Titračný kalkulátor - Rýchle výsledky koncentrácie analytu

Čo je kalkulačka titrácie?

Kalkulačka titrácie určuje koncentráciu neznámeho roztoku nazývaného analyt pomocou údajov z titrácie. Pri titrácii sa k analytu pomaly pridáva roztok so známou koncentráciou nazývaný titrant, až kým sa reakcia medzi nimi nedokončí. Zmeraním množstva potrebného titračného činidla môže chemik vypočítať koncentráciu analytu.

Vzorec titrácie

Kalkulačka používa štandardný vzorec titrácie pre reakciu, v ktorej titračné činidlo a analyt reagujú v pomere 1:1:

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

• $C_1$ = koncentrácia titračného činidla (mol/l)
• $V_1$ = objem použitého titračného činidla (ml), ktorý sa rovná konečnému odčítaniu z byrety mínus počiatočné odčítanie
• $C_2$ = koncentrácia analytu (mol/l)
• $V_2$ = objem analytu (ml)

Vzorec vychádza zo základného pravidla titrácie: v bode, keď je reakcia presne dokončená (bod ekvivalencie), sa počet mólov pridaného titračného činidla rovná počtu mólov prítomného analytu, ak ich reakcia spotrebúva v pomere 1:1. Počet mólov sa rovná súčinu koncentrácie a objemu, takže:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Úpravou vzorca na $C_2$ získame uvedený vzorec.

Ako vypočítať koncentráciu analytu

1. Zapíšte počiatočné odčítanie z byrety. Ide o počiatočný objem v byrete v ml. Ak bola byreta naplnená po značku nula, je to 0,0 mL.
2. Zapíšte konečné odčítanie z byrety. Ide o objem zobrazený v okamihu, keď sa reakcia práve dokončí, čo sa zvyčajne určuje podľa zmeny farby indikátora.
3. Odčítaním získajte objem titračného činidla. Konečné odčítanie mínus počiatočné odčítanie, v ml.
4. Zadajte koncentráciu titračného činidla. Ide o známu koncentráciu štandardného roztoku v mol/l.
5. Zadajte objem analytu. Ide o objem použitého neznámeho roztoku, zvyčajne odmeraný pipetou, v ml.
6. Použite vzorec. Vynásobte koncentráciu titračného činidla jeho objemom a potom výsledok vydeľte objemom analytu.

Konečné odčítanie musí byť rovné počiatočnému odčítaniu alebo väčšie a objem analytu musí byť väčší než nula. Kalkulačka kontroluje obe podmienky a ak niektorá z nich nie je splnená, zobrazí chybové hlásenie.

Vyriešený príklad

Predpokladajme, že byreta začína na hodnote 0,0 mL a po dokončení reakcie končí na hodnote 10,0 mL. Titračné činidlo má koncentráciu 0,1 mol/l a objem analytu je 25 mL.

1. Objem titračného činidla: $10.0 - 0.0 = 10.0$ ml
2. Použitie vzorca: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/l

Koncentrácia analytu je 0,04 mol/l.

Titrácie, ktoré nemajú pomer 1:1

Pri niektorých reakciách sa titračné činidlo a analyt spotrebúvajú v inom pomere než 1:1. Napríklad kyselina sírová reaguje s hydroxidom sodným podľa rovnice $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, takže jeden mól kyseliny potrebuje dva móly zásady. Uvedený vzorec treba upraviť pomocou stechiometrických koeficientov:

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

Tu $n_1$ je koeficient titračného činidla vo vyváženej rovnici a $n_2$ je koeficient analytu. V príklade s kyselinou sírovou je $n_1 = 2$ (NaOH) a $n_2 = 1$ (H₂SO₄), takže člen pre titračné činidlo vo vzorci sa delí dodatočným faktorom dva.

Typy titrácie

• Acidobázická titrácia. Silná alebo slabá kyselina reaguje so silnou alebo slabou zásadou. Používa sa na skúšanie kyslosti octu, alkalinity vody a antacidových tabliet.
• Redoxná titrácia. Je založená na prenose elektrónov medzi titračným činidlom a analytom. Používa sa na meranie koncentrácie peroxidu vodíka alebo množstva rozpusteného kyslíka vo vode.
• Komplexometrická titrácia. Komplexotvorné činidlo, napríklad EDTA, sa viaže na ióny kovov. Používa sa na meranie tvrdosti vody podľa obsahu vápnika a horčíka.
• Zrážacia titrácia. Pri reakcii vzniká nerozpustná zrazenina. Používa sa na meranie koncentrácie chloridov pomocou dusičnanu strieborného.

Zdroje chýb

• Prekročenie koncového bodu. Príliš rýchle pridávanie titračného činidla môže viesť za bod, v ktorom indikátor zmení farbu.
• Nesprávne odčítanie menisku. Byreta sa má odčítavať vo výške očí, pričom sa sleduje spodná časť zakriveného povrchu kvapaliny.
• Vzduchové bubliny v hrote byrety. Zachytená bublina spôsobí, že zaznamenaný objem bude väčší než skutočne dodaný objem.
• Degradované titračné činidlo. Roztoky hydroxidu sodného časom absorbujú zo vzduchu oxid uhličitý, čím sa mení ich koncentrácia.
• Znečistené sklo. Zvyšky v byrete alebo banke môžu reagovať s roztokmi a zmeniť výsledok.

Najčastejšie otázky

Aký je rozdiel medzi titračným činidlom a analytom? Titračné činidlo je roztok so známou koncentráciou, ktorý sa pridáva z byrety. Analyt je roztok s neznámou koncentráciou, ktorá sa meria.

Aký je rozdiel medzi koncovým bodom a bodom ekvivalencie? Bod ekvivalencie je presný okamih, keď je reakcia stechiometricky dokončená. Koncový bod je okamih, keď indikátor zmení farbu, čo signalizuje dokončenie reakcie. Správny výber indikátora udržiava tieto dva body veľmi blízko pri sebe, ale zriedka sú úplne totožné.

Prečo kalkulačka vyžaduje, aby bolo konečné odčítanie aspoň také veľké ako počiatočné odčítanie? Objem titračného činidla sa rovná konečnému odčítaniu mínus počiatočné odčítanie. Keďže byreta sa odčítava počas vyprázdňovania, pridaný objem nemôže byť záporný, a preto konečné odčítanie nemôže byť menšie než počiatočné.

Ako sa vypočíta titrácia s ne-1:1 stechiometrickým pomerom? Štandardný výsledok vynásobte pomerom stechiometrických koeficientov titračného činidla a analytu, ako je uvedené vo vzorci. Pri reakcii, v ktorej dva móly titračného činidla reagujú s jedným mólom analytu, sa člen pre titračné činidlo musí deliť dvoma.

Dá sa titrácia použiť na farebné alebo zakalené roztoky? Áno. Ak je zmena farby indikátora ťažko pozorovateľná, koncový bod môže určiť pH elektróda (potenciometrická titrácia) alebo konduktometer (konduktometrická titrácia).

Aká presná je titrácia? Pri kalibrovanom skle a starostlivom postupe môže titrácia dosiahnuť presnosť približne 0,1 %. Väčšina chýb pri titrácii vzniká v dôsledku merania a použitého postupu, nie aritmetiky.

Referencie

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. vydanie). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. a Crouch, S. R. (2013). Základy analytickej chémie (9. vydanie). Cengage Learning.
3. Kompendium chemickej terminológie IUPAC (Zlatá kniha).
4. Chemická webová kniha NIST, Národný inštitút pre štandardy a technológiu USA.