Kun kemistien on löydettävä liuokseen liuenneen aineen pitoisuus, he käyttävät usein titrausmenetelmää. Lisäämällä kemikaalin, joka reagoi liuenneen aineen kanssa, kunnes koko liuote on neutraloitu, kemisti voi määrittää, kuinka paljon alun perin oli läsnä - ja siten liuoksen konsentraatio. Happojen ja emästen titrausongelmat ovat yleisiä tehtäviä kotitehtävissä ja kokeissa kemian luokassa.
Määritä, ovatko analyytti (liuokseen liuotettu kemikaali) ja titraattori (liuenneen aineen neutraloimiseksi lisätty kemikaali) vahvoja happoja tai emäksiä. Happo on aine, joka luovuttaa protoneja, kun taas emäs on aine, joka vie protoneja. Jos liuotettu aine on emäs, titraattori on happo ja päinvastoin. Kloorivetyhappo, typpihappo, rikkihappo, perkloorihappo, bromivetyhappo ja jodivetyhappo ovat yleisiä vahvat hapot, kun taas litium, natrium, kalium, rubidium, kalsium, strontium ja bariumhydroksidit ovat vahvoja emäksiä. Katso luettelo tavallisista hapoista ja emäksistä linkistä Resurssit-osiossa.
Määritä, onko titrausreaktion tuote neutraali suola vai emäksinen / hapan suola. Kun vahva emäs ja vahva happo reagoivat, tuote on neutraali suola (suola, jonka pH on 7); esimerkiksi suolahapon ja natriumhydroksidin välinen reaktio tuottaa natriumkloridia, joka ei ole emäksinen eikä hapan. Voimakas happo, joka reagoi heikon emäksen kanssa, tuottaa kuitenkin happaman suolan, kun taas vahva emäs, joka reagoi heikon hapon kanssa, tuottaa emäksisen suolan. Titrauksia tuskin koskaan suoritetaan heikon hapon ja heikon emäksen yhdistelmällä, koska tämäntyyppisen titrauksen vastaavuuspistettä olisi vaikeampaa löytää.
Kirjoita ylös mitä tiedät ja selvitä mitä ongelma vaatii. Yleensä tämän tyyppinen kotitehtävä tai testiongelma antaa sinulle titrantin ja analyytin tunnistetiedot, analyytin tilavuuden ja titrantin pitoisuuden. Ongelma saattaa antaa sinulle titrantin määrän, joka tarvitaan vastaavuuden saavuttamiseen (piste, jossa kaikki liuotettu aine on neutraloitu) ja pyytää sinua löytämään pH-arvon vastaavuus ja alkuperäisen liuoksen pitoisuus, tai se saattaa antaa sinulle sekä titrantin että liuenneen aineen pitoisuuden, ja pyydä sitten löytämään pH kussakin reaktio. Jokainen ongelmatyyppi edellyttää erilaista strategiaa.
Kirjoita tasapainoinen kemiallinen yhtälö hapon ja emäksen väliselle reaktiolle (tämä annetaan sinulle tyypillisesti myös tehtävässä). Määritä reagenssien suhde kemiallisen yhtälön avulla, ts. Kuinka monta yhden kemikaalin molekyyliä tarvitaan reagoimaan toisen molekyylin kanssa.
Käytä saamiasi tietoja pH: n laskemiseen reaktion jokaisessa vaiheessa, jos ongelma pyytää sinua tekemään niin (jos ei, ohita tämä vaihe ja siirry vaiheeseen 6). Analyytin ja titraattorin identiteeteistä riippuen on neljä mahdollisuutta.
1) Jos analyytti on vahva happo ja titraattori on vahva emäs, pH on vain analyytin pitoisuuden negatiivinen log. Analyyttikonsentraation löytämiseksi vähennetään tähän pisteeseen lisättyjen titraattimoolien lukumäärä ja jaetaan sitten kokonaistilavuudella (analyytin alkutilavuus + lisätyn titrantin tilavuus).
2) Jos analyytti on vahva emäs ja titraattori on vahva happo, seuraamasi vaiheet ovat samat kuten kohdassa (1), paitsi että analyyttikonsentraation negatiivinen log-log antaa pOH: n eikä pH. Muunna pOH pH: ksi vähentämällä se arvosta 14.
3) Jos analyytti on heikko happo ja titraattori on vahva emäs, käytä Henderson-Hasselbalch-yhtälöä, pH = pKa + log ([konjugaattiemäskonsentraatio] / jäljellä oleva heikko happokonsentraatio). Konjugaattiemäksen määrä on yhtä suuri kuin tähän mennessä lisäämäsi titraattorin määrä; jaa se kokonaistilavuudella pitoisuuden löytämiseksi. Monien heikkojen happojen pKa-arvot on lueteltu taulukossa, johon linkitetään Resurssit-osiossa.
4) Jos analyytti on heikko emäs ja titraattori on vahva happo, käytä sen muuta muotoa Henderson-Hasselbalch-yhtälö, pOH = pKb + log ([konjugaattihappopitoisuus] / jäljellä oleva heikko emäs pitoisuus). Muunna sitten pOH: sta pH: ksi vähentämällä 14: stä.
Etsi pH vastaavuudesta, jos ongelma pyytää sinua tekemään niin. Vahvan emäksen kanssa pariksi liitetylle vahvalle hapolle pH on vastaavuus 7. Vahvan happotitrantin ja heikon emäksen analyytin saamiseksi ota alun perin läsnä olevan heikon emäksen moolimäärä ja jaa se uudella kokonaistilavuudella (alkuperäinen analyytin tilavuus + titraattorin määrä, joka on lisätty vastaavuuden saavuttamiseksi) pitoisuuden löytämiseksi, ota sitten negatiivinen log pitoisuus. Menettely vahvalle emästitterille, jolla on heikko happoanalyytti, on sama, paitsi kun olet ottanut negatiivisessa lokissa sinulla on pOH eikä pH, joten sinun on muutettava se pH: ksi vähentämällä se 14.
Etsi analyytin alkuperäinen pitoisuus, jos ongelma pyytää sinua tekemään niin. Lisätyn titrantin määrä vastaavuuden saavuttamiseksi kerrottuna titrantin molaarisuudella tai konsentraatiolla antaa sinulle lisätyn titrantin moolimäärä. Lisättyjen titraattimoolien määrä kerrottuna vaiheessa 4 löytämiesi reagenssien välisellä suhteella on yhtä suuri kuin alun perin läsnä olevan analyytin moolien lukumäärä. Jaa analyytin moolien määrä alkuperäisellä analyytin tilavuudella analyytin pitoisuuden löytämiseksi.
Vinkkejä
Tässä menettelyssä oletetaan hapon ja emäksen välinen suhde 1: 1 neutralointireaktiossa - mikä on tyypillisesti ongelma, jonka näet yleisessä kemian tietokilpailussa.
Varoitukset
Kun löydät pitoisuuksia ekvivalenssilla tai ennen sitä, ota huomioon lisäämäsi titrantin määrä.