Анализ технической щавелевой кислоты

Министерство  здравоохранения Российской Федерации

  Управление  здравоохранения Иркутской области  Государственное медицинское училище г. Братска

 
 
 
Специальность 0450 «Фармация»

 
 
 
 
 
 
 
АНАЛИЗ  ТЕХНИЧЕСКОЙ ЩАВЕЛЕВОЙ  КИСЛОТЫ

Курсовая  работа 

Выполнил: студент группы Руководитель: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

Данная  работа посвящена определению щавелевой  кислоты в исследуемой соли. Существует много способов определения щавелевой кислоты, но согласно ГФ наиболее точным методом является перманганатометрическое титрование.

Поэтому в работе представлен материал, посвященный окислительно-восстановительному методу титрования, позволяющий ознакомиться с основными понятиями и теоретическим фундаментом этого метода. Значительное внимание уделяется перманганатометрии, этот метод является частным случаем титрования окислителем, в котором в качестве титранта применяют раствор KMnG*.

Курсовая  работа состоит из двух частей: в  первой части содержится теоретический материал, позволяющий ознакомиться с основными особенностями используемого метода, вторая часть посвящена непосредственно определению щавелевой кислоты в исследуемой соли. Курсовая выполнена на 36 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы, 5 литературных источников.

Введение

Курсовая  работа посвящена анализу технической  щавелевой кислоты. Для того чтобы установить титр, нормальность и содержание щавелевой кислоты в исследуемой соли необходимо использовать перманганатометрическое титрование. Данный метод определения щавелевой кислоты относится к окислительно-восстановительным методам и рекомендован Государственной Фармакопеей, как наиболее подходящий метод определения щавелевой кислоты в исследуемой соли. Щавелевая кислота имеет широкое применение в аналитической химии в качестве аналитического реагента. Также щавелевую кислоту используют в промышленности, как протраву при крашении тканей. Возможно ее использование для получения полиэфиров. Щавелевая кислота, задерживает свертывание крови и поэтому ее используют в медицине в качестве консерватора.

Цель  курсовой работы определить процентное содержание щавелевой кислоты в исследуемой соли. Для этого необходимо приготовить и установить титр раствора перманганата калия, произвести титрование щавелевой кислоты и рассчитать содержание кислоты в соли.

1     Теоретическая часть

1.1 Характеристика щавелевой кислоты (СООН)₂-2Н₂О

Содержание щавелевой  кислоты не менее 99,5^, нерастворимых  в воде

веществ не более 0,005X, нелетучего остатка не более 0,02Х_? сульфатов не

более 0,002/, тяжелых  металлов не более 0,0005Х и железа не более

0,0005Х.[1]

Щавелевая кислота  представляет собой бесцветное кристаллическое

вещество с  т.пл. 189°С, из воды кристаллизуется  в виде дигидрата с т.пл.

101°С.   Растворяется   в   воде   и   спиртах,   трудно   растворима   в

углеводородах.

В   виде   солей   встречается   в   природных   продуктах.   Широко

распространена  в растительном мире; встречается  также в небольших

количествах и  в живых организмах. Специфическим  методом получения

является нагревание формиата натрия, в результате чего образуется

оксалат натрия:

HCOO-Na   ^m~^mc >coo-Na+ +H₂

Специфическими  свойствами щавелевой кислоты являются разложение концентрированной серной кислотой и окисление:

_{нооссоон  ^H*^so* >со+со2 +н2о}

НООССООН-±^2СО₂ +Н₂О

Щавелевая кислота легко окисляется, т.е. обладает восстановительными свойствами; в связи с этим щавелевую кислоту используют в аналитической химии, как аналитический реагент. Также щавелевую кислоту используют в качестве протравы при крашении тканей.[3] Возможно ее использование для получения полимеров—полиэфиров. Полиэфиры—полимеры, которые получают из дикарбоновых кислот или их ангидридов и многоатомных спиртов (гликолей и глицерина).

Щавелевая кислота задерживает свертывание  крови. Ее прибавляют иногда к консервируемой крови для того, чтобы предотвратить ее свертывание. Такую кровь называют «оксалатной».[4]

1.2 Методы определения  щавелевой кислоты

Определение щавелевой  кислоты и ее соединений в природных  и технических продуктах имеет большое значение. Известны следующие химические методы определения щавелевой кислоты. Гравиметрические методы

1. Осаждение в виде оксалата кальция СаСаО^Н^О и взвешивание в виде 
   весовой формы СаСОз или СаО.
2. Осаждение в виде оксалата лантана и взвешивание в виде весовой 
   формы ЬагОз.

3. Осаждение в виде оксалата тория и взвешивание в виде ТЮ2. 
   Титриметрические методы

1. Осаждение в присутствии других органических кислот в виде оксалата 
   кальция и последующее определение связанных с кальцием оксалат- 
   ионов методом перманганатометрии или цериметрии.
2. Осаждение в виде оксалата кальция или лантана и последующее 
   комплексонометрическое титрование образовавшихся солей.
3. Осаждение виде оксалата ртути (II) нитратом ртути (II) и последующее 
   определение в фильтрате избытка ртути (II) титрованием стандартным 
   раствором роданида аммония.
4. Непосредственное титрование стандартным раствором перманганата, 
   сульфата или  перхлората  церия  (IV),  бихромата,  марганца  (III), 
   хлораминов В или Т и др.
5. Титрование щавелевой кислоты стандартным раствором щелочи в 
   присутствии фенолфталеина.
6. Йодометрическое титрование, основанное на выделении йода при 
   действии щавелевой кислоты на смесь йодида и йодата калия и

последующем титровании выделившегося йода стандартным  раствором тиосульфата,

7. Окисление ванадатами калия, натрия или аммония и последующее 
   обратное   титрование   избытка   ванадата   стандартным   раствором 
   восстановителя в присутствии соответствующего индикатора.
8. Титрование неводных растворов щавелевой кислоты и ее солей.
9. Газоволюмометрическое  определение,  основанное  на  окислении 
   щавелевой   кислоты   сильными   окислителями   и   последующем 
   определении объема выделившейся двуокиси углерода. [2]

1.3 Метод окисления-восстановления  (оксидиметрия, оксредметрия, ред-окс-методы)

1.3.1 Общая характеристика метода оксидиметрии

В основе методов оксидиметрии лежат окислительно-восстановительные реакции. При помощи титрованных растворов окислителей определяют количественно содержание восстановителей, а при помощи титрованных растворов восстановителей определяют концентрацию окислителей. Оксидиметрия подразделяется на ряд методов: перманганатометрия, иодометрия, хроматометрия, броматометрия и др.

Реакции окисления-восстановления протекают  сложнее, чем ионообменные реакции. Основные особенности окислительно-восстановительных реакций следующие.

1. Во многих реакциях юаимодействуют не только окислители, но и 
   другие вещества (например, кислоты и щелочи)
2. Реакции часто проходят в несколько стадий, причем каждая из них 
   протекает с различной скоростью.
3. Скорость   реакций    окисления-восстановления    ниже   скорости 
   ионообменных реакций; в то время как ионные реакции протекают 
   практически   мгновенно,   окислительно-восстановительные—требуют 
   более или менее продолжительного времени и особых условий, 
   обеспечивающих быстрое доведение процесса до конца.
4. Возможно разное направление реакций при одних и тех же исходных 
   веществах; кроме того, в процессе реакции нередко образуются вещества, 
   изменяющие ход самой реакции- 
   Реакции окисления-восстановления, на основе которых осуществляется 
   количественный    анализ,    должны    отвечать    всем   требованиям, 
   предъявленным к реакциям при титровании. Для того чтобы та или иная 
   реакция   могла   служить   основой   для   титрования,   она   должна 
   удовлетворять ряду требований.
5. Реакция   должна   проходить   количественно   по   определенному 
   уравнению без побочных реакций. Необходимо быть уверенным, что 
   прибавляемый реактив расходуется исключительно на реакцию с 
   определяемым веществом.
6. Окончание реакции следует точно фиксировать, чтобы количество 
   реактива было эквивалентно количеству определяемого вещества. На 
   эквивалентности    реагирующих    веществ    основано    вычисление 
   результатов анализа.
7. Реакция  должна  протекать  с  достаточной  скоростью  и  быть 
   практически необратимой. Точно фиксировать точку эквивалентности 
   при медленно идущих реакциях почти невозможно.

Многие  окислительно-восстановительные реакции  протекают с недостаточной скоростью. Поэтому часто скорость реакции повышают искусственно: повышением температуры, концентрации реагирующих веществ, изменением рН раствора и применением катализатора. Учитывая свойства веществ, в каждом анализе создают условия для достижения необходимой скорости реакции.

Индикаторы, применяемые в методах оксидиметрии, различны. Часто это органические вещества, которые сами являются окислителями или восстановителями. Подобные индикаторы—редокс-индикаторы—легко переходят из окисленной формы в восстановительную и наоборот, причем обе формы имеют различную окраску. К таким индикаторам относят дифениламин, в окисленном состоянии сине-фиолетовый, а в восстановленном—бесцветный, метиловый синий (окисленная форма зеленовато-голубая, восстановленная—бесцветная) и др. Кроме того, для некоторых реакций имеются специфические индикаторы—вещества, изменяющие окраску при реакции одним из участников титрования. Например, таким индикатором является крахмал, образующий с йодом адсорбционное соединение синего цвета.

В некоторых  случаях возможно титрование без  индикатора, если окраска титранта достаточно яркая и резко изменяется в результате реакции. Примером может служить титрование с помощью перманганата калия, малиновый раствор которого при восстановлении МпО*4 в Мп обесцвечивается. Когда все титруемое вещество прореагирует, лишняя капля раствора перманганата калия окрасит титруемый раствор в бледно-розовый цвет.

Методы  оксидиметрии широко применяются в клиническом, санитарно-гигиеническом анализе и при анализе фармацевтических препаратов. Методом перманганатометрии определяют количество кальция в крови. Этот метод применяют также для определения так называемой перманганатной окисляемости воды, т.е. определение количества КМпО4, необходимого для окисления органических веществ в воде. Метод используют для определения содержания пероксида водорода в фармацевтическом анализе.

Метод иодометрии используют для определения  концентрации сахара в крови, свободного хлора в воде и активного хлора в хлорной извести. При анализе фармацевтический препаратов этот метод применяют для определения концентрации свободного иода, количества иодидов и тиосульфата натрия.

Метод броматометрии применяют для  анализа соединений мышьяка, стрептоцида и других лекарственных препаратов.

1.3.2 Достоинства метода окисления-восстановления

Широкому  применению ред-окс-методов в практике способствуют многие их достоинства по сравнению с другими известными методами анализа,

1. Они отличаются большой точностью, хорошей воспроизводимостью, 
   простотой и не требуют для своего завершения много времени.
2. Многие ред-окс-методы    очень быстро выполняются, т.е. они 
   экспрессивны, благодаря чему их относительно легко использовать для 
   автоматизации контроля.
3. Ред-окс-методы отличаются большим разнообразием и поэтому 
   широко   используются   в   системах   производственного   химико- 
   аналитического контроля.
4. Окислительно-восстановительные методы можно применять не только 
   для определения соединений, относительно легко окисляемых или 
   восстанавливаемых, но и веществ, не подвергающихся окислению или 
   восстановлению.
5. Ред-окс-титрование можно осуществлять не только индикаторными, 
   но и безиндикаторными и инструментальными методами.
6. Определение можно проводить методами прямого, обратного и 
   косвенного титрования.
7. Некоторые  окислители  или  восстановители,   применяемые  для 
   приготовления стандартных растворов, легко получаются в химически 
   чистом состоянии и поэтому пригодны для установки стандартных 
   растворов по точной навеске.
8. Титрование окислителями и восстановителями осуществляется во всех 
   средах.
9. В    ряде    случаев    ред-окс-методы    позволяют    осуществлять 
   дифференцированное титрование двух- и трехкомпонентных смесей. 
   Ю.Сочетание окислительно-восстановительных методов с методами 
   кислотно-основного и комплексонометрического титрования, а также с

методами  предварительного разделения и концентрирования открывает большие возможности их практического применения в различных областях. [2]

1.3.3 Титранты, применяемые в методе окисления-восстановления

В  оксредметрии  в  качестве  основных  реагентов,  служащих  для приготовления   стандартных   растворов,   применяют   разнообразные окислители   и   восстановители.   Наиболее   широко   используются следующие реагенты. 1. Перманганат калия в кислой, нейтральной и в щелочной средах:

МпСг₄ +5е~ +(8 + ²

Мп(Г_А +Ъе~ +2HOH-±lMnO₂ +40# МпО, +3е~ +4#⁺ ~+1МпО₂ +2Н₂О

  ^он~

 
КМпО₄ является одним из самых сильных окислителей

Как видно  из приведенных уравнений, реакции  окисления-восстановления с участием перманганата в значительной мере зависят от рН раствора. Катализаторы (соли марганца, железа, меди и др.) ускоряют реакции.

Для   установки   стандартного   раствора   перманганата   применяют щавелевую и янтарную кислоту, оксалаты натрия или аммония, иодид калия, соль Мора, гексацианоферрат калия, металлическое железо и др. Точку эквивалентности устанавливают по розовой окраске избытка реагента, индикаторным и инструментальными методами. Перманганатом   успешно   титруют   как   неорганические,   так   и органические вещества. 2. Йод в виде его растворов в водном растворе KI:

 
 
 
Основным  веществом,   применяемым  в  йодометрических  методах титрования в качестве восстановителя, является тиосульфат натрия:

Титрование   йодом   проводят   в   нейтральных   или   карбонатных,

фосфатных, боратных и других буферных растворах. Для  определения

точки   эквивалентности   применяют   визуальные,   индикаторные   и

инструментальные  методы.

Метод  титрования  йодом  широко  применяется  для  определения

неорганических  и органических соединений.

3. Бромат калия,  являющийся сильным окислителем:

ВгО; +6е~ +6H⁺tBr- +ЪН₂О

 
Стандартные растворы готовят растворением точной навески КВгОз, к которому добавляют бромид калия. В точке эквивалентности при добавлении одной избыточной капли стандартного раствора выделяется бром:

ВгСГ_ъ +Br~ +6H⁺t3Br₂ +ЪН₂О

Титрование  ведут в кислой среде в присутствии  азоиндикаторов, меняющих свою окраску вследствие окисления азогрупп свободным бромом.

4. Аскорбиновая  кислота, обладающая восстановительными  свойствами, она является одним из немногих органических веществ, применяемых для приготовления  стандартных  растворов.   Стандартные  растворы  ее устанавливают по йоду, йодату калия в присутствии иодида калия. Точку  эквивалентности  устанавливают   индикаторным   методом   в присутствии   вариаминового   синего   и   других   индикаторов   или инструментальными методами.

Помимо  указанных титрантов в методах  окисления-восстановления применяют и другие реагенты. [2]

1.3.4 Влияние на реакции окисления-восстановления различных факторов

Наиболее важными  факторами, оказывающими сильное влияние  на

скорость реакции  окисления-восстановления, являются следующие.

Влияние концентраций реагирующих веществ.

Согласно закону действия масс при постоянной температуре  скорость

данной   химической реакции прямо пропорциональна произведению

концентраций  реагирующих веществ.

Для реакции:

Окисл_х + Восст^Воссщ + Окисл₂

Скорость прямой реакции (х>\) равняется:

\)1=К[Окисл1][Восст₂]

где К—коэффициент  пропорциональности (константа скорости). Поэтому чем выше [Окисл^, или [Восст₂], тем больше скорость прямой реакции, обычно выражающей процесс титрования в методах окисления-восстановления. Но следует иметь в виду, что многие реакции окисления-восстановления протекают очень медленно даже при высокой концентрации реагирующих веществ. Это в особенности относится к реакциям, протекающим в неводных растворах. Например, известно, что даже при высокой концентрации такие окислители, как перманганат, персульфат, бихромат и некоторые другие, реагируют со многими восстановителями с очень малой скоростью. В таких случаях прибегают преимущественно к методам обратного титрования или добавляют в титруемых раствор катализаторы, повышающие скорость реакции, или вводят индикаторы, вызывающие реакции, которые не протекают в их отсутствие. Влияние рН среды.

Скорость   реакции   в   большинстве   случаев   является   функцией концентрации ионов водорода, поэтому реакции проводят обычно при

определенных  значениях рН среды. Кроме того, посредствам  увеличения концентрации кислот удается повысить окислительно-восстановительные свойства некоторых систем. Также следует помнить, что на течение реакции оказывает действие не только добавление кислоты или щелочи, но и влияние ионов водорода и гидроксила, которые образуются при диссоциации воды и участвуют во многих реакциях окисления-восстановления. Влияние температуры.

От температуры  также зависит скорость реакции, изменение которой связано с энергией активации. Влияние катализаторов. Скорость реакции, схематически выражаемой уравнением

Окисл_х + Восст₂^Восст₁ + Окисл₂

Может в сотни, тысячи и миллионы раз увеличиваться  в присутствии

катализаторов (в частности, ионов водорода)

Многие реакции  окисления-восстановления катализируются кислотами.

Ионы   водорода   оказывают   разлагающее   действие   на   кислород

содержащие окислители, направляя реакции в сторону  образования

молекул воды. Благодаря  этому усиливаются окислительные  свойства

окислителей.

Действие  катализатора на  скорость  прямой реакции  объясняется

образованием  катализатором  с   Окисл!  или  Восст2 комплексного

соединения, реагирующего с Восстг или Окисл!  с образованием

продуктов реакции  Boccti и Окисл2-При этом сам катализатор выделяется

в свободном  виде.

Иногда катализатор  участвует в образовании чрезвычайно  сильного

реакционноспособного  промежуточного соединения. В присутствии

такого вещества Окисл! реагирует с Boccti со значительно большей

скоростью, чем  без катализатора.

Особый  вид каталитических явлений состоит  в образовании катализатора во время самой реакции окисления-восстановления, которое называется автокатализм.

Например, реакция окисления щавелевой  кислоты перманганатом протекает чрезвычайно медленно. При добавлении стандартного раствора перманганата титруемый раствор долгое время остается окрашенным и не обесцвечивается, несмотря на присутствие в растворе достаточного количества окислителя (МпО» и восстановителя (С2О4²"), т.е. реакция идет очень медленно, однако в результате ее постепенно накапливаются ионы Мп¹¹. Образующиеся Мп²⁺-ионы оказывают заметное каталитическое действие на процесс окисления-восстановления, и вызываемая МпО*4 окраска раствора быстро исчезает вследствие их восстановления оксалат-ионами.

 Окисление С2О/^- перманганатом сопровождается образованием промежуточных соединений, в которых важную роль играют ионы Мп²⁺. Поэтому иногда перед титрованием перманганатом в титруемый раствор рекомендуют добавлять соли марганца (II), [2]

1.3.5 Фиксирование точки эквивалентности в методе окисления-восстановления

В ряде случаев окислительно-восстановительного титрования точку эквивалентности фиксируют по изменению окраски титруемого раствора, вызываемой избытком окрашенного стандартного раствора (например, перманганата).

В методах, основанных на титровании стандартным  раствором иода или на выделении иода (иодометрия), точку эквивалентности устанавливают при помощи индикатора—крахмала, специфически реагирующего с йодом (в присутствии иода бесцветный раствор крахмала окрашивается в интенсивно синий цвет; в присутствии избытка восстановителей, восстанавливающих нейтральный йод, интенсивно синее окрашивание исчезает).

В некоторых  случаях конец титрования определяют по обесцвечиванию кроваво-красной  окраски роданида железа в присутствии  избытка восстановителя (титанометрия)

Перечисленные вещества можно отнести к группе специфических реактивов (индикаторов), действующих в пределах определенных методов окисления-восстановления.

Помимо  этой группы веществ (индикаторов) в  методах окисления-восстановления широко применяют индикаторы, называемые ред-окс-индикаторами, которые изменяют окраску в зависимости от величины окислительно-восстановительного потенциала.

Иногда  для более четкого фиксирования точки эквивалентности прямое визуальное титрование проводят либо в неводных растворах, либо к водному раствору добавляют небольшое количество органического растворителя, не смешивающегося с водой (бензол). При этом органический растворитель экстрагирует слабоокрашенное вещество, и окраска его увеличивается. Так, например. Поступают при йодометрическом титровании, экстрагируя йод.

Наиболее  широко для фиксирования конечной точки  титрования применяют физико-химические (инструментальные) методы. Например, фотометрический—это молекулярный абсорбционный спектральный анализ, основанный на поглощении электромагнитного излучения в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра определяемым компонентом или его соединениями с подходящим реагентом. [2]

1.3.6 Индикаторы метода окисления-восстановления

В ред-окс-методах  титрования применяют необратимые  индикаторы: метиловый оранжевый, метиловый красный и другие, которые в конечной точке титрования необратимо окисляются избытком окислителя и при этом меняют свою окраску. Например, метиловый оранжевый окисляется согласно уравнению: