Miareczkowanie kwasowo-zasadowe - Acid–base titration

Miareczkowanie NaOH HCl PP.ogv

Kwasowo-zasadowej miareczkowanie jest metodą analizy ilościowe oznaczania stężenia danego kwasu lub zasady dokładnie neutralizowania go z mianowanym roztworem zasady lub kwasu o znanym stężeniu. Wskaźnikiem pH stosuje się do monitorowania postępu reakcji kwas-zasada . Jeśli znana jest stała dysocjacji kwasu (p K a ) kwasowej lub zasadowej stałej dysocjacji (p K b ) zasady w roztworze analitu , można określić jego stężenie roztworu ( molarność ). Alternatywnie, p K a można określić, jeśli roztwór analitu ma znane stężenie roztworu, konstruując krzywą miareczkowania .

Alkalimetria i kwasometria

Alkalimetria i kwasometria to rodzaj analizy wolumetrycznej, w której podstawową reakcją jest reakcja neutralizacji. Kwasymetria to specjalistyczne analityczne zastosowanie miareczkowania kwasowo-zasadowego do oznaczania stężenia substancji zasadowych (synonimicznych do zasadowych) przy użyciu standardowego kwasu. Alkalimetria to ta sama koncepcja specjalistycznego analitycznego miareczkowania kwasowo-zasadowego, ale dla substancji kwaśnych przy użyciu standardowej zasady.

Wybór wskaźnika

Miareczkowanie kwasowo-zasadowe z użyciem fenoloftaleiny jako wskaźnika. Stożkowa kolba zawierała roztwór, który właśnie osiągnął punkt końcowy.

Aby wykryć punkt końcowy miareczkowania, należy wybrać odpowiedni wskaźnik pH. Zmiana koloru lub inny efekt powinny wystąpić w pobliżu punktu równoważności reakcji, tak aby eksperymentator mógł dokładnie określić, kiedy ten punkt został osiągnięty. Wartość pH punktu równoważnikowego można oszacować, stosując następujące zasady:

  • Mocny kwas reaguje z mocną zasadą, tworząc obojętny (pH = 7) roztwór.
  • Silny kwas reaguje ze słabą zasadą, tworząc kwaśny (pH <7) roztwór.
  • Słaby kwas reaguje z mocną zasadą, tworząc roztwór zasadowy (pH> 7).

Gdy słaby kwas reaguje ze słabą zasadą, roztwór punktu równoważnikowego będzie zasadowy, jeśli zasada jest silniejsza, a kwaśny, jeśli kwas jest mocniejszy. Jeśli oba mają jednakową moc, równoważne pH będzie neutralne. Jednak słabe kwasy nie są często miareczkowane względem słabych zasad, ponieważ zmiana koloru pokazana za pomocą wskaźnika jest często szybka, a zatem obserwatorowi bardzo trudno jest zobaczyć zmianę koloru.

Punkt, w którym wskaźnik zmienia kolor, nazywany jest punktem końcowym . Należy wybrać odpowiedni wskaźnik, najlepiej taki, który będzie wykazywał zmianę koloru (punkt końcowy) w pobliżu punktu równoważnikowego reakcji.

Analiza matematyczna: miareczkowanie słabego kwasu

Miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą

Wartość pH słabo kwaśnego roztworu miareczkowanego mocną zasadą można znaleźć w różnych punktach po drodze. Punkty te należą do jednej z czterech kategorii:

  1. początkowe pH
  2. pH przed punktem równoważnikowym
  3. pH w punkcie równoważnikowym
  4. pH po punkcie równoważnikowym

dla bardziej rygorystycznych obliczeń wymagane jest użycie wykresu RICE . W rzeczywistości poniższe równania są uproszczeniem wykresu RICE.

Animacja miareczkowania z użyciem titranta bazowego
  1. Początkowe pH jest przybliżone dla słabo kwaśnego roztworu w wodzie za pomocą równania
    gdzie jest stałą dysocjacji, jest stężeniem kwasu i jest początkowym stężeniem jonów hydroniowych (podzielone przez mol / l).
  2. Wartość pH przed punktem równoważnikowym zależy od ilości pozostałego słabego kwasu i ilości utworzonej sprzężonej zasady. Wartość pH można obliczyć w przybliżeniu za pomocą równania Hendersona-Hasselbalcha :
    z
    = początkowe stężenie kwasu podzielone przez mol / l.
    = stężenie dodanej zasady podzielone przez mol / l.
    = początkowa objętość kwasu.
    = objętość dodanej zasady.
  3. W punkcie równoważnikowym słaby kwas zostaje zużyty i przekształcony w jego sprzężoną zasadę. Wartość pH będzie większa niż 7 i można ją obliczyć z równania wyprowadzonego z następujących zależności:
    z
    Należy zauważyć, że gdy kwas neutralizuje zasadę, pH może być obojętne lub nie (pH = 7). Wartość pH zależy od mocy kwasu i zasady.
  4. Po punkcie równoważnikowym roztwór będzie zawierał dwie zasady: sprzężoną zasadę kwasu i mocną zasadę titranta. Jednak zasada titranta jest silniejsza niż sprzężona zasada kwasu. Dlatego pH w tym regionie jest kontrolowane przez mocną zasadę. W związku z tym pH można znaleźć za pomocą:
    gdzie jest podstawowa objętość dodana do osiągnięcia równowagi.

Pojedyncza formuła

Dokładniej, jeden wzór opisujący miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą od początku do końca jest podany poniżej:

gdzie „φ = ułamek zakończenia miareczkowania (φ <1 jest przed punktem równoważnikowym, φ = 1 jest punktem równoważnikowym, a φ> 1 jest po punkcie równoważnikowym)

= odpowiednio stężenia kwasu i zasady
= objętości odpowiednio kwasu i zasady
= ułamek słabego kwasu, który jest zjonizowany
= stała dysocjacji kwasu
= odpowiednio stężenia jonów H + i OH -

Galeria

Metody graficzne

W procesie miareczkowania powstają roztwory o składzie od czystego kwasu do czystej zasady. Identyfikacja pH związanego z dowolnym etapem procesu miareczkowania jest stosunkowo prosta w przypadku kwasów i zasad monoprotonowych. Obecność więcej niż jednej grupy kwasowej lub zasadowej komplikuje te obliczenia. Metody graficzne, takie jak ekwiligraf, były od dawna używane do wyjaśniania interakcji równowag sprzężonych. Te graficzne metody rozwiązań są proste do wdrożenia, jednak są rzadko używane.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Proste wzory analityczne do miareczkowania kwasów N-protonowych. Obowiązuje dla dowolnej liczby N: 1-monoprotycznych, 2-diprotycznych do N = 6 (np. EDTA).