Un tipo comune di esperimento chimico chiamato titolazione determina la concentrazione di una sostanza disciolta in una soluzione. Le titolazioni acido-base, in cui un acido e una base si neutralizzano a vicenda, sono il tipo più comune. Il punto in cui tutto l'acido o la base nell'analita (la soluzione in analisi) è stato neutralizzato è chiamato punto di equivalenza; a seconda dell'acido o della base nell'analita, alcune titolazioni avranno anche un secondo punto di equivalenza. Puoi calcolare facilmente il pH della soluzione al secondo punto di equivalenza.
Determinare se l'acido o la base erano presenti nell'analita, quale tipo di acido o base era presente e in che quantità. Se stai lavorando a questa domanda per un compito a casa, ti verranno fornite le informazioni. Se, invece, hai appena effettuato una titolazione in laboratorio, avrai raccolto le informazioni mentre eseguivi la titolazione.
Ricorda che gli acidi o le basi diprotiche (acidi/basi che possono donare o accettare più di uno ione idrogeno) sono del tipo che avrà il secondo punto di equivalenza. Ricordiamo inoltre che Ka1 è la costante di equilibrio (rapporto tra prodotti e reagenti) per la prima donazione di protoni, mentre Ka2 è la costante di equilibrio per la seconda donazione di protoni. Cerca il Ka2 per il tuo acido o base in un testo di riferimento o in una tabella online (vedi Risorse).
Determina la quantità di acido o base coniugato nel tuo analita. Questo sarà equivalente alla quantità di acido o base originariamente presente. Moltiplicare la concentrazione originale dell'analita per il suo volume. Ad esempio, supponiamo di iniziare con 40 ml di acido ossalico 1 molare. Converti la concentrazione in millilitri dividendo per 1000, quindi moltiplica questo volume per la sua concentrazione. Questo ti darà il numero di moli di acido ossalico originariamente presenti: (40/1000) x 1 = 0,04. Sono presenti 0,04 moli di acido ossalico.
Prendi il volume di titolante (la sostanza chimica che hai aggiunto durante la titolazione) per neutralizzare l'analita acido o base e aggiungilo al volume di analita originariamente presente. Questo ti darà il tuo volume finale. Ad esempio, supponiamo che per raggiungere la seconda equivalenza, siano stati aggiunti 80 mL di NaOH 1 molare a 40 mL di acido ossalico 1 molare. Il calcolo sarà 80 mL di titolante + 40 mL di analita = 120 mL di volume finale.
Dividi il numero di moli di acido o base originariamente presenti nel tuo analita per il volume finale. Questo ti darà la concentrazione finale di acido o base coniugati. Ad esempio, 120 mL era il volume finale e 0,04 moli erano originariamente presenti. Converti ml in litri e dividi il numero di moli per il numero di litri: 120/1000 = 0,12 litri; 0,04 moli/0,12 litri = 0,333 moli per litro.
Determinare il Kb della base coniugata (o il Ka se è un acido coniugato). Ricorda che la base coniugata è la specie che si forma quando si rimuovono tutti i protoni da un acido, mentre l'acido coniugato è la specie che si forma quando si donano protoni a una base. Di conseguenza, al 2° punto di equivalenza, l'acido diprotico (acido ossalico, per esempio) sarà stato completamente deprotonato e il suo Kb sarà pari a 1 x 10^-14/secondo Ka per l'acido ossalico. Per una base, il Ka al secondo punto di equivalenza sarà uguale a 1 x 10^-14/il secondo Kb per la base diprotica. Ad esempio, l'acido ossalico era l'analita. Il suo Ka è 5,4 x 10^-5. Dividi 1 x 10^-14 per 5,4 x 10^-5: (1 x 10^-14)/(5,4 x 10^-5) = 1,852 x 10^-10. Questo è il Kb per la forma completamente deprotonata dell'acido ossalico, lo ione ossalato.
Imposta un'equazione della costante di equilibrio nella forma seguente: Kb = ([OH-][acido coniugato])/[base coniugata]. Le parentesi quadre rappresentano la concentrazione.
Sostituisci x^2 per i due termini in alto nell'equazione e risolvere per x come mostrato: Kb = x^2/[base coniugata]. Ad esempio, la concentrazione di ossalato di sodio era 0,333 moli/L e il suo Kb era 1,852 x 10^-10. Quando questi valori sono inseriti, si ottiene il seguente calcolo: 1,852 x 10^-10 = x^2/0,333. Moltiplica entrambi i lati dell'equazione per 0,333: 0,333 x (1,852 x 10^-10) = x^2; 6.167 x 10^-11 = x^2. Prendi la radice quadrata di entrambi i lati per risolvere x: (6,167 x 10^-11)^1/2 = x. Questo produce quanto segue: x = 7,85 x 10^-6. Questa è la concentrazione di ioni idrossido nella soluzione.
Convertire dalla concentrazione di ione idrossido o ione idrogeno a pH. Se hai una concentrazione di ioni idrogeno, prendi semplicemente il log negativo per convertirlo in pH. Se hai una concentrazione di ioni idrossido, prendi il log negativo e poi sottrai la tua risposta da 14 per trovare il pH. Ad esempio, la concentrazione trovata era 7,85 x 10^-6 moli per litro di ioni idrossido: log 7,85 x 10^-6 = -5,105, quindi -log 7,85 x 10^-6 = 5,105.
Sottrai la tua risposta da 14. Ad esempio, 14 - 5,105 = 8,90. Il pH al secondo punto di equivalenza è 8,90.
Cose di cui avrai bisogno
- Matita
- Carta
- Calcolatrice
Suggerimenti
Questo calcolo non ha tenuto conto dell'autoionizzazione dell'acqua, che può diventare un fattore in soluzioni molto diluite di basi o acidi deboli. Tuttavia, è una buona stima per questi scopi e il tipo di risposta che dovresti dare per questo tipo di problema.