Kad ķīmiķiem jāatrod šķīdumā izšķīdinātas vielas koncentrācija, viņi bieži izmanto tehniku, ko sauc par titrēšanu. Pievienojot ķīmisku vielu, kas reaģē ar izšķīdušo vielu, līdz visa izšķīdinātā viela ir neitralizēta, ķīmiķis var noteikt, cik sākotnēji bija klāt - un līdz ar to arī šķīduma koncentrāciju. Titrēšanas problēmas ar skābēm un bāzēm ir kopīgi mājasdarbu un testu uzdevumi ķīmijas stundās.
Nosaka, vai analizējamā viela (šķīdumā izšķīdinātā ķīmiskā viela) un titrants (ķīmiskā viela, kas pievienota izšķīdušās vielas neitralizēšanai) ir stipras skābes vai bāzes. Skābe ir viela, kas atdala protonus, bet bāze ir viela, kas aizņem protonus. Ja izšķīdinātā viela ir bāze, titrants būs skābe un otrādi. Sālsskābe, slāpekļskābe, sērskābe, perhlorskābe, bromūdeņražskābe un jodūdeņražskābe ir izplatītas stipras skābes, bet litijs, nātrijs, kālijs, rubīdijs, kalcijs, stroncija un bārija hidroksīdi ir spēcīgas bāzes. Parasto skābju un bāzu sarakstu skatiet saiti sadaļā Resursi.
Nosakiet, vai titrēšanas reakcijas produkts būs neitrāls vai bāzisks / skābs sāls. Kad reaģē spēcīga bāze un stipra skābe, produkts ir neitrāls sāls (sāls ar pH 7); piemēram, sālsskābes un nātrija hidroksīda reakcija dod nātrija hlorīdu, kas nav ne bāzisks, ne skābs. Spēcīga skābe, kas reaģē ar vāju bāzi, tomēr rada skābu sāli, bet spēcīga bāze, kas reaģē ar vāju skābi, rada bāzisko sāli. Titrēšana gandrīz nekad netiek veikta ar vājas skābes un vājas bāzes kombināciju, jo šāda veida titrēšanai būtu grūtāk atrast līdzvērtības punktu.
Pierakstiet to, ko zināt, un izdomājiet, ko prasa problēma. Parasti šāda veida mājas darbs vai testa problēma jums dos titranta un analizējamās vielas identitāti, analīta tilpumu un titranta koncentrāciju. Problēma var dot jums nepieciešamo titranta daudzumu, lai sasniegtu ekvivalenci (punktu, kurā visa izšķīdinātā viela ir neitralizēta), un lūgt atrast pH pie sākotnējā šķīduma ekvivalence un koncentrācija, vai arī tas var dot gan titranta, gan izšķīdušās vielas koncentrāciju, pēc tam lūdziet atrast pH katrā reakcija. Katram problēmu veidam būs nepieciešama atšķirīga stratēģija.
Pierakstiet līdzsvaroto ķīmisko vienādojumu reakcijai starp skābi un bāzi (tas parasti jums tiks dots arī uzdevumā). Nosakiet reaģentu attiecību, izmantojot ķīmisko vienādojumu, t.i., cik vienas ķīmiskās vielas molekulas ir vajadzīgas, lai reaģētu ar vienu otru molekulu.
Izmantojiet iegūtos datus, lai aprēķinātu pH līmeni katrā reakcijas posmā, ja problēma to prasa (ja nē, izlaidiet šo darbību un pārejiet pie 6. darbības). Atkarībā no analizējamās vielas un titranta identitātes ir četras iespējas.
1) Ja analizējamā viela ir stipra skābe un titrants ir spēcīga bāze, pH ir tikai negatīvs analizējamās vielas koncentrācijas žurnāls. Lai atrastu analizējamās vielas koncentrāciju, atņemiet līdz šim punktam pievienoto titranta molu skaitu un pēc tam daliet ar kopējo tilpumu (sākotnējais analīta tilpums + pievienotā titranta tilpums).
2) Ja analizējamā viela ir stipra bāze un titrants ir stipra skābe, jums jāveic šādi pasākumi tāpat kā (1), izņemot to, ka analizējamās vielas koncentrācijas negatīvais žurnāls dod pOH, nevis pH. Lai pārvērstu pOH par pH, atņemiet to no 14.
3) Ja analizējamā viela ir vāja skābe un titrants ir stipra bāze, izmantojiet Hendersona-Haselbalha vienādojumu, pH = pKa + log ([konjugāta bāzes koncentrācija] / atlikusī vājas skābes koncentrācija). Konjugāta bāzes daudzums ir vienāds ar līdz šim pievienotā titranta daudzumu; sadaliet to ar kopējo tilpumu, lai atrastu koncentrāciju. Daudzu vāju skābju pKa vērtības ir norādītas tabulā, kas saistīta ar sadaļu Resursi.
4) Ja analizējamā viela ir vāja un titrants ir spēcīga skābe, izmantojiet citu analīzes formu Hendersona – Haselbalha vienādojums, pOH = pKb + log ([konjugāta skābes koncentrācija] / atlikusī vāja bāze koncentrācija). Tad pārvērš no pOH uz pH, atņemot no 14.
Atrodiet pH līdzvērtību, ja problēma prasa to izdarīt. Spēcīgai skābei, kas savienota ar spēcīgu bāzi, pH ekvivalents ir 7. Lai iegūtu stipru skābes titrantu un vājas bāzes analītu, ņem sākotnēji esošās vājas bāzes molu skaitu un dala ar jauno kopējo tilpumu (sākotnējais analīta tilpums + pievienotā titranta tilpums, lai sasniegtu ekvivalenci), lai atrastu koncentrāciju, pēc tam ņemiet šīs koncentrēšanās. Stipras bāzes titrētāja un vājas skābes analīta procedūra ir vienāda, izņemot to, ka esat to lietojis negatīvajā žurnālā jums būs pOH, nevis pH, tāpēc jums tas jāpārvērš par pH, atņemot to no 14.
Atrodiet sākotnējo analizējamās vielas koncentrāciju, ja problēma liek to izdarīt. Pievienotā titranta tilpums, lai sasniegtu ekvivalenci, reizināts ar titranta molaritāti vai koncentrāciju, sniegs jums pievienotā titranta molu skaitu. Pievienotā titranta molu skaits, kas reizināts ar attiecību starp reaģentiem, kurus atradāt 4. solī, ir vienāds ar sākotnēji esošo analītu molu skaitu. Dalāmo vielu molu skaitu dala ar sākotnējo analīta tilpumu, lai atrastu analīta koncentrāciju.
Padomi
Šī procedūra neitralizācijas reakcijā pieņem 1: 1 attiecību starp skābi un bāzi - kas parasti ir tāda veida problēma, kādu redzēsit vispārējā ķīmijas viktorīnā.
Brīdinājumi
Atrodot koncentrācijas ekvivalentā vai pirms tās, ņem vērā pievienotā titranta tilpumu.