Powszechny rodzaj eksperymentu chemicznego zwany miareczkowaniem określa stężenie substancji rozpuszczonej w roztworze. Najczęściej spotykane są miareczkowania kwasowo-zasadowe, w których kwas i zasada wzajemnie się neutralizują. Punkt, w którym cały kwas lub zasada w analicie (analizowanym roztworze) został zneutralizowany, nazywa się punktem równoważnikowym; w zależności od kwasu lub zasady w analicie, niektóre miareczkowania będą miały również drugi punkt równoważnikowy. Możesz łatwo obliczyć pH roztworu w drugim punkcie równoważnikowym.
Określ, czy w odczynniku był kwas lub zasada, jaki rodzaj kwasu lub zasady był obecny i w jakiej ilości. Jeśli pracujesz nad tym pytaniem w ramach zadania domowego, otrzymasz informacje. Z drugiej strony, jeśli właśnie wykonałeś miareczkowanie w laboratorium, informacje zostaną zebrane podczas miareczkowania.
Pamiętaj, że kwasy lub zasady diprotonowe (kwasy/zasady, które mogą oddawać lub przyjmować więcej niż jeden jon wodorowy) są rodzajem, który będzie miał drugi punkt równoważności. Przypomnijmy również, że Ka1 jest stałą równowagi (stosunek produktów do reagentów) dla pierwszej donacji protonów, podczas gdy Ka2 jest stałą równowagi dla drugiej donacji protonów. Wyszukaj Ka2 dla swojego kwasu lub zasady w tekście referencyjnym lub w tabeli online (patrz Zasoby).
Określ ilość sprzężonego kwasu lub zasady w swoim analitu. Będzie to równoważne ilości pierwotnie obecnego kwasu lub zasady. Pomnóż pierwotne stężenie analitu przez jego objętość. Załóżmy na przykład, że zaczynasz od 40 ml 1 molowego kwasu szczawiowego. Przelicz stężenie na mililitry dzieląc przez 1000, a następnie pomnóż tę objętość przez jej stężenie. To da ci liczbę moli pierwotnie obecnego kwasu szczawiowego: (40/1000) x 1= 0,04. Obecny jest 0,04 mola kwasu szczawiowego.
Pobrać objętość titranta (substancji chemicznej dodanej podczas miareczkowania), aby zneutralizować kwasowy lub zasadowy analit i dodać ją do pierwotnie obecnej objętości analitu. To da ci ostateczną objętość. Załóżmy na przykład, że aby osiągnąć drugą równoważność, 80 ml 1 molowego NaOH dodano do 40 ml 1 molowego kwasu szczawiowego. Obliczenie będzie wynosić 80 ml titranta + 40 ml analitu = 120 ml końcowej objętości.
Podziel liczbę moli kwasu lub zasady pierwotnie obecnych w analitu przez końcową objętość. To da ci końcowe stężenie kwasu lub zasady sprzężonej. Na przykład, końcowa objętość wynosiła 120 ml, a pierwotnie obecne były 0,04 mola. Przelicz ml na litry i podziel liczbę moli przez liczbę litrów: 120/1000 = 0,12 litra; 0,04 mola/0,12 litra = 0,333 mola na litr.
Określ Kb sprzężonej zasady (lub Ka, jeśli jest to sprzężony kwas). Pamiętaj, że sprzężona zasada to gatunek powstały, gdy usuniesz wszystkie protony z kwasu, podczas gdy sprzężony kwas to gatunek utworzony, gdy oddasz protony zasadzie. W konsekwencji, w drugim punkcie równoważnikowym, kwas diprotonowy (na przykład kwas szczawiowy) zostanie całkowicie zdeprotonowany, a jego Kb będzie równe 1 x 10^-14/druga Ka dla kwasu szczawiowego. Dla zasady Ka w drugim punkcie równoważności będzie równe 1 x 10^-14/drugi Kb dla zasady diprotycznej. Analitem był na przykład kwas szczawiowy. Jego Ka wynosi 5,4 x 10^-5. Podziel 1 x 10^-14 przez 5,4 x 10^-5: (1 x 10^-14)/(5,4 x 10^-5) = 1,852 x 10^-10. Jest to Kb dla całkowicie zdeprotonowanej postaci kwasu szczawiowego, jonu szczawianu.
Ustaw równanie stałej równowagi w następującej postaci: Kb = ([OH-][kwas sprzężony])/[zasada sprzężona]. Nawiasy kwadratowe reprezentują koncentrację.
Podstaw x^2 za dwa wyrazy u góry w równaniu i rozwiąż dla x jak pokazano: Kb = x^2/[zasada sprzężona]. Na przykład stężenie szczawianu sodu wynosiło 0,333 mola/l, a jego Kb wynosiło 1,852 x 10^-10. Po wprowadzeniu tych wartości otrzymujemy następujące obliczenie: 1,852 x 10^-10 = x^2/0,333. Pomnóż obie strony równania przez 0,333: 0,333 x (1,852 x 10^-10) = x^2; 6,167 x 10^-11 = x^2. Wyciągnij pierwiastek kwadratowy z obu stron, aby obliczyć x: (6,167 x 10^-11)^1/2 = x. Daje to: x = 7,85 x 10^-6. To jest stężenie jonów wodorotlenowych w roztworze.
Konwersja ze stężenia jonu wodorotlenowego lub jonu wodorowego do pH. Jeśli masz stężenie jonów wodorowych, po prostu bierzesz logarytm ujemny, aby przeliczyć pH. Jeśli masz stężenie jonów wodorotlenowych, weź logarytm ujemny, a następnie odejmij odpowiedź od 14, aby znaleźć pH. Na przykład stwierdzone stężenie wynosiło 7,85 x 10^-6 moli na litr jonów wodorotlenowych: log 7,85 x 10^-6 = -5,105, a zatem -log 7,85 x 10^-6 = 5,105.
Odejmij swoją odpowiedź od 14. Na przykład 14 - 5,105 = 8,90. pH w drugim punkcie równoważnikowym wynosi 8,90.
Rzeczy, których będziesz potrzebować
- Ołówek
- Papier
- Kalkulator
Wskazówki
Obliczenia te nie uwzględniały autojonizacji wody, która może stać się czynnikiem w bardzo rozcieńczonych roztworach słabych zasad lub kwasów. Niemniej jednak jest to dobre oszacowanie dla tych celów i rodzaj odpowiedzi, której można się spodziewać w przypadku tego rodzaju problemu.