,1 ml sol c%(m/v) = 1000 x Sistemul I2/I- se gsete n concentraie foarte mic n apa de mare (0,05 mg/l), deoarece iodul este legat n cea mai mare parte sub form organic. Plantele marine extrag iodura din apa de mare. Iodura se regsete n cenua acestor plante. Se mai gsete iodur n cantiti variabile (7-46 g/m3) n apele fosile care nsoesc petrolul i, n concentraii mai mici, n unele ape minerale. Iodul apare, n concentraii foarte mici, n toate vieuitoarele i este indispensabil pentru viaa acestora. La animalele superioare, iodul este concentrat n glanda tiroid ntr-o protein numit tireoglobulin. Lipsa de iod n apa de but, n special n unele regiuni muntoase, determin apariia, la populaia acelor regiuni, a unor maladii ale glandei tiroide (gu).

Complexometria volumetricMetodele complexometrice servesc la dozarea cationilor prin titrare cu soluia agentului complexant. Prin metodele indirecte se pot doza complexometric i anioni, precum i substanele organice. Din numrul mare de reactivi unul frecvent folosit este complexonul III (EDTA Na2) utilizat spre exemplu pentru titrarea ionilor Ca2+.

38

N CH2 CH2 N

CH2

COOH CH2

CH2 C O O- Na+ +Ca2+ O- Na+ CH2 C CH2 O COOH

N

CH2 COOCH2 C O Ca O O CH2 CH2 O COOC

2-

+2 Na++2H+

CH2 N

complexon III (etilendiamino-tetraacetatul disodic)

complexonat de calciu

Existena mai multor cicluri pentaatomice imprim moleculei o mare stabilitate. Stabilitatea complexului format este una din condiiile pe care trebuie s o ndeplineasc o reacie care st la baza unei metode complexometrice. Stabilitatea se exprim cantitativ prin constanta de stabilitate KMY. Dac notm cu M ionul de metal i cu Y agentul de complexare, reacia de complexare este urmtoarea:

M +Y

MY

Constanta de stabilitate este exprimat prin relaia:K MY =

[ M ] [ Y]

[ MY ]

Valoarea constantei de stabilitate depinde de natura complexului i de o serie de ali factori, cum ar fi pH-ul soluiei. Indicatorii folosii n complexometrie sunt indicatorii metalocromici, colorani organici, care formeaz compleci interni cu cationii metalici, de alt culoare dect aceea a indicatorului liber. Indicatorul trebuie s fie ales n aa fel nct stabilitatea complexului format de el cu ionii de metal s fie mai mic dect stabilitatea complexului format agentul de complexare cu ionii metalici. n tabelul de mai jos sunt prezentai principalii indicatori metalocromici, cationii pentru care sunt folosii i logaritmul constantelor de stabilitate ale lor n mediile precizate.

39

Indicator metalcromic Eriocrom negru T

Cationi Cd2+ Co2+ Cu2+ Mg2+ Pb2+

Mediu NaClO4 0,3N NaClO4 0,3N NaClO4 0,3N NaClO4 0,3N KNO3 0,1N NaClO4 0,2N NH4ClO4 0,2N NaClO4 NaNO3 0,2N NaClO4 0,2N KCl 0,2N NaClO4 0,1N KCl 0,1N KCl 0,1N KCl 0,1N

lg KMY 12,74 20,00 21,38 7,00 13,19 12,31 2,68 3,50 3,36 10,01 9,04 14,05 3,92 75,60 11,67 4,32 4,10 15,60 9,30 3,70 4,35

Murexid

Zn2+ Ca2+ Cu2+ Ni2+ Al3+ Cu2+ Fe3+

Acid sulfosalicilic

Ftaleincomplexon Xilenoloranj

Ba, Sr, Ca Be2+ Bi3+ La3+ Pb2+, Zn2+, Hg2+, Sn2+ Ca2+ Al3+ Cu2+ Fe3+ Ni2+ Fe2+ Zn2+

Acid calconcarbonic Cromazurol S

, `- Dipiridil

Dozarea aminoacizilor prin metoda complexonometric (metoda Budesinsky) Principiu : Fosfatul cupric, greu solubil n ap, reacioneaz n mediu neutru cu aminoacizii formnd compleci de tipul chelailor. Un aminoacid monoamino-monocarboxilic 40

complexeaz ionii Cu2+ n raport de 2:1 formnd un complex solubil n ap. Reacia este urmtoarea:COOH 6 HC NH2 + 3(PO4)2 Cu R COO H 3HC N R H H Cu N R CH +2PO43- +6H+

H OOC

Excesul de fosfat cupric nedizolvat se poate separa prin centrifugare sau filtrare. Prin adugare de HCl la filtrat se elibereaz ionii cuprici din complex conform reaciei: COO HC H N H Cu N H OOC R CH +2HCl COOH Cu2++2 Cl- +2 HC R NH2

R H

Ionii cuprici eliberai se dizolv prin titrare cu complexon III n prezena indicatorului metalocromic piridilazonaftol (PAN). Reacia titrimetric de complexare este urmtoarea: 2N CH2 CH2 N CH2 CH2 COOH C O O- Na+ 2+ - Na+ +Cu O C O COOH Modul de lucru: n trei flacoane Erlenmeyer se pipeteaz cte 5 ml soluie aminoacid, 5 ml suspensie agitat de Cu3(PO4)2, se agit bine i apoi se las 5 minute n repaos. Amestecul se filtreaz i din filtrate se pipeteaz cte 5 ml n trei flacoane Erlenmeyer curate. Se adaug ctre 1 ml soluie HCl, 3 picturi indicator PAN i se titreaz ionii Cu CH2 CH2 N N CH2 COOCH2 C O Cu CH2 CH2 OO

+2Na++H+

CH2 CH2

C

O COO-

Reactivi:

soluie complexon III 0,01N cu factor cunoscut soluie HCl 0,01N indicator PAN 0,1 % n soluie etanolic suspensie de Cu3(PO4)2

41

2+

eliberai cu o soluie de complexon III 0,01 M pn la virajul indicatorului de la rou Calcul: Dac se cunoate natura aminoacidului prezent se ia n calcul masa molecular a

violet la galben-verzui.

lui. Dac este vorba de un amestec de aminoacizi

monoamino-monocarboxilici

rezultatul se exprim n mg N -aminic/100 ml sau mmoli N -aminic/l. 1000 ml sol. complexon III 0,01 M ....................0,01

2 14 g Nx

v FComplexon III ................................... ..............................x = .......g/ 2,5 ml c% (m/v) = 40 x

Volumetria prin reacii de precipitarePrincipii: Soluia de reactiv formeaz cu componentul de dozat un precipitat insolubil. Din volumul reactivului folosit pentru precipitarea complet a componentului de dozat se calculeaz cantitatea componentului respectiv. Pot fi utilizate numai acele reacii, la care precipitatul format are compoziie constant, reacia decurge rapid i punctul de echivalen poate fi indicat. Fiecare metod necesit indicator aparte. Dac n cursul titrrii se formeaz precipitat alb sau de culoare deschis, putem folosi un indicator care cu ionul de dozat sau cu excesul reactivului d reacie de culoare sau precipitat colorat. Dintre metodele bazate pe reacii de precipitare cea mai des utilizat este argentometria, n care se ntrebuineaz ca reactiv AgNO3. Azotatul de argint (ionii de Ag+ ) formeaz cu ionii Cl-, Br-, I-, SCN- precipitate practic insolubile. Prepararea unei soluii de AgNO3 0,01N Azotatul de argint chimic pur se deshidrateaz la 210-250C. Dup rcire se cntrete cantitatea necesar (1,6989 g/l) se dizolv i se completeaz cu ap distilat la volumul necesar. Dac nu se msoar exact cantitatea teoretic de AgNO3, soluia va avea factorul:Cantitatea msurat F AgNO3 = 1,6989

Soluia se pstreaz n sticl brun.

42

Stabilirea factorului soluiei de NH4SCN 0,01 N Principiu: n vederea determinrii, un volum precis de AgNO3 0,01 N (cu factorul cunoscut) se titreaz cu NH4SCN. Are loc reacia: AgNO3 + NH4SCN = AgSCN + NH4NO3 Drept indicator servete alaunul feric. Indicarea sfritului titrrii are loc prin urmtoarea reacie: exces de NH4SCN. Modul de lucru: n trei baloane Erlenmeyer se msoar cte 10 ml soluie 0,01 N AgNO 3 cu factorul cunoscut. Se adaug 5 ml HNO3 10% i 2 ml alaun feric ca indicator. Se titreaz cu soluia de NH4SCN 0,01 N, agitnd puternic, pn la roz pal persistent. Se calculeaz factorul din relaia: VSCNF SCN = VAgNO3F AgNO3 Dozarea clorurilor prin metoda Volhard Principiu: Dozarea indirect a ionului de clor dup Volhard const n urmtoarele etape. La soluia de analizat, acidulat cu HNO3, se adaug n exces o soluie titrat de AgNO3. Are loc reacia: AgNO3 + Cl = AgCl + NO3 Excesul de azotat de argint se titreaz cu sulfocianur n prezen de Fe3+ ca indicator. AgNO3 + SCN = AgSCN + NO3 Modul de lucru: n 3 baloane Erlenmeyer se msoar cte 10 ml soluie care conine ionii de Cl, se adaug 20 ml soluie 0,01N de azotat de argint 10 ml acid azotic 10% se aduce la fierbere, se adaug 2 ml alaun feric 20%. Se titreaz cu o soluie 0,01 N de NH4SCN agitnd puternic, pn la roz slab, persistent timp de 5 10 secunde. Calcul: Rezultatul se va exprima n mM/l. Fiind vorba de o titrare prin diferen, raionamentul este identic cu cel din cazul determinrii amoniacului. Fe3+ + 3 SCN- = Fe(SCN)3 Formarea sulfocianurii de fer, substan intens colorat n rou, indic un mic

43

Identificarea glucidelorReacii de reducere Reaciile de reducere nu sunt specifice doar glucidele reductoare, ele fiind date i de alte substane neglucidice cu caracter reductor. Caracterul reductor al monozaharidelor i a unor dizaharide este datorat prezenei n molecula lor a funciunii carbonilice, care se poate oxida, reducnd la cald i n mediu alcalin cationii metalelor grele: Cu, Ag, Bi, precum i unele substane organice ca acidul picric, indigoul, etc. 1. Reacia Fehling Principiu: Gruparea carbonil din glucidele reductoare reduce la cald Cu2+ pn la Cu+ din complexul solubil format n mediu alcalin cu sarea Seignette (tartrat dublu de sodiu i potasiu). Se formeaz Cu2O, pulbere de culoare roie-crmizie, conform reaciilor: CuSO4 + 2KOH Cu(OH)2 + K2SO4 C6H12O6 + 2 Cu(OH)2 C6H12O7 + Cu2O + 2 H2Oacid gluconic

Reactivi:

- Reactivul Fehling se obine n urma amestecrii soluiei I i II n volume egale, operaie ce se desfoar n momentul ntrebuinrii. - Soluia I: CuSO4 35 g/1000 ml soluie - Soluia II: 150 g sare Seignette i 90 g NaOH la 1000 ml soluie - Soluii 2% de glucoz, fructoz, lactoz.

Modul de lucru: Se amestec ntr-o eprubet 1 ml reactiv Fehling I cu 1 ml reactiv Fehling II se adaug 2 ml soluie de glucid i se nclzete pn la fierbere agitnd continuu. n prezena unui glucid reductor se formesaz un precipitat rou-crmiziu de Cu2O. 2. Reacia Benedict Principiu: Glucidele reductoare reduc la cald n mediu alcalin hidroxidul de cupru de culoare albastr n oxid de cupru (I) de culoare roie-crmiziu. Reacia Benedict prezint avantajul c se folosete un singur reactiv, ionul de Cu2+ fiind complexat n soluie de ctre citratul de sodiu. 44

Reactivi:

- Reactivul Benedict: 173 g citrat de sodiu i 100 g Na2CO3 anhidru se dizolv n 800 ml H2O distilat fierbinte, se filtreaz i se aduce volumul la 850 ml. Se dizolv separat 17,3 g CuSO 4 5 H2O n 100 ml H2O distilat, se adaug sub agitare primei soluii i se completeaz volumul soluiei finale la 1000 ml. - Soluii 2% de glucoz, fructoz, lactoz.

Mod de lucru: ntr-o eprubet se introduc 1 ml soluie de glucid i 3 ml reactiv Benedict, se nclzete pn la fierbere agitnd continuu. Apariia unui precipitat rou-crmiziu implic existena n soluie a glucidului reductor. 3. Reacia Tollens Principiu: Glucidele reductoare reduc la cald Ag+, din azotatul de argint amoniacal, la Ag metalic care se depune pe pereii eprubetei sub forma unei oglinzi (oglinda de argint), conform reaciilor: AgNO3 + NaOH AgOH + NaNO3 AgOH + 2 NH3 [Ag(NH3)2]OH C6H12O6 + 2 [Ag(NH3)2]OH C6H12O7 + 2 Ag + 4NH3 + H2O Reactivi: - soluie AgNO3 5% n ap distilat - soluie NH4OH 20% - soluii 2% de glucoz, fructoz, lactoz. Modul de lucru: ntr-o eprubet se introduc 1 ml AgNO3, se adaug pictur cu pictur soluie de amoniac pn la dizolvarea precipitatului format iniial. Se adaug 1 ml soluie glucidic i se introduce eprubeta ntr-o baie de ap nclzit la fierbere. n cazul existenei unui glucid reductor n soluia glucidic se formeaz oglinda de argint. nclzirea eprubetei se poate face i direct la flacr sub agitare blnd. 4. Reacia Nylander Principiu: Gruparea carbonil din glucidele reductoare reduce azotatul de bismut n bismut metalic de culoare neagr.

45

Reactivi:

- Reactivul Nylander: 20 g azotat bazic de bismut, 40 g sare Seignette i 100g NaOH se dizolv n ap pentru 1000 ml soluie. - Soluii 2% de glucoz, fructoz, lactoz.

Modul de lucru: ntr-o eprubet se introduc 1 ml soluie glucidic i 1 ml reactiv Nylander, se nclzete pn la fierbere agitnd continuu. n prezena unui glucid reductor n soluie apare un precipitat negru-brun. 5. Reacia Barfoed Principiu: Reacia Barfoed permite diferenierea monozaharidelor reductoare, pentru care reacia este pozitiv, de dizaharidelor reductoare pentru care reacia este negativ. Principiul reaciei const n reducerea n mediu acid a ionilor de Cu2+ la Cu+ din Cu2O, care se depune pe fundul eprubetei sub forma unui precipitat rou-crmiziu. De fapt reacia este potrivit att pentru monozaharide ct i pentru dizaharide reductoare. Diferena const n vitezele de reacie foarte diferite: mari pentru monozaharide; mici pentru dizaharidele reductoare. Reactivi: - Reactivul Barfoed: 13,3 g acetat de cupru se dizolv n 200 ml H2O distilat, se filtreaz i se adaug 1,8 ml acid acetic glacial. - Soluii 2% de glucoz, fructoz Modul de lucru: ntr-o eprubet se introduc 1 ml soluie glucidic i 2 ml reactiv Barfoed, se nclzete pn la fierbere agitnd continuu timp de 1-2 minute. Apariia unui inel de precipitat rou-crmiziu la suprafaa soluiei i depunerea de precipitat rou-crmiziu pe fundul eprubetei pune n eviden prezena monozaharidelor. 6. Reacia cu acidul picric Principiu: Glucidele reductoare reduc una din gruprile nitro ale acidului picric (de culoare galben) la grupare amino, cu formare de acid picramic (de culoare brun-roie).

46

Aceast reacie poate servi la dozarea colorimetric a glucidelor reductoare (metoda Crecelius-Seifert). Reactivi: - acid picric 0,5% - glucoz 1% - NaOH 10% Modul de lucru: ntr-o eprubet se introduc 1 ml soluie de glucoz, 2 ml acid picric i 1 ml NaOH. Se nclzete pn la fierbere, agitnd continuu pn la apariia unei coloraii roii-brune. Reacii de culoare Reaciile de culoare sunt specifice monozaharidelor care sub aciunea acizilor minerali concentrai se deshidrateaz i se transform n furfurol sau n derivai ai lui.H H CHO 3 H2O O furfurol HO - C - C - OH CH - CHO H2C OO H H pentoz H H HO - H2C 3 H2O O hidroxim - furfurol etil CHO

HO - C - C - OH HO - CH2 - HC CH - CHO O O H H hexoz

Furfurolul i derivaii lui pot reaciona cu fenolii, n urma reaciei rezultnd compui colorai.

47

1. Reacia Molisch Principiu: n prezena acidului sulfuric concentrat, monozaharidele (pentozele, hexozele) se transform n furfurol (hidroximetil furfurol) care reacioneaz cu -naftolul n raportul 1:2 formnd produi de condensare de culoare violet. Aceast reacie o dau la cald toate glucidele deorece, sub aciunea H2SO4 conc. ele hidrolizeaz punnd n libertate monozaharidele.OH

R O

CHO

H + H H2O OH

OH

R O

CH

OH

Reactivi:

- reactivul Molisch: soluie alcoolic 5% de alfa-naftol - H2SO4 conc. - soluie de glucoz 1%

Modul de lucru: ntr-o eprubet se introduc 1 ml soluie glucoz 1%, se adaug 1-2 picturi din soluia de alfa-naftol i apoi se toarn cu precauie pe peretele nclinat al eprubetei H2SO4 conc. La suprafaa de contact a celor dou straturi de lichide cu densiti diferite se formeaz un inel violet.

48

2. Reacia Bial Principiu: Reacia Bial servete la identificarea pentozelor, pentru care reacia este pozitiv, fa de hexoze, ea fiind negativ. n prezena acizilor minerali tari, pentozele reacioneaz cu orcina (5-metilrezorcina) formnd produi de condensare de culoare violet sau albastru-verde n funcie de natura acidului folosit. Reactivi: - reactivul Bial: 6 g orcin se dizolv n 200 ml alcool etilic 96% i se adaug 40 picturi sol. FeCl3 10% - HCl conc. - soluie 1% de fructoz, arabinoz, glucoz Modul de lucru: ntr-o eprubet se introduc 2 ml sol. de