Titrationsberegner - Hurtige Analysekoncentrationsresultater

Hvad er en titreringsberegner?

En titreringsberegner finder koncentrationen af en ukendt opløsning, kaldet analytten, ud fra data fra en titrering. Ved en titrering tilsættes langsomt en opløsning med kendt koncentration, kaldet titranten, til analytten, indtil reaktionen mellem dem er fuldført. Når man måler, hvor meget titrant der skulle bruges, kan en kemiker regne ud, hvor koncentreret analytten var.

Titreringsformel

Beregneren bruger den almindelige titreringsformel for en reaktion, hvor titrant og analyt reagerer i forholdet 1:1:

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

• $C_1$ = titrantens koncentration (mol/L)
• $V_1$ = anvendt titrantvolumen (mL), lig med den endelige buretteaflæsning minus den indledende aflæsning
• $C_2$ = analyttens koncentration (mol/L)
• $V_2$ = analyttens volumen (mL)

Formlen følger af en grundlæggende regel for titrering: På det tidspunkt, hvor reaktionen netop er afsluttet (ækvivalenspunktet), er stofmængden af den tilsatte titrant lig med stofmængden af den tilstedeværende analyt, så længe reaktionen forbruger dem i forholdet 1:1. Stofmængden er lig med koncentrationen ganget med volumen, så:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Hvis man løser for $C_2$, får man formlen ovenfor.

Sådan beregnes analyttens koncentration

1. Aflæs den indledende buretteværdi. Dette er startvolumenet i buretten, angivet i mL. Det er 0,0 mL, hvis buretten blev fyldt til nulmærket.
2. Aflæs den endelige buretteværdi. Dette er det viste volumen, når reaktionen netop er afsluttet, hvilket normalt ses ved et farveskift fra en indikator.
3. Træk fra for at finde titrantvolumenet. Den endelige aflæsning minus den indledende aflæsning, angivet i mL.
4. Indtast titrantens koncentration. Dette er standardopløsningens kendte koncentration, angivet i mol/L.
5. Indtast analyttens volumen. Dette er volumenet af den anvendte ukendte opløsning, som normalt måles med en pipette, angivet i mL.
6. Anvend formlen. Gang titrantens koncentration med titrantvolumenet, og divider derefter med analyttens volumen.

Ingen indtastede værdier må være negative. Den endelige aflæsning skal være lig med eller større end den indledende aflæsning, og analyttens volumen skal være større end nul. Beregneren kontrollerer disse betingelser og viser en fejlmeddelelse, hvis en af dem ikke er opfyldt.

Eksempel

Antag, at en burette starter ved 0,0 mL og ender ved 10,0 mL, efter at reaktionen er afsluttet. Titranten er 0,1 mol/L, og analyttens volumen er 25 mL.

1. Titrantvolumen: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Anvend formlen: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Analyttens koncentration er 0,04 mol/L. Beregneren viser resultater med fire decimaler, så den viser 0,0400 mol/L.

Titreringer, der ikke følger 1:1-forholdet

Nogle reaktioner forbruger titrant og analyt i et andet forhold end 1:1. For eksempel reagerer svovlsyre med natriumhydroxid som $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, så ét mol syre kræver to mol base. Formlen ovenfor skal justeres med de støkiometriske koefficienter:

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

Her er $n_1$ titrantens koefficient i den afstemte reaktionsligning, og $n_2$ er analyttens koefficient. I eksemplet med svovlsyre er $n_1 = 2$ (NaOH) og $n_2 = 1$ (H₂SO₄), så det nødvendige titrantvolumen i praksis divideres med en ekstra faktor på to.

Typer af titrering

• Syre-base-titrering. En stærk eller svag syre reagerer med en stærk eller svag base. Anvendes til at teste eddikes surhedsgrad, vands alkalinitet og syreneutraliserende tabletter.
• Redoxtitrering. Baseres på elektronoverførsel mellem titrant og analyt. Anvendes til at måle koncentrationen af hydrogenperoxid eller mængden af opløst ilt i vand.
• Kompleksometrisk titrering. Et chelaterende stof som EDTA binder sig til metalioner. Bruges til at måle vands hårdhed ud fra indholdet af calcium og magnesium.
• Fældningstitrering. Reaktionen danner et uopløseligt fast stof. Anvendes til at måle chloridkoncentrationen med sølvnitrat.

Fejlkilder

• Overskridelse af endepunktet. Hvis titranten tilsættes for hurtigt, kan man overskride det punkt, hvor indikatoren skifter farve.
• Forkert aflæsning af menisken. Buretten bør aflæses i øjenhøjde, mens man ser på bunden af den krumme væskeoverflade.
• Luftbobler i burettespidsen. En indesluttet boble får det registrerede volumen til at være større end det volumen, der faktisk er leveret.
• Nedbrudt titrant. Natriumhydroxidopløsninger optager kuldioxid fra luften over tid, hvilket ændrer deres koncentration.
• Snavset glasudstyr. Rester i buretten eller kolben kan reagere med opløsningerne og ændre resultatet.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem titranten og analytten? Titranten er opløsningen med kendt koncentration, som tilsættes fra buretten. Analytten er opløsningen med den ukendte koncentration, der måles.

Hvad er forskellen mellem endepunktet og ækvivalenspunktet? Ækvivalenspunktet er det præcise tidspunkt, hvor reaktionen er støkiometrisk fuldstændig. Endepunktet er det tidspunkt, hvor en indikator skifter farve og viser, at reaktionen er afsluttet. Et godt valg af indikator holder de to punkter meget tæt på hinanden, men de er sjældent identiske.

Hvorfor kræver beregneren, at den endelige aflæsning mindst svarer til den indledende aflæsning? Titrantvolumenet er lig med den endelige aflæsning minus den indledende aflæsning. Da en burette aflæses, mens den tømmes, kan det tilsatte volumen ikke være negativt, og den endelige aflæsning kan derfor ikke være mindre end den indledende.

Hvordan beregnes en titrering med en ikke-1:1-støkiometri? Gang standardresultatet med forholdet mellem de støkiometriske koefficienter for titrant og analyt, som vist i formlen ovenfor. En reaktion, hvor to mol titrant reagerer med ét mol analyt, kræver, at titrantleddet divideres med to.

Kan titrering anvendes på farvede eller uklare opløsninger? Ja. Når en farveskiftende indikator er svær at se, kan en pH-elektrode (potentiometrisk titrering) eller et konduktivitetsmeter (konduktometrisk titrering) i stedet lokalisere endepunktet.

Hvor præcise er titreringsresultater? En almindelig burette kan aflæses til nærmeste 0,01 mL. Det meste af fejlen ved en titrering stammer fra måling og teknik, ikke fra selve regnestykket.

Referencer

1. OpenStax. Chemistry 2e, 4.5 Quantitative Chemical Analysis. Kvantitativ kemisk analyse — definitioner af titrant, analyt, ækvivalenspunkt og endepunkt; buretter aflæses til nærmeste 0,01 mL; brug af mol og støkiometri til at finde analyttens koncentration.
2. U.S. EPA, via the National Environmental Methods Index. Method 130.2: Total Hardness of Water by Titrimetry. Sammendrag af EPA-metode 130.2 — EDTA-titrering af calcium og magnesium til måling af vands samlede hårdhed.