13. 5: تیتراسیون اسید/پایه

•  
• استفان پایین
• دانشگاه سیمون فریزر

اهداف یادگیری

• نقشه ای را به نمایندگی از یک پایه قوی یا یک پایه قوی که توسط یک اسید قوی تیتراژ شده است ، ترسیم کنید. نقطه هم ارزی را مشخص کرده و اهمیت آن را توضیح دهید.
• در طرح ذکر شده در بالا ، یک نقشه مشابه را ترسیم کنید که با همان سیستم در یک بالاتر یا پایین تر مطابقت داشته باشد.
• نقشه ای را به نمایندگی از یک پایه قوی یا یک پایه ضعیف که توسط یک اسید قوی تیتراژ شده است ، ترسیم کنید. نقطه هم ارزی و نقاط نیمه برابر را مشخص کنید.
• توضیح دهید که یک پایه اسیدی چیست و چگونه کار می کند.
• هنگامی که راه حل های برخی با پایه قوی تیتراسیون می شوند ، نمی توان تمام نقاط هم ارزی را مشاهده کرد. متداول ترین دلایل این امر را توضیح دهید.
• از یک اسید مونوپروتیک HA که نقطه پایانی تیتراسیون پس از V ml از پایه قوی یک غلظت معین اضافه می شود.

هدف از تیتراسیون اسید پایه ، تعیین (C_A ) ، غلظت اسمی اسید در محلول است. در ساده ترین شکل خود ، تیتراسیون با اندازه گیری حجم محلول پایه قوی مورد نیاز برای تکمیل واکنش انجام می شود

که در آن (n ) تعداد هیدروژن های قابل تعویض در اسید است. نکته ای که این واکنش فقط کامل است به عنوان شناخته می شود. این باید از آن متمایز شود ، این همان مقداری است که ما به صورت تجربی مشاهده می کنیم. یک اتم هیدروژن قابل تعویض (که گاهی اوقات هیدروژن "اسیدی" نامیده می شود) یکی است که می تواند به یک پایه قوی اهدا شود - یعنی به یک OH - یون. بنابراین در اسید استیک HCOO H ، فقط هیدروژن در گروه کربوکسیل "قابل تعویض" در نظر گرفته می شود.

آنچه که ما در واقع اندازه گیری می کنیم ، حجم تیتراژ است که توسط بورت تحویل داده می شود. یادگیری کنترل صحیح توقف در پایین بورت ، معمولاً نیاز به آموزش و تمرین دارد ، همانطور که خواندن حجم نیز انجام می شود. برای کار بسیار دقیق ، غلظت خود تیتراژ باید در یک آزمایش جداگانه معروف به "استاندارد سازی" تعیین شود.

درک منحنی های تیتراسیون

نقشه ای که نشان دهنده pH محلول به عنوان تابعی از مقدار پایه اضافه شده است به عنوان a شناخته می شود. این توطئه ها را می توان با ترسیم pH به عنوان تابعی از حجم پایه اضافه شده ، یا (ƒ ) ساخته شد که به سادگی تعداد خال های پایه اضافه شده در هر مول اسید موجود در محلول است. در بیشتر منحنی های تیتراسیون که در این بخش نشان داده شده است ، pH را به عنوان تابعی از (ƒ ) ترسیم می کنیم. ارزش دارد که مدتی وقت بگذارید تا خود را با شکل کلی منحنی تیتراسیون مانند نمونه ای که در زیر نشان داده شده است ، کاملاً آشنا کنید ، که در آن یک اسید ضعیف با یک پایه قوی ، به طور معمول هیدروکسید سدیم تیتراژ می شود.

نقطه هم ارزی در pH رخ می دهد که در آن کسری معادل ƒ پایه اضافه شده وحدت است. در این مرحله ، واکنش

[ha + oh^ - → ab^ - + h_2o label ]

از نظر استوکیومتری کامل است. یک محلول در ابتدا حاوی N خال از یک اسید یکپارچه هکتار اکنون با یکی از آنها حاوی همان تعداد خال از پایه کونژوگه A یکسان خواهد بود -. در نقطه نیمه تعادل ƒ = 0. 5 ، غلظت گونه های کونژوگه یکسان است: [HA] = [A-]. این ، البته مربوط به A (از این رو قسمت نسبتاً مسطح منحنی) است که pH آن همان PK است_a .

با اضافه شدن پایه فراتر از ƒ = 1 ، pH شروع به سطح آن می کند ، و این نشان می دهد که سیستم بافر دیگر به بازی تبدیل شده است. در این حالت شامل یون حلال (آب) و هیدروکسید است: 2O> ≈ .

اثر مشابهی در قسمت کم PH منحنی هنگام تیتراسیون یک اسید قوی مشاهده می شود ، همانطور که در نقشه برای تیتراسیون HCl در زیر است. در این حالت ، بافر به دلیل 3 استO + ) ≈ .

چگونه می تواند این باشد؟مطمئناً ، غلظت OH - ، حتی اگر pH به 14 نزدیک شود ، نمی تواند چیزی شبیه به [H باشد₂o] که در بیشتر راه حل ها حدود 55. 5 متر خواهد بود! این نکته خوب (همراه با ذکر H₂O/OH - Buffering) به ندرت در دوره های ابتدایی ذکر می شود زیرا تئوری پشت آن شامل برخی از عناصر نسبتاً باطنی ترمودینامیک راه حل است. با این حال ، در صورت کنجکاو بودن ، توجه داشته باشید که براکت های مجعد در 2O>inte فعالیت ها را نشان می دهد ، نه غلظت. و طبق کنوانسیون فعالیت یک مایع خالص (ساعت₂o در این مورد) وحدت است. در pH حدود 12 ، poh = 2 ، [OH -] = . 01. در این غلظت یون نسبتاً زیاد ، تا حدودی کوچکتر از این خواهد بود ، اما این دو فعالیت به اندازه کافی مشابه خواهند بود تا اثر بافر را که مشاهده می کنیم تولید کند.

pH محلول در نقطه هم ارزی آن 7 خواهد بود اگر ما در حال تیتراژ یک اسید قوی با پایه قوی باشیم ، مانند HCl + NaOH → H₂O + NaCl. اما اگر اسید ضعیف باشد ، مانند طرح فوق ، محلول قلیایی خواهد بود. این pH را می توان از C محاسبه کرد_bو k_bبه روشی دقیقاً مشابه آنچه برای محاسبه pH محلول یک اسید ضعیف در آب استفاده می شود.

درک این نکته حائز اهمیت است که کسری معادل پایه ای که باید برای رسیدن به نقطه هم ارزی اضافه شود ، مستقل از استحکام اسید و غلظت آن در محلول است. کل ابزار تیتراسیون به عنوان ابزاری برای تجزیه و تحلیل کمی بر این استقلال استوار است. ما در همه موارد فقط تعداد کل خال هیدروژن های "اسیدی" را در نمونه تحت تیتراسیون اندازه گیری می کنیم.

استحکام اسید و پایه شکل منحنی را تعیین می کند

اگرچه استحکام یک اسید هیچ تاثیری در محل معادل سازی ندارد ، اما بر شکل منحنی تیتراسیون تأثیر می گذارد و می توان در یک نقشه منحنی تخمین زد.

هرچه اسید ضعیف تر باشد ، pH اولیه (در ƒ = 0) بالاتر باشد و ارتفاع عمودی طرح در نزدیکی نقطه معادل آن کوچکتر باشد. همانطور که بعداً خواهیم دید ، اگر اسید بسیار ضعیف باشد ، یافتن نقطه معادل آن را دشوار می کند.

استحکام اسید

همانطور که در طرح بالا نشان داده شده است ، PK_aاز یک اسید ضعیف می توان با توجه به pH که مربوط به نقطه نیمه تیتراسیون است ƒ = 0. 5 تخمین زده شود. با یادآوری اینکه pH با نسبت غلظت گونه های مزدوج کنترل می شود

آشکار خواهد شد که این معادله به pH = pk کاهش می یابد_aهنگامی که تیتراسیون نیمه کامل باشد (یعنی وقتی [HA] = [a -]) ، pH محلول با PK یکسان خواهد بود_aاز اسیداین معادله به دلیل بافر قوی که در pH بسیار کم رخ می دهد ، برای اسیدهای قوی کار نمی کند که در آن ƒ = 0. 5.

همانطور که در اینجا نشان داده شد ، بافر هیچ ارتباطی با خود اسید HCl (که در آب وجود ندارد) نیست ، بلکه با محصولات تفکیک آن H₃O + و OH - ، "قوی ترین اسید و پایه ای که می تواند در آب وجود داشته باشد."

منحنی تیتراسیون یک نفع

دو اصل زیر بر شکل دقیق منحنی تیتراسیون حاکم است:

• هرچه اسید یا پایه قوی تر باشد ، شیب منحنی در نزدیکی نقطه هم ارزی بیشتر خواهد بود.
• هرچه اسید یا پایه ضعیف تر باشد ، انحراف pH از بی طرفی در نقطه هم ارزی خواهد بود.

درک دلایل این دو رابطه مهم است. مورد دوم ساده ترین توضیح است. تیتراسیون اسید HA با پایه ای مانند NaOH منجر به محلول NAA می شود. یعنی راه حل پایه مزدوج A -. به عنوان یک پایه ، با آب واکنش نشان می دهد تا بیش از حد یونهای هیدروکسید را به همراه داشته باشد و یک محلول کمی قلیایی باقی بماند. تیتراسیون یک پایه ضعیف با یک اسید اثر متضاد خواهد داشت.

میزان پرش در pH در نقطه هم ارزی با ترکیبی از عوامل تعیین می شود. در مورد اسید ضعیف ، به عنوان مثال ، pH اولیه احتمالاً بیشتر است ، بنابراین منحنی تیتراسیون بالاتر می رود. علاوه بر این ، هرچه اسید ضعیف تر باشد ، پایه ترکیب آن قوی تر خواهد بود ، بنابراین pH در نقطه هم ارزی بالاتر خواهد بود. این دو عامل قسمت پایین منحنی تیتراسیون را بالا می برند. میزان بالایی منحنی البته با غلظت و قدرت تیتراژ محدود است.

این اصول در توطئه های فوق برای تیتراژ اسیدها و پایه هایی که دارای نقاط قوت مختلف هستند ، کاملاً مشهود است. به منحنی های آبی که نشان دهنده تیتراسیون آب خالص (یک اسید بسیار ضعیف) با اسید یا پایه قوی است ، توجه کنید.

گالری منحنی تیتراسیون یکنواخت

هنگامی که هر دو عنوان و نمونه "قوی" هستند ، ما توطئه های عمودی طولانی را در ƒ = 1 می گیریم. اضافه کردن حتی نیمی از قطره تیتراژ می تواند ما را در نقطه معادل سازی قرار دهد!

هنگامی که یکی از واکنش دهنده ها ضعیف است ، pH در ابتدا به سرعت تغییر می کند تا اینکه بافر وارد شود.

← در (ج) ، شروع H₂O/OH- بافر در نزدیکی ƒ = 1 مکان معادل سازی را برای مکان یابی دشوارتر می کند.

عناوین "ضعیف/ضعیف" با نزدیک شدن به مناطق بافر به 1 = 1 مشکل ساز است. نقطه هم ارزی pH 7 در این مثالها نشان دهنده نزدیک بودن PK است_aو PK_bاز واکنش دهنده ها

برخورد با اسیدهای بسیار ضعیف

تشخیص قابل اطمینان نقطه هم ارزی در تیتراسیون اسید بوریک می تواند دشوار باشد (PK_a= 9. 3) یا سایر اسیدهای مشابه ضعیف از شکل منحنی تیتراسیون*.*یک آزمایش آزمایشگاه جالب توجه دانشجویی که از یک معرف کمکی (مانیتول) استفاده می کند تا اسید بوریک را قوی تر کند و در نتیجه با آسانی قابل تیتراژ در J. Chem Ed توضیح داده شد. 2012 ، 89 ، 767-770.

مشکل در اینجا این است که محلول های آبی در برابر تغییر pH در محدوده pH بسیار کم و بسیار زیاد بافر می شوند. یک نمونه شدید در تیتراسیون آب خالص با یک اسید یا پایه قوی رخ می دهد. در این افراط PH غلظت H₃O + و OH - به اندازه کافی عالی هستند که یک سیستم بافر رقیب (یا H₃O + /H₂O یا H₂O/OH - بسته به اینکه آیا محلول بسیار اسیدی یا بسیار قلیایی است) بازی می شود.

چرا ما معمولاً از یک تیتراژ "قوی" استفاده می کنیم

توطئه های فوق به وضوح نشان می دهد که به راحتی می توان نقاط معادل سازی قابل تشخیص را هنگامی رخ داد که یک اسید با یک پایه قوی مانند هیدروکسید سدیم تیتراژ می شود (یا یک پایه با یک اسید قوی تیتراسیون می شود.)

در عمل ، بسیاری از عناوین انجام شده در تحقیقات ، صنعت و عمل بالینی شامل مخلوط های بیش از یک اسید هستند. نمونه ها شامل آبهای طبیعی ، مایعات فیزیولوژیکی ، آب میوه ها ، شراب سازی ، دم کردن و پساب های صنعتی است. برای تیتراژ این نوع نمونه ها ، استفاده از هر چیزی غیر از یک تیتراژ قوی این احتمال را نشان می دهد که ممکن است تیتراژ ضعیف تر از یک یا چند مؤلفه "قوی تر" در نمونه باشد ، در این صورت قادر به تیتراژ این مؤلفه ها نیستبه اتمام

از نظر انرژی های بدون پروتون ، منبع پروتون (تیتراژ اسیدی) قادر به ارائه مقدار معادل پروتون ها به مؤلفه (قوی تر) مخلوط نیست.

اسیدهای پراکنده

به همان اندازه نقاط هم ارزی وجود خواهد داشت که هیدروژن های قابل تعویض در یک اسید وجود دارد. بنابراین در سیستم کربنات بسیار مهم ، نقاط هم ارزی در هر دو ƒ = 1 و ƒ = 2 مشاهده می شود:

به طور کلی ، دو مورد برای پرش کاملاً قابل تشخیص در pH وجود دارد که در یک تیتراسیون چند پروانه رخ می دهد:

• k پی در پی_aباید با چندین مرتبه متفاوت باشد.
• pH نقطه هم ارزی نباید بسیار زیاد یا بسیار کم باشد.

جدایی ثابت تعادل پی در پی

تأثیر نکته اول با مقایسه منحنی های تیتراسیون دو اسید دیپروتیک ، سولفور و سوکسین مشاهده می شود. ظاهر تنها یک نقطه هم ارزی در دومی نتیجه نزدیکی ثابت های تفکیک اسید اول و دوم است. PK_aاسید سولفور (در زیر ، سمت چپ) به اندازه کافی از هم فاصله دارد که منحنی تیتراسیون آن را می توان برای دو اسید یکپارچه مستقل که دارای k مربوطه هستند ، به عنوان ترکیب آن در نظر گرفت_a's. این نشان دهنده این واقعیت است که دو گروه اسید ی-OH به همان اتم مرکزی متصل شده اند ، به طوری که بار منفی محلی که در هنگام HSO باقی می ماند₃- برای سرکوب مرحله دوم تفکیک تشکیل شده است.

*می توان نشان داد که در حد بزرگ N ، نسبت k₁/K₂برای یک اسید دی کربوکسیلیک متقارن HOOC- (CH₂)- COOH به مقدار 4 همگرا می شود.

در اسید سوکسینیک ، دو گروه cooh از نظر جسمی از هم جدا شده و بنابراین تمایل به جدا کردن مستقل*دارند. بازرسی از منحنی های توزیع گونه برای اسید سوکسینیک (در بالا ، سمت راست) نشان می دهد که کسری از آمفولیت هکتار هرگز نمی تواند از 75 درصد تجاوز کند. یعنی هیچ pH وجود ندارد که در آن واکنش H₂a → HA - + H + می توان گفت "کامل" است در حالی که در همان زمان مرحله دوم هکتار - → 2 - + H + فقط به میزان ناچیز رخ داده است. بنابراین افزایش pH که به طور عادی انتظار می رود با تولید HA با مصرف OH - در مرحله دوم که در آن نقطه به خوبی در حال انجام خواهد بود ، پیشگیری می شود. فقط هنگامی که تمام مراحل به پایان رسید و یون هیدروکسید دیگر مصرف نمی شود ، pH افزایش می یابد.

دو نمونه دیگر از اسیدهای پلی پروانه که منحنی تیتراسیون آنها تمام نقاط هم ارزی را نشان نمی دهد ، اسیدهای گوگرد و فسفریک هستند. با توجه به اثر تراز کردن ، ظاهری k_a1از ساعت₂SO₄خیلی نزدیک به K است_a2= 0. 01 که اثر همانند اسید سوکسینیک است ، بنابراین فقط نقطه هم ارزی دوم تشخیص داده می شود.

در اسید فسفریک ، سومین نقطه هم ارزی (برای HPO₄2 -) توسط H مبهم است₂O-OH-بافر همانطور که قبلاً توضیح داده شد.

تشخیص نقطه هم ارزی

این که آیا نقطه هم ارزی با یک "شکستن" مجزا در منحنی تیتراسیون آشکار می شود ، با یک غلظت یون هیدروژن منحصر به فرد که می تواند از قبل محاسبه شود ، مطابقت دارد. روش های بسیاری برای تعیین نقطه هم ارزی یک تیتراسیون اسید پایه وجود دارد.

شاخص ها

نکته معادل را بیش از حد نگذارید!

روش سنتی تشخیص نقطه هم ارزی استفاده از رنگ است که یک سیستم اسید پایه دوم است که در آن اشکال پروتئین شده و محروم از نظر رنگ متفاوت است و PK آن_aنزدیک به pH است که در نقطه هم ارزی انتظار می رود. اگر اسید تیتراسیون قوی نباشد ، مهم است که غلظت شاخص را تا حد امکان کم نگه دارید تا از مصرف OH خود جلوگیری کند - از تحریف منحنی تیتراسیون.

تغییر رنگ مشاهده شده از یک شاخص به شدت انجام نمی شود ، اما در طیف وسیعی از حدود 1. 5 تا 2 واحد pH رخ می دهد. بنابراین شاخص ها فقط در تیتراسیون اسیدها و پایه هایی که به اندازه کافی قوی هستند برای نشان دادن یک استراحت قطعی در منحنی تیتراسیون مفید هستند. برخی از گیاهان حاوی عوامل رنگ آمیزی هستند که می توانند به عنوان شاخص های pH طبیعی عمل کنند. اینها شامل کلم (نشان داده شده) ، چغندر و گلهای هیدرانگا است.

برای یک تیتراسیون پایه قوی اسید ، تقریباً از هر شاخص استفاده می شود ، اگرچه فنل فتالین بیشتر به کار می رود. برای تیتراسیون های مربوط به اسیدهای ضعیف یا پایه ، مانند تیتراسیون اسید محلول کربنات سدیم که در اینجا نشان داده شده است ، این شاخص باید دارای یک PK نزدیک به ماده مورد نظر باشد.

در هنگام تیتراژ یک اسید یا پایه پلی پروز ، در صورت مشاهده بیش از یک نقطه هم ارزی ، شاخص های متعدد لازم است. PK_aS از فنول فتالین و متیل نارنجی به ترتیب 9. 3 و 3. 7 است.

پتانسیلومتری: از pH متر استفاده کنید

pH متر ولتاژ تولید شده را هنگامی تشخیص می دهد که یون های H + در محلول یون های سدیم را از یک غشای شیشه ای نازک که در محلول فرو می رود ، جابجا می کند.

یک روش مدرن تر برای یافتن یک نقطه هم ارزی ، پیروی از تیتراسیون با استفاده از pH متر است. از آنجا که شامل اندازه گیری اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود است ، این روش به عنوان پتانسیلومتری شناخته می شود. تا حدود سال 1980 ، متر PH برای استفاده منظم در آزمایشگاه های دانشجویی بسیار گران بود ، اما این تغییر کرده است. پتانسیلومتری اکنون ابزار استاندارد برای تعیین نقاط هم ارزی است.

روشهای نقشه برداری بهبود یافته

ترسیم pH پس از هر افزایش حجم تیتراژ ، می تواند منحنی تیتراسیون را به طور دقیق به صورت دلخواه به دست آورد ، اما روش های بهتری برای یافتن نقطه هم ارزی وجود دارد. رایج ترین آنها استفاده از مشتقات اول یا دوم طرح است: D (ph)/d v یا d 2 (ph)/d v 2 (البته برای افزایش محدود pH و حجم ، این شرایط خواهد بودبه عنوان δ (pH)/Δ V و δ 2 (pH)/Δ V 2 بیان شده است.)

یک منحنی مشتق دوم با پیدا کردن میزان تغییر pH در صفر ، نقطه تورم را پیدا می کند.

طرح دیفرانسیل ، نشان دادن میزان تغییر pH در برابر حجم تیتراژ ، نقطه تورم را که همچنین نقطه معادل آن است ، قرار می دهد

در یک طرح استاندارد از حجم pH-VS از تیتراژ اضافه شده ، نقطه تورم به صورت بصری به صورت نیمه راه در امتداد شدیدترین قسمت منحنی قرار دارد.

توطئه های ایده آل نشان داده شده در بالا بعید است که در عمل دیده شود. هنگامی که تیتراسیون به صورت دستی انجام می شود ، تیتراژ به صورت افزایشی اضافه می شود ، بنابراین حتی منحنی تیتراسیون ساده باید از نقاط مشمول عدم قطعیت در اندازه گیری حجم و pH ساخته شود (به خصوص اگر دومی با تغییر رنگ یک شاخص از نظر بصری تخمین زده شود.)

اگر این داده ها به فرم دیفرانسیل تبدیل شوند ، این عدم قطعیت ها مقدار مشخصی از "نویز" را به داده ها اضافه می کنند.

یک طرح مشتق دوم از خوانش های pH در هر دو طرف نقطه هم ارزی استفاده می کند و پیدا کردن آن در حضور سر و صدا آسان تر می شود.

یافتن نقطه هم ارزی بسیار به خواندن صحیح فقط یک یا دو خواندن pH در نزدیکی بالای طرح بستگی دارد.

یک منحنی ساده ، که از تعداد کمی از خوانش های pH ترسیم شده است ، همیشه به طور واضح نقطه معادل سازی را پیدا نمی کند.

"نویز" در توطئه های دیفرانسیل معمولاً با نگه داشتن غلظت تیتراژ و آنالیت بالاتر از 10 تا 3 متر می تواند به حداقل برسد.

چند روش دیگر برای پیروی از تیتراسیون

نظارت بر pH با استفاده از یک شاخص یا توسط پتانسیلومتری همانطور که در بالا توضیح داده شد ، روشهای استاندارد برای تشخیص نقطه هم ارزی یک تیتراسیون است. با این حال ، ما قبلاً دیده ایم که در موارد خاص شامل اسیدهای پلی پروتریک یا پایگاه ها ، برخی از نقاط هم ارزی با نزدیکی آنها به دیگران یا بافر که در نزدیکی افراط و تفریط PH رخ می دهد ، مبهم است. مشکلات مشابه ممکن است هنگامی ایجاد شود که راه حل برای تیتراژ حاوی چندین اسید مختلف باشد ، همانطور که اغلب باید مایعات مرتبط با فرآیندهای صنعتی کنترل شوند.

دما را بگیرید!

واکنشهای خنثی سازی اسید پایه HA + B → A- + BH + همیشه گرمازدایی هستند. هنگامی که پروتون ها از سطح خود در اسید به آن در پایه سقوط می کنند ، بیشتر افت انرژی آزاد به عنوان گرما آزاد می شود. اگر اسید و پایه هر دو قوی باشند (یعنی کاملاً جدا شده) ، آنتالپی خنثی سازی برای واکنش

[ ce ]

برای اطلاعات بیشتر در مورد عناوین دماسنج ، از جمله نمونه های بسیاری ، به این صفحه ویکی پدیا مراجعه کنید. توجه داشته باشید همچنین ویدئوی این موضوع را در بخش "فیلم ها" در نزدیکی انتهای این صفحه قرار دهید.

• تیتراسیون دماسنج محدود به تعیین اسید پایه نیست. همچنین می توان از آنها برای پیروی از واکنشهای بارش ، تشکیل پیچیده و اکسیداسیون استفاده کرد.
• آنها را می توان با اسیدهای پلی پروتری یا پایه و با مخلوط های حاوی بیش از یک اسید یا پایه استفاده کرد.
• آنها قادر به پیروی از عناوین اسید پایه هستند که باید در حلال های غیر آبی انجام شود ، جایی که سایر روش های تیتراسیون امکان پذیر نیستند.

یک منحنی تیتراسیون دماسنج معمولی از دو شاخه تشکیل شده است که با افزایش شدید دما شروع می شود زیرا تیتراژ با اضافه شدن با آنالیت ، گرمای آزاد کننده واکنش نشان می دهد. پس از رسیدن به نقطه هم ارزی ، با متوقف شدن تولید گرما به سرعت کاهش می یابد. سپس ، با شروع مخلوط شدن مخلوط ، نقشه یک شیب منفی را فرض می کند.

اگرچه نشانگر خشن از نقطه هم ارزی می تواند با برون یابی قسمتهای خطی منحنی (خطوط شکسته آبی) تخمین زده شود ، اما روشهای دیفرانسیل توضیح داده شده در بالا به طور کلی ترجیح داده می شود.

هدایت الکترولیتی را دنبال کنید

اسیدها و پایه ها الکترولیت هستند ، به این معنی که راه حل های آنها جریان الکتریکی را انجام می دهد. هدایت چنین راه حل ها به غلظت یون ها و تا حدی کمتر به ماهیت یون های خاص بستگی دارد. هرگونه واکنش شیمیایی که در آن تغییر در مقدار کل یون ها در محلول وجود دارد ، معمولاً با نظارت بر هدایت دنبال می شود. تیتراسیون پایه اسید در این گروه قرار می گیرد. به عنوان مثال ، تیتراسیون اسید هیدروکلریک با هیدروکسید سدیم را در نظر بگیرید. این را می توان با معادله توصیف کرد

که نشان می دهد دو از چهار گونه یون در حال ترکیب در نقطه هم ارزی ناپدید می شوند. در طول دوره تیتراسیون ، هدایت محلول به عنوان یونهای H + و Cl کاهش می یابد. در نقطه هم ارزی ، هدایت از حداقل عبور می کند ، و سپس افزایش می یابد زیرا ادامه افزودن تیتراران ، یونهای NA + و OH بیشتری را به محلول اضافه می کند.

هر نوع یون سهم خود را در هدایت راه حل می کند. اگر می توانستیم سهم هر یون را به طور جداگانه مشاهده کنیم ، ببینید که دامنه های H + و OH - بسیار بیشتر است. این نشان دهنده هدایت بسیار بیشتر این یون ها به دلیل حرکت سریع و سریع آنها از طریق محلول با حرکت در مولکول های آب است.

با این حال ، از آنجا که هدایت یون های فردی به طور مستقیم قابل مشاهده نیست ، اندازه گیری های هدایت همواره کل هدایت کلیه یون های موجود در محلول را ثبت می کنند. تغییر در هدایت که در واقع در حین تیتراسیون HCl توسط هیدروکسید سدیم مشاهده می شود ، مجموع هدایت های یونی است که در بالا نشان داده شده است.

برای اکثر تیتراسیون های معمولی اسید پایه ، رساله به ندرت با استفاده از شاخص ها یا پتانسیلومتری ، هرگونه مزیت ویژه ای نسبت به تجزیه و تحلیل حجمی منظم ارائه می دهد. این امر به ویژه در صورت ضعیف بودن اسید صادق است. اگر PK_aبسیار زیر 2 است ، خط نمکی در حال افزایش (سدیم در هنگام تیتراژ با NaOH) سقوط در سهم مقدار کمی H + را به هدایت می کند ، بنابراین از دیدن حداقل در منحنی کل هدایت جلوگیری می کند.

با این حال ، در برخی موارد خاص مانند مواردی که در زیر نشان داده شده است ، رسانا تنها روشی است که قادر به دستیابی به نتایج مفید است.

These examples illustrate two unique capabilities of conductimetric titrations: (left) Titration of a mixture of two acids and (right) Titration of a strong polyprotic acid →

چون خالص H₂SO₂یک مولکول خنثی است ، هیچ سهمی در هدایت ندارد ، که در نقطه معادل سازی حداکثر افزایش می یابد.

خودکار کردن روند

در چهار سال از جلسات آزمایشگاه کالج ، بسیاری از رشته های شیمی احتمالاً کمتر از ده ها تیتراسیون را انجام می دهند. با این حال ، در دنیای واقعی ، زمان پول است ، و روزهایی که تکنسین ها تمام وقت به کار گرفته می شوند فقط برای تیتراژ نمونه های مختلف در شرکت هایی مانند کارخانه های تولیدی ، فرآوری مواد غذایی (مانند مخلوط کردن آب پرتقال کنسرو) ، آزمایشگاه های بالینی و آزمایشگاه های بالینی و آزمایشگاه های بالینیتحقیقات بیوشیمیایی.

محاسبات تیتراسیون

تیتراسیون با افزودن حجم کافی از محلول تیتراژ به یک حجم شناخته شده VT از محلول انجام می شود. این افزودنی تا رسیدن به نقطه پایان ادامه می یابد. نقطه پایان تقریب تجربی ما از نقطه هم ارزی است که در آن واکنش اسید پایه از نظر استوکیومتری کامل است (1 = 1). مقدار ما در واقع در نقطه پایان اندازه گیری می کنیم ، حجم V_EP تیترارانت است که به راه حل تحت عنوان تیتراسیون تحویل داده می شود.

راه حل در حال تیتراسیون اغلب به عنوان آنالیت (ماده "مورد تجزیه و تحلیل") یا به طور معمول به عنوان تیتراند گفته می شود. ما باید اصطلاح دوم را در آنچه در زیر آمده است استفاده کنیم.

در یک تیتراسیون ساده از یک اسید یکپارچه HA توسط یک پایه B ، نقطه هم ارزی با تکمیل واکنش مطابقت دارد

که در آن مقادیر معادل HA و B ترکیب شده اند. به این معنا که،

M_HA = M_B(جایی که M تعداد خال ها را نشان می دهد.)

به یاد بیاورید که تعداد خال ها توسط محصول حجم و غلظت داده می شود:

l × mol l 1 = mol ،

ml x mmol ml 1 = mmol.

از آنجا که ما به جای تعداد خال ها ، حجم تیتراژ را اندازه گیری می کنیم ، برای پیوند این دو مقدار باید از غلظت آن استفاده کنیم. بنابراین اگر ما پایه B را با اسید هکتار عنوان می کنیم ، با اضافه شدن یک حجم V از HA ، نقطه انتهایی به دست می آید. تعداد خال های HA که در نقطه پایان اضافه کرده ایم توسط محصول حجم و غلظت آن داده می شود

و از آنجا که واکنش ref اکنون کامل است ، م_HA = M_B؛بنابراین ، در نقطه پایان هر تیتراسیون یکپارچه ،

معادله ref من مهم است! در هر تیتراسیون ، هم حجم و هم غلظت تیتراژ شناخته شده است ، بنابراین غلظت ناشناخته به راحتی محاسبه می شود.

در تیتراژهای انجام شده در آزمایشگاه ، تیتراژ توسط یک بورتی که معمولاً در میلی لیتر کالیبره می شود تحویل می شود ، بنابراین بیان M راحت تر است_HAدر میلی متر و ج_HAدر میلی متر/میلی لیتر (mmol m l-1) ؛توجه داشته باشید که دومی از نظر عددی برابر با خال/لیتر است.

مثال ( pageindex )

50. 0 میلی لیتر اسید هیدروکلریک 0. 100 متر با 0. 200 M هیدروکسید سدیم تیتراژ می شود. چه حجمی از راه حل NaOH در نقطه هم ارزی اضافه می شود؟

راه حل

ابتدا تعداد خال های HCl را در تیتراند پیدا کنید:

برای رسیدن به نقطه هم ارزی ، همین تعداد خال NaOH باید توسط بورت تحویل داده شود (یعنی م_سعادت= 5. 0 میلی مول.)

حجم محلول NaOH m_سعادتمورد نیاز است

V_سعادت = ( M_سعادت / C_سعادت) = (5. 0 میلی مول) / (0. 200 میلی مول در میلی لیتر) = 25 میلی لیتر

این صفحه با عنوان 13. 5: تیتراسیون اسید/پایه تحت مجوز 3. 0 تحت CC به اشتراک گذاشته می شود و توسط استفان پایین از طریق محتوای منبع که به سبک و استانداردهای پلت فرم LibreTexts ویرایش شده است ، توسط استفان پایین و یا تنظیم شده است. تاریخچه تفصیلی ویرایش در صورت درخواست در دسترس است.

1. بازگشت به بالا
2. • 13. 4: جفت ها و بافر های مزدوج
   • 13. 6: کاربردهای تعادل اسید پایه

• این مقاله به شما کمک کرد؟
• آره
• No

مقالات توصیه شده

1. بخش نوع مقاله یا صفحه نویسنده استفان پایین مجوز CC توسط مجوز نسخه 3. 0 نمایش صفحه TOC NO در صفحه
2. برچسب ها
   1. نقطه هم ارزی
   2. کسری معادل
   3. شاخص ها
   4. منبع@http: //www. chem1. com/acad/webtext/virtualtextbook. html
   5. عناوین
   6. تجزیه و تحلیل تیتراسیون
   7. منحنی تیتراسیون