Calculator de Titrare - Rezultate Rapide ale Concentrației Analitului

Ce este un calculator de titrare?

Un calculator de titrare determină concentrația unei soluții necunoscute, numită analit, folosind datele unei titrări. Într-o titrare, o soluție cu concentrație cunoscută, numită titrant, este adăugată lent la analit până când reacția dintre ele se încheie. Măsurarea cantității de titrant necesare îi permite chimistului să determine concentrația analitului.

Formula titrării

Calculatorul folosește formula standard a titrării pentru o reacție în care titrantul și analitul reacționează într-un raport de 1:1:

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

• $C_1$ = concentrația titrantului (mol/L)
• $V_1$ = volumul de titrant utilizat (mL), egal cu citirea finală a biuretei minus citirea inițială
• $C_2$ = concentrația analitului (mol/L)
• $V_2$ = volumul analitului (mL)

Formula derivă dintr-o regulă de bază a titrării: în punctul în care reacția s-a încheiat exact (punctul de echivalență), numărul de moli de titrant adăugați este egal cu numărul de moli de analit prezent, atât timp cât reacția îi consumă într-un raport de 1:1. Numărul de moli este egal cu concentrația înmulțită cu volumul, astfel:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Rezolvarea ecuației pentru $C_2$ dă formula de mai sus.

Cum se calculează concentrația analitului

1. Înregistrați citirea inițială a biuretei. Acesta este volumul inițial din biuretă, în mL. Valoarea este 0,0 mL dacă biureta a fost umplută până la marcajul zero.
2. Înregistrați citirea finală a biuretei. Acesta este volumul indicat când reacția tocmai s-a încheiat, de obicei identificat prin schimbarea culorii unui indicator.
3. Scădeți pentru a obține volumul de titrant. Citirea finală minus citirea inițială, în mL.
4. Introduceți concentrația titrantului. Aceasta este concentrația cunoscută a soluției standard, în mol/L.
5. Introduceți volumul analitului. Acesta este volumul soluției necunoscute utilizate, măsurat de obicei cu o pipetă, în mL.
6. Aplicați formula. Înmulțiți concentrația titrantului cu volumul titrantului, apoi împărțiți la volumul analitului.

Citirea finală trebuie să fie egală cu citirea inițială sau mai mare decât aceasta, iar volumul analitului trebuie să fie mai mare decât zero. Calculatorul verifică ambele condiții și afișează un mesaj de eroare dacă vreuna dintre ele nu este îndeplinită.

Exemplu de calcul

Să presupunem că o biuretă începe la 0,0 mL și ajunge la 10,0 mL după încheierea reacției. Titrantul are concentrația 0,1 mol/L, iar volumul analitului este 25 mL.

1. Volumul titrantului: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Aplicați formula: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Concentrația analitului este 0,04 mol/L.

Titrări care nu au raportul de 1:1

Unele reacții consumă titrantul și analitul într-un raport diferit de 1:1. De exemplu, acidul sulfuric reacționează cu hidroxidul de sodiu conform ecuației $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, astfel încât un mol de acid necesită doi moli de bază. Formula de mai sus trebuie ajustată cu coeficienții stoechiometrici:

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

Aici, $n_1$ este coeficientul titrantului din ecuația echilibrată, iar $n_2$ este coeficientul analitului. Pentru exemplul cu acid sulfuric, $n_1 = 2$ (NaOH) și $n_2 = 1$ (H₂SO₄), astfel încât termenul titrantului din formulă se împarte la un factor suplimentar de doi.

Tipuri de titrare

• Titrare acido-bazică. Un acid tare sau slab reacționează cu o bază tare sau slabă. Este utilizată pentru testarea acidității oțetului, alcalinității apei și tabletelor antiacide.
• Titrare redox. Se bazează pe transferul de electroni dintre titrant și analit. Este utilizată pentru măsurarea concentrației peroxidului de hidrogen sau a oxigenului dizolvat în apă.
• Titrare complexometrică. Un agent chelator, precum EDTA, se leagă de ionii metalici. Este utilizată pentru măsurarea durității apei pe baza conținutului de calciu și magneziu.
• Titrare prin precipitare. Reacția formează un solid insolubil. Este utilizată pentru măsurarea concentrației ionilor de clorură cu azotat de argint.

Surse de eroare

• Depășirea punctului final. Adăugarea titrantului prea rapid poate depăși punctul în care indicatorul își schimbă culoarea.
• Citirea greșită a meniscului. Biureta trebuie citită la nivelul ochilor, privind partea inferioară a suprafeței curbate a lichidului.
• Bule de aer în vârful biuretei. O bulă prinsă face ca volumul înregistrat să fie mai mare decât volumul livrat efectiv.
• Titrant degradat. Soluțiile de hidroxid de sodiu absorb dioxid de carbon din aer în timp, ceea ce le modifică concentrația.
• Veselă de laborator murdară. Reziduurile din biuretă sau din balon pot reacționa cu soluțiile și pot modifica rezultatul.

Întrebări frecvente

Care este diferența dintre titrant și analit? Titrantul este soluția cu concentrație cunoscută, adăugată din biuretă. Analitul este soluția cu concentrație necunoscută care este măsurată.

Care este diferența dintre punctul final și punctul de echivalență? Punctul de echivalență este momentul exact în care reacția s-a încheiat stoechiometric. Punctul final este momentul în care un indicator își schimbă culoarea, semnalând că reacția s-a încheiat. Alegerea unui indicator potrivit menține cele două puncte foarte apropiate, dar rareori sunt identice.

De ce calculatorul impune ca citirea finală să fie cel puțin egală cu citirea inițială? Volumul titrantului este egal cu citirea finală minus citirea inițială. Deoarece biureta este citită pe măsură ce se golește, volumul adăugat nu poate fi negativ, astfel încât citirea finală nu poate fi mai mică decât cea inițială.

Cum se calculează o titrare cu o stoechiometrie diferită de 1:1? Rezultatul standard se înmulțește cu raportul coeficienților stoechiometrici dintre titrant și analit, conform formulei de mai sus. O reacție în care doi moli de titrant reacționează cu un mol de analit necesită împărțirea termenului titrantului la doi.

Poate fi utilizată titrarea pentru soluții colorate sau tulburi? Da. Când un indicator cu schimbare de culoare este greu de observat, un electrod de pH (titrare potențiometrică) sau un conductometru (titrare conductometrică) poate identifica punctul final.

Cât de precise sunt rezultatele titrării? Cu veselă de laborator etalonată și o tehnică atentă, titrarea poate atinge o precizie de aproximativ 0,1 %. Cea mai mare parte a erorii unei titrări provine din măsurare și tehnică, nu din calculele aritmetice.

Referințe

1. Harris, D. C. (2015). Analiză chimică cantitativă (ediția a 9-a). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. și Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (ediția a 9-a). Cengage Learning.
3. Compendiul IUPAC de terminologie chimică (Gold Book).
4. NIST Chemistry WebBook, Institutul Național de Standarde și Tehnologie al SUA.