Titrauslaskuri - Nopeat analyyttien pitoisuustulokset

Mikä on titrauslaskuri?

Titrauslaskuri määrittää tuntemattoman liuoksen, eli analyytin, pitoisuuden titrauksesta saatujen tietojen avulla. Titrauksessa tunnetun pitoisuuden liuosta, eli titranttia, lisätään hitaasti analyytin joukkoon, kunnes niiden välinen reaktio on täydellinen. Kun mitataan, kuinka paljon titranttia tarvittiin, kemisti voi laskea analyytin pitoisuuden.

Titrauskaava

Laskuri käyttää standardia titrauskaavaa reaktiolle, jossa titrantti ja analyytti reagoivat suhteessa 1:1:

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

• $C_1$ = titrantin pitoisuus (mol/l)
• $V_1$ = käytetyn titrantin tilavuus (mL), joka on lopullisen ja alkuperäisen byrettilukeman erotus
• $C_2$ = analyytin pitoisuus (mol/l)
• $V_2$ = analyytin tilavuus (ml)

Kaava perustuu titrauksen perussääntöön: kun reaktio on täsmälleen päättynyt (ekvivalenttipisteessä), lisätyn titrantin ainemäärä on yhtä suuri kuin analyytin ainemäärä, kunhan reaktiossa ne kuluvat suhteessa 1:1. Ainemäärä saadaan kertomalla pitoisuus tilavuudella, joten:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Ratkaisemalla $C_2$ saadaan edellä esitetty kaava.

Analyytin pitoisuuden laskeminen

1. Kirjaa byretin alkulukema. Tämä on byretissä oleva lähtötilavuus millilitroina. Se on 0,0 mL, jos byretti täytettiin nollamerkkiin asti.
2. Kirjaa byretin lopullinen lukema. Tämä on tilavuus, joka näkyy, kun reaktio juuri päättyy; päättyminen havaitaan yleensä indikaattorin värinmuutoksesta.
3. Laske titrantin tilavuus vähentämällä lukemat toisistaan. Lopullinen lukema miinus alkulukema millilitroina.
4. Syötä titrantin pitoisuus. Tämä on standardiliuoksen tunnettu pitoisuus mooleina litrassa.
5. Syötä analyytin tilavuus. Tämä on käytetyn tuntemattoman liuoksen tilavuus, joka mitataan yleensä pipetillä, millilitroina.
6. Sovella kaavaa. Kerro titrantin pitoisuus titrantin tilavuudella ja jaa tulos analyytin tilavuudella.

Lopullisen lukeman on oltava yhtä suuri tai suurempi kuin alkulukema, ja analyytin tilavuuden on oltava suurempi kuin nolla. Laskuri tarkistaa molemmat ehdot ja näyttää virheilmoituksen, jos jompikumpi ei täyty.

Laskuesimerkki

Oletetaan, että byretin alkulukema on 0,0 mL ja lopullinen lukema 10,0 mL reaktion päätyttyä. Titrantin pitoisuus on 0,1 mol/l ja analyytin tilavuus 25 mL.

1. Titrantin tilavuus: $10.0 - 0.0 = 10.0$ ml
2. Sovelletaan kaavaa: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/l

Analyytin pitoisuus on 0,04 mol/l.

Titraukset, joissa suhde ei ole 1:1

Jotkin reaktiot kuluttavat titranttia ja analyyttiä muussa suhteessa kuin 1:1. Esimerkiksi rikkihappo reagoi natriumhydroksidin kanssa seuraavasti: $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, joten yksi mooli happoa tarvitsee kaksi moolia emästä. Edellä esitettyä kaavaa on korjattava stoikiometristen kertoimien avulla:

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

Tässä $n_1$ on titrantin kerroin tasapainotetussa reaktioyhtälössä ja $n_2$ on analyytin kerroin. Rikkihappoesimerkissä $n_1 = 2$ (NaOH) ja $n_2 = 1$ (H₂SO₄), joten titranttia koskeva termi kaavassa jaetaan vielä kahdella.

Titraustyypit

• Happo-emästitraus. Vahva tai heikko happo reagoi vahvan tai heikon emäksen kanssa. Sitä käytetään etikan happamuuden, veden alkaliniteetin ja antasiditablettien testaamiseen.
• Redox-titraus. Perustuu elektronien siirtymiseen titrantin ja analyytin välillä. Sitä käytetään vetyperoksidin pitoisuuden tai veteen liuenneen hapen määrän mittaamiseen.
• Kompleksometrinen titraus. Kelatoiva aine, kuten EDTA, sitoo metalli-ioneja. Sitä käytetään veden kovuuden mittaamiseen kalsium- ja magnesiumpitoisuuden perusteella.
• Saostustitraus. Reaktiossa muodostuu liukenematon kiinteä aine. Sitä käytetään kloridipitoisuuden mittaamiseen hopeanitraatilla.

Virhelähteet

• Päätepisteen ohittaminen. Titrantin lisääminen liian nopeasti voi viedä reaktion indikaattorin värinmuutoksen määrittämän pisteen ohi.
• Meniskin lukeminen väärin. Byretti on luettava silmien korkeudelta tarkastelemalla kaarevan nestepinnan alinta kohtaa.
• Ilmakuplat byretin kärjessä. Byrettiin jäänyt kupla saa kirjatun tilavuuden näyttämään todellisuudessa annosteltua tilavuutta suuremmalta.
• Heikentynyt titrantti. Natriumhydroksidiliuokset absorboivat ajan mittaan ilmasta hiilidioksidia, mikä muuttaa niiden pitoisuutta.
• Likaiset lasivälineet. Byrettiin tai kolviin jääneet jäämät voivat reagoida liuosten kanssa ja muuttaa tulosta.

Usein kysyttyä

Mikä ero on titrantilla ja analyytillä? Titrantti on liuos, jonka pitoisuus tunnetaan ja joka lisätään byretistä. Analyytti on liuos, jonka tuntematonta pitoisuutta mitataan.

Mikä ero on päätepisteellä ja ekvivalenttipisteellä? Ekvivalenttipiste on täsmällinen hetki, jolloin reaktio on stoikiometrisesti täydellinen. Päätepiste on hetki, jolloin indikaattorin väri muuttuu ja osoittaa reaktion päättyneen. Hyvin valittu indikaattori pitää nämä kaksi pistettä hyvin lähellä toisiaan, mutta ne ovat harvoin täysin samat.

Miksi laskuri edellyttää, että lopullinen lukema on vähintään alkulukeman suuruinen? Titrantin tilavuus saadaan vähentämällä alkulukema lopullisesta lukemasta. Koska byretti luetaan sen tyhjentyessä, lisätty tilavuus ei voi olla negatiivinen, joten lopullinen lukema ei voi olla alkulukemaa pienempi.

Miten titraus, jonka stoikiometria ei ole 1:1, lasketaan? Kerro vakiotapauksen tulos titrantin ja analyytin stoikiometristen kertoimien suhteella edellä esitetyn kaavan mukaisesti. Reaktiossa, jossa kaksi titranttimoolia reagoi yhden analyytin moolin kanssa, titranttia koskeva termi on jaettava kahdella.

Voidaanko titrausta käyttää värillisille tai sameille liuoksille? Kyllä. Kun värinmuutosindikaattoria on vaikea nähdä, päätepiste voidaan määrittää sen sijaan pH-elektrodilla (potentiometrinen titraus) tai johtokykymittarilla (konduktometrinen titraus).

Kuinka tarkkoja titraustulokset ovat? Kalibroiduilla lasivälineillä ja huolellisella työskentelyllä titrauksella voidaan saavuttaa noin 0,1 %:n tarkkuus. Suurin osa titrauksen virheestä johtuu mittauksista ja työskentelytekniikasta, ei laskutoimituksista.

Lähteet

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. painos). 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. painos). Cengage Learning.
3. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)
4. NIST Chemistry WebBook, Yhdysvaltain kansallinen standardointi- ja teknologiainstituutti.