Ak chemici potrebujú zistiť koncentráciu látky rozpustenej v roztoku, často používajú techniku nazývanú titrácia. Pridaním chemikálie, ktorá reaguje s rozpustenou látkou, kým nie je neutralizovaná všetka rozpustená látka, môže chemik určiť, koľko bolo pôvodne prítomného - a teda aj koncentráciu roztoku. Problémy s titráciou kyselinami a zásadami sú bežným zadaním domácich úloh a testov na hodinách chémie.
Určte, či analyt (chemikália rozpustená v roztoku) a titrant (chemikália pridaná na neutralizáciu rozpustenej látky) sú silné kyseliny alebo zásady. Kyselina je látka, ktorá rozdáva protóny, zatiaľ čo báza je látka, ktorá absorbuje protóny. Ak je rozpustenou látkou báza, potom bude ako titrant použitá kyselina a naopak. Kyselina chlorovodíková, kyselina dusičná, kyselina sírová, kyselina chloristá, kyselina bromovodíková a kyselina jodovodíková sú bežné silné kyseliny, zatiaľ čo lítium, sodík, draslík, rubídium, vápnik, stroncium a bárium hydroxidy sú silné zásady. Zoznam bežných kyselín a zásad nájdete v odkaze v časti Zdroje.
Určte, či bude produktom titračnej reakcie neutrálna soľ alebo bázická / kyslá soľ. Ak reaguje silná báza a silná kyselina, je produktom neutrálna soľ (soľ s pH 7); reakciou medzi kyselinou chlorovodíkovou a hydroxidom sodným sa napríklad získa chlorid sodný, ktorý nie je zásaditý ani kyslý. Silná kyselina reagujúca so slabou zásadou však produkuje kyslú soľ, zatiaľ čo silná báza reagujúca so slabou kyselinou produkuje zásaditú soľ. Titrácie sa takmer nikdy neuskutočňujú kombináciou slabej kyseliny a slabej bázy, pretože pre tento druh titrácie by bolo ťažšie nájsť bod ekvivalencie.
Napíšte si, čo viete, a zistite, o čo problém žiada. Zvyčajne vám domáci problém alebo testovací problém tohto druhu poskytne totožnosť titrantu a analytu, objem analytu a koncentráciu titrantu. Problém vám môže dať množstvo titrantu potrebné na dosiahnutie ekvivalencie (bod, v ktorom sú všetky rozpustené látky neutralizované) a požiadať vás, aby ste našli pH na ekvivalencia a koncentrácia pôvodného roztoku, alebo vám môže poskytnúť koncentráciu titrantu aj rozpustenej látky, potom vás požiada, aby ste zistili pH v každej fáze reakcia. Každý typ problému si bude vyžadovať inú stratégiu.
Zapíšte si vyváženú chemickú rovnicu pre reakciu medzi kyselinou a zásadou (obvykle vám bude poskytnutá aj v prípade problému). Určte pomer reaktantov pomocou chemickej rovnice, t. J. Koľko molekúl jednej chemikálie je potrebných na reakciu s jednou molekulou druhej.
Na základe údajov, ktoré ste dostali, vypočítajte pH v každom kroku reakcie, ak vás to problém vyžaduje (ak nie, tento krok preskočte a pokračujte krokom 6). V závislosti od totožnosti analytu a titrantu existujú štyri možnosti.
1) Ak je analyt silnou kyselinou a titrantom silná báza, pH je iba záporný logaritmus koncentrácie analytu. Ak chcete zistiť koncentráciu analytu, odčítajte počet mólov titrantu pridaných do tohto bodu a potom vydelte celkovým objemom (počiatočný objem analytu + objem pridaného titrantu).
2) Ak je analyt silnou zásadou a titrantom silná kyselina, kroky, ktoré vykonáte, sú rovnaké ako v (1) okrem toho, že záporný logaritmus koncentrácie analytu vám dá pOH namiesto pH. Ak chcete previesť pOH na pH, odčítajte ho od 14.
3) Ak je analyt slabou kyselinou a titrantom je silná báza, použije sa Hendersonova-Hasselbalchova rovnica, pH = pKa + log ([koncentrácia zásaditej zásady] / zostávajúca slabá koncentrácia kyseliny). Množstvo konjugovanej bázy sa rovná množstvu titrantu, ktoré ste doteraz pridali; vydelte ho celkovým objemom, aby ste našli koncentráciu. Hodnoty pKa pre mnoho slabých kyselín sú uvedené v tabuľke prepojenej v časti Zdroje.
4) Ak je analyt slabou zásadou a titrantom je silná kyselina, použite inú formu Henderson-Hasselbalchova rovnica, pOH = pKb + log ([koncentrácia kyseliny konjugovanej] / zostávajúca slabá báza koncentrácia). Potom preveďte z pOH na pH odčítaním od 14.
Nájdite pH rovnocenne, ak vás to problém vyžaduje. Pre silnú kyselinu spárovanú so silnou zásadou je pH pri ekvivalencii 7. Pre silne kyslý titrant a analyt so slabou zásadou vezmite počet molov pôvodne prítomnej slabej zásady a vydelte novým celkovým objemom. (pôvodný objem analytu + objem titrantu pridaný na dosiahnutie ekvivalencie) na nájdenie koncentrácie, potom vezmite negatívny logaritmus tejto hodnoty koncentrácia. Postup pre silne bázický titrant so slabo kyslým analytom je rovnaký, až na to, že ste ho užili záporný logaritmus budete mať skôr než pOH ako pH, takže ho musíte previesť na pH jeho odpočítaním 14.
Ak vás to problém vyžaduje, nájdite pôvodnú koncentráciu analytu. Objem pridaného titrantu na dosiahnutie ekvivalencie vynásobený molaritou alebo koncentráciou titrantu vám poskytne počet mólov pridaného titrantu. Počet mólov pridaného titrantu vynásobený pomerom medzi reaktantmi, ktorý ste našli v kroku 4, sa rovná počtu mólov pôvodne prítomného analytu. Vydeľte počet mólov analytu pôvodným objemom analytu, aby ste zistili koncentráciu analytu.
Tipy
Tento postup predpokladá pomer 1: 1 medzi kyselinou a zásadou v neutralizačnej reakcii - čo je zvyčajne ten typ problému, ktorý uvidíte v kvíze o všeobecnej chémii.
Varovania
Pri zisťovaní koncentrácií pred alebo pred ekvivalentnosťou vezmite do úvahy objem titrantu, ktorý ste pridali.