محلول استاندارد چیست ؟ چه کاربردی دارد؟

در علم شیمی، محلول استاندارد به محلولی گفته می شود که غلظت دقیق عنصرها را مشخص می کند. در واقع، این محلول به کمک ماده استاندارد اولیه تهیه می شود. ماده استاندارد اولیه، به ماده ای گفته می شود که بسیار خالص، پایدار و بدون آب باشد. در این ماده، نباید هیچگونه ناخالصی وجود داشته باشد. این محلول ها از مواد بسیار پرکاربرد در آزمایش های شیمی به ویژه شیمی تجزیه می باشند. در این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک، به معرفی محلول های استاندارد و کاربرد آنها پرداخته می شود. لطفا همراهی بفرمایید.

فهرست مطالب این مقاله
۱- مقدمه
۲- تعریف محلول های استاندارد اولیه و ثانویه
۳- تهیه محلول های استاندارد
۱-۳- استاندارد کردن پتاسیم دی کرومات ۰/۱ نرمال
۲-۳- استاندارد کردن پرمنگنات پتاسیم ۰/۱ نرمال
۳-۳- استاندارد کردن نیترات نقره ۰/۱ نرمال
۴-۳- استاندارد کردن پتاسیم هیدرو کساید ۱/۰ نرمال
۴- خواص و ویژگی ‌های محلول های استاندارد
۵- کاربرد معرف ها

مقدمه

یکی از مهمترین کارهایی که در شیمی و به خصوص شیمی تجزیه انجام می شود، مشخص کردن غلظت هر یک از موادی است که در ساختار یک محلول مجهول وجود دارد. در حقیقت، محلول های استاندارد ابزاری محسوب می شوند که شیمیدانان با استفاده از آنها می توانند به راحتی و به طور دقیق به غلظت مواد مجهول دست پیدا کنند.

لازم به ذکر است که غلظت این محلول ها به طور دقیق اندازه گیری شده است. به عنوان مثال برای اندازه گیری دقیق نرمالیته، یک محلول از آنها را به کمک محلولی که از قبل نرمالیته آن مشخص، تعیین و استاندارد اولیه شده است استفاده می کنند. توجه داشته باشید که غلظت محلول‌ های استاندارد، معمولا با واحد مول بر لیتر (مولاریته) و مول در هر دسیمتر مکعب بیان می گردد.

 

تعریف محلول های استاندارد اولیه و ثانویه

محلولهای استاندارد اولیه از مواد اولیه استاندارد ساخته شده اند. این محلول ها می توانند درگیر واکنش های شیمیایی شوند. بنابراین، می توان از این معرف ها برای تعیین غلظت نا مشخص یک محلول که در یک واکنش شیمیایی خاص شرکت کرده است استفاده نمود.

استاندارد های ثانویه از مواد استاندارد ثانویه ساخته می شوند. قبل از استفاده از آنها، غلظت این محلول ها را باید با استفاده از استانداردهای اولیه مشخص نمود. بیشتر مواقع این محلول ها برای کالیبراسیون ابزارهای تحلیلی استفاده می کنند.

یکی از تفاوت های اصلی بین محلول های استاندارد اولیه و ثانویه در اینست که استاندارد اولیه از خلوص بالا (۹/۹۹ درصد) ولی واکنش پذیری کمتری برخوردار می باشد. در حالیکه استاندارد ثانویه از خلوص کمتر و واکنش پذیری بالاتری برخوردار است.

توجه داشته باشید که به دلیل واکنش پذیری پایین، محلولهای استاندارد اولیه کمتر و به ندرت آلوده می شوند. در حالیکه محلول های استاندارد ثانویه بسیار واکنش پذیر بوده به راحتی آلوده می شوند. بنابراین، قبل از استفاده از محلول های ثانویه، باید آنها را استاندارد سازی نماییم.

 

تهیه محلول های استاندارد

برای تهیه یک محلول استاندارد، میزان مشخصی از ماده مورد نظر را به وسیله ترازو با دقت وزن کرده و سپس به یک بطری حجمی منتقل می ‌گردد. به آن حلال اضافه کرده و بعد از حل شدن ماده استاندارد در آن به حجم می رسانند. در واقع یک استاندارد ساده با رقیق کردن یک عنصر یا یک ماده در حلالی که با آن واکنش می‌ دهد، بدست می‌آید.

در این محلول ها رابطه بین مقدار ماده حل‌ شده و محلول و یا رابطه بین مقدار ماده حل‌ شده و حلال معلوم و مشخص می باشد. در نتیجه با معلوم بودن مقدار ماده حل‌ شده و میزان حلال تشکیل دهنده محلول، می توان غلظت محلول را مشخص کرد. توجه داشته باشید که برای بیان غلظت از روش‌ های گوناگون بهره می برند. بنابراین، این محلولها را بر اساس غلظت بیان می‌ کنند. در ادامه به عنوان نمونه، روش هایی از استاندارد کردن چند محلول شیمیایی بیان شده است.

 

استاندارد کردن پتاسیم دی کرومات ۰/۱ نرمال

برای این منظور، ۲۵ میلی لیتر از محلول مورد نظر را در یک ارلن درب دار ۵۰۰ سی سی ریخته و به آن ۲ گرم یدید پتاسیم اضافه می کنند. در نهایت با ۲۰۰ میلی لیتر آب مقطر آن را رقیق می نمایند. در استپ بعدی، ۵ میلی لیتر اسید کلریدریک غلیظ به آن اضافه نموده و به مدت ۱۰ دقیقه در یک جای تاریک قرار می دهند. در نهایت آن را با سدیم تیوسولفات ۱/۰ نرمال تیتر می کنند. برای تشخیص نقطه پایانی، در نزدیکی نقطه هم ارزی ۳ میلی لیتر معرف نشاسته به آن اضافه نموده و تا بی رنگ شدن کامل محلول تیتر کردن را ادامه می دهند.

استاندارد کردن پرمنگنات پتاسیم ۰/۱ نرمال

برای این منظور، ۲۰۰ میلی گرم سدیم اگزالاتی که قبلا در آون حرارت دیده است را با دقت وزن نموده و در ۲۵۰ میلی لیتر آب مقطر حل می کنند. در قدم بعدی ۷ میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ به آن افزوده و تا دمای ۸۰-۸۵ درجه سانتیگراد حرارت می دهند. در نهایت محلول را با پرمنگنات پتاسیم مورد نظر تیتر می کنند.

استاندارد کردن نیترات نقره ۰/۱ نرمال

برای این منظور، صد میلی گرم سدیم کلراید خالص را که قبلا خشک شده است را به یک بشر ۱۵۰ میلی ریخته و به آن ۵ میلی لیتر آب مقطر اضافه می کنند. در قدم بعدی، به آن ۵ میلی لیتر اسید استیک غلیظ اضافه می نمایند. در ادامه کار، ۵۰ میلی لیتر متانول و ۵/۰ میلی لیتر شناساگر Eosin Y به محلول اضافه کرده و محلول را هم می زنند. در نهایت محلول بدست آمده را با نیترات نقره تیتر و نرمالیته آن را محاسبه می کنند.

استاندارد کردن پتاسیم هیدرو کساید ۱/۰ نرمال

برای این منظور، پنج گرم پتاسیم بی فتالات را که قبلا حرارت دیده است را در ۷۵ میلی لیتر آب مقطر تازه حل می کنند. در قدم بعدی، دو قطره فنل فتالئین اضافه کرده و تا ظهور رنگ صورتی تیتر کردن را ادامه می دهند.

خواص و ویژگی ‌های محلول های استاندارد

محلولی را می توان به عنوان یک استاندارد اولیه بکار برد که دارای خواص و ویژگی های زیر باشد.

۱- غلظت آن در طول زمان ثابت باقی بماند و پایدار باشد. در واقع در مقابل عوامل محیطی و مواد داخل آزمایشگاه حساس نبوده و در واکنشی شرکت نکند. به عنوان مثال، جاذب رطوبت و یا فرار نباشد. از طرفی دیگر، در برابر هوا پایدار باشد و قابلیت جذب گاز CO_۲ را نداشته باشد.

۲- ماده ای خالص باشد. در واقع درجه خلوص بالا و مشخص داشته باشد.

۳- ماده مورد نظر جامد باشد. همچنین فرمول شیمیایی آن با ترکیب مطابقت داشته باشد.

۴- وزن فرمولی و اکی والان گرم بالایی داشته باشد، در نتیجه میزان خطای توزین به حداقل می رسد.

۵- سرعت واکنش آن با آنالیت باید نسبتا سریع باشد، تا پس از اضافه کردن محلول استاندارد مدت انتظار و دستیابی به نتیجه به حداقل برسد.

۶- واکنش بین محلول استاندارد و آنالیت مورد نظر باید به طور کامل انجام شود و واکنشی منطقی باشد. علاوه بر آن، باید بتوانید استوکیومتری واکنش مورد نظر را کامل و با نسبت مشخص نوشت.

۷- در حلال محیط تیتراسیون حل شده و محلول باشد.

۸- تا جایی که امکان دارد خاصیت انتخاب گر داشته باشد.

۹- باید بتوانید با کمک روشی نقطه پایانی (زمانیکه تمام آنالیت با تیترانت واکنش داده است) را مشخص کنید.

بنابراین بر طبق توضیحات بالا، محلول سود به دلیل جاذب رطوبت بودن و یا محلول اسید هیدروکلریک نمی توانند به عنوان محلول استاندارد اولیه استفاده شوند. زیرا غلظت آن دو و تغییر می کند. بنابراین برای استاندارد کردن این دو محلول و در نتیجه تعیین نرمالیته دقیق آنها باید از یک محلول استاندارد اولیه استفاده کنند.

 

کاربرد معرف ها

از این محلولها معمولا جهت تعیین غلظت سایر مواد استفاده می شود. به عنوان مثال، محلول های استاندارد در تیتراسیون برای مشخص کردن غلظت ماده مجهول کاربرد فراوانی دارند. علاوه بر آن، در تعیین غلظت در آنالیز های طیف سنجی نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

در واقع، ابتدا محلول های استاندارد با غلظت های مختلف تهیه می شوند. با کمک آنها، منحنی استاندارد بدست می آید. در نتیجه با استفاده از منحنی رسم شده، می توان غلظت ماده مجهول را از شدت جذب آن در اسپکتروسکوپی به راحتی تعیین کرد.