Stanovení ní celkové k kyselosti nápojů potenciometrickou metrickou titrací t Princip metody odu ekvivalence ekvivale - vizuální a U acidobazických titrací se využívají dva druhy indikace bodu instrumentální. K vizuální indikaci indi bodu ekvivalence se používají barevné bare indikátory. V případě vzorku, u kterého nelze nel použít vizuální indikaci (např. výrazně zbarvený zb roztok), lze bod ekvivalence indikovat např. potenciometricky. Při acidobazických ch titracích se s každým přídavkem titračního činidla mění pH titrovaného roztoku. Připojením vhodné hodné elektrody e (nejčastěji skleněné)) lze sledovat sledo změnu pH titrovaného roztoku v závislosti na n objemu přidaného titračního činidla. Z naměřených nam hodnot se sestrojí titrační křivka ivka a následným násled výpočtem se získá bod ekvivalence. Při titračním stanovení anovení vícesytných víc kyselin je v titrační ní křivce několik ně "skoků", odpovídajících jednotlivým notlivým bodům bo ekvivalence. Pro dostatečně tečně přesné přesn určení bodů ekvivalence je však nutné, aby rozdíl ro mezi jednotlivými hodnotami pKa byl větší vě než 3. V případě kyseliny y citronové (pK ( a1 = 3,15; pKa2 = 4,77; pKa3 = 6,40) lze zaznamenat za pouze jeden potenciálový skok kok v okolí třetího t bodu ekvivalence, který odpovídá dpovídá reakci: reak 3
→
3
U kyseliny fosforečné né jsou jednotlivé jedno hodnoty pKa natolik rozdílné (pKa1 = 2,23; 2, pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,3), že je možné potenciometricky poten velmi přesně určit jednotlivé bo body ekvivalence. Titrace do jednotlivých ých stupňů popisují rovnice:
2
→ →
2
vte množství kyseliny citronové v Kofole Úkol číslo 1: Stanovte Kyselina citronová je slabá trojsytná tr karboxylová kyselina, která se v přírodě p vyskytuje především v citrusových vých plodech (citronech, limetkách a dalších), ), v menší mí míře také v dalším ovoci a zelenině. Největší jvětší využití využit má kyselina citronová v potravinářství, inářství, kde se používá jako konzervační a dochucovací ucovací látka. látk Najdeme ji v mnoha potravinách - nápojích, nápo jogurtech, instantních přípravcích, cích, marmeládách, marmel majonéze, salátových dresincích a dalších. Bývá označována jako přídatná datná látka E330. E
Stru Strukturní vzorec kyseliny citronové
Pomůcky: • odměrné baňky, ňky, špachtle, špachtle hodinové sklo, váhy, byreta, a, kádinky, pipeta, nálevka, odměrný válec, titrační baňka, pH metr, kombinovaná skleněná skleněn pH-elektroda, elektromagnetická etická míchačka, míchač míchadlo 1
Chemikálie: • hydroxid sodný, kyselina šťavelová, methyloranž, chlorid vápenatý (20% roztok), vzorek nápoje Kofola, destilovaná voda, kalibrační pufry pro kalibraci pH metru (pH = 4 a pH = 7) Pracovní postup: 1. Příprava roztoku NaOH (konc. 0,1 mol/l) 1. Do kádinky navažte předem vypočítané množství pevného hydroxidu sodného (Mr = 40,0). 2. Hydroxid sodný opatrně rozpusťte v destilované vodě, roztok kvantitativně převeďte do 100 ml odměrné baňky a doplňte destilovanou vodou po rysku. 3. Před každým použitím je třeba roztok důkladně protřepat!!! 2. Příprava roztoku standardu kyseliny šťavelové 1. Na analytických vahách navažte předem vypočtené množství dihydrátu kyseliny šťavelové čistoty p.a. (Mr = 126,07). 2. Kyselinu převeďte do 50 ml odměrné baňky, doplňte destilovanou vodou po rysku a důkladně promíchejte. 3. Standardizace odměrného roztoku hydroxidu sodného Kyselina šťavelová reaguje s hydroxidem sodným podle rovnice: 2 → 2 1. Do titrační baňky odpipetujte 10 ml roztoku standardu kyseliny šťavelové, roztok zřeďte asi na 60 ml destilovanou vodou, přidejte 3 kapky indikátoru methyloranže a titrujte roztokem hydroxidu sodného. Titrační činidlo přidávejte až do okamžiku, kdy se změní barva titrovaného roztoku z červené na oranžově-žlutou. 2. V této chvíli k titrovanému roztoku přidejte 10 ml 20% roztoku chloridu vápenatého, jehož účinkem roztok znovu zčervená a dotitrujte hydroxidem sodným do oranžověžlutého zbarvení. 3. Standardizaci proveďte alespoň 3x. 4. Stanovení kyseliny citronové ve vzorku 1. Ze vzorku odstraňte oxid uhličitý (třepáním, případně opatrným ponořením do ultrazvukové lázně - pozor: hodně pění) a do kádinky odpipetujte 25 ml vzorku. 2. Do kádinky vložte míchadlo a umístěte ji na elektromagnetickou míchačku. 3. Před ponořením kombinované skleněné pH-elektrody do měřeného roztoku je třeba ji nakalibrovat pomocí kalibračních pufrů. Kalibraci proveďte pod dohledem vedoucího cvičení. 4. Po kalibraci elektrodu opláchněte, osušte a vložte do titrovaného roztoku tak, aby bylo ještě místo pro přidávání titračního činidla z byrety a aby byla elektroda zcela ponořena v roztoku (případně je možné roztok naředit destilovanou vodou). POZOR: míchadlo nesmí narážet do elektrody!!!! 5. Poté zapněte míchání a zaznamenejte hodnotu pH před začátkem měření. Nejprve přidávejte roztok hydroxidu sodného po 0,5 ml, v okolí bodu ekvivalence pak po 0,1 ml. Po každém přídavku zaznamenejte hodnotu pH do tabulky. 6. Po ukončení titrace je nutné elektrodu opláchnout destilovanou vodou a vložit do roztoku chloridu draselného.
2
Úkol číslo 2: Stanovte množství kyseliny fosforečné v Coca-Cole Kyselina fosforečná (trihydrogenfosforečná, orthofosforečná) je trojsytná středně silná kyselina, která se využívá při zpracování ropy, úpravě kovů či při výrobě zubních tmelů. V potravinářství se používá především jako ochucovadlo a k okyselení colových nápojů (např.: Coca-Cola). Je označována jako přídatná látka E338 a podle Nařízení komise (EU) č. 1130/2011 je maximální povolené množství v potravinách stanoveno na 40 000 mg/kg (jednotlivě nebo kombinovaně v přípravku, vyjádřeno jako P2O5). Kyselé nápoje poškozují především zubní sklovinu. Nadbytek fosforu v těle se vylučuje v podobě fosforečnanu vápenatého a může tak docházet k odvápnění kostí, což zvyšuje jejich náchylnost ke zlomeninám a osteoporóze. Pomůcky: • odměrné baňky, špachtle, hodinové sklo, váhy, byreta, kádinky, pipeta, nálevka, odměrný válec, titrační baňka, pH metr, kombinovaná skleněná pH-elektroda, elektromagnetická míchačka, míchadlo Chemikálie: • hydroxid sodný, kyselina šťavelová, methyloranž, chlorid vápenatý (20 % roztok), vzorek nápoje Coca-Cola, destilovaná voda, kalibrační pufry pro kalibraci pH metru (pH = 4 a pH = 7) Pracovní postup: 1. Příprava roztoku NaOH (konc. 0,1 mol/l) 1. Do kádinky navažte předem vypočítané množství pevného hydroxidu sodného (Mr = 40,0). 2. Hydroxid sodný opatrně rozpusťte v destilované vodě, roztok kvantitativně převeďte do 100 ml odměrné baňky a doplňte destilovanou vodou po rysku. 3. Před každým použitím je třeba roztok důkladně protřepat!!! 2. Příprava roztoku standardu kyseliny šťavelové 1. Na analytických vahách navažte předem vypočtené množství dihydrátu kyseliny šťavelové čistoty p.a. (Mr = 126,07). 2. Kyselinu převeďte do 50 ml odměrné baňky, doplňte destilovanou vodou po rysku a důkladně promíchejte. 3. Standardizace odměrného roztoku hydroxidu sodného Kyselina šťavelová reaguje s hydroxidem sodným podle rovnice: 2
→
2
1. Do titrační baňky odpipetujte 10 ml roztoku standardu kyseliny šťavelové, roztok zřeďte asi na 60 ml destilovanou vodou, přidejte 3 kapky indikátoru methyloranže a titrujte roztokem hydroxidu sodného. Titrační činidlo přidávejte až do okamžiku, kdy se změní barva titrovaného roztoku z červené na oranžově-žlutou. 2. V této chvíli k titrovanému roztoku přidejte 10 ml 20% roztoku chloridu vápenatého, jehož účinkem roztok znovu zčervená a dotitrujte hydroxidem sodným do oranžověžlutého zbarvení. 3. Standardizaci proveďte alespoň 3x.
3
4. Stanovení kyseliny fosforečné ve vzorku 1. Ze vzorku odstraňte oxid uhličitý (třepáním, případně opatrným ponořením do ultrazvukové lázně - pozor: hodně pění) a do kádinky odpipetujte 10 ml vzorku. 2. Vzorek zřeďte destilovanou vodou přibližně na objem 30 ml (aby bylo možné zcela ponořit pH elektrodu), do kádinky vložte míchadlo a umístěte ji na elektromagnetickou míchačku. 3. Před ponořením kombinované skleněné pH-elektrody do měřeného roztoku je třeba ji nakalibrovat pomocí kalibračních pufrů. Kalibraci proveďte pod dohledem vedoucího cvičení. 4. Po kalibraci elektrodu opláchněte, osušte a vložte do titrovaného roztoku tak, aby bylo ještě místo pro přidávání titračního činidla z byrety a aby byla elektroda zcela ponořena v roztoku. POZOR: míchadlo nesmí narážet do elektrody!!!! 5. Poté zapněte míchání a zaznamenejte hodnotu pH před začátkem měření. Nejprve přidávejte roztok hydroxidu sodného po 0,5 ml, v okolí bodu ekvivalence pak po 0,1 ml. Po každém přídavku zaznamenejte hodnotu pH do tabulky. 6. Po ukončení titrace je nutné elektrodu opláchnout destilovanou vodou a vložit do roztoku chloridu draselného. Vyhodnocení výsledků: 1. Ze získaných hodnot sestrojte titrační křivku. 2. Naměřené hodnoty (objem činidla a pH) zapište do tabulky a vypočtěte příslušné diference objemu a pH dvou po sobě následujících hodnot podle následujících vzorců: ∆ ∆ ∆
= = =∆
− − −∆
Příklad tabulky: Spotřeba NaOH (ml) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Δ1V (ml)
pH
Δ1pH
Δ2pH
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
2,02 2,04 2,07 2,12 4,23 6,82 6,95 7,01
0,02 0,03 0,05 2,11 2,59 0,13 0,06
0,01 0,02 2,06 0,48 -2,46 -0,07
3. Vypočtěte spotřebu titračního činidla podle následujícího vzorce: =
∆
∆
∆ ∆ kde: Vx - hledaný objem titračního činidla odpovídající bodu ekvivalence Vn - objem činidla odpovídající poslední hodnotě druhé diference pH před změnou znaménka Δ1V - konstantní přídavek titračního činidla v okolí bodu ekvivalence Δ2pHn - poslední kladná hodnota druhé diference Δ2pHn+1 - první záporná hodnota druhé diference 4
4. Vypočítejte množství kyseliny citronové (resp. fosforečné) ve vzorku (mg/l).
Literatura: 1. K. Volka a kol.: Analytická chemie II, skripta VŠCHT, Praha 1995 (ISBN 80-7080-227-8, 1. vydání). 2. Kotouček M., Skopalová J., Adamovský P.: Multimediální učebnice "Příklady z analytické chemie". (http://ach.upol.cz/ucebnice/)
5
