Bezpośrednie wykorzystanie reakcji kwas-zasada w analizie ma miejsce przede wszystkim w ilościowym oznaczaniu kwasów i zasad, czyli w miareczkowaniu alkacymetrycznym, które będzie obszernie omówione w ramach analizy ilościowej.
Kwasy i zasady są stosowane w analizie chemicznej głównie do rozpuszczania trudno rozpuszczalnych substancji oraz do ustalania pH środowiska, właściwego do przeprowadzania odpowiednich reakcji. Zastosowania te będą omówione podczas szczegółowego rozpatrywania reakcji tworzenia się kompleksów , reakcji utleniania i redukcji oraz reakcji strącania trudno rozpuszczalnych związków . Reakcje kwas-zasada w środowisku stopionych soli.
W laboratorium stosuje się głównie kwasy: solny, azotowy, siarkowy, nadchlorowy i fluorowodorowy. A oto krótka charakterystyka wymienionych kwasów:
Kwas solny stężony stanowi 38%-owy roztwór HC1 w wodzie; jego gęstość wynosi 1,19 g/ml; stężenie roztworu ze względu na HC1 ? 12 n. Kwas solny jest kwasem nie- utłeniającym. Podczas ogrzewania stężenie kwasu obniża się do ok. 20% HCł, co odpowiada mieszaninie azeotropowej o t.w. 110°C. Kwas solny rozpuszcza metale bardziej aktywne chemicznie, jak np. żelazo, cynk, nikiel, cyna. Kwas solny jest też rozpuszczalnikiem pierwiastków bardziej szlachetnych, jeżeli działa w obecności substancji utleniającej, jak np. HN03, H202, KC103, Br2.
Mieszaninę stężonego kwasu solnego i stężonego kwasu azotowego (w stosunku objętościowym 3 : 1) nazywa się wodą królewską. Mieszanina ta rozpuszcza platynę oraz złoto, przy czym tworzą się trwałe kompleksy chlorkowe. Niekiedy jest stosowana mieszani na Leforta, składająca się z 1 objętości stężonego kwasu solnego i 3 objętości stężonego kwasu azotowego. Mieszaninę tę stosuje się np. do utleniania siarczków i siarki. W środowisku kwasu solnego liczne metale i niemetale tworzą lotne chlorki, które podczas ogrzewania roztworów ulatniają się, np. GeCl4, ASC13, SnCl4, SeOCl2.
Rozpuszczanie w kwasie solnym bardzo czystych metali, np. cynku lub glinu, zachodzi stosunkowo powoli. Proces ten ulega znacznemu przyspieszeniu po dodaniu nieznacznych ilości jonów metali szlachetniejszych, np. miedzi lub rtęci. Tłumaczy się to tworzeniem się ogniwa, w którym glin względnie cynk stanowi anodę, a metal szlachetniejszy katodę, na której wydziela się wodór.
Kwas azotowy stężony jest ok. 68%-owym roztworem HN03 w wodzie; roztwór jest ok. 15 n i ma gęstość 1,4 g/ml. Stężony kwas azotowy odpowiada mniej więcej składowi mieszaniny azeotropowej o t.w. 120°C. Kwas azotowy ma właściwości utleniające. Rozpuszcza on łatwo m. in. miedź, bizmut, srebro i rtęć. Stężony kwas azotowy nie rozpuszcza na zimno żelaza, glinu, i chromu, ponieważ na powierzchni metalu powstaje cienka, zwarta warstewka tlenku, chroniąca metal przed działaniem kwasu (powierzchniowa pasywacja metalu). Stopy zawierające antymon i cynę rozpuszcza się w kwasie azotowym w obecności kompleksującego kwasu winowego. W tym przypadku nie tworzą się osady kwasów antymonowego i cynowego, lecz powstają rozpuszczalne kompleksy winianowe tych metali.
Jeżeli do rozpuszczania próbki stosuje się kwas azotowy w mieszaninie z kwasem solnym, a następnie chce się mieć roztwór tylko chlorkowy lub tylko azotanowy, to można usunąć ze środowiska kwas azotowy lub solny przez dwu-, trzykrotne odparowywanie roztworu do małej objętości z dodawanymi porcjami odpowiednio kwasu solnego lub kwasu azotowego.
Kwas siarkowy stężony zawiera ok. 96% H2S04. Roztwór jest ok. 36 n, jego gęstość wynosi 1,84 g/ml, a t.w. ok. 330°C. W pobliżu temperatury wrzenia kwas siarkowy ?dymi”. Parujący kwas kondensuje się w powietrzu na drobniutkie kropelki. Przyjęte w potocznym języku chemicznym i powszechnie używane określenia ?dymi”, ?odparowywanie do białych dymów”, nie są poprawne, układ kropelek cieczy w fazie gazowej stanowi bowiem mgłę, a nie dym.
Rozcieńczone roztwory kwasu siarkowego nie mają właściwości utleniających i są rozpuszczalnikiem podobnym do kwasu solnego. Gorący stężony kwas siarkowy działa silnie utleniająco i rozpuszcza metale dość szlachetne, jak np. antymon, bizmut, stale stopowe. Dodanie do stężonego kwasu siarkowego siarczanu potasowego podwyższa temperaturę wrzenia kwasu i ułatwia rozpuszczanie niektórych trudniej rozpuszczalnych substancji. Kwas siarkowy wykazuje właściwości kompleksotwórcze w stosunku do niektórych metali, jak np. żelazo(III), tytan, cyna(IV).
Podczas odparowywania roztworu, zawierającego kwas siarkowy, aż do dymienia ulatniają się całkowicie kwasy bardziej lotne, jak solny, azotowy, fluorowodorowy, nadchlorowy. Z obecnymi w roztworze kationami tworzą się wtedy bezwodne siarczany, z których niektóre, jak np. siarczan glinu lub siarczan niklu, dość trudno rozpuszczają się po rozcieńczeniu ochłodzonego roztworu wodą.
Kwas nadchlorowy stężony zawiera ok. 70% HC104 (gęstość 1,6 g/ml, stężenie HC104 ok. 11 n). Kwas nadchlorowy o tym składzie stanowi mieszaninę azeotropową o t.w. ok. 200°C. Stężony kwas nadchlorowy jest w temperaturze wrzenia silnym utleniaczem. Rozpuszcza stale kwasoodporne, przeprowadza chrom w chromiany a wanad w wanadany. Podobnie jak stęż. H2S04 kwas nadchlorowy jest dobrym środkiem odwadniającym. Odparowywanie roztworu z kwasem nadchlorowym do dymienia powoduje ilościowe wydzielanie krzemionki z roztworu. Bezwodne nadchlorany metali łatwo rozpuszczają się w wodzie (odróżnienie od niektórych siarczanów). Odparowywanie badanego roztworu z kwasem nadchlorowym do dymienia usuwa z roztworu lotne kwasy, jak solny, azotowy, fluorowodorowy.
Kwas nadchlorowy i kwas azotowy wykazują najmniejszą zdolność do tworzenia kompleksów z metalami i dlatego najchętniej przygotowuje się roztwory wzorcowe metali w postaci nadchloranów lub azotanów.
Stężony i gorący kwas nadchlorowy bywa niebezpieczny w użyciu, w obecności substancji redukujących bowiem może rozkładać się wybuchowo. Spośród związków organicznych szczególnie niebezpieczne są alkohole. Dlatego też na ogół nie stosuje się kwasu nadchlorowego samego. Najczęściej najpierw działa się kwasem azotowym, a następnie dopiero wprowadza się kwas nadchlorowy.
Kwas fluorowodorowy stężony zawiera ok. 40% HF (gęstość 1,12 g/ml, stężenie HF ok. 22 n). Temperatura wrzenia kwasu o składzie mieszaniny azeotropowej (38% HF) wynosi 112°C. Kwas fluorowodorowy w obecności utleniaczy rozpuszcza metale, z którymi tworzy trwałe kompleksy fluorkowe (np. tantal, niob, tytan, cyrkon). Kwas fluorowodorowy rozpuszcza także krzemionkę ? tworzy się kwas fluorokrzemowy, H2SiF6, który rozkłada się z wydzieleniem lotnego SiF4. Krzem elementarny rozpuszcza się w kwasie fluorowodorowym w obecności kwasu azotowego lub nadtlenku wodoru. Mieszanina kwasu fluorowodorowego z kwasem nadchlorowym (lub z kwasem siarkowym) rozkłada większość minerałów krzemianowych, co pozwala umknąć procesu stapiania próbek minerałów z topnikami.
Kwas fluorowodorowy przechowuje się w naczyniach polietylenowych (dawniej w parafinowych lub cerezynowych). Reakcje z kwasem fluorowodorowym przeprowadza się w naczyniach platynowych, teflonowych lub polietylenowych.
Jako słabe kwasy stosuje się w laboratorium głównie kwas octowy. Inne kwasy organiczne stosowane dość często w analizie, jak kwas mrówkowy, szczawiowy, winowy, cytrynowy, stosuje się głównie z powodu ich właściwości redoks (mrówkowy i szczawiowy) i kompłeksotwórczych (winowy i cytrynowy). Niektóre inne słabe kwasy organiczne i nieorganiczne stosowane są jako składniki roztworów buforowych.
Najczęściej stosowanymi w laboratorium mocnymi zasadami są: wodorotlenek sodowy i wodorotlenek potasowy, które jako dobrze rozpuszczalne w wodzie pozwalają na przygotowywanie nawet bardzo stężonych roztworów. Odczynniki te, jeśli nie były przygotowane i przechowywane z zachowaniem specjalnych ostrożności, są zawsze zanieczyszczone znacznymi ilościami węglanów, których stężenie wzrasta z czasem przechowywania i używania. Należy o tym pamiętać w toku analizy.
W specjalnych przypadkach używa się wodorotlenku wapniowego Ca(OH)2 i wodorotlenku barowego Ba(OH)2. Obydwa wodorotlenki rozpuszczają się w wodzie znacznie gorzej tworząc tylko rozcieńczone roztwory. W obu przypadkach odpowiednie węglany (CaC03 i BaC03) są trudno rozpuszczalne w wodzie i dlatego roztwory tych zasad są zawsze wolne od węglanów. Wodorotlenki wapnia i baru są używane do wykrywania węglanów i dwutlenku węgla, które powodują mętnienie roztworów.
Jako słabą zasadę stosuje się w laboratorium prawie wyłącznie wodny roztwór amoniaku. Amoniak bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie. W roztworze ustala się równowaga
która jest przesunięta w prawo tylko w niewielkim stopniu. W praktyce mamy do czynienia właściwie z roztworem cząsteczkowego amoniaku, opisywanym zwykle wzorem NH3aq (aq jest skrótem od łacińskiego wyrazu aqua ? woda). Nie należy używać pojęcia NH4OH, który praktycznie nie istnieje w roztworze.
W pewnym stopniu wadą roztworów amoniaku jako słabej zasady jest zdolność kompleksowania, jaką wykazuje cząsteczka NH3. Zdolność ta powoduje, że reakcje NH3aq jako słabej zasady są często maskowane przez właściwości kompleksujące .
Roztwory amoniaku jako słabej zasady stanowią też często składnik roztworów buforowych. W tym samym celu bywają też używane niektóre słabe zasady organiczne.

tagi: analiza ilościowa, kompleksy, reakcja strącania, reakcje redukcji, reakcje utlenienia, rekcja kwas-zasada