Titrationsräknare - Snabba Analytkoncentraltationsresultat

Vad är en titreringskalkylator?

En titreringskalkylator bestämmer koncentrationen hos en okänd lösning, kallad analyten, med hjälp av data från en titrering. Vid en titrering tillsätts en lösning med känd koncentration, kallad titrermedlet, långsamt till analyten tills reaktionen mellan dem är fullständig. Genom att mäta hur mycket titrermedel som behövdes kan en kemist räkna ut hur koncentrerad analyten var.

Titreringsformel

Kalkylatorn använder den vanliga titreringsformeln för en reaktion där titrermedlet och analyten reagerar i förhållandet 1:1:

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

• $C_1$ = titrermedlets koncentration (mol/L)
• $V_1$ = volymen titrermedel som används (mL), lika med den slutliga burettavläsningen minus den ursprungliga avläsningen
• $C_2$ = analytens koncentration (mol/L)
• $V_2$ = analytens volym (mL)

Formeln bygger på en grundregel för titrering: vid den punkt där reaktionen är exakt avslutad, ekvivalenspunkten, är substansmängden tillsatt titrermedel lika med substansmängden analyten som finns, så länge reaktionen förbrukar dem i förhållandet 1:1. Substansmängden är lika med koncentrationen multiplicerad med volymen, alltså:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Om man löser ut $C_2$ får man formeln ovan.

Så beräknas analytens koncentration

1. Notera den ursprungliga burettavläsningen. Detta är startvolymen i buretten, i mL. Den är 0,0 mL om buretten fylldes till nollmarkeringen.
2. Notera den slutliga burettavläsningen. Detta är volymen som visas när reaktionen precis är avslutad, vilket vanligtvis upptäcks genom en färgförändring hos en indikator.
3. Subtrahera för att få titrermedlets volym. Slutlig avläsning minus ursprunglig avläsning, i mL.
4. Ange titrermedlets koncentration. Detta är den kända koncentrationen hos standardlösningen, i mol/L.
5. Ange analytens volym. Detta är volymen av den okända lösning som används, vanligtvis uppmätt med en pipett, i mL.
6. Tillämpa formeln. Multiplicera titrermedlets koncentration med titrermedlets volym och dividera sedan med analytens volym.

Den slutliga avläsningen måste vara lika med eller större än den ursprungliga avläsningen, och analytens volym måste vara större än noll. Kalkylatorn kontrollerar båda villkoren och visar ett felmeddelande om något av dem inte är uppfyllt.

Räkneexempel

Anta att en burett börjar på 0,0 mL och slutar på 10,0 mL när reaktionen är avslutad. Titratorn är 0,1 mol/L och analytens volym är 25 mL.

1. Titratorns volym: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Tillämpa formeln: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

Analytens koncentration är 0,04 mol/L.

Titreringar som inte är 1:1

Vissa reaktioner förbrukar titrant och analyten i ett annat förhållande än 1:1. Svavelsyra reagerar till exempel med natriumhydroxid enligt $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, så en mol syra behöver två mol bas. Formeln ovan måste justeras med de stökiometriska koefficienterna:

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

Här är $n_1$ titrermedlets koefficient i den balanserade reaktionsformeln och $n_2$ är analytens koefficient. I exemplet med svavelsyra är $n_1 = 2$ (NaOH) och $n_2 = 1$ (H₂SO₄), så titrermedlets term i formeln divideras med en extra faktor två.

Typer av titrering

• Syra-bas-titrering. En stark eller svag syra reagerar med en stark eller svag bas. Används för att bestämma surheten hos vinäger, alkaliniteten i vatten och innehållet i antacida tabletter.
• Redox-titrering. Bygger på elektronöverföring mellan titrermedlet och analyten. Används för att mäta koncentrationen av väteperoxid eller halten av löst syre i vatten.
• Komplexometrisk titrering. Ett kelatbildande ämne, till exempel EDTA, binder till metalljoner. Används för att mäta vattnets hårdhet utifrån halten av kalcium och magnesium.
• Fällningstitrering. Reaktionen bildar ett olösligt fast ämne. Används för att mäta kloridkoncentrationen med silvernitrat.

Felkällor

• Överskridning av ändpunkten. Om titrermedel tillsätts för snabbt kan man passera den punkt där indikatorn byter färg.
• Felavläsning av menisken. Buretten ska avläsas i ögonhöjd genom att man tittar på botten av den böjda vätskeytan.
• Luftbubblor i burettspetsen. En instängd bubbla gör att den registrerade volymen blir större än den volym som faktiskt har levererats.
• Försämrat titrermedel. Natriumhydroxidlösningar absorberar koldioxid från luften med tiden, vilket ändrar deras koncentration.
• Smutsigt glasmaterial. Rester i buretten eller kolven kan reagera med lösningarna och ändra resultatet.

Vanliga frågor och svar

Vad är skillnaden mellan titrermedlet och analyten? Titrermedlet är lösningen med känd koncentration som tillsätts från buretten. Analyten är lösningen med den okända koncentration som mäts.

Vad är skillnaden mellan ändpunkten och ekvivalenspunkten? Ekvivalenspunkten är det exakta ögonblick då reaktionen är stökiometriskt fullständig. Ändpunkten är det ögonblick då en indikator byter färg och visar att reaktionen är avslutad. Med ett lämpligt indikatorval ligger de två mycket nära varandra, men de är sällan identiska.

Varför kräver kalkylatorn att den slutliga avläsningen är minst lika stor som den ursprungliga? Volymen titrermedel är lika med den slutliga avläsningen minus den ursprungliga avläsningen. Eftersom en burett avläses medan den töms kan den tillsatta volymen inte vara negativ, och därför kan den slutliga avläsningen inte vara mindre än den ursprungliga.

Hur beräknas en titrering med en annan än 1:1 stökiometri? Multiplicera standardresultatet med förhållandet mellan titrermedlets och analytens stökiometriska koefficienter, som i formeln ovan. En reaktion där två mol titrermedel reagerar med en mol analyten kräver att titrermedlets term divideras med två.

Kan titrering användas för färgade eller grumliga lösningar? Ja. När en färgförändring hos en indikator är svår att se kan en pH-elektrod (potentiometrisk titrering) eller en konduktivitetsmätare (konduktometrisk titrering) användas för att bestämma ändpunkten.

Hur exakta är titreringsresultat? Med kalibrerat glasmaterial och noggrann teknik kan titrering uppnå en precision på omkring 0,1 %. Det mesta av felet vid en titrering beror på mätning och teknik, inte på själva beräkningen.

Referenser

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9:e uppl.). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9:e uppl.). Cengage Learning.
3. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book).
4. NIST Chemistry WebBook, USA:s nationella institut för standarder och teknik.