Wanneer chemici de concentratie van een stof opgelost in een oplossing moeten vinden, gebruiken ze vaak een techniek die titratie wordt genoemd. Door een chemische stof toe te voegen die met de opgeloste stof reageert totdat alle opgeloste stof is geneutraliseerd, kan de chemicus bepalen hoeveel er oorspronkelijk aanwezig was - en dus de concentratie van de oplossing. Titratieproblemen met zuren en basen zijn veelvoorkomende opdrachten bij huiswerk en toetsen in de scheikundeles.
Bepaal of de analyt (de chemische stof die in de oplossing is opgelost) en de titrant (de chemische stof die wordt toegevoegd om de opgeloste stof te neutraliseren) sterke zuren of basen zijn. Een zuur is een stof die protonen afgeeft, terwijl een base een stof is die protonen opneemt. Als de opgeloste stof een base is, zal de titrant een zuur zijn en vice versa. Zoutzuur, salpeterzuur, zwavelzuur, perchloorzuur, waterstofbromide en waterstofjodide zijn de gebruikelijke sterke zuren, terwijl lithium-, natrium-, kalium-, rubidium-, calcium-, strontium- en bariumhydroxiden sterke basen zijn. Zie de link in de sectie bronnen voor een lijst met veelvoorkomende zuren en basen.
Bepaal of het product van de titratiereactie een neutraal zout of een basisch/zuur zout zal zijn. Wanneer een sterke base en een sterk zuur reageren, is het product een neutraal zout (een zout met pH 7); de reactie tussen zoutzuur en natriumhydroxide levert bijvoorbeeld natriumchloride op, dat noch basisch noch zuur is. Een sterk zuur dat reageert met een zwakke base produceert echter een zuur zout, terwijl een sterke base die reageert met een zwak zuur een basisch zout produceert. Titraties worden bijna nooit uitgevoerd met een combinatie van een zwak zuur en een zwakke base, omdat het moeilijker zou zijn om het equivalentiepunt voor dit soort titratie te vinden.
Schrijf op wat je weet en zoek uit waar het probleem om vraagt. Gewoonlijk geeft een huiswerk- of testprobleem van deze soort u de identiteit van de titrant en analyt, het volume van de analyt en de concentratie van de titrant. Het probleem kan u de hoeveelheid titrant geven die nodig is om equivalentie te bereiken (het punt waarop alle opgeloste stof is geneutraliseerd) en u vragen om de pH te vinden op gelijkwaardigheid en de concentratie van de oorspronkelijke oplossing, of het kan u de concentratie van zowel titrant als opgeloste stof geven, vraag u dan om de pH in elk stadium van de reactie. Elk type probleem vereist een andere strategie.
Noteer de uitgebalanceerde chemische vergelijking voor de reactie tussen het zuur en de base (deze wordt meestal ook in het probleem gegeven). Bepaal de verhouding van de reactanten met behulp van de chemische vergelijking, d.w.z. hoeveel moleculen van de ene chemische stof nodig zijn om te reageren met de ene molecuul van de andere.
Gebruik de gegevens die u hebt gekregen om de pH bij elke stap van de reactie te berekenen als het probleem u daarom vraagt (als dat niet het geval is, slaat u deze stap over en gaat u verder met stap 6). Afhankelijk van de identiteit van analyt en titrant zijn er vier mogelijkheden.
1) Als de analyt een sterk zuur is en de titrant een sterke base, is de pH slechts de negatieve logaritme van de analytconcentratie. Om de analytconcentratie te vinden, trekt u het aantal mol titrant dat tot op dit punt is toegevoegd af en deelt u vervolgens door het totale volume (initiële volume analyt + volume toegevoegde titrant).
2) Als de analyt een sterke base is en de titrant een sterk zuur, zijn de stappen die u volgt hetzelfde zoals in (1) behalve dat de negatieve log van de analytconcentratie je de pOH geeft in plaats van pH. Om pOH om te zetten in pH, trek je het af van 14.
3) Als de analyt een zwak zuur is en de titrant een sterke base, gebruik dan de Henderson-Hasselbalch-vergelijking, pH = pKa + log ( [concentratie geconjugeerde base] / resterende zwakke zuurconcentratie). De hoeveelheid geconjugeerde base is gelijk aan de hoeveelheid titrant die je tot nu toe hebt toegevoegd; deel het door het totale volume om de concentratie te vinden. De pKa-waarden voor veel zwakke zuren staan vermeld in de tabel waarnaar wordt verwezen in de sectie Bronnen.
4) Als de analyt een zwakke base is en de titrant een sterk zuur, gebruik dan de andere vorm van de Henderson-Hasselbalch-vergelijking, pOH = pKb + log ( [conjugaatzuurconcentratie] / resterende zwakke base concentratie). Zet vervolgens om van pOH naar pH door af te trekken van 14.
Zoek de pH op equivalentie als het probleem u daarom vraagt. Voor een sterk zuur gecombineerd met een sterke base is de pH bij equivalentie 7. Neem voor een sterk zuurtitrant en een zwakke base-analyt het aantal oorspronkelijk aanwezige mol zwakke base en deel dit door het nieuwe totale volume (oorspronkelijk volume analyt + volume titrant toegevoegd om equivalentie te bereiken) om de concentratie te vinden, neem dan de negatieve logaritme hiervan concentratie. De procedure voor een sterke base titrant met een zwak zuur analyt is hetzelfde, behalve dat als je eenmaal hebt genomen de negatieve log heb je de pOH in plaats van de pH, dus je moet het omrekenen naar pH door het af te trekken van 14.
Zoek de oorspronkelijke concentratie van de analyt als het probleem u daarom vraagt. Het toegevoegde volume titrant om equivalentie te bereiken vermenigvuldigd met de molariteit of concentratie van de titrant geeft u het aantal toegevoegde mol titrant. Het aantal toegevoegde mol titrant, vermenigvuldigd met de verhouding tussen de reactanten die je in stap 4 hebt gevonden, is gelijk aan het aantal mol analyt dat oorspronkelijk aanwezig was. Verdeel het aantal mol analyt door het oorspronkelijke volume analyt om de analytconcentratie te vinden.
Tips
Deze procedure gaat uit van een 1-op-1-verhouding tussen zuur en base in de neutralisatiereactie - wat typisch het soort probleem is dat u tegenkomt bij een algemene scheikundequiz.
Waarschuwingen
Houd bij het vinden van concentraties op of vóór equivalentie rekening met het volume van de titrant die u hebt toegevoegd.
