Når kemikere har brug for at finde koncentrationen af et stof opløst i en opløsning, bruger de ofte en teknik kaldet titrering. Ved at tilføje et kemikalie, der reagerer med det opløste stof, indtil alt det opløste stof er blevet neutraliseret, kan kemikeren bestemme, hvor meget der oprindeligt var til stede - og dermed koncentrationen af opløsningen. Titreringsproblemer med syrer og baser er almindelige opgaver på hjemmearbejde og test i kemiklasse.
Bestem, om analytten (det kemiske stof opløst i opløsningen) og titranten (det kemiske stof tilsat for at neutralisere det opløste stof) er stærke syrer eller baser. En syre er et stof, der giver protoner væk, mens en base er et stof, der optager protoner. Hvis det opløste stof er en base, vil titranten være en syre og omvendt. Saltsyre, salpetersyre, svovlsyre, perchlorsyre, brombrintesyre og saltsyre er almindelige stærke syrer, mens lithium, natrium, kalium, rubidium, calcium, strontium og bariumhydroxider er stærke baser. For en liste over almindelige syrer og baser, se linket i afsnittet Ressourcer.
Bestem, om produktet fra titreringsreaktionen vil være et neutralt salt eller et basisk / surt salt. Når en stærk base og en stærk syre reagerer, er produktet et neutralt salt (et salt med pH 7); reaktionen mellem saltsyre og natriumhydroxid giver f.eks. natriumchlorid, som hverken er basisk eller surt. En stærk syre, der reagerer med en svag base, producerer imidlertid et surt salt, mens en stærk base, der reagerer med en svag syre, producerer et basisk salt. Titreringer udføres næppe nogensinde med en kombination af en svag syre og en svag base, fordi det ville være sværere at finde ækvivalenspunktet for denne form for titrering.
Skriv ned, hvad du kender, og find ud af, hvad problemet beder om. Normalt vil et lektie- eller testproblem af denne art give dig identiteten af titreringen og analytten, volumenet af analyt og koncentrationen af titreringen. Problemet kan muligvis give dig den nødvendige mængde titreringsmiddel for at nå ækvivalens (det punkt, hvor al opløst stof er blevet neutraliseret) og bede dig om at finde pH ved ækvivalens og koncentrationen af den originale opløsning, eller det kan give dig koncentrationen af både titrerende og opløst stof, så bed dig om at finde pH-værdien i hvert trin af reaktionen. Hver type problem kræver en anden strategi.
Skriv ned den afbalancerede kemiske ligning for reaktionen mellem syren og basen (dette vil typisk også blive givet til dig i problemet). Bestem forholdet mellem reaktanterne ved hjælp af den kemiske ligning, dvs. hvor mange molekyler af et kemikalie, der er nødvendige for at reagere med det ene molekyle af det andet.
Brug de data, du har fået til at beregne pH i hvert trin i reaktionen, hvis problemet beder dig om at gøre det (hvis ikke, spring dette trin over og fortsæt til trin 6). Afhængigt af identiteten af analyt og titrerende er der fire muligheder.
1) Hvis analytten er en stærk syre, og titreringen er en stærk base, er pH-værdien bare den negative log for analytkoncentrationen. For at finde analytkoncentrationen skal du trække antallet af mol titranter tilsat indtil dette punkt og derefter dividere med det samlede volumen (initialvolumen af analyt + volumen af tilsat titrant).
2) Hvis analytten er en stærk base, og titreringen er en stærk syre, er de trin, du følger, de samme som i (1) bortset fra at den negative log af analytkoncentrationen giver dig pOH i stedet for pH. For at konvertere pOH til pH skal du trække den fra 14.
3) Hvis analytten er en svag syre, og titreringen er en stærk base, skal du bruge ligningen Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([konjugatbasekoncentration] / resterende svag syrekoncentration). Mængden af konjugatbase er lig med mængden af titrant, du hidtil har tilføjet; divider det med det samlede volumen for at finde koncentration. PKa-værdierne for mange svage syrer er anført i tabellen, der er linket til i afsnittet Ressourcer.
4) Hvis analytten er en svag base, og titreringen er en stærk syre, skal du bruge den anden form af Henderson-Hasselbalch ligning, pOH = pKb + log ([konjugat syrekoncentration] / resterende svag base koncentration). Konverter derefter fra pOH til pH ved at trække fra 14.
Find pH ved ækvivalens, hvis problemet beder dig om at gøre det. For en stærk syre parret med en stærk base er pH ved ækvivalens 7. For en stærk syretitrerende og svag baseanalyt, tag antallet af mol svag base, der oprindeligt var til stede, og divider med det nye samlede volumen (oprindeligt volumen analyt + volumen titrer tilsat for at nå ækvivalens) for at finde koncentration, tag derefter den negative log af dette koncentration. Proceduren for en stærk bas titrerende med en svag syreanalyt er den samme, bortset fra at når du har taget den negative log vil du have pOH snarere end pH, så du skal konvertere den til pH ved at trække den fra 14.
Find den oprindelige koncentration af analyten, hvis problemet beder dig om at gøre det. Mængden af tilsat titrer for at nå ækvivalens ganget med molariteten eller koncentrationen af titreringen giver dig antallet af tilsatte mol titrer. Antallet af tilsatte mol titrer, ganget med forholdet mellem de reaktanter, du fandt i trin 4, er lig med antallet af mol, der oprindeligt var til stede. Opdel antallet af mol analyt med det originale volumen analyt for at finde analytkoncentrationen.
Tips
Denne procedure antager et 1-til-1-forhold mellem syre og base i neutraliseringsreaktionen - hvilket typisk er den slags problem, du vil se på en generel kemiquiz.
Advarsler
Når du finder koncentrationer ved eller før ækvivalens, skal du tage volumenet af titranten, du har tilføjet, i betragtning.