Titratie Calculator - Snelle Analyseconcentratieresultaten

Wat is een titratiecalculator?

Een titratiecalculator bepaalt de concentratie van een onbekende oplossing, de analyt genoemd, aan de hand van gegevens uit een titratie. Bij een titratie wordt een oplossing met een bekende concentratie, de titrant genoemd, langzaam aan de analyt toegevoegd totdat de reactie tussen beide is voltooid. Door te meten hoeveel titrant nodig was, kan een chemicus bepalen hoe geconcentreerd de analyt was.

Titratieformule

De calculator gebruikt de standaardtitratieformule voor een reactie waarin titrant en analyt reageren in een verhouding van 1:1:

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

• $C_1$ = concentratie van de titrant (mol/L)
• $V_1$ = volume van de gebruikte titrant (mL), gelijk aan de eindaflezing van de buret min de beginaflezing
• $C_2$ = concentratie van de analyt (mol/L)
• $V_2$ = volume van de analyt (mL)

De formule volgt uit een basisregel van titraties: op het punt waarop de reactie precies is voltooid (het equivalentiepunt) is het aantal mol toegevoegde titrant gelijk aan het aantal mol aanwezige analyt, zolang de reactie deze verbruikt in een verhouding van 1:1. Het aantal mol is gelijk aan de concentratie vermenigvuldigd met het volume, dus:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Oplossen naar $C_2$ geeft de bovenstaande formule.

De concentratie van de analyt berekenen

1. Noteer de beginaflezing van de buret. Dit is het beginvolume in de buret, in mL. Dit is 0,0 mL als de buret tot aan de nulmarkering was gevuld.
2. Noteer de eindaflezing van de buret. Dit is het volume dat wordt weergegeven wanneer de reactie net is voltooid, meestal herkenbaar aan een kleurverandering van een indicator.
3. Trek af om het titrantvolume te bepalen. Eindaflezing min beginaflezing, in mL.
4. Voer de titrantconcentratie in. Dit is de bekende concentratie van de standaardoplossing, in mol/L.
5. Voer het analytvolume in. Dit is het volume van de gebruikte onbekende oplossing, gewoonlijk gemeten met een pipet, in mL.
6. Pas de formule toe. Vermenigvuldig de titrantconcentratie met het titrantvolume en deel dit vervolgens door het analytvolume.

De eindaflezing moet gelijk zijn aan of groter zijn dan de beginaflezing, en het analytvolume moet groter zijn dan nul. De calculator controleert beide voorwaarden en geeft een foutmelding weer als aan een van beide niet is voldaan.

Uitgewerkt voorbeeld

Stel dat een buret begint op 0,0 mL en eindigt op 10,0 mL nadat de reactie is voltooid. De titrant is 0,1 mol/L en het analytvolume is 25 mL.

1. Titrantvolume: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Pas de formule toe: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

De analytconcentratie is 0,04 mol/L.

Titraties die niet 1:1 zijn

Bij sommige reacties worden titrant en analyt verbruikt in een andere verhouding dan 1:1. Zo reageert zwavelzuur met natriumhydroxide volgens $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, dus voor één mol zuur zijn twee mol base nodig. De bovenstaande formule moet worden aangepast met de stoichiometrische coëfficiënten:

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

Hier is $n_1$ de coëfficiënt van de titrant in de gebalanceerde vergelijking en $n_2$ de coëfficiënt van de analyt. In het voorbeeld met zwavelzuur is $n_1 = 2$ (NaOH) en $n_2 = 1$ (H₂SO₄), dus wordt de term voor de titrant in de formule door een extra factor twee gedeeld.

Soorten titraties

• Zuur-basetitratie. Een sterk of zwak zuur reageert met een sterke of zwakke base. Wordt gebruikt om de zuurgraad van azijn, de alkaliniteit van water en antacidumtabletten te testen.
• Redoxtitratie. Gebaseerd op elektronenoverdracht tussen titrant en analyt. Wordt gebruikt om de concentratie van waterstofperoxide of de concentratie opgeloste zuurstof in water te meten.
• Complexometrische titratie. Een cheleringsmiddel zoals EDTA bindt zich aan metaalionen. Wordt gebruikt om de waterhardheid te meten aan de hand van het calcium- en magnesiumgehalte.
• Neerslagtitratie. De reactie vormt een onoplosbare vaste stof. Wordt gebruikt om de chlorideconcentratie met zilvernitraat te meten.

Foutbronnen

• Het eindpunt overschrijden. Door de titrant te snel toe te voegen, kan het punt waarop de indicator van kleur verandert worden overschreden.
• De meniscus verkeerd aflezen. De buret moet op ooghoogte worden afgelezen, waarbij naar de onderkant van het gekromde vloeistofoppervlak wordt gekeken.
• Luchtbellen in de punt van de buret. Een ingesloten luchtbel zorgt ervoor dat het geregistreerde volume groter is dan het werkelijk afgegeven volume.
• Aangetaste titrant. Natriumhydroxideoplossingen nemen na verloop van tijd koolstofdioxide uit de lucht op, waardoor hun concentratie verandert.
• Vuil glaswerk. Resten in de buret of kolf kunnen met de oplossingen reageren en het resultaat veranderen.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen de titrant en de analyt? De titrant is de oplossing met een bekende concentratie die vanuit de buret wordt toegevoegd. De analyt is de oplossing met de onbekende concentratie die wordt gemeten.

Wat is het verschil tussen het eindpunt en het equivalentiepunt? Het equivalentiepunt is het exacte moment waarop de reactie stoichiometrisch is voltooid. Het eindpunt is het moment waarop een indicator van kleur verandert en aangeeft dat de reactie is voltooid. Met een goede keuze van de indicator liggen de twee punten zeer dicht bij elkaar, maar ze zijn zelden identiek.

Waarom vereist de calculator dat de eindaflezing ten minste gelijk is aan de beginaflezing? Het titrantvolume is gelijk aan de eindaflezing min de beginaflezing. Omdat een buret wordt afgelezen terwijl deze leegloopt, kan het toegevoegde volume niet negatief zijn. De eindaflezing kan daarom niet kleiner zijn dan de beginaflezing.

Hoe wordt een titratie met een niet-1:1-stoichiometrie berekend? Vermenigvuldig het standaardresultaat met de verhouding van de stoichiometrische coëfficiënten van titrant en analyt, zoals in de bovenstaande formule. Bij een reactie waarin twee mol titrant reageren met één mol analyt, moet de term voor de titrant door twee worden gedeeld.

Kunnen gekleurde of troebele oplossingen worden getitreerd? Ja. Wanneer een kleurindicator moeilijk zichtbaar is, kan in plaats daarvan een pH-elektrode (potentiometrische titratie) of een geleidbaarheidsmeter (conductometrische titratie) het eindpunt bepalen.

Hoe nauwkeurig zijn titratieresultaten? Met gekalibreerd glaswerk en een zorgvuldige werkwijze kan een titratie een precisie tot ongeveer 0,1% bereiken. De meeste fouten bij een titratie ontstaan door metingen en de werkwijze, niet door de rekenkundige bewerking.

Referenties

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