Titracijos Skaičiuoklė - Greiti Analitų Koncentracijos Rezultatai

Kas yra titravimo skaičiuotuvas?

Titravimo skaičiuotuvas, naudodamas titravimo duomenis, nustato nežinomo tirpalo, vadinamo analite, koncentraciją. Titravimo metu žinomos koncentracijos tirpalas, vadinamas titrantu, lėtai pilamas į analitės tirpalą, kol reakcija tarp jų visiškai pasibaigia. Išmatavus, kiek titranto prireikė, galima apskaičiuoti analitės koncentraciją.

Titravimo formulė

Skaičiuotuvas naudoja standartinę titravimo formulę reakcijai, kurioje titrantas ir analitė reaguoja santykiu 1:1:

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

• $C_1$ = titranto koncentracija (mol/L)
• $V_1$ = sunaudoto titranto tūris (mL), lygus galutiniam biuretės rodmeniui minus pradinis rodmuo
• $C_2$ = analitės koncentracija (mol/L)
• $V_2$ = analitės tūris (mL)

Formulė grindžiama pagrindine titravimo taisykle: kai reakcija tiksliai baigiasi (ekvivalentiškumo taške), pridėto titranto molių skaičius yra lygus esančiam analitės molių skaičiui, jei reakcijoje jie sunaudojami santykiu 1:1. Medžiagos molių skaičius lygus koncentracijos ir tūrio sandaugai, todėl:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Išsprendus lygtį $C_2$ atžvilgiu, gaunama pirmiau pateikta formulė.

Kaip apskaičiuoti analitės koncentraciją

1. Užrašykite pradinį biuretės rodmenį. Tai pradinis biuretėje esančio tirpalo tūris, išreikštas mL. Jis yra 0,0 mL, jei biuretė buvo pripildyta iki nulinės žymos.
2. Užfiksuokite galutinį biuretės rodmenį. Tai rodmuo, kai reakcija ką tik pasibaigia; šį momentą paprastai parodo indikatoriaus spalvos pasikeitimas.
3. Atimkite rodmenis, kad gautumėte titranto tūrį. Galutinis rodmuo minus pradinis rodmuo, išreikšta mL.
4. Įveskite titranto koncentraciją. Tai žinoma standartinio tirpalo koncentracija, išreikšta mol/L.
5. Įveskite analitės tūrį. Tai panaudoto nežinomo tirpalo tūris, paprastai išmatuotas pipete, išreikštas mL.
6. Pritaikykite formulę. Padauginkite titranto koncentraciją iš titranto tūrio, tada padalykite iš analitės tūrio.

Galutinis rodmuo turi būti lygus pradiniam rodmeniui arba už jį didesnis, o analitės tūris turi būti didesnis už nulį. Skaičiuotuvas patikrina abi sąlygas ir parodo klaidos pranešimą, jei kuri nors iš jų netenkinama.

Skaičiavimo pavyzdys

Tarkime, kad biuretės pradinis rodmuo yra 0,0 mL, o reakcijai pasibaigus galutinis rodmuo yra 10,0 mL. Titranto koncentracija yra 0,1 mol/L, o analitės tūris – 25 mL.

1. Titranto tūris: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Pritaikome formulę: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Analitės koncentracija yra 0,04 mol/L.

Titravimas, kai santykis nėra 1:1

Kai kuriose reakcijose titrantas ir analitė sunaudojami kitu nei 1:1 santykiu. Pavyzdžiui, sieros rūgštis su natrio hidroksidu reaguoja taip: $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, todėl vienam rūgšties moliui reikia dviejų bazės molių. Pirmiau pateiktą formulę reikia pakoreguoti, įtraukiant stechiometrinius koeficientus:

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

Čia $n_1$ yra titranto koeficientas subalansuotoje lygtyje, o $n_2$ – analitės koeficientas. Sieros rūgšties pavyzdyje $n_1 = 2$ (NaOH), o $n_2 = 1$ (H₂SO₄), todėl titranto narys formulėje dalijamas iš papildomo dviejų koeficiento.

Titravimo rūšys

• Rūgščių ir bazių titravimas. Stipri arba silpna rūgštis reaguoja su stipria arba silpna baze. Taikomas acto rūgštingumui, vandens šarmingumui ir antacidinėms tabletėms tirti.
• Oksidacijos-redukcijos titravimas. Grindžiamas elektronų perdavimu tarp titranto ir analitės. Taikomas vandenilio peroksido koncentracijai arba vandenyje ištirpusio deguonies kiekiui matuoti.
• Kompleksometrinis titravimas. Chelatuojanti medžiaga, pavyzdžiui, EDTA, jungiasi su metalo jonais. Taikomas vandens kietumui pagal kalcio ir magnio kiekį nustatyti.
• Nusodinimo titravimas. Reakcijos metu susidaro netirpi kietoji medžiaga. Taikomas chlorido koncentracijai, naudojant sidabro nitratą, matuoti.

Klaidų šaltiniai

• Viršytas ekvivalentinis taškas. Per greitai pilant titrantą galima peržengti tašką, kuriame indikatorius pakeičia spalvą.
• Neteisingai nustatytas meniskas. Biuretę reikia skaityti akių lygyje, žiūrint į išlenkto skysčio paviršiaus apačią.
• Oro burbuliukai biuretės antgalyje. Įstrigęs burbuliukas lemia, kad užrašytas tūris yra didesnis už faktiškai išleistą tūrį.
• Suiręs titrantas. Natrio hidroksido tirpalai laikui bėgant iš oro sugeria anglies dioksidą, todėl pasikeičia jų koncentracija.
• Nešvarūs stikliniai indai. Biuretėje arba kolboje likusios nuosėdos gali reaguoti su tirpalais ir pakeisti rezultatą.

Dažnai užduodami klausimai

Kuo skiriasi titrantas ir analitė? Titrantas yra žinomos koncentracijos tirpalas, pilamas iš biuretės. Analitė yra nežinomos koncentracijos tirpalas, kurio koncentracija nustatoma.

Kuo skiriasi galinis taškas ir ekvivalentinis taškas? Ekvivalentinis taškas yra tikslus momentas, kai reakcija stechiometriškai pasibaigia. Galinis taškas yra momentas, kai indikatorius pakeičia spalvą ir parodo, kad reakcija baigta. Tinkamai parinkus indikatorių, šie taškai būna labai arti vienas kito, tačiau retai sutampa visiškai.

Kodėl skaičiuotuvas reikalauja, kad galutinis rodmuo būtų ne mažesnis už pradinį? Titranto tūris lygus galutiniam rodmeniui minus pradinis rodmuo. Kadangi biuretės rodmuo fiksuojamas jai tuštėjant, pridėtas tūris negali būti neigiamas, todėl galutinis rodmuo negali būti mažesnis už pradinį.

Kaip apskaičiuojamas titravimas, kai stechiometrinis santykis nėra 1:1? Standartinį rezultatą reikia padauginti iš stechiometrinių koeficientų santykio tarp titranto ir analitės, kaip parodyta pirmiau pateiktoje formulėje. Reakcijoje, kurioje du titranto moliai reaguoja su vienu analitės moliu, titranto narį reikia dalyti iš dviejų.

Ar titravimą galima taikyti spalvotiems arba drumstiems tirpalams? Taip. Kai spalvos pasikeitimo indikatorių sunku įžiūrėti, galiniam taškui nustatyti galima naudoti pH elektrodą (potenciometrinis titravimas) arba laidumo matuoklį (konduktometrinis titravimas).

Koks yra titravimo rezultatų tikslumas? Naudojant sukalibruotus stiklinius indus ir kruopščiai atliekant procedūrą, titravimo tikslumas gali siekti maždaug 0,1 %. Daugiausia titravimo paklaidų atsiranda dėl matavimo ir atlikimo metodikos, o ne dėl aritmetinių skaičiavimų.

Šaltiniai

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9-asis leidimas). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. ir Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9-asis leidimas). Cengage Learning.
3. IUPAC Compendium of Chemical Terminology („Gold Book“).
4. NIST Chemistry WebBook, JAV Nacionalinis standartų ir technologijos institutas.