Titrační Kalkulátor - Rychlé Výsledky Koncentrace Analytu

Co je titrační kalkulačka?

Titrační kalkulačka zjišťuje koncentraci neznámého roztoku, zvaného analyt, z údajů z titrace. Při titraci se k analytu pomalu přidává roztok o známé koncentraci, zvaný titrant, dokud reakce mezi nimi neproběhne úplně. Z naměřeného množství spotřebovaného titrantu lze zjistit, jak koncentrovaný analyt byl.

Titrační vzorec

Kalkulačka používá standardní titrační vzorec pro reakci, při níž titrant a analyt reagují v poměru 1:1:

$C_2 = \frac{C_1 \times V_1}{V_2}$

• $C_1$ = koncentrace titrantu (mol/l)
• $V_1$ = objem použitého titrantu (ml), rovnající se konečnému odečtu z byrety minus počáteční odečet
• $C_2$ = koncentrace analytu (mol/l)
• $V_2$ = objem analytu (ml)

Vzorec vychází ze základního pravidla titrace: v okamžiku, kdy je reakce přesně dokončena (v bodě ekvivalence), se látkové množství přidaného titrantu rovná látkovému množství přítomného analytu, pokud je reakce spotřebovává v poměru 1:1. Látkové množství se rovná součinu koncentrace a objemu, takže:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Vyjádřením $C_2$ získáme výše uvedený vzorec.

Jak vypočítat koncentraci analytu

1. Zapište počáteční odečet z byrety. Jde o počáteční objem v byretě, uvedený v ml. Pokud byla byreta naplněna po rysku nula, je to 0,0 mL.
2. Zapište konečný odečet z byrety. Jde o objem zobrazený v okamžiku, kdy reakce právě skončí, obvykle určený barevnou změnou indikátoru.
3. Odečtením určete objem titrantu. Konečný odečet minus počáteční odečet, v ml.
4. Zadejte koncentraci titrantu. Jde o známou koncentraci standardního roztoku v mol/l.
5. Zadejte objem analytu. Jde o objem použitého neznámého roztoku, obvykle odměřený pipetou, v ml.
6. Použijte vzorec. Vynásobte koncentraci titrantu jeho objemem a poté výsledek vydělte objemem analytu.

Žádná vstupní hodnota nesmí být záporná. Konečný odečet musí být roven počátečnímu odečtu nebo větší a objem analytu musí být větší než nula. Kalkulačka tyto podmínky kontroluje a při nesplnění kterékoli z nich zobrazí chybovou zprávu.

Praktický příklad

Předpokládejme, že byreta začíná na 0,0 mL a po dokončení reakce končí na 10,0 mL. Titrant má koncentraci 0,1 mol/l a objem analytu je 25 mL.

1. Objem titrantu: $10.0 - 0.0 = 10.0$ ml
2. Použití vzorce: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/l

Koncentrace analytu je 0,04 mol/l. Kalkulačka zobrazuje výsledky na čtyři desetinná místa, proto zobrazí 0,0400 mol/l.

Titrace, které nejsou v poměru 1:1

Některé reakce spotřebovávají titrant a analyt v jiném poměru než 1:1. Například kyselina sírová reaguje s hydroxidem sodným podle rovnice $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, takže jeden mol kyseliny vyžaduje dva moly zásady. Výše uvedený vzorec je nutné upravit pomocí stechiometrických koeficientů:

$C_2 = \frac{C_1 \times V_1 \times n_2}{V_2 \times n_1}$

Zde $n_1$ je koeficient titrantu ve vyčíslené rovnici a $n_2$ je koeficient analytu. V příkladu s kyselinou sírovou je $n_1 = 2$ (NaOH) a $n_2 = 1$ (H₂SO₄), takže se potřebný objem titrantu efektivně dělí navíc dvěma.

Typy titrací

• Acidobazická titrace. Silná nebo slabá kyselina reaguje se silnou nebo slabou zásadou. Používá se ke stanovení kyselosti octa, zásaditosti vody a obsahu antacidových tablet.
• Redoxní titrace. Je založena na přenosu elektronů mezi titrantem a analytem. Používá se ke stanovení koncentrace peroxidu vodíku nebo rozpuštěného kyslíku ve vodě.
• Komplexometrická titrace. Chelatační činidlo, například EDTA, se váže na kovové ionty. Používá se k měření tvrdosti vody podle obsahu vápníku a hořčíku.
• Srážecí titrace. Při reakci vzniká nerozpustná pevná látka. Používá se ke stanovení koncentrace chloridů pomocí dusičnanu stříbrného.

Zdroje chyb

• Překročení bodu ekvivalence. Příliš rychlé přidávání titrantu může překročit okamžik, kdy indikátor změní barvu.
• Nesprávné odečtení menisku. Byreta se má odečítat ve výši očí, přičemž se sleduje spodní část zakřiveného povrchu kapaliny.
• Vzduchové bubliny ve špičce byrety. Zachycená bublina způsobí, že zaznamenaný objem bude větší než skutečně vydaný objem.
• Znehodnocený titrant. Roztoky hydroxidu sodného časem pohlcují ze vzduchu oxid uhličitý, což mění jejich koncentraci.
• Znečištěné sklo. Zbytky v byretě nebo baňce mohou reagovat s roztoky a změnit výsledek.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi titrantem a analytem? Titrant je roztok se známou koncentrací, přidávaný z byrety. Analyt je roztok s neznámou koncentrací, která se stanovuje.

Jaký je rozdíl mezi koncovým bodem a bodem ekvivalence? Bod ekvivalence je přesný okamžik, kdy je reakce stechiometricky dokončena. Koncový bod je okamžik, kdy indikátor změní barvu a signalizuje dokončení reakce. Správná volba indikátoru udrží tyto dva body velmi blízko sebe, ale jen zřídka jsou totožné.

Proč kalkulačka vyžaduje, aby konečný odečet nebyl menší než počáteční odečet? Objem titrantu se rovná konečnému odečtu minus počáteční odečet. Protože se byreta odečítá při vypouštění kapaliny, přidaný objem nemůže být záporný, takže konečný odečet nemůže být menší než počáteční.

Jak se vypočítá titrace, při níž není stechiometrický poměr 1:1? Standardní výsledek se vynásobí poměrem stechiometrických koeficientů titrantu a analytu, jak je uvedeno ve výše uvedeném vzorci. U reakce, při níž reagují dva moly titrantu s jedním molem analytu, se člen pro titrant dělí dvěma.

Lze titraci použít u barevných nebo zakalených roztoků? Ano. Pokud je barevnou změnu indikátoru obtížné pozorovat, lze koncový bod určit pomocí pH elektrody (potenciometrická titrace) nebo konduktometru (konduktometrická titrace).

Jak přesné jsou výsledky titrace? Typickou byretu lze odečíst s přesností na 0,01 mL. Většina chyby při titraci pochází z měření a techniky, nikoli z výpočtu.

Reference

1. OpenStax. Chemistry 2e, 4.5 Quantitative Chemical Analysis. Kvantitativní chemická analýza — definice titrantu, analytu, bodu ekvivalence a koncového bodu; byrety se čtou s přesností na 0,01 mL; použití molů a stechiometrie ke zjištění koncentrace analytu.
2. U.S. EPA prostřednictvím National Environmental Methods Index. Method 130.2: Total Hardness of Water by Titrimetry. Shrnutí metody EPA 130.2 — titrace vápníku a hořčíku roztokem EDTA k měření celkové tvrdosti vody.