Quando i chimici hanno bisogno di trovare la concentrazione di una sostanza disciolta in una soluzione, usano spesso una tecnica chiamata titolazione. Aggiungendo una sostanza chimica che reagisce con il soluto fino a quando tutto il soluto non è stato neutralizzato, il chimico può determinare quanto era originariamente presente e quindi la concentrazione della soluzione. I problemi di titolazione con acidi e basi sono compiti comuni su compiti a casa e test in classe di chimica.
Determina se l'analita (la sostanza chimica disciolta nella soluzione) e il titolante (la sostanza chimica aggiunta per neutralizzare il soluto) sono acidi o basi forti. Un acido è una sostanza che cede protoni, mentre una base è una sostanza che assorbe protoni. Se il soluto è una base, il titolante sarà un acido e viceversa. Acido cloridrico, acido nitrico, acido solforico, acido perclorico, acido bromidrico e acido iodidrico sono i comuni acidi forti, mentre gli idrossidi di litio, sodio, potassio, rubidio, calcio, stronzio e bario sono basi forti. Per un elenco di acidi e basi comuni, vedere il collegamento nella sezione Risorse.
Determinare se il prodotto della reazione di titolazione sarà un sale neutro o un sale basico/acido. Quando una base forte e un acido forte reagiscono, il prodotto è un sale neutro (un sale con pH 7); la reazione tra acido cloridrico e idrossido di sodio, ad esempio, produce cloruro di sodio, che non è né basico né acido. Tuttavia, un acido forte che reagisce con una base debole produce un sale acido, mentre una base forte che reagisce con un acido debole produce un sale basico. Le titolazioni non vengono quasi mai eseguite con una combinazione di un acido debole e una base debole, perché sarebbe più difficile trovare il punto di equivalenza per questo tipo di titolazione.
Annota ciò che sai e scopri cosa richiede il problema. Di solito un compito a casa o un problema di test di questo tipo ti darà le identità del titolante e dell'analita, il volume dell'analita e la concentrazione del titolante. Il problema potrebbe darti la quantità di titolante necessaria per raggiungere l'equivalenza (il punto in cui tutto il soluto è stato neutralizzato) e chiederti di trovare il pH a equivalenza e la concentrazione della soluzione originale, o potrebbe darti la concentrazione sia del titolante che del soluto, quindi ti chiederà di trovare il pH in ogni fase di la reazione. Ogni tipo di problema richiederà una strategia diversa.
Annota l'equazione chimica bilanciata per la reazione tra l'acido e la base (questa ti verrà in genere fornita anche nel problema). Determinare il rapporto dei reagenti usando l'equazione chimica, cioè quante molecole di una sostanza chimica sono necessarie per reagire con una molecola dell'altra.
Usa i dati che ti sono stati forniti per calcolare il pH in ogni fase della reazione se il problema ti chiede di farlo (in caso contrario, salta questo passaggio e procedi al passaggio 6). A seconda delle identità di analita e titolante, ci sono quattro possibilità.
1) Se l'analita è un acido forte e il titolante è una base forte, il pH è solo il log negativo della concentrazione dell'analita. Per trovare la concentrazione dell'analita, sottrarre il numero di moli di titolante aggiunte fino a questo punto, quindi dividere per il volume totale (volume iniziale di analita + volume di titolante aggiunto).
2) Se l'analita è una base forte e il titolante è un acido forte, i passaggi da seguire sono gli stessi come in (1) tranne che il log negativo della concentrazione dell'analita ti darà il pOH invece di pH. Per convertire il pOH in pH, sottrailo da 14.
3) Se l'analita è un acido debole e il titolante è una base forte, utilizzare l'equazione di Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ( [concentrazione di base coniugata]/concentrazione di acido debole rimanente). La quantità di base coniugata è uguale alla quantità di titolante che hai aggiunto finora; dividerlo per il volume totale per trovare la concentrazione. I valori di pKa per molti acidi deboli sono elencati nella tabella collegata nella sezione Risorse.
4) Se l'analita è una base debole e il titolante è un acido forte, utilizzare l'altra forma del Equazione di Henderson-Hasselbalch, pOH = pKb + log ( [concentrazione di acido coniugato] / base debole rimanente concentrazione). Quindi convertire da pOH a pH sottraendo da 14.
Trova il pH all'equivalenza se il problema ti chiede di farlo. Per un acido forte accoppiato con una base forte, il pH all'equivalenza è 7. Per un titolante acido forte e un analita base debole, prendere il numero di moli di base debole originariamente presenti e dividere per il nuovo volume totale (volume originale di analita + volume di titolante aggiunto per raggiungere l'equivalenza) per trovare la concentrazione, quindi prendere il log negativo di questo concentrazione. La procedura per un titolante base forte con un analita acido debole è la stessa, tranne che una volta che hai preso il log negativo avrai il pOH anziché il pH, quindi devi convertirlo in pH sottraendolo da 14.
Trova la concentrazione originale dell'analita se il problema ti chiede di farlo. Il volume di titolante aggiunto per raggiungere l'equivalenza moltiplicato per la molarità o la concentrazione del titolante ti darà il numero di moli di titolante aggiunte. Il numero di moli di titolante aggiunto, moltiplicato per il rapporto tra i reagenti che hai trovato al punto 4, è uguale al numero di moli di analita originariamente presenti. Dividere il numero di moli di analita per volume originale di analita per trovare la concentrazione di analita.
Suggerimenti
Questa procedura presuppone un rapporto 1 a 1 tra acido e base nella reazione di neutralizzazione, che è in genere il tipo di problema che vedrai in un quiz di chimica generale.
Avvertenze
Quando trovi le concentrazioni pari o precedenti all'equivalenza, prendi in considerazione il volume del titolante che hai aggiunto.