Un type courant d'expérience de chimie appelé titrage détermine la concentration d'une substance dissoute dans une solution. Les titrages acide-base, dans lesquels un acide et une base se neutralisent, sont les plus courants. Le point auquel tout l'acide ou la base dans l'analyte (la solution analysée) a été neutralisé est appelé le point d'équivalence; en fonction de l'acide ou de la base dans l'analyte, certains titrages auront également un deuxième point d'équivalence. Vous pouvez facilement calculer le pH de la solution au deuxième point d'équivalence.
Déterminez si l'acide ou la base était présent dans l'analyte, quel type d'acide ou de base était présent et en quelle quantité. Si vous travaillez sur cette question pour un devoir, l'information vous sera donnée. Si, par contre, vous venez de faire un titrage en laboratoire, vous aurez collecté les informations au fur et à mesure que vous avez effectué le titrage.
N'oubliez pas que les acides ou bases diprotiques (acides/bases qui peuvent donner ou accepter plus d'un ion hydrogène) sont du genre qui auront un deuxième point d'équivalence. Rappelons également que Ka1 est la constante d'équilibre (rapport des produits aux réactifs) pour le premier don de protons, tandis que Ka2 est la constante d'équilibre pour le deuxième don de protons. Recherchez le Ka2 pour votre acide ou base dans un texte de référence ou un tableau en ligne (voir Ressources).
Déterminez la quantité d'acide ou de base conjuguée dans votre analyte. Cela sera équivalent à la quantité d'acide ou de base présente à l'origine. Multipliez la concentration d'analyte d'origine par son volume. Par exemple, supposons que vous commenciez avec 40 ml d'acide oxalique 1 molaire. Convertissez la concentration en millilitres en divisant par 1000, puis multipliez ce volume par sa concentration. Cela vous donnera le nombre de moles d'acide oxalique présentes à l'origine: (40/100) x 1 = 0,04. Il y a 0,04 mole d'acide oxalique présent.
Prenez le volume de titrant (le produit chimique que vous avez ajouté pendant le titrage) pour neutraliser l'analyte acide ou basique et ajoutez-le au volume d'analyte présent à l'origine. Cela vous donnera votre volume final. Par exemple, supposons que pour atteindre la deuxième équivalence, 80 ml de NaOH 1 molaire ont été ajoutés à 40 ml d'acide oxalique 1 molaire. Le calcul sera de 80 ml de titrant + 40 ml d'analyte = 120 ml de volume final.
Divisez le nombre de moles d'acide ou de base initialement présentes dans votre analyte par le volume final. Cela vous donnera la concentration finale d'acide conjugué ou de base. Par exemple, 120 ml était le volume final et 0,04 mole était présente à l'origine. Convertissez ml en litres et divisez le nombre de moles par le nombre de litres: 120/1000 = 0,12 litre; 0,04 mole/0,12 litre = 0,333 mole par litre.
Déterminer le Kb de la base conjuguée (ou le Ka s'il s'agit d'un acide conjugué). N'oubliez pas que la base conjuguée est l'espèce formée lorsque vous retirez tous les protons d'un acide, tandis que l'acide conjugué est l'espèce formée lorsque vous donnez des protons à une base. Par conséquent, au 2ème point d'équivalence, l'acide diprotique (acide oxalique par exemple) aura été totalement déprotoné et son Kb sera égal à 1 x 10^-14/le deuxième Ka pour l'acide oxalique. Pour une base, le Ka au deuxième point d'équivalence sera égal à 1 x 10^-14/le deuxième Kb pour la base diprotique. Par exemple, l'acide oxalique était l'analyte. Son Ka est de 5,4 x 10^-5. Divisez 1 x 10^-14 par 5,4 x 10^-5: (1 x 10^-14)/(5,4 x 10^-5) = 1,852 x 10^-10. Il s'agit du Kb de la forme complètement déprotonée de l'acide oxalique, l'ion oxalate.
Établir une équation constante d'équilibre sous la forme suivante: Kb = ([OH-][acide conjugué])/[base conjuguée]. Les accolades carrées représentent la concentration.
Remplacez x^2 pour les deux termes en haut de l'équation et Résoudre pour x comme indiqué: Kb = x^2/[base conjuguée]. Par exemple, la concentration d'oxalate de sodium était de 0,333 mole/L et son Kb était de 1,852 x 10^-10. Lorsque ces valeurs sont insérées, cela donne le calcul suivant: 1,852 x 10^-10 = x^2/0,333. Multipliez les deux côtés de l'équation par 0,333: 0,333 x (1,852 x 10^-10) = x^2; 6,167 x 10^-11 = x^2. Prenez la racine carrée des deux côtés pour résoudre x: (6,167 x 10^-11)^1/2 = x. Cela donne ce qui suit: x = 7,85 x 10^-6. C'est la concentration d'ions hydroxyde dans la solution.
Conversion de la concentration d'ions hydroxyde ou d'ions hydrogène en pH. Si vous avez une concentration d'ions hydrogène, il vous suffit de prendre le journal négatif pour convertir en pH. Si vous avez une concentration d'ions hydroxyde, prenez le journal négatif puis soustrayez votre réponse de 14 pour trouver le pH. Par exemple, la concentration trouvée était de 7,85 x 10^-6 moles par litre d'ions hydroxyde: log 7,85 x 10^-6 = -5,105, donc, -log 7,85 x 10^-6 = 5,105.
Soustrayez votre réponse de 14. Par exemple, 14 - 5,105 = 8,90. Le pH au deuxième point d'équivalence est de 8,90.
Choses dont vous aurez besoin
- Crayon
- Papier
- Calculatrice
Conseils
Ce calcul n'a pas tenu compte de l'auto-ionisation de l'eau, qui peut devenir un facteur dans des solutions très diluées de bases ou d'acides faibles. Néanmoins, il s'agit d'une bonne estimation à ces fins et le type de réponse que vous devrez donner pour ce genre de problème.