Een veelvoorkomend type chemisch experiment, titratie genaamd, bepaalt de concentratie van een stof opgelost in een oplossing. Zuur-base-titraties, waarbij een zuur en een base elkaar neutraliseren, komen het meest voor. Het punt waarop al het zuur of de base in de analyt (de te analyseren oplossing) is geneutraliseerd, wordt het equivalentiepunt genoemd; afhankelijk van het zuur of de base in de analyt, zullen sommige titraties ook een tweede equivalentiepunt hebben. U kunt eenvoudig de pH van de oplossing op het tweede equivalentiepunt berekenen.
Bepaal of zuur of base aanwezig was in de analyt, welk soort zuur of base aanwezig was en hoeveel ervan aanwezig was. Als je aan deze vraag werkt voor een huiswerkopdracht, krijg je de informatie. Als u daarentegen net een titratie in het laboratorium hebt uitgevoerd, hebt u de informatie verzameld terwijl u de titratie uitvoerde.
Onthoud dat diprotische zuren of basen (zuren/basen die meer dan één waterstofion kunnen afstaan of accepteren) van het soort zijn dat tweede equivalentiepunten zal hebben. Bedenk ook dat Ka1 de evenwichtsconstante is (verhouding van producten tot reactanten) voor de eerste protondonatie, terwijl Ka2 de evenwichtsconstante is voor de tweede protondonatie. Zoek de Ka2 voor uw zuur of base op in een referentietekst of online tabel (zie bronnen).
Bepaal de hoeveelheid geconjugeerd zuur of base in uw analyt. Dit komt overeen met de oorspronkelijk aanwezige hoeveelheid zuur of base. Vermenigvuldig de oorspronkelijke analytconcentratie met het volume. Stel dat u begint met 40 ml 1 molair oxaalzuur. Zet de concentratie om in milliliter door te delen door 1000 en vermenigvuldig dit volume vervolgens met de concentratie. Dit geeft je het aantal mol oorspronkelijk aanwezig oxaalzuur: (40/1000) x 1= 0,04. Er is 0,04 mol oxaalzuur aanwezig.
Neem het volume titrant (de chemische stof die u tijdens de titratie hebt toegevoegd) om de zuur- of base-analyt te neutraliseren en voeg dit toe aan het oorspronkelijk aanwezige volume analyt. Dit geeft je je uiteindelijke volume. Stel bijvoorbeeld dat om de tweede equivalentie te bereiken, 80 ml 1 molair NaOH werd toegevoegd aan 40 ml 1 molair oxaalzuur. De berekening is 80 ml titrant + 40 ml analyt = 120 ml eindvolume.
Deel het aantal mol zuur of base dat oorspronkelijk in uw analyt aanwezig was door het uiteindelijke volume. Dit geeft je de uiteindelijke concentratie van geconjugeerd zuur of base. 120 ml was bijvoorbeeld het eindvolume en 0,04 mol was oorspronkelijk aanwezig. Converteer ml naar liters en deel het aantal mol door het aantal liters: 120/1000 = 0,12 liter; 0,04 mol/0,12 liter = 0,333 mol per liter.
Bepaal de Kb van de geconjugeerde base (of de Ka als het een geconjugeerd zuur is). Onthoud dat de geconjugeerde base de soort is die wordt gevormd wanneer u alle protonen uit een zuur verwijdert, terwijl het geconjugeerde zuur de soort is die wordt gevormd wanneer u protonen aan een base doneert. Bijgevolg zal op het 2e equivalentiepunt het diprotisch zuur (bijvoorbeeld oxaalzuur) volledig gedeprotoneerd zijn en zal zijn Kb gelijk zijn aan 1 x 10^-14/de tweede Ka voor oxaalzuur. Voor een basis is de Ka op het tweede equivalentiepunt gelijk aan 1 x 10^-14/de tweede Kb voor de diprotische basis. Oxaalzuur was bijvoorbeeld de analyt. De Ka is 5,4 x 10^-5. Deel 1 x 10^-14 door 5,4 x 10^-5: (1 x 10^-14)/(5.4 x 10^-5) = 1,852 x 10^-10. Dit is de Kb van de volledig gedeprotoneerde vorm van oxaalzuur, het oxalaat-ion.
Stel een evenwichtsconstantevergelijking op in de volgende vorm: Kb = ([OH-][geconjugeerd zuur])/[geconjugeerde base]. De vierkante accolades vertegenwoordigen concentratie.
Vervang x^2 door de twee termen bovenaan in de vergelijking en los op voor X zoals weergegeven: Kb = x ^ 2 / [geconjugeerde base]. De concentratie natriumoxalaat was bijvoorbeeld 0,333 mol/L en de Kb was 1,852 x 10^-10. Wanneer deze waarden zijn aangesloten, levert dit de volgende berekening op: 1.852 x 10^-10 = x^2/0.333. Vermenigvuldig beide zijden van de vergelijking met 0,333: 0,333 x (1,852 x 10 ^ -10) = x ^ 2; 6.167 x 10^-11 = x^2. Neem de vierkantswortel van beide zijden om x op te lossen: (6.167 x 10^-11)^1/2 = x. Dit levert het volgende op: x = 7,85 x 10^-6. Dit is de concentratie van hydroxide-ionen in de oplossing.
Converteren van concentratie van hydroxide-ion of waterstofion naar pH. Als je een concentratie van waterstofionen hebt, neem je gewoon de negatieve log om te converteren naar pH. Als je een concentratie van hydroxide-ionen hebt, neem dan de negatieve log en trek je antwoord af van 14 om de pH te vinden. De gevonden concentratie was bijvoorbeeld 7,85 x 10^-6 mol per liter hydroxide-ionen: log 7,85 x 10^-6 = -5,105, dus -log 7,85 x 10^-6 = 5,105.
Trek je antwoord af van 14. Bijvoorbeeld 14 - 5,105 = 8,90. De pH op het tweede equivalentiepunt is 8,90.
Dingen die je nodig hebt
- Potlood
- Papier
- Rekenmachine
Tips
Deze berekening hield geen rekening met de auto-ionisatie van water, dat een factor kan worden in zeer verdunde oplossingen van zwakke basen of zuren. Desalniettemin is het een goede schatting voor deze doeleinden en het soort antwoord dat u voor dit soort problemen moet geven.