Tiitrimise kalkulaator - Kiired analüüdi kontsentratsiooni tulemused

Mis on tiitrimiskalkulaator?

Tiitrimiskalkulaator leiab tiitrimise andmete põhjal tundmatu lahuse, mida nimetatakse analüüdiks, kontsentratsiooni. Tiitrimisel lisatakse teadaoleva kontsentratsiooniga lahust, mida nimetatakse tiitrandiks, aeglaselt analüüdile, kuni nendevaheline reaktsioon on lõppenud. Mõõtes, kui palju tiitrandit oli vaja, saab keemik välja arvutada analüüdi kontsentratsiooni.

Tiitrimise valem

Kalkulaator kasutab standardset tiitrimise valemit reaktsiooni korral, milles tiitrant ja analüüt reageerivad suhtes 1:1:

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

• $C_1$ = tiitrandi kontsentratsioon (mol/L)
• $V_1$ = kasutatud tiitrandi ruumala (mL), mis võrdub büreti lõppnäidu ja algnäidu vahega
• $C_2$ = analüüdi kontsentratsioon (mol/L)
• $V_2$ = analüüdi ruumala (mL)

Valem tuleneb tiitrimise põhireeglist: hetkel, mil reaktsioon on täpselt lõppenud ehk ekvivalentsuspunktis, võrdub lisatud tiitrandi ainehulk analüüdis oleva ainehulgaga, kui reaktsioon kulutab need ära suhtes 1:1. Ainehulk võrdub kontsentratsiooni ja ruumala korrutisega, seega:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Avaldades $C_2$, saame ülaltoodud valemi.

Kuidas arvutada analüüdi kontsentratsiooni

1. Märkige üles büreti algnäit. See on büretis oleva vedeliku algne ruumala milliliitrites. See on 0,0 mL, kui bürett täideti nullmärgini.
2. Märkige üles büreti lõppnäit. See on näit, kui reaktsioon on äsja lõppenud; tavaliselt tuvastatakse see indikaatori värvuse muutuse järgi.
3. Lahutage, et saada tiitrandi ruumala. Lõppnäit miinus algnäit, milliliitrites.
4. Sisestage tiitrandi kontsentratsioon. See on standardlahuse teadaolev kontsentratsioon mol/liitrites.
5. Sisestage analüüdi ruumala. See on kasutatud tundmatu lahuse ruumala, mida mõõdetakse tavaliselt pipetiga, milliliitrites.
6. Rakendage valemit. Korrutage tiitrandi kontsentratsioon tiitrandi ruumalaga ja jagage seejärel analüüdi ruumalaga.

Lõppnäit peab olema algnäiduga võrdne või sellest suurem ning analüüdi ruumala peab olema suurem kui null. Kalkulaator kontrollib mõlemat tingimust ja kuvab veateate, kui kumbki neist ei ole täidetud.

Näidisarvutus

Oletame, et büreti algnäit on 0,0 mL ja pärast reaktsiooni lõppemist lõppnäit 10,0 mL. Tiitrandi kontsentratsioon on 0,1 mol/L ja analüüdi ruumala on 25 mL.

1. Tiitrandi ruumala: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Rakendage valemit: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Analüüdi kontsentratsioon on 0,04 mol/L.

Tiitrimised, mis ei toimu suhtes 1:1

Mõnes reaktsioonis kulutatakse tiitrant ja analüüt suhtes, mis erineb suhtest 1:1. Näiteks reageerib väävelhape naatriumhüdroksiidiga nii: $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, seega vajab üks mool hapet kahte mooli alust. Ülaltoodud valemit tuleb kohandada stöhhiomeetriliste kordajatega:

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

Siin on $n_1$ tasakaalustatud võrrandis tiitrandi kordaja ja $n_2$ analüüdi kordaja. Väävelhappe näites on $n_1 = 2$ (NaOH) ja $n_2 = 1$ (H₂SO₄), seega jagatakse tiitrandi liige valemis täiendavalt kahega.

Tiitrimise liigid

• Happe-aluse tiitrimine. Tugev või nõrk hape reageerib tugeva või nõrga alusega. Seda kasutatakse äädika happesuse, vee aluselisuse ja antatsiiditablettide uurimiseks.
• Redokstiitrimine. Põhineb elektronide ülekandel tiitrandi ja analüüdi vahel. Seda kasutatakse vesinikperoksiidi kontsentratsiooni või vees lahustunud hapniku mõõtmiseks.
• Kompleksomeetriline tiitrimine. Kelaativ aine, näiteks EDTA, seondub metalliioonidega. Seda kasutatakse vee kareduse mõõtmiseks kaltsiumi- ja magneesiumisisalduse põhjal.
• Sadestustiitrimine. Reaktsioonis moodustub lahustumatu tahkis. Seda kasutatakse kloriidide kontsentratsiooni mõõtmiseks hõbenitraadiga.

Veaallikad

• Lõpp-punkti ületamine. Tiitrandi liiga kiire lisamine võib viia indikaatori värvuse muutumise kohast edasi.
• Meniski valesti lugemine. Büretti tuleb lugeda silmade kõrgusel, vaadates vedeliku kõvera pinna alumist osa.
• Õhumullid büreti otsakus. Kinni jäänud mull muudab registreeritud ruumala tegelikult väljastatud ruumalast suuremaks.
• Lagunema hakanud tiitrant. Naatriumhüdroksiidilahused neelavad aja jooksul õhust süsinikdioksiidi, mis muudab nende kontsentratsiooni.
• Määrdunud klaasnõud. Büretis või kolvis olevad jäägid võivad lahustega reageerida ja tulemust muuta.

Korduma kippuvad küsimused

Mis vahe on tiitrandil ja analüüdil? Tiitrant on teadaoleva kontsentratsiooniga lahus, mida lisatakse büretist. Analüüt on tundmatu kontsentratsiooniga lahus, mida mõõdetakse.

Mis vahe on lõpp-punktil ja ekvivalentsuspunktil? Ekvivalentsuspunkt on täpne hetk, mil reaktsioon on stöhhiomeetriliselt lõppenud. Lõpp-punkt on hetk, mil indikaator muudab värvust, andes märku reaktsiooni lõppemisest. Sobiv indikaator hoiab need kaks punkti väga lähestikku, kuid need langevad harva täpselt kokku.

Miks nõuab kalkulaator, et lõppnäit oleks algnäiduga vähemalt võrdne? Tiitrandi ruumala võrdub lõppnäidu ja algnäidu vahega. Kuna büretti loetakse selle tühjenemise ajal, ei saa lisatud ruumala olla negatiivne, mistõttu ei saa lõppnäit olla algnäidust väiksem.

Kuidas arvutatakse mittestöhhiomeetrilise suhtarvuga 1:1 tiitrimist? Korrutage standardtulemus tiitrandi ja analüüdi stöhhiomeetriliste kordajate suhtega, nagu on näidatud ülaltoodud valemis. Reaktsiooni korral, milles kaks mooli tiitrandit reageerivad ühe mooli analüüdiga, tuleb tiitrandi liige jagada kahega.

Kas tiitrimist saab kasutada värviliste või hägusate lahuste korral? Jah. Kui värvimuutust näitavat indikaatorit on raske jälgida, saab lõpp-punkti määrata hoopis pH-elektroodi abil (potentsiomeetriline tiitrimine) või juhtivusmõõtjaga (konduktomeetriline tiitrimine).

Kui täpsed on tiitrimise tulemused? Kalibreeritud klaasnõude ja hoolika töövõtte korral võib tiitrimise täpsus olla umbes 0,1%. Suurem osa tiitrimise veast tuleneb mõõtmisest ja töövõttest, mitte aritmeetikast.

Viited

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. väljaanne). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. ja Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9. väljaanne). Cengage Learning.
3. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book).
4. NIST Chemistry WebBook, USA riiklik standardite ja tehnoloogia instituut.