Titrasjonsalkulator - Rask Analytt Konsentrasjonsresultater

Hva er en titreringskalkulator?

En titreringskalkulator finner konsentrasjonen til en ukjent løsning, kalt analytten, ved hjelp av data fra en titrering. Ved en titrering tilsettes en løsning med kjent konsentrasjon, kalt titranten, langsomt til analytten til reaksjonen mellom dem er fullført. Ved å måle hvor mye titrant som var nødvendig, kan en kjemiker beregne hvor konsentrert analytten var.

Titreringsformel

Kalkulatoren bruker den standardiserte titreringsformelen for en reaksjon der titrant og analytt reagerer i forholdet 1:1:

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

• $C_1$ = titrantens konsentrasjon (mol/L)
• $V_1$ = volumet av titrant som er brukt (mL), lik den endelige buretteavlesningen minus den innledende avlesningen
• $C_2$ = analyttens konsentrasjon (mol/L)
• $V_2$ = analyttens volum (mL)

Formelen bygger på en grunnleggende regel for titrering: På det tidspunktet reaksjonen er nøyaktig fullført (ekvivalenspunktet), er stoffmengden av tilsatt titrant lik stoffmengden av analytt som er til stede, så lenge reaksjonen forbruker dem i forholdet 1:1. Stoffmengde er lik konsentrasjon multiplisert med volum, så:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Når man løser for $C_2$, får man formelen ovenfor.

Slik beregnes analyttens konsentrasjon

1. Noter den innledende buretteavlesningen. Dette er startvolumet i buretten, i mL. Det er 0,0 mL hvis buretten ble fylt til nullmerket.
2. Noter den endelige buretteavlesningen. Dette er volumet som vises når reaksjonen nettopp er fullført, vanligvis oppdaget ved en fargeendring fra en indikator.
3. Trekk fra for å finne titrantvolumet. Endelig avlesning minus innledende avlesning, i mL.
4. Angi titrantens konsentrasjon. Dette er den kjente konsentrasjonen til standardløsningen, i mol/L.
5. Angi analyttens volum. Dette er volumet av den ukjente løsningen som er brukt, vanligvis målt med en pipette, i mL.
6. Bruk formelen. Multipliser titrantens konsentrasjon med titrantvolumet, og divider deretter med analyttens volum.

Den endelige avlesningen må være lik eller større enn den innledende avlesningen, og analyttens volum må være større enn null. Kalkulatoren kontrollerer begge betingelsene og viser en feilmelding hvis en av dem ikke er oppfylt.

Regneeksempel

Anta at en burette starter på 0,0 mL og ender på 10,0 mL etter at reaksjonen er fullført. Titranten er 0,1 mol/L, og analyttens volum er 25 mL.

1. Titrantvolum: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Bruk formelen: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Analyttens konsentrasjon er 0,04 mol/L.

Titreringer som ikke har forholdet 1:1

I noen reaksjoner forbrukes titrant og analytt i et annet forhold enn 1:1. For eksempel reagerer svovelsyre med natriumhydroksid som $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, slik at ett mol syre trenger to mol base. Formelen ovenfor må justeres med de støkiometriske koeffisientene:

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

Her er $n_1$ koeffisienten til titranten i den balanserte ligningen, og $n_2$ er koeffisienten til analytten. For eksempelet med svovelsyre er $n_1 = 2$ (NaOH) og $n_2 = 1$ (H₂SO₄), så titrantleddet i formelen divideres med en ekstra faktor på to.

Typer titrering

• Syre-basetitrering. En sterk eller svak syre reagerer med en sterk eller svak base. Brukes til å teste surhetsgraden i eddik, alkaliteten i vann og syrenøytraliserende tabletter.
• Redokstitrering. Baseres på elektronoverføring mellom titrant og analytt. Brukes til å måle konsentrasjonen av hydrogenperoksid eller mengden oppløst oksygen i vann.
• Kompleksometrisk titrering. Et kompleksdannende middel, for eksempel EDTA, binder seg til metallioner. Brukes til å måle vannets hardhet ut fra innholdet av kalsium og magnesium.
• Utfellingstitrering. Reaksjonen danner et uløselig fast stoff. Brukes til å måle kloridkonsentrasjon med sølvnitrat.

Feilkilder

• Å overskride endepunktet. Hvis titrant tilsettes for raskt, kan man passere punktet der indikatoren endrer farge.
• Feilavlesning av menisken. Buretten bør avleses i øyehøyde, ved å se på bunnen av den krumme væskeoverflaten.
• Luftbobler i burettespissen. En innestengt boble gjør at det registrerte volumet blir større enn volumet som faktisk er levert.
• Forringet titrant. Natriumhydroksidløsninger absorberer karbondioksid fra luften over tid, noe som endrer konsentrasjonen.
• Skittent glassutstyr. Rester i buretten eller kolben kan reagere med løsningene og endre resultatet.

Ofte stilte spørsmål

Hva er forskjellen mellom titranten og analytten? Titranten er løsningen med kjent konsentrasjon, som tilsettes fra buretten. Analytten er løsningen med ukjent konsentrasjon som måles.

Hva er forskjellen mellom endepunktet og ekvivalenspunktet? Ekvivalenspunktet er det nøyaktige tidspunktet da reaksjonen er støkiometrisk fullført. Endepunktet er tidspunktet da en indikator endrer farge og viser at reaksjonen er ferdig. Et godt indikatorvalg holder de to punktene svært nær hverandre, men de er sjelden identiske.

Hvorfor krever kalkulatoren at den endelige avlesningen er minst like stor som den innledende avlesningen? Titrantvolumet er lik den endelige avlesningen minus den innledende avlesningen. Siden en burette avleses mens den tømmes, kan det tilsatte volumet ikke være negativt, og den endelige avlesningen kan derfor ikke være mindre enn den innledende.

Hvordan beregnes en titrering med ikke-1:1-støkiometri? Multipliser standardresultatet med forholdet mellom de støkiometriske koeffisientene til titrant og analytt, som vist i formelen ovenfor. En reaksjon der to mol titrant reagerer med ett mol analytt, krever at titrantleddet divideres med to.

Kan titrering brukes på fargede eller uklare løsninger? Ja. Når en fargeendringsindikator er vanskelig å se, kan en pH-elektrode (potensiometrisk titrering) eller et konduktivitetsmåleinstrument (konduktometrisk titrering) brukes til å finne endepunktet.

Hvor nøyaktige er titreringsresultater? Med kalibrert glassutstyr og omhyggelig teknikk kan titrering oppnå en presisjon på omtrent 0,1 %. Det meste av feilen ved en titrering skyldes måling og teknikk, ikke utregningen.

Referanser

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