滴定と呼ばれる一般的なタイプの化学実験は、溶液に溶解した物質の濃度を決定します。 酸と塩基が互いに中和する酸塩基滴定が最も一般的な種類です。 分析対象物（分析対象の溶液）内のすべての酸または塩基が中和されたポイントは、等量点と呼ばれます。 分析対象物の酸または塩基に応じて、一部の滴定にも2番目の等量点があります。 2番目の等量点での溶液のpHを簡単に計算できます。
分析対象物に酸または塩基が存在するかどうか、どの種類の酸または塩基が存在するか、およびどれだけ存在するかを確認します。 あなたが宿題のためにこの質問に取り組んでいるなら、情報はあなたに与えられます。 一方、ラボで滴定を行ったばかりの場合は、滴定を行ったときに情報を収集したことになります。
二塩基酸または塩基（複数の水素イオンを供与または受容できる酸/塩基）は、2番目の等量点を持つ種類であることを忘れないでください。 Ka1は最初のプロトン供与の平衡定数（生成物と反応物の比率）であり、Ka2は2番目のプロトン供与の平衡定数であることも思い出してください。 参照テキストまたはオンライン表で、酸または塩基のKa2を検索します（「参考文献」を参照）。
分析対象物中の共役酸または共役塩基の量を決定します。 これは、元々存在していた酸または塩基の量に相当します。 元の分析対象物の濃度にその容量を掛けます。 たとえば、40mLの1モルシュウ酸から始めたとします。 1000で割って濃度をミリリットルに変換し、この体積にその濃度を掛けます。 これにより、元々存在していたシュウ酸のモル数（40/1000）x 1 = 0.04が得られます。 0.04モルのシュウ酸が存在します。
滴定液（滴定中に追加した化学物質）の量を取り、酸または塩基の分析物を中和し、元々存在していた分析物の量に追加します。 これにより、最終的なボリュームが得られます。 たとえば、2番目の当量に達するために、80mLの1モルNaOHが40mLの1モルシュウ酸に添加されたとします。 計算は、80mLの滴定液+ 40mLの分析対象物= 120mLの最終容量になります。
分析対象物に元々存在していた酸または塩基のモル数を最終容量で割ります。 これにより、共役酸または共役塩基の最終濃度が得られます。 たとえば、120 mLが最終容量であり、0.04モルが元々存在していました。 mLをリットルに変換し、モル数をリットル数で割ります。120/ 1000 = 0.12リットル。 0.04モル/0.12リットル= 0.333モル/リットル。
共役塩基のKb（または共役酸の場合はKa）を決定します。 共役塩基は、酸からすべてのプロトンを除去したときに形成される種であり、共役酸は、プロトンを塩基に供与したときに形成される種であることを忘れないでください。 その結果、2番目の等量点で、二塩基酸（たとえば、シュウ酸）は完全に脱プロトン化され、そのKbは1 x 10 ^ -14 /シュウ酸の2番目のKaに等しくなります。 塩基の場合、2番目の等量点のKaは1 x 10 ^ -14 /二塩基酸塩基の2番目のKbに等しくなります。 たとえば、シュウ酸が分析対象物でした。 そのKaは5.4x 10 ^ -5です。 1 x 10 ^ -14を5.4x 10 ^ -5で割ります：（1 x 10 ^ -14）/（5.4 x 10 ^ -5）= 1.852 x 10 ^ -10。 これは、完全に脱プロトン化された形のシュウ酸、シュウ酸塩イオンのKbです。
次の形式で平衡定数方程式を設定します：Kb =（[OH-] [共役酸]）/ [共役塩基]。 角括弧は濃度を表します。
方程式の上の2つの項をx ^ 2に置き換えて xを解く 示されているように：Kb = x ^ 2 / [共役塩基]。 たとえば、シュウ酸ナトリウムの濃度は0.333 mol / Lで、Kbは1.852 x 10 ^ -10でした。 これらの値をプラグインすると、次の計算が生成されます：1.852 x 10 ^ -10 = x ^ 2 /0.333。 方程式の両辺に0.333を掛けます：0.333 x（1.852 x 10 ^ -10）= x ^ 2; 6.167 x 10 ^ -11 = x ^ 2。 両側の平方根を取り、xを解きます：（6.167 x 10 ^ -11）^ 1/2 = x。 これにより、次のようになります：x = 7.85 x 10 ^ -6。 これは、溶液中の水酸化物イオンの濃度です。
水酸化物イオンまたは水素イオンの濃度からpHに変換します。 水素イオンの濃度がある場合は、負の対数をとってpHに変換します。 水酸化物イオンの濃度がある場合は、負の対数を取り、14から答えを引いてpHを求めます。 たとえば、検出された濃度は、水酸化物イオン1リットルあたり7.85 x 10 ^ -6モルでした。log7.85x10^ -6 = -5.105、したがって、-log 7.85 x 10 ^ -6 = 5.105です。
14からあなたの答えを引きます。 たとえば、14-5.105 = 8.90です。 2番目の等量点でのpHは8.90です。
必要なもの
- 鉛筆
- 論文
- 電卓
チップ
この計算では、水の自動イオン化は考慮されていません。これは、弱塩基または弱酸の非常に希薄な溶液の要因になる可能性があります。 それにもかかわらず、それはこれらの目的のための良い見積もりであり、あなたがこの種の問題に対して与えると期待される種類の答えです。