Titrationsberegner - Hurtige Analysekoncentrationsresultater

Hvad er en titreringsberegner?

En titreringsberegner finder koncentrationen i en ukendt opløsning, der kaldes analytten, ved hjælp af data fra en titrering. Ved en titrering tilsættes en opløsning med kendt koncentration, kaldet titranten, langsomt til analytten, indtil reaktionen mellem dem er fuldstændig. Ved at måle, hvor meget titrant der var nødvendigt, kan en kemiker bestemme, 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. Den er 0,0 mL, hvis buretten blev fyldt til nulmærket.
2. Aflæs den endelige buretteværdi. Dette er den 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.

Den endelige aflæsning skal være større end eller lig med den indledende aflæsning, og volumenet af analytten skal være større end nul. Beregneren kontrollerer begge betingelser og viser en fejlmeddelelse, hvis en af dem ikke er opfyldt.

Gennemregnet 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.

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. For eksemplet med svovlsyre er $n_1 = 2$ (NaOH), og $n_2 = 1$ (H₂SO₄), så titrantleddet i formlen 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 chelatdannende stof som EDTA binder sig til metalioner. Anvendes 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 den tilsatte volumen ikke være negativ, 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? Med kalibreret glasudstyr og omhyggelig teknik kan titrering opnå en præcision på omkring 0,1 %. Det meste af fejlen ved en titrering skyldes måling og teknik, ikke selve beregningen.

Referencer

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. udgave). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. og Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9. udgave). Cengage Learning.
3. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book).
4. NIST Chemistry WebBook, USA's National Institute of Standards and Technology.