Калкулатор титрације - Брзи резултати концентрације аналита

Шта је калкулатор титрације?

Калкулатор титрације одређује концентрацију непознатог раствора, који се назива аналит, користећи податке из титрације. При титрацији се раствор познате концентрације, који се назива титрант, полако додаје аналиту све док се реакција између њих не заврши. Мерењем количине потребног титранта хемичар може да израчуна концентрацију аналита.

Формула титрације

Калкулатор користи стандардну формулу титрације за реакцију у којој титрант и аналит реагују у односу 1:1:

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

• $C_1$ = концентрација титранта (mol/L)
• $V_1$ = запремина употребљеног титранта (mL), једнака коначно очитаном стању бирете умањеном за почетно очитавање
• $C_2$ = концентрација аналита (mol/L)
• $V_2$ = запремина аналита (mL)

Формула потиче од основног правила титрације: у тренутку када је реакција тачно завршена (тачка еквиваленције), количина супстанце додатог титранта једнака је количини супстанце присутног аналита, под условом да се троше у односу 1:1. Количина супстанце једнака је производу концентрације и запремине, па важи:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Решавањем по $C_2$ добија се наведена формула.

Како израчунати концентрацију аналита

1. Забележите почетно очитавање бирете. То је почетна запремина у бирети, изражена у mL. Она износи 0,0 mL ако је бирета напуњена до ознаке нуле.
2. Забележите коначно очитавање бирете. То је запремина приказана у тренутку када се реакција управо заврши, што се обично утврђује променом боје индикатора.
3. Одузмите очитавања да бисте добили запремину титранта. Коначно очитавање умањено за почетно очитавање, изражено у mL.
4. Унесите концентрацију титранта. То је позната концентрација стандардног раствора, изражена у mol/L.
5. Унесите запремину аналита. То је запремина употребљеног непознатог раствора, обично измерена пипетом, изражена у mL.
6. Примените формулу. Помножите концентрацију титранта његовом запремином, а затим поделите запремином аналита.

Коначно очитавање мора бити једнако почетном очитавању или веће од њега, а запремина аналита мора бити већа од нуле. Калкулатор проверава оба услова и приказује поруку о грешци ако било који од њих није испуњен.

Решени пример

Претпоставимо да бирета почиње на 0,0 mL и завршава на 10,0 mL након завршетка реакције. Титрант је концентрације 0,1 mol/L, а запремина аналита износи 25 mL.

1. Запремина титранта: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Примените формулу: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Концентрација аналита износи 0,04 mol/L.

Титрације које нису у односу 1:1

У неким реакцијама титрант и аналит се троше у односу који није 1:1. На пример, сумпорна киселина реагује са натријум-хидроксидом према једначини $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, па је за један мол киселине потребно два мола базе. Наведену формулу треба прилагодити стехиометријским коефицијентима:

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

Овде је $n_1$ коефицијент титранта у изједначеној једначини, а $n_2$ коефицијент аналита. У примеру са сумпорном киселином, $n_1 = 2$ (NaOH), а $n_2 = 1$ (H₂SO₄), па се члан који садржи титрант у формули дели додатним фактором два.

Врсте титрације

• Киселинско-базна титрација. Јака или слаба киселина реагује са јаком или слабом базом. Користи се за испитивање киселости сирћета, алкалности воде и таблета антацида.
• Редокс титрација. Заснива се на преносу електрона између титранта и аналита. Користи се за мерење концентрације водоник-пероксида или раствореног кисеоника у води.
• Комплексометријска титрација. Хелатни реагенс, као што је EDTA, везује јоне метала. Користи се за мерење тврдоће воде на основу садржаја калцијума и магнезијума.
• Таложна титрација. У реакцији настаје нерастворљива чврста супстанца. Користи се за мерење концентрације хлорида помоћу сребро-нитрата.

Извори грешака

• Прекорачење завршне тачке. Пребрзо додавање титранта може довести до прекорачења тренутка у којем индикатор мења боју.
• Погрешно очитавање менискуса. Бирету треба очитавати у висини очију, посматрајући доњи део закривљене површине течности.
• Мехурићи ваздуха у врху бирете. Заробљени мехурић чини да забележена запремина буде већа од стварно испоручене запремине.
• Разграђен титрант. Раствори натријум-хидроксида временом апсорбују угљен-диоксид из ваздуха, што мења њихову концентрацију.
• Прљаво лабораторијско посуђе. Остаци у бирети или тиквици могу да реагују са растворима и промене резултат.

Најчешће постављана питања

Која је разлика између титранта и аналита? Титрант је раствор познате концентрације који се додаје из бирете. Аналит је раствор непознате концентрације која се мери.

Која је разлика између завршне тачке и тачке еквиваленције? Тачка еквиваленције је тачан тренутак када је реакција стехиометријски завршена. Завршна тачка је тренутак када индикатор промени боју, што показује да је реакција завршена. Добар избор индикатора одржава ове две тачке веома близу, али су оне ретко потпуно исте.

Зашто калкулатор захтева да коначно очитавање буде најмање једнако почетном очитавању? Запремина титранта једнака је коначном очитавању умањеном за почетно очитавање. Пошто се бирета очитава док се празни, додата запремина не може бити негативна, па коначно очитавање не може бити мање од почетног.

Како се израчунава титрација са стехиометријским односом различитим од 1:1? Стандардни резултат треба помножити односом стехиометријских коефицијената титранта и аналита, као што је приказано у наведеној формули. У реакцији у којој два мола титранта реагују са једним молом аналита, члан који садржи титрант треба поделити са два.

Може ли се титрација користити за обојене или мутне растворе? Да. Када се промена боје индикатора тешко уочава, завршна тачка се уместо тога може одредити помоћу pH електроде (потенциометријска титрација) или кондуктометра (кондуктометријска титрација).

Колико су прецизни резултати титрације? Уз калибрисано лабораторијско посуђе и пажљиву технику, титрацијом се може постићи прецизност од око 0,1%. Већина грешака у титрацији потиче од мерења и технике, а не од аритметике.

Референце

1. Харис, Д. Ц. (2015). Квантитативна хемијска анализа (9. издање). В. Х. Фримен и компанија.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. и Crouch, S. R. (2013). Основе аналитичке хемије (9. издање). Cengage Learning.
3. Зборник терминологије у хемији IUPAC (Златна књига).
4. NIST Chemistry WebBook, Национални институт за стандарде и технологију САД.