Όταν οι χημικοί πρέπει να βρουν τη συγκέντρωση μιας ουσίας διαλυμένης σε ένα διάλυμα, συχνά χρησιμοποιούν μια τεχνική που ονομάζεται τιτλοποίηση. Προσθέτοντας μια χημική ουσία που αντιδρά με τη διαλυμένη ουσία έως ότου εξουδετερωθεί όλη η διαλυμένη ουσία, ο φαρμακοποιός μπορεί να προσδιορίσει πόση ήταν αρχικά παρούσα - και ως εκ τούτου η συγκέντρωση του διαλύματος. Τα προβλήματα τιτλοδότησης με οξέα και βάσεις είναι κοινές εργασίες σχετικά με την εργασία στο σπίτι και δοκιμές στην κατηγορία χημείας.
Προσδιορίστε εάν η αναλυόμενη ουσία (η χημική ουσία που διαλύεται στο διάλυμα) και ο τίτλος (η χημική ουσία που προστίθεται για την εξουδετέρωση της διαλυμένης ουσίας) είναι ισχυρά οξέα ή βάσεις. Το οξύ είναι μια ουσία που αποδίδει πρωτόνια, ενώ η βάση είναι μια ουσία που προσλαμβάνει πρωτόνια. Εάν η διαλυμένη ουσία είναι μια βάση, ο τίτλος θα είναι ένα οξύ και το αντίστροφο. Το υδροχλωρικό οξύ, το νιτρικό οξύ, το θειικό οξύ, το υπερχλωρικό οξύ, το υδροβρωμικό οξύ και το υδροϊωδικό οξύ είναι κοινά ισχυρά οξέα, ενώ τα υδροξείδια λιθίου, νατρίου, καλίου, ρουβιδίου, ασβεστίου, στροντίου και βαρίου είναι ισχυρές βάσεις. Για μια λίστα με κοινά οξέα και βάσεις, δείτε τον σύνδεσμο στην ενότητα Πόροι.
Προσδιορίστε εάν το προϊόν της αντίδρασης τιτλοδότησης θα είναι ουδέτερο άλας ή βασικό / όξινο άλας. Όταν μια ισχυρή βάση και ένα ισχυρό οξύ αντιδρούν, το προϊόν είναι ένα ουδέτερο άλας (ένα άλας με pH 7). Η αντίδραση μεταξύ υδροχλωρικού οξέος και υδροξειδίου του νατρίου, για παράδειγμα, αποδίδει χλωριούχο νάτριο, το οποίο δεν είναι ούτε βασικό ούτε όξινο. Ένα ισχυρό οξύ που αντιδρά με ασθενή βάση, ωστόσο, παράγει ένα όξινο άλας, ενώ μια ισχυρή βάση που αντιδρά με ένα ασθενές οξύ παράγει ένα βασικό άλας. Οι τιτλοδοτήσεις γίνονται σχεδόν ποτέ με συνδυασμό αδύναμου οξέος και αδύναμης βάσης, γιατί θα ήταν πιο δύσκολο να βρεθεί το σημείο ισοδυναμίας για αυτό το είδος τιτλοδότησης.
Γράψτε ό, τι γνωρίζετε και υπολογίστε τι ζητά το πρόβλημα. Συνήθως ένα πρόβλημα στο σπίτι ή το τεστ αυτού θα σας δώσει τις ταυτότητες του τιτλοδότη και του αναλύτη, τον όγκο του αναλύτη και τη συγκέντρωση του τιτανίου. Το πρόβλημα μπορεί να σας δώσει την απαιτούμενη ποσότητα τιτανίου για να φτάσετε στην ισοδυναμία (το σημείο όπου η διαλυμένη ουσία έχει εξουδετερωθεί) και να σας ζητήσει να βρείτε το pH στο ισοδυναμία και τη συγκέντρωση του αρχικού διαλύματος, ή μπορεί να σας δώσει τη συγκέντρωση τόσο του τιτανίου όσο και της διαλυμένης ουσίας και στη συνέχεια να σας ζητήσει να βρείτε το pH σε κάθε στάδιο η αντίδραση. Κάθε τύπος προβλήματος απαιτεί διαφορετική στρατηγική.
Γράψτε την ισορροπημένη χημική εξίσωση για την αντίδραση μεταξύ του οξέος και της βάσης (αυτό συνήθως θα σας δοθεί και στο πρόβλημα). Προσδιορίστε την αναλογία των αντιδρώντων χρησιμοποιώντας τη χημική εξίσωση, δηλαδή πόσα μόρια μιας χημικής ουσίας χρειάζονται για να αντιδράσουν με ένα μόριο του άλλου.
Χρησιμοποιήστε τα δεδομένα που σας έχουν δοθεί για να υπολογίσετε το pH σε κάθε βήμα της αντίδρασης εάν το πρόβλημα σας ζητήσει (αν όχι, παραλείψτε αυτό το βήμα και προχωρήστε στο Βήμα 6). Ανάλογα με τις ταυτότητες του αναλύτη και του τιτανίου, υπάρχουν τέσσερις δυνατότητες.
1) Εάν ο αναλύτης είναι ισχυρό οξύ και ο τίτλος είναι ισχυρή βάση, το ρΗ είναι απλώς το αρνητικό λογότυπο της συγκέντρωσης του αναλύτη. Για να βρείτε τη συγκέντρωση της αναλυόμενης ουσίας, αφαιρέστε τον αριθμό γραμμομορίων τιτανίου που προστέθηκε έως αυτό το σημείο και μετά διαιρέστε με τον συνολικό όγκο (αρχικός όγκος αναλυόμενης ουσίας + όγκος προστιθέμενου τιτανίου).
2) Εάν η αναλυόμενη ουσία είναι ισχυρή βάση και ο τίτλος είναι ισχυρό οξύ, τα βήματα που ακολουθείτε είναι τα ίδια όπως στο (1) εκτός από το ότι το αρνητικό αρχείο καταγραφής της συγκέντρωσης του αναλύτη θα σας δώσει το pOH αντί pH. Για να μετατρέψετε το pOH σε pH, αφαιρέστε το από το 14.
3) Εάν η αναλυόμενη ουσία είναι ασθενές οξύ και ο τίτλος είναι ισχυρή βάση, χρησιμοποιήστε την εξίσωση Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([συγκέντρωση συζευγμένης βάσης] / υπόλοιπη συγκέντρωση ασθενών οξέων). Η ποσότητα της συζευγμένης βάσης είναι ίση με την ποσότητα του τιτανίου που έχετε προσθέσει μέχρι τώρα. διαιρέστε το με τον συνολικό όγκο για να βρείτε συγκέντρωση. Οι τιμές pKa για πολλά ασθενή οξέα παρατίθενται στον πίνακα που συνδέεται στην ενότητα Πόροι.
4) Εάν η αναλυόμενη ουσία είναι ασθενής βάση και ο τίτλος είναι ισχυρό οξύ, χρησιμοποιήστε την άλλη μορφή του Εξίσωση Henderson-Hasselbalch, pOH = pKb + log ([συγκέντρωση συζυγούς οξέος] / εναπομένουσα ασθενής βάση συγκέντρωση ). Στη συνέχεια, μετατρέψτε από pOH σε pH αφαιρώντας από το 14.
Βρείτε το pH σε ισοδυναμία εάν το πρόβλημα σας ζητήσει να το κάνετε. Για ένα ισχυρό οξύ σε συνδυασμό με μια ισχυρή βάση, το pH στην ισοδυναμία είναι 7. Για έναν ισχυρό όγκο τιτανίου και ασθενή βάση βάσης, πάρτε τον αριθμό γραμμομορίων αδύναμης βάσης που υπήρχαν αρχικά και διαιρέστε με το νέο συνολικό όγκο (αρχικός όγκος αναλυόμενης ουσίας + όγκος τιτανίου που προστέθηκε για να φθάσει στην ισοδυναμία) για να βρείτε συγκέντρωση και, στη συνέχεια, πάρτε το αρνητικό ημερολόγιο αυτού συγκέντρωση. Η διαδικασία για ένα ισχυρό βασικό τιτλοδότη με ασθενή αναλύτη οξέος είναι η ίδια, εκτός από τη στιγμή που έχετε πάρει το αρνητικό αρχείο καταγραφής θα έχετε το pOH και όχι το pH, οπότε πρέπει να το μετατρέψετε σε pH αφαιρώντας το από 14.
Βρείτε την αρχική συγκέντρωση του αναλύτη εάν το πρόβλημα σας ζητήσει να το κάνετε. Ο όγκος του τιτανίου που προστίθεται για να φθάσει στην ισοδυναμία πολλαπλασιαζόμενος με τη γραμμομοριακότητα ή τη συγκέντρωση του τίτλου θα σας δώσει τον αριθμό γραμμομορίων του προστιθέμενου τίτλου. Ο αριθμός γραμμομορίων γραμμής προστιθέμενου, πολλαπλασιασμένος επί τον λόγο μεταξύ των αντιδραστηρίων που βρήκατε στο Στάδιο 4, είναι ίσος με τον αριθμό γραμμομορίων αναλύτη που υπήρχε αρχικά. Διαιρέστε τον αριθμό γραμμομορίων αναλύτη με τον αρχικό όγκο της αναλυόμενης ουσίας για να βρείτε τη συγκέντρωση της αναλυόμενης ουσίας.
Συμβουλές
Αυτή η διαδικασία προϋποθέτει αναλογία 1 προς 1 μεταξύ οξέος και βάσης στην αντίδραση εξουδετέρωσης - που είναι συνήθως το είδος του προβλήματος που θα δείτε σε ένα γενικό κουίζ χημείας.
Προειδοποιήσεις
Κατά την εύρεση συγκεντρώσεων σε ή πριν από την ισοδυναμία, λάβετε υπόψη τον όγκο του τιτλοδότη που έχετε προσθέσει.