Ένας κοινός τύπος πειράματος χημείας που ονομάζεται τιτλοποίηση καθορίζει τη συγκέντρωση μιας ουσίας που διαλύεται σε ένα διάλυμα. Οι τιτλοδοτήσεις οξέος-βάσης, στις οποίες ένα οξύ και μια βάση εξουδετερώνουν η μία την άλλη, είναι το πιο κοινό είδος. Το σημείο στο οποίο εξουδετερώθηκε όλο το οξύ ή η βάση στον αναλύτη (το διάλυμα που αναλύεται) ονομάζεται σημείο ισοδυναμίας. Ανάλογα με το οξύ ή τη βάση του αναλύτη, ορισμένες τιτλοδοτήσεις θα έχουν και ένα δεύτερο σημείο ισοδυναμίας. Μπορείτε να υπολογίσετε εύκολα το pH του διαλύματος στο δεύτερο σημείο ισοδυναμίας.
Προσδιορίστε αν υπήρχε οξύ ή βάση στον αναλυτή, ποιο είδος οξέος ή βάσης υπήρχε και πόσο από αυτό υπήρχε. Εάν εργάζεστε σε αυτήν την ερώτηση για μια εργασία στο σπίτι, οι πληροφορίες θα σας δοθούν. Εάν, από την άλλη πλευρά, μόλις κάνατε μια τιτλοδότηση στο εργαστήριο, θα έχετε συλλέξει τις πληροφορίες καθώς εκτελέσατε την τιτλοδότηση.
Να θυμάστε ότι τα διπροτικά οξέα ή βάσεις (οξέα / βάσεις που μπορούν να δωρίσουν ή να δεχτούν περισσότερα από ένα ιόν υδρογόνου) είναι το είδος που θα έχει δεύτερους βαθμούς ισοδυναμίας. Θυμηθείτε επίσης ότι το Ka1 είναι η σταθερά ισορροπίας (αναλογία προϊόντων προς αντιδρώντα) για την πρώτη δωρεά πρωτονίων, ενώ το Ka2 είναι η σταθερά ισορροπίας για τη δεύτερη δωρεά πρωτονίων. Αναζητήστε το Ka2 για το οξύ ή τη βάση σας σε ένα κείμενο αναφοράς ή έναν διαδικτυακό πίνακα (βλ. Πόροι).
Προσδιορίστε την ποσότητα του συζυγούς οξέος ή της βάσης στον αναλυτή σας. Αυτό θα ισοδυναμεί με την ποσότητα οξέος ή βάσης που υπήρχε αρχικά. Πολλαπλασιάστε την αρχική συγκέντρωση αναλυτή με τον όγκο της. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι ξεκινάτε με 40 mL 1 μοριακού οξαλικού οξέος. Μετατρέψτε τη συγκέντρωση σε χιλιοστόλιτρα διαιρώντας με 1000 και μετά πολλαπλασιάστε αυτόν τον όγκο με τη συγκέντρωσή του. Αυτό θα σας δώσει τον αριθμό γραμμομορίων οξαλικού οξέος που υπήρχαν αρχικά: (40/1000) x 1 = 0,04. Υπάρχουν 0,04 γραμμομόρια οξαλικού οξέος.
Πάρτε τον όγκο του τιτανίου (τη χημική ουσία που προσθέσατε κατά τη διάρκεια της τιτλοδότησης) για να εξουδετερώσετε τον αναλύτη οξέος ή βάσης και να τον προσθέσετε στον όγκο του αναλύτη που υπήρχε αρχικά. Αυτό θα σας δώσει τον τελικό σας τόμο. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι για να επιτευχθεί η δεύτερη ισοδυναμία, προστέθηκαν 80 mL 1 mol ΝαΟΗ σε 40 mL 1 μοριακού οξαλικού οξέος. Ο υπολογισμός θα είναι τιτλοδότηση 80 mL + αναλυτής 40 mL = τελικός όγκος 120 mL.
Διαιρέστε τον αριθμό γραμμομορίων οξέος ή βάσης που υπήρχαν αρχικά στον αναλυτή σας με τον τελικό όγκο. Αυτό θα σας δώσει την τελική συγκέντρωση συζυγούς οξέος ή βάσης. Για παράδειγμα, 120 mL ήταν ο τελικός όγκος και αρχικά υπήρχαν 0,04 mol. Μετατρέψτε mL σε λίτρα και διαιρέστε τον αριθμό γραμμομορίων με τον αριθμό λίτρων: 120/1000 = 0,12 λίτρα. 0,04 mol / 0,12 λίτρα = 0,333 moles ανά λίτρο.
Προσδιορίστε το Kb της σύζευξης βάσης (ή το Ka εάν είναι συζυγές οξύ). Να θυμάστε ότι η βάση του συζεύγματος είναι το είδος που σχηματίζεται όταν αφαιρείτε όλα τα πρωτόνια από ένα οξύ, ενώ το συζυγές οξύ είναι το είδος που σχηματίζεται όταν δωρίζετε πρωτόνια σε μια βάση. Κατά συνέπεια, στο 2ο σημείο ισοδυναμίας, το διπροτικό οξύ (για παράδειγμα οξαλικό οξύ) θα έχει αποπρωτονιστεί πλήρως και το Kb του θα είναι ίσο με 1 χ 10 ^ -14 / το δεύτερο Ka για οξαλικό οξύ. Για μια βάση, το Ka στο δεύτερο σημείο ισοδυναμίας θα είναι ίσο με 1 x 10 ^ -14 / το δεύτερο Kb για τη βάση τουprprot. Για παράδειγμα, το οξαλικό οξύ ήταν η αναλυόμενη ουσία. Το Ka είναι 5,4 x 10 ^ -5. Διαίρεση 1 x 10 ^ -14 με 5,4 x 10 ^ -5: (1 x 10 ^ -14) / (5,4 x 10 ^ -5) = 1,852 x 10 ^ -10. Αυτό είναι το Kb για την πλήρως αποπρωτονιωμένη μορφή οξαλικού οξέος, το οξαλικό ιόν.
Ρυθμίστε μια σταθερή εξίσωση ισορροπίας στην ακόλουθη μορφή: Kb = ([OH -] [συζυγές οξύ]) / [βάση συζεύγματος]. Τα τετράγωνα στηρίγματα αντιπροσωπεύουν συγκέντρωση.
Αντικατάσταση x ^ 2 για τους δύο όρους στην κορυφή της εξίσωσης και επίλυση για x όπως φαίνεται: Kb = x ^ 2 / [βάση συζεύγματος]. Για παράδειγμα, η συγκέντρωση οξαλικού νατρίου ήταν 0,333 moles / L και το Kb του ήταν 1,852 χ 10 ^ -10. Όταν είναι συνδεδεμένες αυτές οι τιμές, αποδίδεται ο ακόλουθος υπολογισμός: 1,852 x 10 ^ -10 = x ^ 2 / 0,333. Πολλαπλασιάστε και τις δύο πλευρές της εξίσωσης με 0,333: 0,333 x (1,852 x 10 ^ -10) = x ^ 2; 6,167 x 10 ^ -11 = x ^ 2. Πάρτε την τετραγωνική ρίζα και των δύο πλευρών για να επιλύσετε το x: (6,167 x 10 ^ -11) ^ 1/2 = x. Αυτό αποδίδει τα εξής: x = 7,85 x 10 ^ -6. Αυτή είναι η συγκέντρωση ιόντων υδροξειδίου στο διάλυμα.
Μετατροπή από συγκέντρωση ιόντος υδροξειδίου ή ιόντος υδρογόνου σε pH. Εάν έχετε συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, παίρνετε απλώς το αρνητικό ημερολόγιο για να μετατρέψετε σε pH. Εάν έχετε συγκέντρωση ιόντων υδροξειδίου, πάρτε το αρνητικό λογότυπο και αφαιρέστε την απάντησή σας από το 14 για να βρείτε το pH. Για παράδειγμα, η συγκέντρωση που βρέθηκε ήταν 7,85 χ 10 ^ -6 moles ανά λίτρο ιόντων υδροξειδίου: log 7,85 χ 10 ^ -6 = -5,105, επομένως, -log 7,85 χ 10 ^ -6 = 5,105.
Αφαιρέστε την απάντησή σας από το 14. Για παράδειγμα, 14 - 5,105 = 8,90. Το pH στο δεύτερο σημείο ισοδυναμίας είναι 8,90.
Πράγματα που θα χρειαστείτε
- Μολύβι
- Χαρτί
- Αριθμομηχανή
Συμβουλές
Αυτός ο υπολογισμός δεν έλαβε υπόψη την αυτοματοποίηση του νερού, η οποία μπορεί να αποτελέσει παράγοντα σε πολύ αραιά διαλύματα ασθενών βάσεων ή οξέων. Ωστόσο, είναι μια καλή εκτίμηση για αυτούς τους σκοπούς και το είδος της απάντησης που αναμένεται να δώσετε για αυτό το είδος προβλήματος.