Titrācijas kalkulators - Ātri analītu koncentrācijas rezultāti

Kas ir titrēšanas kalkulators?

Titrēšanas kalkulators nosaka nezināma šķīduma, ko sauc par analītu, koncentrāciju, izmantojot titrēšanas datus. Titrēšanā šķīdumu ar zināmu koncentrāciju, ko sauc par titrantu, lēnām pievieno analītam, līdz reakcija starp tiem ir pabeigta. Izmērot nepieciešamo titranta daudzumu, ķīmiķis var aprēķināt analīta koncentrāciju.

Titrēšanas formula

Kalkulators izmanto standarta titrēšanas formulu reakcijai, kurā titrants un analīts reaģē attiecībā 1:1:

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

• $C_1$ = titranta koncentrācija (mol/L)
• $V_1$ = izmantotā titranta tilpums (mL), kas ir vienāds ar biretes galīgā rādījuma un sākotnējā rādījuma starpību
• $C_2$ = analīta koncentrācija (mol/L)
• $V_2$ = analīta tilpums (mL)

Formula izriet no titrēšanas pamatprincipa: brīdī, kad reakcija ir tieši pabeigta (ekvivalences punktā), pievienotā titranta molu skaits ir vienāds ar analīta molu skaitu, ja reakcijā tie tiek patērēti attiecībā 1:1. Molu skaits ir vienāds ar koncentrāciju, kas reizināta ar tilpumu, tāpēc:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Atrisinot vienādojumu attiecībā pret $C_2$, iegūst iepriekš minēto formulu.

Kā aprēķināt analīta koncentrāciju

1. Pierakstiet biretes sākotnējo rādījumu. Tas ir sākotnējais šķīduma tilpums biretē, izteikts mL. Ja birete bija piepildīta līdz nulles atzīmei, tas ir 0,0 mL.
2. Pierakstiet biretes galīgo rādījumu. Tas ir tilpums, kas redzams brīdī, kad reakcija tikko ir pabeigta, parasti to nosaka pēc indikatora krāsas maiņas.
3. Atņemiet rādījumus, lai iegūtu titranta tilpumu. Galīgais rādījums mīnus sākotnējais rādījums, izteikts mL.
4. Ievadiet titranta koncentrāciju. Tā ir standartšķīduma zināmā koncentrācija, izteikta mol/L.
5. Ievadiet analīta tilpumu. Tas ir izmantotā nezināmā šķīduma tilpums, ko parasti izmēra ar pipeti, izteikts mL.
6. Izmantojiet formulu. Reiziniet titranta koncentrāciju ar titranta tilpumu un pēc tam izdaliet ar analīta tilpumu.

Galīgajam rādījumam jābūt vienādam ar sākotnējo rādījumu vai lielākam par to, un analīta tilpumam jābūt lielākam par nulli. Kalkulators pārbauda abus nosacījumus un parāda kļūdas ziņojumu, ja kāds no tiem nav izpildīts.

Aprēķina piemērs

Pieņemsim, ka biretes sākotnējais rādījums ir 0,0 mL un pēc reakcijas pabeigšanas galīgais rādījums ir 10,0 mL. Titranta koncentrācija ir 0,1 mol/L, bet analīta tilpums ir 25 mL.

1. Titranta tilpums: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Izmantojiet formulu: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Analīta koncentrācija ir 0,04 mol/L.

Titrēšanas, kurās attiecība nav 1:1

Dažās reakcijās titrants un analīts tiek patērēti attiecībā, kas atšķiras no 1:1. Piemēram, sērskābe reaģē ar nātrija hidroksīdu šādi: $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, tāpēc vienam skābes molam nepieciešami divi bāzes moli. Iepriekš minētā formula jāpielāgo, izmantojot stehiometriskos koeficientus:

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

Šeit $n_1$ ir titranta koeficients līdzsvarotajā vienādojumā, bet $n_2$ ir analīta koeficients. Sērskābes piemērā $n_1 = 2$ (NaOH) un $n_2 = 1$ (H₂SO₄), tāpēc titranta loceklis formulā jādala ar papildu koeficientu divi.

Titrēšanas veidi

• Skābju un bāzu titrēšana. Stipra vai vāja skābe reaģē ar stipru vai vāju bāzi. To izmanto etiķa skābuma, ūdens sārmainības un antacīdu tablešu pārbaudei.
• Oksidēšanās-reducēšanās titrēšana. Tās pamatā ir elektronu pārnese starp titrantu un analītu. To izmanto ūdeņraža peroksīda koncentrācijas vai ūdenī izšķīdušā skābekļa daudzuma mērīšanai.
• Kompleksometriskā titrēšana. Helatējošs reaģents, piemēram, EDTA, saistās ar metālu joniem. To izmanto ūdens cietības noteikšanai pēc kalcija un magnija satura.
• Nogrimšanas titrēšana. Reakcijā veidojas nešķīstoša cietā viela. To izmanto hlorīdu koncentrācijas mērīšanai ar sudraba nitrātu.

Kļūdu avoti

• Ekvivalences punkta pārsniegšana. Pārāk ātra titranta pievienošana var pārsniegt punktu, kurā indikators maina krāsu.
• Nepareiza meniska nolasīšana. Birete jālasa acu līmenī, skatoties uz izliektās šķidruma virsmas apakšējo punktu.
• Gaisa burbuļi biretes uzgalī. Iesprostots burbulis padara reģistrēto tilpumu lielāku par faktiski izdalīto tilpumu.
• Sadalījies titrants. Nātrija hidroksīda šķīdumi laika gaitā absorbē no gaisa oglekļa dioksīdu, un tas maina to koncentrāciju.
• Netīri stikla trauki. Atlikumi biretē vai kolbā var reaģēt ar šķīdumiem un mainīt rezultātu.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kāda ir atšķirība starp titrantu un analītu? Titrants ir šķīdums ar zināmu koncentrāciju, ko pievieno no biretes. Analīts ir šķīdums ar nezināmu koncentrāciju, ko nosaka.

Kāda ir atšķirība starp beigu punktu un ekvivalences punktu? Ekvivalences punkts ir precīzs brīdis, kad reakcija stehiometriski ir pabeigta. Beigu punkts ir brīdis, kad indikators maina krāsu, norādot, ka reakcija ir pabeigta. Pareiza indikatora izvēle ļauj šiem punktiem būt ļoti tuviem, taču tie reti ir pilnīgi identiski.

Kāpēc kalkulators pieprasa, lai galīgais rādījums būtu vismaz vienāds ar sākotnējo rādījumu? Titranta tilpums ir vienāds ar galīgā rādījuma un sākotnējā rādījuma starpību. Tā kā biretes rādījumu nolasa, šķidrumam iztekot, pievienotais tilpums nevar būt negatīvs, tāpēc galīgais rādījums nevar būt mazāks par sākotnējo.

Kā aprēķina titrēšanu ar stehiometriju, kas nav 1:1? Reiziniet standarta rezultātu ar stehiometrisko koeficientu attiecību starp titrantu un analītu, kā parādīts iepriekš minētajā formulā. Reakcijā, kurā divi titranta moli reaģē ar vienu analīta molu, titranta loceklis jādala ar divi.

Vai titrēšanu var izmantot krāsainiem vai duļķainiem šķīdumiem? Jā. Ja krāsas maiņas indikatoru ir grūti saskatīt, beigu punktu var noteikt ar pH elektrodu (potenciometriskā titrēšana) vai vadītspējas mērītāju (konduktometriskā titrēšana).

Cik precīzi ir titrēšanas rezultāti? Ar kalibrētiem stikla traukiem un rūpīgu darba tehniku titrēšanas precizitāte var sasniegt aptuveni 0,1%. Lielāko daļu kļūdu titrēšanā rada mērījumi un darba tehnika, nevis aritmētiskie aprēķini.

Atsauces

1. Hariss, D. C. (2015). Kvantitatīvā ķīmiskā analīze (9. izd.). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. un Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9. izdevums). Cengage Learning.
3. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Zelta grāmata).
4. NIST Chemistry WebBook, ASV Nacionālais standartu un tehnoloģijas institūts.