7. Potenciometrie

Potenciometrie je metoda kvantitativního stanovení látky metodou titrace. Bod ekvivalence (konec titrace) je indikován na základě měření napětí galvanického článku, tvořeného elektrodami - indikační (kovovou) a referenční (kalomelovou), které jsou umístěny v titrovaném roztoku. Po každém přidání titračního činidla měříme potenciál článku voltmetrem o velmi vysokém odporu. V grafu závislosti potenciálu na množství titračního činidla - titrační křivce, je vidět potenciálový skok (náhlý vzrůst nebo pokles potenciálu), který dovoluje určit bod ekvivalence (inflexní bod titrační křivky) metodami grafickými nebo početními.

Teoretické podklady úlohy vycházejí z Nernstovy rovnice (viz. skripta Dvořák a kol.: Praktické úlohy z biofyziky a statistické metody vyhodnocování výsledků, VFU, 2010; eventuálně Dvořák, P., Vítek, J., Ždárský, M.: Biofyzikální cvičení. Skripta, VFU, Brno, 2013)

1. Příprava titrovaného roztoku: Do kádinky napipetujeme 10 ml cca 0,1M roztoku FeSO₄, zředíme 80 ml deionizované vody a dávkovačem doplníme 10 ml H₂SO₄. Vložíme magnetické míchadlo a kádinku postavíme na magnetickou míchačku. Do roztoku vložíme indikační Pt a referenční kalomelovou elektrodu, které připojíme k voltmetru (indikační elektrodu připojíme do konektoru G a referenční do konektoru R).
2. Roztokem titrujícím - 0,05M KMnO₄ (o známém faktoru f = 1,000) naplníme byretu, kterou umístíme nad roztokem titrovaným.
3. Za stálého míchání elektromagnetickou míchačkou titrujeme roztokem KMnO₄ po 2 ml až do 14 ml.
4. Pak titrujeme po 1 ml až do 19 ml.
5. Dále pak titrujeme po 0,1 ml až do 21 ml.
6. Nakonec do 25 ml titrujeme opět po 1 ml. Po každém přídavku titrujícího roztoku počkáme cca 10 s než odečteme napětí článku E [mV].
7. Získané hodnoty použijeme pro sestrojení titrační křivky (viz. obr.).
   
   Nastavení voltmetru: V přípravné fázi, kdy manipulujeme s elektrodami, zmáčkneme červený knoflík (poloha STDBY). Před začátkem titrace červený knoflik uvolníme (poloha MEAS.)

   
   

1. Roztoky titrovaný a titrující mají stejné složení jako v předchozí titraci, použijeme stejné elektrody.
2. Postup titrace: Nejprve přidáme 12 ml titrujícího roztoku a pak až do 19 ml titrujeme po 1 ml. Po každém přídavku odečteme napětí E [mV].
3. Získané výsledky zaneseme do následujícího grafu:
   - Osa x - objem přidaného KMnO₄ v ml (POZOR, ne nulovou hodnotu odečtenou před titrací!)
   - na osu y vyneseme hodnoty vypočítané dle následujícího vzorce:
   

   

   V - celkový objem přidaného KMnO₄
   E - změřené napětí v [mV]
   n - počet elektronů potřebných k přechodu jedné částice redukované formy titrované látky na oxidovanou formu - zde použij hodnotu 1!
   g = 2,303 RT / F - pro 25 ^oC = 59 mV - zde použij tuto hodnotu!
             (R - molární plynová konstanta 8,314 J.K^-1.mol^-1
             F - Faradayův náboj 96487 C.mol^-1
             T = absolutní teplota v K)
   
   

   

4. Zjištění ekvivalentního bodu: Graficky zjistíme bod ekvivalence tak, že metodou těžišť proložíme získanými body přímku, jejíž průsečík s osou x je hledaný bod ekvivalence. Numericky můžeme vypočítat bod ekvivalence z rovnice lineární regrese, kterou vypočítáme pro získané body.
5. Následuje výpočet přesné koncentrace c FeSO₄, dle následujícího vztahu:
   
   

   c(FeSO₄) . V(FeSO₄) = c(KMnO₄) . V(KMnO₄)

   c - koncentrace v mol.l^-1
   V - objem v ml (použij hodnotu bodu ekvivalence)
   

1. Příprava titrovaného roztoku: Do kádinky napipetujeme 10 ml cca 0,1 M KI, zředíme 90 ml deionizované vody, vložíme magnetické míchadlo a umístíme na magnetickou míchačku. Do roztoku vložíme indikační kovovou (Ag) elektrodu a referenční kalomelovou elektrodu se solným můstkem plněným 0,1 M KNO₃. Stejně jako u titrace srážecí, elektrodu indikační zapojíme do konektoru G a referenční do konektoru R voltmetru.
2. Roztokem titrujícím - 0,1 M AgNO₃ o známém faktoru naplníme byretu, kterou umístíme nad titrovaný roztok. Spustíme míchání.
3. Nejprve titrujeme po 1 ml až do 5 ml.
4. Dále do 9 ml po 0,5 ml.
5. Od 9 ml do 11 ml po 0,1 ml.
6. Nakonec do 15 ml titrujeme opět po 1 ml.
7. Po každém přidání titrujícího roztoku odečteme hodnotu E [mV]. Obdobně jako u titrace redoxní sestrojíme titrační křivku (viz. následující obr.)

1. Roztoky titrovaný a titrující mají stejné složení jako v předchozí titraci, použijeme stejné elektrody.
2. Postup titrace: Nejprve přidáme 6 ml titrujícího roztoku a pak až do 9 ml titrujeme po 0,5 ml. Po každém přidání titrujícího roztokou odečteme E [mV].
3. Získané výsledky zaneseme do následujícího grafu:
   - Osa x - objem přidaného 0,1 M AgNO₃ v ml (POZOR! ne nulovou hodnotu odečtenou před titrací!)
   - na osu y vyneseme hodnoty vypočítané dle následujícího vzorce:
   

   

   V₀ - celkový objem KI odpipetovaný k titraci v ml (= 10 ml)
   V - celkový přidaný objem AgNO₃ v ml
   E - napětí v mV
   g - má pro 25 ^oC hodnotu 59 mV - zde použij tuto hodnotu!
   n = 1 (viz. redoxní titrace)

   

4. Zjištění ekvivalentního bodu: Graficky zjistíme bod ekvivalence tak, že metodou těžišť proložíme získanými body přímku, jejíž průsečík s osou x je hledaný bod ekvivalence. Numericky můžeme vypočítat bod ekvivalence z rovnice lineární regrese, kterou vypočítáme pro získané body.
5. Následuje výpočet přesné koncentrace cKI, dle následujícího vztahu:
   
   

   c(KI) . V(KI) = c(AgNO₃) . V(AgNO₃)

   c - koncentrace v mol.l^-1
   V - objem v ml (použij hodnotu bodu ekvivalence)
6. Nakonec vypočítáme faktor f roztoku KI dle vztahu:
   

   f = exp. koncentrace KI / teoretická koncentrace KI
   

   Faktor roztoku f používáme k vypočítání přesné (reálné) koncentrace roztoku. Tu získáme násobením teoretické koncentrace zjištěným faktorem roztoku.