Når kjemikere trenger å finne konsentrasjonen av et stoff oppløst i en løsning, bruker de ofte en teknikk som kalles titrering. Ved å tilsette et kjemikalie som reagerer med det oppløste stoffet til hele det oppløste stoffet er nøytralisert, kan kjemikeren bestemme hvor mye som opprinnelig var til stede - og derav konsentrasjonen av løsningen. Titreringsproblemer med syrer og baser er vanlige oppgaver på lekser og tester i kjemiklasse.
Bestem om analytten (kjemikaliet oppløst i løsningen) og titreringen (kjemikaliet tilsatt for å nøytralisere det oppløste stoffet) er sterke syrer eller baser. En syre er et stoff som gir bort protoner, mens en base er et stoff som tar opp protoner. Hvis det oppløste stoffet er en base, vil titreringen være en syre og omvendt. Saltsyre, salpetersyre, svovelsyre, perklorsyre, saltsyre og saltsyre er vanlig sterke syrer, mens litium, natrium, kalium, rubidium, kalsium, strontium og bariumhydroksider er sterke baser. For en liste over vanlige syrer og baser, se lenken i seksjonen Ressurser.
Bestem om produktet av titreringsreaksjonen vil være et nøytralt salt eller et basisk / surt salt. Når en sterk base og en sterk syre reagerer, er produktet et nøytralt salt (et salt med pH 7); reaksjonen mellom saltsyre og natriumhydroksid gir for eksempel natriumklorid, som verken er basisk eller surt. En sterk syre som reagerer med en svak base, produserer imidlertid et surt salt, mens en sterk base som reagerer med en svak syre, produserer et basisk salt. Titreringer utføres nesten aldri med en kombinasjon av en svak syre og en svak base, fordi det ville være vanskeligere å finne ekvivalenspunktet for denne typen titrering.
Skriv ned det du vet, og finn ut hva problemet ber om. Vanligvis vil et lekser eller et testproblem av denne typen gi deg identiteten til titranten og analytten, volumet av analyt og konsentrasjonen av titranten. Problemet kan gi deg mengden titreringsmiddel som trengs for å nå ekvivalens (det punktet hvor det oppløste stoffet er nøytralisert) og be deg om å finne pH ved ekvivalens og konsentrasjonen av den opprinnelige løsningen, eller det kan gi deg konsentrasjonen av både titrerende og oppløst stoff, og be deg om å finne pH i hvert trinn av reaksjonen. Hver type problem vil kreve en annen strategi.
Skriv ned den balanserte kjemiske ligningen for reaksjonen mellom syren og basen (dette vil vanligvis også bli gitt til deg i problemet). Bestem forholdet mellom reaktantene ved hjelp av den kjemiske ligningen, dvs. hvor mange molekyler av det ene kjemikaliet som trengs for å reagere med det ene molekylet av det andre.
Bruk dataene du har fått til å beregne pH i hvert trinn i reaksjonen hvis problemet ber deg om å gjøre det (hvis ikke, hopp over dette trinnet og fortsett til trinn 6). Avhengig av identiteten til analyten og titreringen, er det fire muligheter.
1) Hvis analytten er en sterk syre og titreringen er en sterk base, er pH bare den negative loggen til analytkonsentrasjonen. For å finne analytkonsentrasjonen, trekker du antall mol titreringsmiddel lagt opp til dette punktet, og deler deretter med totalvolumet (initialvolum analyt + volum tilsatt titrant).
2) Hvis analytten er en sterk base og titreringen er en sterk syre, er trinnene du følger de samme som i (1) bortsett fra at den negative loggen til analytkonsentrasjonen vil gi deg pOH i stedet for pH. For å konvertere pOH til pH, trekk den fra 14.
3) Hvis analytten er en svak syre og titreringen er en sterk base, bruk Henderson-Hasselbalch-ligningen, pH = pKa + log ([konjugatbasekonsentrasjon] / gjenværende svak syrekonsentrasjon). Mengden konjugert base er lik mengden titreringsmiddel du har lagt til så langt; del den med totalt volum for å finne konsentrasjon. PKa-verdiene for mange svake syrer er oppført i tabellen som er lenket til i seksjonen Ressurser.
4) Hvis analytten er en svak base og titreringen er en sterk syre, bruk den andre formen av Henderson-Hasselbalch ligning, pOH = pKb + log ([konjugat syrekonsentrasjon] / gjenværende svak base konsentrasjon). Konverter deretter fra pOH til pH ved å trekke fra 14.
Finn pH til ekvivalens hvis problemet ber deg om å gjøre det. For en sterk syre parret med en sterk base er pH ved ekvivalens 7. For en sterk syretitrerende og svak baseanalyt, ta antall mol med svak base som opprinnelig var til stede og divider med det nye totale volumet (originalt volum analyt + volum titrer tilsatt for å nå ekvivalens) for å finne konsentrasjon, så ta den negative loggen av dette konsentrasjon. Fremgangsmåten for en sterk basetitrerende med en svak syreanalytt er den samme, bortsett fra at når du har tatt den den negative loggen har du pOH i stedet for pH, så du må konvertere den til pH ved å trekke den fra 14.
Finn den opprinnelige konsentrasjonen av analytten hvis problemet ber deg om å gjøre det. Volumet av titreringsmiddel tilsatt for å nå ekvivalens multiplisert med molariteten eller konsentrasjonen av titreringen vil gi deg antall mol tilsatt titreringsmiddel. Antall mol tilsatt titrer, multiplisert med forholdet mellom reaktantene du fant i trinn 4, er lik antall mol analyt som opprinnelig var til stede. Del antall mol analyt med originalt volum analyt for å finne analytkonsentrasjonen.
Tips
Denne prosedyren forutsetter et 1-til-1-forhold mellom syre og base i nøytraliseringsreaksjonen - som vanligvis er den typen problem du vil se på en generell kjemisk quiz.
Advarsler
Når du finner konsentrasjoner ved eller før ekvivalens, må du ta hensyn til volumet av titranten du har lagt til.
