När kemister behöver hitta koncentrationen av ett ämne upplöst i en lösning använder de ofta en teknik som kallas titrering. Genom att tillsätta en kemikalie som reagerar med det lösta ämnet tills hela det lösta ämnet har neutraliserats kan kemisten bestämma hur mycket som ursprungligen var närvarande - och därmed koncentrationen av lösningen. Titreringsproblem med syror och baser är vanliga uppgifter om läxor och tester i kemiklassen.
Bestäm om analyten (kemikalien upplöst i lösningen) och titreringen (kemikalien som tillsätts för att neutralisera lösningen) är starka syror eller baser. En syra är ett ämne som ger bort protoner, medan en bas är ett ämne som tar upp protoner. Om det lösta ämnet är en bas kommer titreringen att vara en syra och tvärtom. Saltsyra, salpetersyra, svavelsyra, perklorsyra, bromvätesyra och jodsyra är vanliga starka syror, medan litium, natrium, kalium, rubidium, kalcium, strontium och bariumhydroxider är starka baser. För en lista över vanliga syror och baser, se länken i avsnittet Resurser.
Bestäm om produkten av titreringsreaktionen är ett neutralt salt eller ett basiskt / surt salt. När en stark bas och en stark syra reagerar är produkten ett neutralt salt (ett salt med pH 7); reaktionen mellan saltsyra och natriumhydroxid ger exempelvis natriumklorid, som varken är basisk eller sur. En stark syra som reagerar med en svag bas ger emellertid ett surt salt, medan en stark bas som reagerar med en svag syra ger ett basiskt salt. Titreringar utförs knappast någonsin med en kombination av en svag syra och en svag bas, eftersom det skulle vara svårare att hitta ekvivalenspunkten för denna typ av titrering.
Skriv ner vad du vet och ta reda på vad problemet ber om. Vanligtvis kommer en läxa eller ett testproblem av detta slag att ge dig identiteten för titreringen och analyten, volymen av analyten och koncentrationen av titreringen. Problemet kan ge dig den mängd titreringsmedel som behövs för att nå ekvivalens (den punkt där all löst ämne har neutraliserats) och be dig att hitta pH vid ekvivalens och koncentrationen av den ursprungliga lösningen, eller så kan det ge dig koncentrationen av både titreringsmedel och löst ämne och be dig att hitta pH i varje steg av Reaktionen. Varje typ av problem kräver en annan strategi.
Skriv ner den balanserade kemiska ekvationen för reaktionen mellan syran och basen (detta ges vanligtvis också i problemet). Bestäm förhållandet mellan reaktanterna med den kemiska ekvationen, dvs. hur många molekyler av en kemikalie som behövs för att reagera med en molekyl av den andra.
Använd de data du har fått för att beräkna pH i varje steg i reaktionen om problemet ber dig göra det (om inte, hoppa över det här steget och fortsätt till steg 6). Beroende på identiteten hos analyten och titreringen finns det fyra möjligheter.
1) Om analyten är en stark syra och titreringen är en stark bas är pH bara den negativa loggen för analytkoncentrationen. För att hitta analytkoncentrationen, subtrahera antalet mol titreringsmedel tillsatt till denna punkt, dividera sedan med den totala volymen (initial volym analyt + volym tillsatt titrant).
2) Om analyten är en stark bas och titreringen är en stark syra, är stegen du följer desamma som i (1) förutom att den negativa loggen för analytkoncentrationen ger dig pOH istället för pH. För att konvertera pOH till pH, subtrahera det från 14.
3) Om analyten är en svag syra och titreringen är en stark bas, använd Henderson-Hasselbalch-ekvationen, pH = pKa + log ([konjugat baskoncentration] / kvarvarande svag syrakoncentration). Mängden konjugatbas är lika med mängden titreringsmedel som du hittills har lagt till; dela den med total volym för att hitta koncentration. PKa-värdena för många svaga syror listas i tabellen som länkas till i avsnittet Resurser.
4) Om analyten är en svag bas och titreringen är en stark syra, använd den andra formen av Henderson-Hasselbalch ekvation, pOH = pKb + log ([konjugat syrakoncentration] / kvarvarande svag bas koncentration). Konvertera sedan från pOH till pH genom att subtrahera från 14.
Hitta pH vid ekvivalens om problemet ber dig att göra det. För en stark syra ihopkopplad med en stark bas är pH vid ekvivalens 7. För en stark syratitrerande och svag basanalyt, ta antalet mol svag bas som ursprungligen var närvarande och dela med den nya totala volymen (originalvolym analyt + volym titrerad tillsatt för att nå ekvivalens) för att hitta koncentration, ta sedan den negativa loggen för detta koncentration. Förfarandet för en stark bastitrerare med en svag syraanalyt är densamma, förutom att när du har tagit det den negativa loggen har du pOH snarare än pH, så du måste konvertera den till pH genom att subtrahera den från 14.
Hitta den ursprungliga koncentrationen av analyten om problemet ber dig göra det. Volymen titrerad tillsatt för att uppnå ekvivalens multiplicerad med molariteten eller koncentrationen av titreringen ger dig antalet mol titrerat. Antalet mol titrerat tillsatt multiplicerat med förhållandet mellan reaktanterna som du hittade i steg 4 är lika med antalet mol analyt som ursprungligen var närvarande. Dela antalet mol analyt med originalvolymen analyt för att hitta analytkoncentrationen.
Tips
Denna procedur förutsätter ett 1-till-1-förhållande mellan syra och bas i neutraliseringsreaktionen - vilket typiskt är den typ av problem du kommer att se i ett allmänt kemikundersökningsfrågor.
Varningar
När du hittar koncentrationer vid eller före ekvivalens, ta hänsyn till volymen på titreringen du har lagt till.