Калькулятор титрування - Миттєві результати концентрації аналіту

Що таке калькулятор титрування?

Калькулятор титрування визначає концентрацію аналіту за даними титрування. Під час титрування розчин із відомою концентрацією, який називають титрантом, повільно додають до аналіту, доки реакція між ними не завершиться. Вимірявши кількість потрібного титранту, хімік може визначити концентрацію аналіту.

Формула титрування

Калькулятор використовує стандартну формулу титрування для реакції, у якій титрант і аналіт реагують у співвідношенні 1:1:

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

• $C_1$ = концентрація титранту (моль/л)
• $V_1$ = об’єм використаного титранту (мл), що дорівнює кінцевому показу бюретки мінус початковий показ
• $C_2$ = концентрація аналіту (моль/л)
• $V_2$ = об’єм аналіту (мл)

Формула випливає з основного правила титрування: у момент точного завершення реакції (у точці еквівалентності) кількість молів доданого титранту дорівнює кількості молів наявного аналіту, якщо реакція витрачає їх у співвідношенні 1:1. Кількість молів дорівнює концентрації, помноженій на об’єм, тому:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Розв’язавши рівняння відносно $C_2$, отримуємо наведену вище формулу.

Як обчислити концентрацію аналіту

1. Запишіть початковий показ бюретки. Це початковий об’єм у бюретці, у мл. Він дорівнює 0,0 мл, якщо бюретку було заповнено до нульової позначки.
2. Запишіть кінцевий показ бюретки. Це об’єм, який видно в момент завершення реакції, і який зазвичай визначають за зміною кольору індикатора.
3. Відніміть значення, щоб отримати об’єм титранту. Кінцевий показ мінус початковий показ, у мл.
4. Введіть концентрацію титранту. Це відома концентрація стандартного розчину, у моль/л.
5. Введіть об’єм аналіту. Це об’єм використаного невідомого розчину, який зазвичай вимірюють піпеткою, у мл.
6. Застосуйте формулу. Помножте концентрацію титранту на об’єм титранту, а потім поділіть на об’єм аналіту.

Кінцевий показ має бути більшим за початковий або дорівнювати йому, а об’єм аналіту має бути більшим за нуль. Калькулятор перевіряє обидві умови й показує повідомлення про помилку, якщо не виконується хоча б одна з них.

Приклад обчислення

Припустімо, що бюретка починається з позначки 0,0 мл і після завершення реакції закінчується на позначці 10,0 мл. Титрант має концентрацію 0,1 mol/л, а об’єм аналіту становить 25 мл.

1. Об’єм титранту: $10.0 - 0.0 = 10.0$ мл
2. Застосування формули: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ моль/л

Концентрація аналіту становить 0,04 mol/л.

Титрування, у яких співвідношення не дорівнює 1:1

У деяких реакціях титрант і аналіт витрачаються у співвідношенні, відмінному від 1:1. Наприклад, сірчана кислота реагує з гідроксидом натрію за рівнянням $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, тому одному молю кислоти потрібні два молі основи. Наведену вище формулу потрібно скоригувати за стехіометричними коефіцієнтами:

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

Тут $n_1$ — коефіцієнт титранту в урівняному рівнянні реакції, а $n_2$ — коефіцієнт аналіту. Для прикладу із сірчаною кислотою $n_1 = 2$ (NaOH), а $n_2 = 1$ (H₂SO₄), тому член формули для титранту додатково ділять на два.

Види титрування

• Кислотно-основне титрування. Сильна або слабка кислота реагує із сильною або слабкою основою. Застосовується для перевірки кислотності оцту, лужності води та таблеток антацидів.
• Окисно-відновне титрування. Ґрунтується на перенесенні електронів між титрантом і аналітом. Застосовується для вимірювання концентрації пероксиду водню або розчиненого у воді кисню.
• Комплексонометричне титрування. Хелатувальний агент, наприклад ЕДТА, зв’язується з іонами металів. Застосовується для визначення твердості води за вмістом кальцію та магнію.
• Осаджувальне титрування. Унаслідок реакції утворюється нерозчинний осад. Застосовується для вимірювання концентрації хлоридів за допомогою нітрату срібла.

Джерела похибок

• Перетитровування кінцевої точки. Надто швидке додавання титранту може призвести до пропуску моменту зміни кольору індикатора.
• Неправильне зчитування меніска. Покази бюретки слід відлічувати на рівні очей, дивлячись на нижню точку вигнутої поверхні рідини.
• Бульбашки повітря в наконечнику бюретки. Затримана бульбашка робить записаний об’єм більшим за фактично доданий.
• Зіпсований титрант. Розчини гідроксиду натрію з часом поглинають вуглекислий газ із повітря, що змінює їхню концентрацію.
• Брудний лабораторний посуд. Залишки речовин у бюретці або колбі можуть реагувати з розчинами та змінювати результат.

Поширені запитання

У чому різниця між титрантом і аналітом? Титрант — це розчин із відомою концентрацією, який додають із бюретки. Аналіт — це розчин із невідомою концентрацією, яку вимірюють.

У чому різниця між кінцевою точкою та точкою еквівалентності? Точка еквівалентності — це точний момент стехіометричного завершення реакції. Кінцева точка — це момент зміни кольору індикатора, що сигналізує про завершення реакції. Правильний вибір індикатора дає змогу зробити ці моменти дуже близькими, але вони рідко збігаються повністю.

Чому калькулятор вимагає, щоб кінцевий показ був не меншим за початковий? Об’єм титранту дорівнює кінцевому показу мінус початковий показ. Оскільки покази бюретки відлічують у міру її спорожнення, доданий об’єм не може бути від’ємним, тому кінцевий показ не може бути меншим за початковий.

Як обчислюють титрування зі стехіометрією, відмінною від 1:1? Стандартний результат множать на співвідношення стехіометричних коефіцієнтів титранту й аналіту, як показано у формулі вище. У реакції, де два молі титранту реагують з одним молем аналіту, член формули для титранту потрібно поділити на два.

Чи можна застосовувати титрування до забарвлених або мутних розчинів? Так. Якщо зміну кольору індикатора важко побачити, кінцеву точку можна визначити за допомогою pH-електрода (потенціометричне титрування) або вимірювача електропровідності (кондуктометричне титрування).

Наскільки точними є результати титрування? За умови використання каліброваного лабораторного посуду та ретельного виконання методики можна досягти точності на рівні 0,1%. Більшість похибок під час титрування виникає через вимірювання та техніку виконання, а не через арифметичні обчислення.

Джерела

1. Гарріс, D. C. (2015). Кількісний хімічний аналіз (9-те видання). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. і Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9-те вид.). Cengage Learning.
3. Компендіум хімічної термінології IUPAC (Золота книга).
4. Хімічний веб-довідник NIST, Національний інститут стандартів і технологій США.