Titracijski kalkulator - Hitri rezultati koncentracije analita

Kaj je kalkulator titracije?

Kalkulator titracije določi koncentracijo neznane raztopine, imenovane analit, na podlagi podatkov titracije. Pri titraciji se raztopina z znano koncentracijo, imenovana titrant, počasi dodaja analitu, dokler reakcija med njima ni končana. Z merjenjem količine potrebnega titranta lahko kemik določi koncentracijo analita.

Formula titracije

Kalkulator uporablja standardno formulo titracije za reakcijo, pri kateri titrant in analit reagirata v razmerju 1:1:

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

• $C_1$ = koncentracija titranta (mol/L)
• $V_1$ = prostornina uporabljenega titranta (mL), enaka končnemu odčitku birete minus začetni odčitek
• $C_2$ = koncentracija analita (mol/L)
• $V_2$ = prostornina analita (mL)

Formula izhaja iz osnovnega pravila titracije: na točki, ko je reakcija natančno končana (ekvivalenčna točka), je snovna množina dodanega titranta enaka snovni množini prisotnega analita, če ju reakcija porablja v razmerju 1:1. Snovna množina je enaka koncentraciji, pomnoženi s prostornino, zato:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Če izrazimo $C_2$, dobimo zgornjo formulo.

Kako izračunati koncentracijo analita

1. Zabeležite začetni odčitek birete. To je začetna prostornina v bireti, izražena v mL. Je 0,0 mL, če je bila bireta napolnjena do ničelne oznake.
2. Zabeležite končni odčitek birete. To je prostornina, prikazana ob koncu reakcije, ki ga običajno zaznamo s spremembo barve indikatorja.
3. Odštejte, da dobite prostornino titranta. Končni odčitek minus začetni odčitek, izraženo v mL.
4. Vnesite koncentracijo titranta. To je znana koncentracija standardne raztopine, izražena v mol/L.
5. Vnesite prostornino analita. To je prostornina uporabljene neznane raztopine, običajno izmerjena s pipeto, izražena v mL.
6. Uporabite formulo. Koncentracijo titranta pomnožite z njegovo prostornino, nato rezultat delite s prostornino analita.

Končni odčitek mora biti enak začetnemu ali večji od njega, prostornina analita pa mora biti večja od nič. Kalkulator preveri oba pogoja in prikaže sporočilo o napaki, če kateri od njiju ni izpolnjen.

Rešen primer

Predpostavimo, da se bireta začne pri 0,0 mL in po končani reakciji konča pri 10,0 mL. Titrant ima koncentracijo 0,1 mol/L, prostornina analita pa je 25 mL.

1. Prostornina titranta: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Uporabite formulo: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Koncentracija analita je 0,04 mol/L.

Titracije, ki niso v razmerju 1:1

Pri nekaterih reakcijah se titrant in analit porabljata v drugačnem razmerju kot 1:1. Žveplova kislina na primer reagira z natrijevim hidroksidom kot $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, zato en mol kisline potrebuje dva mola baze. Zgornjo formulo je treba prilagoditi s stehiometričnima koeficientoma:

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

Tukaj je $n_1$ koeficient titranta v uravnoteženi enačbi, $n_2$ pa koeficient analita. Pri primeru žveplove kisline je $n_1 = 2$ (NaOH) in $n_2 = 1$ (H₂SO₄), zato je treba člen s titrantom v formuli deliti z dodatnim faktorjem dva.

Vrste titracij

• Kislinsko-bazna titracija. Močna ali šibka kislina reagira z močno ali šibko bazo. Uporablja se za preverjanje kislosti kisa, alkalnosti vode in antacidnih tablet.
• Redoks titracija. Temelji na prenosu elektronov med titrantom in analitom. Uporablja se za merjenje koncentracije vodikovega peroksida ali raztopljenega kisika v vodi.
• Kompleksometrična titracija. Kelatno sredstvo, kot je EDTA, se veže na kovinske ione. Uporablja se za merjenje trdote vode na podlagi vsebnosti kalcija in magnezija.
• Oborinska titracija. Pri reakciji nastane netopna trdna snov. Uporablja se za merjenje koncentracije kloridov s srebrovim nitratom.

Viri napak

• Prekoračitev končne točke titracije. Če titrant dodajamo prehitro, lahko presežemo točko, pri kateri indikator spremeni barvo.
• Napačno odčitavanje meniskusa. Bireto je treba odčitavati v višini oči, pri čemer gledamo dno ukrivljene površine tekočine.
• Zračni mehurčki v konici birete. Ujet mehurček povzroči, da je zabeležena prostornina večja od dejansko dovedene prostornine.
• Razgrajen titrant. Raztopine natrijevega hidroksida sčasoma absorbirajo ogljikov dioksid iz zraka, kar spremeni njihovo koncentracijo.
• Umazana laboratorijska steklovina. Ostanki v bireti ali bučki lahko reagirajo z raztopinami in spremenijo rezultat.

Pogosta vprašanja

Kakšna je razlika med titrantom in analitom? Titrant je raztopina z znano koncentracijo, ki se dodaja iz birete. Analit je raztopina z neznano koncentracijo, ki jo merimo.

Kakšna je razlika med končno in ekvivalenčno točko? Ekvivalenčna točka je natančen trenutek, ko je reakcija stehiometrično končana. Končna točka je trenutek, ko indikator spremeni barvo in nakaže, da je reakcija končana. Ustrezna izbira indikatorja zagotovi, da sta si točki zelo blizu, vendar sta le redko povsem enaki.

Zakaj kalkulator zahteva, da je končni odčitek vsaj enak začetnemu? Prostornina titranta je enaka končnemu odčitku minus začetni odčitek. Ker bireto odčitavamo med njenim praznjenjem, dodana prostornina ne more biti negativna, zato končni odčitek ne more biti manjši od začetnega.

Kako izračunamo titracijo z ne-1:1 stehiometrijo? Standardni rezultat pomnožimo z razmerjem stehiometričnih koeficientov titranta in analita, kot je prikazano v zgornji formuli. Pri reakciji, v kateri dva mola titranta reagirata z enim molom analita, je treba člen s titrantom deliti z dva.

Ali lahko titracijo uporabimo pri obarvanih ali motnih raztopinah? Da. Kadar je indikator, ki spreminja barvo, težko opaziti, lahko končno točko določimo s pH-elektrodo (potenciometrična titracija) ali merilnikom prevodnosti (konduktometrična titracija).

Kako natančni so rezultati titracije? S kalibrirano steklovino in skrbno izvedbo lahko titracija doseže natančnost približno 0,1 %. Večina napak pri titraciji izvira iz merjenja in izvedbe, ne iz računanja.

Viri

1. Harris, D. C. (2015). Kvantitativna kemijska analiza (9. izd.). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. in Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9. izd.). Cengage Learning.
3. Zbornik terminologije IUPAC za kemijo (Zlata knjiga).
4. NIST Chemistry WebBook, Ameriški nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo.