نحوه ساخت محلول استاندارد

ساخت محلول استاندارد یک مهارت اساسی است که همه شیمیدانان و تکنسین های آزمایشگاهی باید بدانند. محلول استاندارد به سادگی محلولی است که غلظت دقیق یک عنصر یا ترکیب خاص در آن مشخص باشد. آنها به عنوان نقطه مرجع نهایی برای اندازه گیری سایر مواد ناشناخته استفاده می شوند.

برای آشنایی بیشتر با محلول های استاندارد و کشف دو روش اصلی تهیه آنها در آزمایشگاه، ادامه مطلب را بخوانید.

یافته های کلیدی

• محلول استاندارد ماده ای با غلظت شناخته شده یا از پیش تعیین شده است

• محلول های استاندارد در کارهای آزمایشگاهی تحلیلی مانند تیتراسیون استفاده می شود

• دو روش اساسی برای تهیه محلول استاندارد وجود دارد: روش رقیق سازی و روش توزین

• محلول های استاندارد برای محاسبه غلظت یک ماده ناشناخته در یک محلول استفاده می شود

• محاسبات بر اساس تناسب غلظت مولی انجام می شود

مقدمه ای بر راه حل های استاندارد

محلول های استاندارد در شیمی تجزیه حیاتی هستند زیرا می توانند به تعیین غلظت دقیق یک ماده ناشناخته کمک کنند. تکنیک های آزمایشگاهی تحلیلی مانند تیتراسیون به محلول های استاندارد برای دستیابی به نتایج دقیق و دقیق بستگی دارد.

گاهی اوقات محلول های استاندارد به عنوان معرف و بافر عمل می کنند. برای ایجاد یک راه حل استاندارد با دقت بالا از ابتدا، معمولاً با یک استاندارد اولیه شروع می کنید. این یک ترکیب بسیار خالص و پایدار است که رطوبت هوا را جذب نمی کند و معمولاً وزن مولکولی بالایی دارد.

هر ماده شیمیایی به عنوان یک استاندارد اولیه واجد شرایط نیست. یک مثال خوب هیدروکسید سدیم است که به سرعت رطوبت و دی اکسید کربن را از هوا جذب می کند و وزن کردن را با دقت کامل غیرممکن می کند. هنگامی که چنین موادی استفاده می شود، محلول حاصل باید قبل از استفاده با استاندارد اولیه بررسی شود.

روشهای تهیه محلول استاندارد

بیایید به دو روش اساسی تهیه محلول استاندارد، روش رقیق سازی و روش توزین نگاهی بیندازیم.

هر دو شامل تعیین غلظت مورد نظر بر اساس رابطه متناسب بین مولاریته و حجم محلول های استاندارد و ذخیره هستند.

روش رقیق سازی

شیمیدانان زمانی از روش رقت استفاده می کنند که از قبل محلول ذخیره ای بسیار غلیظ در دسترس داشته باشند و بخواهند محلول ضعیف تری بسازند. آزمایشگاه ها به طور معمول اسیدهای تست استاندارد مانند اسید کلریدریک، اسید سولفوریک و اسید نیتریک را به این روش تهیه می کنند.

وقتی حلال بیشتری به محلول پایه اضافه می کنید، غلظت مولی آن را کاهش می دهید. با این حال، تعداد کل ذرات املاح را تغییر نمی دهید. شما فقط آنها را در حجم بیشتری توزیع می کنید. از آنجایی که کل مول های املاح ثابت می ماند، می توانید از یک فرمول ساده برای بقای جرم استفاده کنید:

م₁V₁ = م₂V₂

فرآیند تهیه محلول استاندارد با استفاده از روش رقیق سازی به شرح زیر است:

• احجام را محاسبه کنید – از فرمول استفاده کنید تا متوجه شوید دقیقاً چه مقدار محلول ذخیره را باید بکشید.
• حلال جزئی اضافه کنید – هنگام کار با اسیدهای قوی، همیشه ابتدا آب را به فلاسک اضافه کنید. هرگز آب را مستقیماً در اسید غلیظ نریزید زیرا می تواند باعث پاشش خطرناک و گرمای شدید شود.
• محلول استوک را اندازه گیری کنید – از پیپت حجمی دقیق یا پیپت Mohr برای برداشت حجم محاسبه شده از محلول استوک استفاده کنید.
• هم بزنید و تا نقطه پر کنید – محلول استوک را به یک فلاسک حجمی انتقال دهید. باقیمانده فلاسک را با آب مقطر پر کنید تا منیسک خط را لمس کند، سپس برعکس کنید تا مخلوط شود.

نمونه ای از رقت اسیدی

واقعاً مهم نیست که چه نوع محلولی را می خواهید درست کنید، به شرطی که غلظت محلول استوک را بدانید و غلظت مورد نظر محلول رقیق را تنظیم کرده باشید.

فرض کنید می خواهید 50 میلی لیتر از محلول اسید سولفوریک 1.0 مولار را از محلول غلیظ 2.0 M تهیه کنید. شما می توانید این را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: M₁V₁ = م₂V₂.

با جابجایی ساده می توانید V را جدا کنید₁.

• V₁ = م₂V₂ / م₁
• V₁ = (1.0M x 50mL) / 2.0M
• V₁ = 25 میلی لیتر محلول استوک

روش توزین

شیمیدانان زمانی که نیاز به حل یک ماده شیمیایی جامد (املاح) در مایع (حلال، معمولاً آب مقطر) دارند، از این روش استفاده می کنند.

فرآیند تهیه محلول به روش توزین به شرح زیر است:

• جرم مورد نیاز را محاسبه کنید – جرم دقیق جامد مورد نیاز را بر اساس مولاریته هدف تعیین کنید.
• املاح را به دقت وزن کنید – از یک ترازوی تحلیلی برای وزن کردن املاح جامد در یک قایق خشک و تمیز یا یک بشر کوچک استفاده کنید.
• جامد را حل کنید – جامد را به یک لیوان بریزید، مقدار کمی آب مقطر اضافه کنید و هم بزنید تا جامد کاملا حل شود.
• به یک فلاسک حجمی منتقل کنید – محلول آماده شده را با استفاده از قیف شیشه ای در یک فلاسک حجمی تمیز بریزید. لیوان و قیف را چندین بار با آب مقطر بشویید و آب شستشو را نیز داخل فلاسک بریزید.
• تا علامت پر کنید – آب مقطر را اضافه کنید تا ته منحنی مایع (منیسک) دقیقاً روی خط حک شده روی گردن فلاسک قرار گیرد. فلاسک را بسته و 10 تا 15 بار برعکس کنید تا کاملا مخلوط شود.

نمونه ای از یک راه حل اساسی

قبل از تهیه محلول غلظت مورد نظر را تنظیم کنید. برخلاف روش رقیق سازی، روش توزین نیاز به محاسبه جرم مولی ماده ای دارد که در حال تهیه آن هستید.

مثال زیر نحوه محاسبه جرم مورد نیاز را با استفاده از روش توزین نشان می دهد. توجه داشته باشید که از آنجایی که هیدروکسید سدیم (NaOH) یک استاندارد اولیه نیست، محلول به دست آمده باید قبل از استفاده به عنوان یک محلول استاندارد واقعی با یک استاندارد بررسی شود.

• Na – 23 u
• O – 16 u
• H – 1 u
• مجموع: 40 یو یا 40 گرم در هر مول

اگر غلظت 1M NaOH را مشخص کنید، باید 40 گرم NaOH را در یک لیتر آب حل کنید.

تهیه یک محلول استاندارد شامل محاسبه مقادیر مولی املاح و حلال ها است. این را می توان با یکی از دو روش انجام داد: روش رقیق سازی یا روش توزین.

نکاتی برای تهیه محلول دقیق

در شیمی تجزیه، دقت و صحت موفقیت شما را دیکته می کند.

دقت به این معنی است که اندازه گیری شما به هدف واقعی و صحیح می رسد. دقت به این معنی است که می توانید این اندازه گیری را تا مراحل کوچک به طور قابل اعتماد تکرار کنید. دقت و دقت در کنار هم می توانند دقت را هنگام تهیه راه حل ها تضمین کنند.

تجهیزات و کالیبراسیون مناسب

دو قطعه اصلی از تجهیزات مورد نیاز شما عبارتند از ظروف شیشه ای برای اندازه گیری دقیق حجم (مانند فلاسک حجمی و پیپت) و دستگاه اندازه گیری جرم (مانند ترازوی تحلیلی). از استفاده از سیلندرهای مدرج برای اندازه گیری حجم نهایی خودداری کنید، زیرا دقت کافی برای تهیه محلول استاندارد ندارند.

دقت اندازه گیری شما به کالیبراسیون ابزار شما بستگی دارد. به عنوان مثال، ترازهای تحلیلی باید به طور منظم با استفاده از وزن های چک استاندارد تأیید شده کالیبره شوند.

تکیه بر تجهیزات کالیبره نشده یا تلاش برای بررسی متقابل ابزارهای دیجیتال با دقت بالا با ابزارهای آنالوگ با دقت کمتر می تواند منجر به خطاهای سیستماتیک شود.

دقت در تهیه محلول نیز با تهیه متوالی چند نمونه حاصل می شود. همچنین باید اطمینان حاصل کنید که عوامل خاصی مانند دما، رطوبت و فشار در شرایط استاندارد حفظ می شوند.

همچنین اجتناب از ناخالصی ها مهم است. اطمینان حاصل کنید که ظروف شیشه ای شما به درستی تمیز و عاری از آلودگی هستند.

نتیجه گیری

چه از روش رقیق سازی استفاده کنید و چه از روش توزین، تسلط بر آماده سازی محلول ها برای به دست آوردن نتایج قابل اعتماد در شیمی تجزیه اساسی است. با اولویت دادن به کالیبراسیون ابزارهای خود و توجه دقیق به جزئیات در طول محاسبات، از دقت و دقت مورد نیاز برای آزمایش‌های آزمایشگاهی موفقیت‌آمیز اطمینان حاصل می‌کنید.