Kad kemičari trebaju pronaći koncentraciju tvari otopljene u otopini, često koriste tehniku koja se naziva titracija. Dodavanjem kemikalije koja reagira s otopljenom supstancom sve dok se sva otopljena tvar ne neutralizira, kemičar može utvrditi koliko je izvorno bilo - a time i koncentracija otopine. Problemi titracije s kiselinama i bazama uobičajeni su zadaci kod domaćih zadaća i testova na satu kemije.
Utvrdite jesu li analit (kemikalija otopljena u otopini) i titrant (kemikalija dodana za neutraliziranje otopljene tvari) jake kiseline ili baze. Kiselina je tvar koja odaje protone, dok je baza tvar koja uzima protone. Ako je otopljena tvar baza, titrant će biti kiselina i obrnuto. Klorovodična kiselina, dušična kiselina, sumporna kiselina, klorovodična kiselina, bromovodična kiselina i jodovodična kiselina su uobičajene jake kiseline, dok su litij, natrij, kalij, rubidij, kalcij, stroncij i barij hidroksidi jake baze. Za popis uobičajenih kiselina i baza pogledajte vezu u odjeljku Resursi.
Odredite hoće li produkt titracijske reakcije biti neutralna sol ili bazična / kisela sol. Kad reagiraju jaka baza i jaka kiselina, proizvod je neutralna sol (sol s pH 7); reakcija između klorovodične kiseline i natrijevog hidroksida, na primjer, daje natrijev klorid, koji nije ni bazični ni kiseli. Jaka kiselina koja reagira sa slabom bazom, međutim, stvara kiselu sol, dok jaka baza koja reagira sa slabom kiselinom daje bazičnu sol. Titracije se rijetko izvode s kombinacijom slabe kiseline i slabe baze, jer bi bilo teže pronaći točku ekvivalencije za ovu vrstu titracije.
Zapišite što znate i shvatite što problem traži. Ovakva domaća zadaća ili testni zadatak obično vam daje identitet titranta i analita, volumen analita i koncentraciju titranta. Problem vam može dati potrebnu količinu titranta za postizanje ekvivalencije (točka na kojoj je sva otopljena tvar neutralizirana) i tražiti od vas da pronađete pH na ekvivalencija i koncentracija izvorne otopine, ili vam može dati koncentraciju i titranta i otopljene tvari, a zatim zatražiti da pronađete pH u svakoj fazi reakcija. Svaka vrsta problema zahtijevat će drugačiju strategiju.
Zapišite uravnoteženu kemijsku jednadžbu reakcije između kiseline i baze (to će vam obično biti dato i u zadatku). Odredite omjer reaktanata pomoću kemijske jednadžbe, tj. Koliko je molekula jedne kemikalije potrebno za reakciju s jednom molekulom druge.
Upotrijebite podatke koje ste dobili za izračun pH u svakom koraku reakcije ako vas problem traži (ako ne, preskočite ovaj korak i prijeđite na 6. korak). Ovisno o identitetu analita i titranta, postoje četiri mogućnosti.
1) Ako je analit jaka kiselina, a titrant jaka baza, pH je samo negativni log koncentracije analita. Da biste pronašli koncentraciju analita, oduzmite broj molova titranta dodanog do ove točke, a zatim podijelite s ukupnim volumenom (početni volumen analita + volumen dodanog titranta).
2) Ako je analit jaka baza, a titrant jaka kiselina, koraci koje slijedite su isti kao u (1), osim što će vam negativni log koncentracije analita dati pOH umjesto pH. Da biste pretvorili pOH u pH, oduzmite ga od 14.
3) Ako je analit slaba kiselina, a titrant jaka baza, upotrijebite Henderson-Hasselbalchovu jednadžbu, pH = pKa + log ([koncentracija konjugirane baze] / preostala koncentracija slabe kiseline). Količina konjugirane baze jednaka je količini titranta koji ste do sada dodali; podijelite ga s ukupnim volumenom kako biste pronašli koncentraciju. Vrijednosti pKa za mnoge slabe kiseline navedene su u tablici povezanoj s odjeljkom Resursi.
4) Ako je analit slaba baza, a titrant jaka kiselina, upotrijebite drugi oblik Henderson-Hasselbalchova jednadžba, pOH = pKb + log ([koncentracija konjugirane kiseline] / preostala slaba baza koncentracija). Zatim se pretvori iz pOH u pH oduzimanjem od 14.
Pronađite pH ekvivalentno ako problem od vas traži da to učinite. Za jaku kiselinu uparenu s jakom bazom, pH u ekvivalenciji je 7. Za jaki kiselinski titrant i analit slabe baze uzmite broj molova izvorno prisutne slabe baze i podijelite s novim ukupnim volumenom (izvorni volumen analita + volumen titranta dodan da se postigne ekvivalencija) za pronalaženje koncentracije, a zatim uzeti negativni log ovog koncentracija. Postupak za jaki bazni titrant sa analitom slabe kiseline je isti, osim onog koji ste uzeli negativni zapis imati ćete pOH, a ne pH, pa ga morate pretvoriti u pH oduzimanjem od 14.
Pronađite izvornu koncentraciju analita ako problem traži da to učinite. Količina dodanog titranta da postigne ekvivalentnost pomnožena s molarnošću ili koncentracijom titranta dat će vam broj dodanih molova titranta. Broj dodanih molova titranta, pomnožen s omjerom reaktanata koji ste pronašli u koraku 4, jednak je broju prvobitno prisutnih molova analita. Podijelite broj molova analita s izvornim volumenom analita kako biste pronašli koncentraciju analita.
Savjeti
Ovaj postupak pretpostavlja omjer 1: 1 prema kiselini i bazi u reakciji neutralizacije - što je obično vrsta problema koju ćete vidjeti na kvizu opće kemije.
Upozorenja
Kada nalazite koncentracije na ili prije ekvivalencije, uzmite u obzir količinu titranta koji ste dodali.