Dung dịch chuẩn là gì? Định nghĩa, ứng dụng và cách pha chế dung dịch chuẩn độ

Trong các phòng thí nghiệm hóa học, có một khái niệm quen thuộc nhưng không phải ai cũng hiểu rõ, đó là dung dịch chuẩn. Đây là nền tảng cho hầu hết các phép phân tích định lượng, từ chuẩn độ axit-bazơ đến phân tích kim loại nặng. Vậy dung dịch chuẩn là gì? ứng dụng làm gì? pha chế như thế nào?,... Bài viết dưới đây sẽ cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quát về các hóa chất này.

Dung dịch chuẩn là loại dung dịch có nồng độ xác định chính xác, được pha chế từ các chất chuẩn độ có độ tinh khiết cao. Các dung dịch này đóng vai trò thiết yếu trong phân tích định lượng, đặc biệt trong các phép chuẩn độ nhằm xác định nồng độ của chất chưa biết trong mẫu thử. Một số ví dụ tiêu biểu về chất dùng để pha dung dịch chuẩn độ gồm: natri clorua, natri cacbonat, natri oxalat, natri tetraborat, kali dicromat, kali bromat, kali iodat, kali hydro phthalate, và bột kẽm.

Tuy nhiên, không phải bất kỳ hợp chất nào cũng có thể sử dụng làm chất chuẩn độ. Để đáp ứng yêu cầu của một chất chuẩn chính, hợp chất đó cần thỏa mãn các tiêu chí khắt khe như: độ tinh khiết tuyệt đối, tính ổn định cao, hòa tan hoàn toàn trong nước, không phản ứng với không khí hoặc hơi ẩm, có khối lượng mol lớn và dễ cân chính xác. Ngoài ra, chi phí hợp lý và mức độ an toàn (ít độc hoặc không độc hại) cũng là những yếu tố quan trọng trong lựa chọn chất chuẩn.

Hiện nay, dung dịch chuẩn có thể được mua từ các nhà cung cấp hóa chất uy tín hoặc pha chế theo yêu cầu cụ thể, miễn là đảm bảo các đặc điểm sau:

• Độ tinh khiết cao: Chất chuẩn không chứa tạp chất đáng kể, giúp duy trì độ chính xác và độ lặp lại trong quá trình phân tích.
• Tính ổn định hóa học: Không bị phân hủy hoặc phản ứng với nước và không khí trong điều kiện bảo quản bình thường.
• Khả năng hòa tan hoàn toàn: Giúp đạt được nồng độ mol cần thiết mà không xảy ra hiện tượng kết tủa hay huyền phù.
• Khối lượng mol lớn: Hỗ trợ việc cân đong chính xác và giảm sai số trong quá trình pha chế.
• Không hút ẩm: Tránh sai số do biến đổi khối lượng khi tiếp xúc với độ ẩm môi trường.

Bên cạnh đó, còn tồn tại các hóa chất chuẩn thứ cấp bao gồm: axit clohydric, axit sunfuric, kali hydroxit và natri hydroxit,... Chúng thường là những hợp chất không đạt tiêu chuẩn về độ tinh khiết hoặc tính ổn định nên thường được sử dụng trong các kỹ thuật phân tích cụ thể như chuẩn độ axit-bazơ, chuẩn độ oxi hóa-khử, chuẩn độ kết tủa hoặc chuẩn độ tạo phức. Tuy nhiên, do dễ bị ảnh hưởng bởi không khí hoặc độ ẩm, các dung dịch này cần được hiệu chuẩn bằng dung dịch chuẩn chính trước khi sử dụng để đảm bảo độ chính xác của phép đo.

Các dung dịch chuẩn giữ vai trò quan trọng trong các thí nghiệm hóa học. Ảnh: Pexels.

Dung dịch chuẩn rất quan trọng trong hóa học phân tích, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Trong thực tiễn, dung dịch tiêu chuẩn giữ vai trò cốt lõi trong các phương pháp định lượng, đặc biệt là trong kỹ thuật chuẩn độ - nơi nồng độ của một chất chưa biết được xác định thông qua phản ứng hoàn toàn với một lượng xác định của dung dịch có nồng độ chuẩn xác. Cụ thể,

• Trong lĩnh vực kiểm nghiệm dược phẩm, chúng được sử dụng làm thuốc thử để xác định hàm lượng hoạt chất trong chế phẩm thuốc, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn cho dược phẩm.
• Trong ngành công nghiệp thực phẩm, dung dịch hiệu chuẩn được áp dụng để xác định độ acid, hàm lượng muối hay đường trong sản phẩm, góp phần kiểm soát chất lượng và đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.
• Trong lĩnh vực phân tích môi trường, chúng là các dung dịch tham chiếu được dùng làm công cụ thiết yếu cho việc giám sát nồng độ kim loại nặng, nitrat, amoni hoặc các hợp chất hữu cơ trong nước thải, không khí hoặc đất. Tương tự, trong ngành hóa dầu, mẫu chuẩn dung dịch được sử dụng để phân tích chỉ số acid, xác định hàm lượng lưu huỳnh hoặc kiểm tra các hợp chất phụ gia trong nhiên liệu.
• Không dừng lại ở ứng dụng trong phân tích mẫu, dung dịch kiểm tra chuẩn còn đóng vai trò quan trọng trong việc hiệu chuẩn thiết bị đo lường từ máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), máy sắc ký khí (GC), đến các thiết bị phân tích điện hóa. Việc xây dựng đường chuẩn chính xác và định kỳ kiểm tra độ tuyến tính của thiết bị đều cần đến dung môi chuẩn độ có tính ổn định cao và nồng độ được xác định rõ ràng.
• Trong nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, việc sử dụng hóa chất chuẩn đạt tiêu chuẩn quốc tế là yếu tố tiên quyết để đảm bảo tính tái lập, độ chính xác và khả năng so sánh giữa các nghiên cứu. Bất kể là trong phòng thí nghiệm học thuật, cơ sở kiểm nghiệm hay dây chuyền sản xuất công nghiệp, hóa chất chuẩn chính là nền tảng đảm bảo độ tin cậy và hiệu lực của toàn bộ quá trình phân tích.

Có hai phương pháp chính để tạo ra mẫu chuẩn dung dịch bằng cách cân hoặc pha loãng. Cả hai phương pháp này bạn đều có thể chỉ định nồng độ mong muốn dựa trên nồng độ mol và thể tích tương ứng của dung dịch chuẩn và dung dịch gốc.

1. Phương pháp pha loãng

Là một kỹ thuật phổ biến và hiệu quả để pha chế dung dịch chuẩn có nồng độ thấp từ một dung dịch gốc có nồng độ cao hơn, được thực hiện bằng cách thêm chất tan vào một chất có nồng độ đã biết để giảm nồng độ mol của dung dịch. Phương pháp đặc biệt hữu ích trong trường hợp không thể cân chính xác một lượng rất nhỏ chất tan hoặ khi cần nhiều thể tích dung dịch có nồng độ thấp cho các phép thử định lượng. Các axit sunfuric, axit clohydric và axit nitric đều được pha chế từ dung dịch gốc cô đặc theo cách này.

Ưu điểm của pha loãng là bạn có thể điều chỉnh thể tích dung môi nhưng không làm thay đổi giá trị mol của một chất vì số lượng hạt vẫn như cũ, điều này có nghĩa là bạn có thể sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để tính độ pha loãng.

M₁V₁ = M₂V₂

Trong đó:

• M₁: nồng độ mol mong muốn của dung dịch pha loãng
• V₁: thể tích mong muốn của dung dịch pha loãng
• M₂: nồng độ mol của dung dịch gốc cô đặc
• V₂: thể tích dung dịch gốc cô đặc

a. Quy trình thực hiện

- Bước 1: Đặt nồng độ mol mong muốn (M₁) của dung dịch pha loãng ở thể tích mong muốn nhất định (V₁).

- Bước 2: Tính thể tích dung dịch gốc (V₂) cần thêm vào để đạt được nồng độ pha loãng mong muốn.

- Bước 3: Cẩn thận đo thể tích dung dịch gốc. Sử dụng pipet để đo chính xác hơn.

- Bước 4: Trộn dung dịch mới vào bình.

b. Ví dụ cụ thể

Giả sử bạn muốn chuẩn bị 50ml dung dịch axit sunfuric 1,0M từ dung dịch cô đặc gốc 2,0M. Bạn có thể tính toán dung dịch này bằng cách sử dụng công thức:

M₁V₁ = M₂V₂

→ V₂ = M₁V₁ / M₂

→ V₂ = (1,0M)(50ml) / 2,0M

→ V₂ = 25ml dung dịch gốc

Lưu ý: H2SO4 là axit mạnh, cần thao tác trong tủ hút khí độc, đeo găng và kính bảo hộ. Khi pha loãng, luôn làm đúng quy tắc rót axit vào nước, tuyệt đối không làm ngược lại để tránh hiện tượng hóa chất bắn tung tóe do tỏa nhiệt.

2. Phương pháp cân

Thường được sử dụng để tạo ra dung dịch chuẩn độ cơ bản, phương pháp này yêu cầu một chất tinh khiết có thể hòa tan trong dung môi.

a. Quy trình thực hiện

- Bước 1: Thiết lập nồng độ mol của dung dịch muốn pha chế.

- Bước 2: Xác định khối lượng mol của một chất tính bằng gam dựa trên công thức hóa học.

- Bước 3: Cân lượng chất tinh khiết tương đương tính bằng gam.

- Bước 4: Hòa tan chất trong nước.

- Bước 5: Thêm nước cho đến khi đạt được thể tích thích hợp.

b. Ví dụ

Nếu bạn đang pha chế natri hydroxit (NaOH), khối lượng mol là tổng của tất cả khối lượng nguyên tử của các nguyên tử cấu thành:

Na (23u) + O (16u) + H (1u) = 40u

Dựa vào kết quả, nếu đặt NaOH với nồng độ ở mức 1M bạn sẽ cần hòa tan 40g NaOH trong 1 lít nước.

Pha chế trong phòng thí nghiệm. Ảnh: Pexels.

Như vậy, KPTCHEM vừa cùng bạn tìm hiểu về dung dịch chuẩn là gì và những kiến thức liên quan. Nếu cần biết thêm về hóa chất khác, đừng ngại liên hệ cho chúng tôi để được hỗ trợ nhanh chóng.