Titrləmə hesablamaları: büret həcmindən təyin olunan maddənin miqdarına

Hər titrləmə hesablamasına lazım olan üç ədəd

Titrləmədə qatılığı məlum olan məhlul (titrant) büretdən ölçülən maddəyə (təyin olunan maddəyə) onların arasındakı reaksiya başa çatana qədər əlavə edilir. Hər hesablama üç məlumatdan istifadə edir: titrantın qatılığı, verilmiş titrantın həcmi və tarazlaşdırılmış tənlikdən mol nisbəti.

Yol həmişə eynidir. Titrantın mollarını almaq üçün onun həcmini litrə çevirin və qatılığına vurun, n = c × V. Mol nisbətindən istifadə edərək təyin olunan maddənin mollarına keçin. Sonra sualın tələb etdiyi kəmiyyətə çevirin: qatılıq, kütlə və ya nümunədəki faiz.

Ekvivalentlik nöqtəsi əlavə edilmiş titrantın stexiometrik nisbətdə təyin olunan maddəyə dəqiq uyğun gəldiyi nöqtədir. Son nöqtə isə əslində müşahidə etdiyinizdir, məsələn, indikatorun rənginin dəyişməsi. Yaxşı üsul ikisini demək olar ki, üst-üstə salır, aralarındakı kiçik fərq isə titrləmə xətası adlanır.

Natrium hidroksidin kalium hidroftalatla standartlaşdırılması

Bərk maddəni çəkməklə dəqiq natrium hidroksid məhlulu hazırlamaq olmur. NaOH qranulları havadan su və karbon dioksid udur, buna görə onların kütləsinin hamısı NaOH deyil. Bunun əvəzinə təqribən hazırlanmış məhlul standartlaşdırılır: ilkin standarta, yəni birbaşa çəkilə biləcək qədər təmiz və dayanıqlı maddəyə qarşı titrlənir.

Kalium hidroftalat, KHC₈H₄O₄ (çox vaxt KHP adlanır), geniş yayılmış seçimdir. O, bir turşu hidrogeni olan dayanıqlı, hiqroskopik olmayan bərk maddədir və NIST onun bir növünü asidimetrik ilkin standart kimi sertifikatlaşdırır (SRM 84L). Onun böyük molyar kütləsi həm də o deməkdir ki, tipik nümunə təxminən yarım qram çəkir, buna görə nisbi çəki xətası kiçikdir.

Həll olunmuş nümunə 1. 0.5106 g KHP nümunəsi fenolftalein son nöqtəsinə çatmaq üçün 24.68 mL NaOH məhlulu tələb edir. Reaksiya 1:1 nisbətindədir: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). İKYTB-nin (IUPAC) standart atom kütlələrindən (K 39.098, C 12.011, H 1.008, O 15.999) istifadə etsək, M(KHP) = 204.22 g/mol. n(KHP) = 0.5106 g ÷ 204.22 g/mol = 2.500 × 10⁻³ mol və bu, n(NaOH)-a bərabərdir. c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L; kütlənin də, həcmin də dörd əhəmiyyətli rəqəmi olduğundan nəticə dörd əhəmiyyətli rəqəmlə verilir.

İkiəsaslı turşular mol nisbətini dəyişir

Sulfat turşusu hər molekuldan hidroksidə iki proton verir: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). Deməli, hər mol turşu iki mol əsas sərf edir və mol nisbəti titrləmələrə 1:1 kimi baxmaq vərdişindən deyil, bu tənlikdən götürülməlidir.

Həll olunmuş nümunə 2. 25.00 mL sulfat turşusu nümunəsi 1-ci nümunədəki 0.1013 mol/L NaOH ilə titrlənir və son nöqtə 18.45 mL-də alınır. n(NaOH) = 0.1013 mol/L × 0.01845 L = 1.869 × 10⁻³ mol. n(H₂SO₄) = 1.869 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 9.345 × 10⁻⁴ mol. c(H₂SO₄) = 9.345 × 10⁻⁴ mol ÷ 0.02500 L = 0.03738 mol/L. Səhvən 1:1 nisbətindən istifadə etmək 0.07476 mol/L verərdi, yəni həqiqi qiymətin dəqiq iki qatını.

Daha zəif çoxəsaslı turşular daha çox diqqət tələb edir. Fosfat turşusunda protonlar aydın ayrılmış mərhələlərlə ayrılır, buna görə nisbət indikatorunuzun hansı ekvivalentlik nöqtəsini aşkar etməsindən asılıdır. Mol nisbətini seçməzdən əvvəl bu son nöqtəni göstərin.

Redoks titrləmələri: permanqanat və dəmir(II)

Titrləmələr yalnız turşular və əsaslarla məhdudlaşmır. Turş mühitdə permanqanat dəmir(II)-ni oksidləşdirir: MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). Manqan +7-dən +2-yə keçərək beş elektron qəbul edir, hər dəmir isə bir elektron itirir, buna görə bir permanqanat ionu beş dəmir(II) ionu ilə reaksiyaya girir.

Permanqanat özü indikator rolunu oynayır. MnO₄⁻ ionu tünd bənövşəyi, Mn²⁺ isə demək olar ki, rəngsizdir, buna görə artıq düşən ilk damcı kolbanı davamlı açıq çəhrayı rəngə boyayır. Kalium permanqanat ilkin standart deyil və onun məhlulları yavaş-yavaş parçalanır, buna görə istifadədən əvvəl, adətən natrium oksalata qarşı standartlaşdırılır.

Həll olunmuş nümunə 3. 1.2084 g dəmir filizi nümunəsi həll edilir və onun bütün dəmiri Fe²⁺-yə qədər reduksiya olunur. Titrləmə üçün 26.34 mL 0.02150 mol/L KMnO₄ lazımdır. n(MnO₄⁻) = 0.02150 mol/L × 0.02634 L = 5.663 × 10⁻⁴ mol. n(Fe²⁺) = 5 × 5.663 × 10⁻⁴ mol = 2.832 × 10⁻³ mol. Fe üçün 55.845 g/mol götürsək, dəmirin kütləsi 0.1581 g-dır və filizdə kütləcə 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = 13.09 faiz dəmir var.

Yavaş reaksiyaya girən bərk maddələr üçün əks titrləmə

Bəzi nümunələr birbaşa titrləmə üçün kifayət qədər tez həll olmur və ya reaksiyaya girmir. Antasid tabletindəki kalsium karbonat buna nümunədir: o, turşu ilə reaksiyaya girir, lakin bərk maddədir və reaksiya zamanı karbon dioksid ayrılır, bu da kəskin son nöqtəni görməyi çətinləşdirir. Əks titrləmədə bir reagentin ölçülmüş artığını əlavə edirsiniz, reaksiyanın başa çatmasını gözləyirsiniz, sonra isə qalanı titrləyirsiniz.

Həll olunmuş nümunə 4. Əzilmiş antasid tabletinin 0.5000 g-lıq hissəsi 50.00 mL 0.2000 mol/L HCl ilə işlənir; bu, onun bütün CaCO₃-ü ilə reaksiya üçün kifayət edəndən çoxdur: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). CO₂-ni çıxarmaq üçün məhlul qaynadıldıqdan sonra qalan turşu 21.38 mL 0.1000 mol/L NaOH tələb edir. Əlavə edilmiş HCl: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. Qalan HCl, sərf olunan NaOH-a bərabərdir: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. Tablet tərəfindən sərf olunan HCl: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

Karbonat turşu ilə 1:2 nisbətində reaksiyaya girir, buna görə n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. M(CaCO₃) = 100.09 g/mol ilə kütlə 0.3935 g-dır (yuvarlaqlaşdırmadan əvvəl 0.39345 g), bu da 0.5000 g-lıq hissənin 78.69 faizidir. Ən çox atlanan addım çıxmadır. Onsuz tabletin sərf etdiyi turşunu deyil, kolbada qalan turşunu hesablamış olardınız.

İndikatorun seçilməsi və büretlə işləmə texnikası

İndikator rəngini təxminən pKa ± 1 intervalında dəyişir, buna görə intervalı titrləmə əyrisinin dik hissəsinə düşən indikator seçin. Təxminən 0.1 mol/L qatılıqda güclü turşunun güclü əsasla titrlənməsində ekvivalentlik nöqtəsi pH 7.00-dadır və pH bir-iki damcı ərzində bir neçə vahid sıçrayır, buna görə bir çox geniş yayılmış indikator, o cümlədən fenolftalein, kəskin son nöqtə verir. Zəif turşunun güclü əsasla titrlənməsində ekvivalentlik nöqtəsi əsasi mühitdədir: OpenStax 0.100 mol/L NaOH ilə titrlənən 0.100 mol/L sirkə turşusu üçün pH 8.72 hesablayır. Təxminən pH 8.3-dən yuxarı çəhrayı rəngə boyanan fenolftalein bu hal üçün uyğundur. Metiloranj (OpenStax-da Ka = 4.0 × 10⁻⁴, deməli pKa ≈ 3.4) rəngini həddən artıq tez dəyişərdi.

50 mL-lik büret 0.01 mL dəqiqliklə oxunur və hər verilmiş həcm iki göstəricinin fərqidir. Təxminən ±0.02 mL qeyri-müəyyənlik 25 mL-lik həcmin 0.08 faizi, 5 mL-lik həcmin isə 0.4 faizidir. Üsulların titrant həcmi büretin diapazonunun ortasına düşəcək şəkildə qurulmasının səbəbi budur.

• Büreti doldurmazdan əvvəl bir neçə millilitr titrantla yaxalayın ki, qalan su onu durulaşdırmasın.
• İlk göstəricidən əvvəl ucluqdakı hava qabarcığını çıxarın.
• Meniskin alt hissəsini göz səviyyəsində oxuyun və yalnız fərqi deyil, hər iki göstəricini qeyd edin.
• Əvvəlcə təxmini titrləmə aparın, sonra iki diqqətli titrləmə bir-birinə yaxın nəticə verənə qədər təkrarlayın.

Titrləmə hesablamalarında səhvlər və onların yoxlanması

Yanlış cavabların çoxu kimyadan deyil, mol nisbətindən və ya vahidlərdən yaranır. Hesablamazdan əvvəl tarazlaşdırılmış tənliyi yazın və titrantın və təyin olunan maddənin əmsallarını dairəyə alın.

• Titrləmə üçün C₁V₁ = C₂V₂ düsturundan istifadə etmək. Bu qısayol durulaşdırma üçündür və 1:1 nisbətini fərz edir, bu isə H₂SO₄, Ba(OH)₂ və MnO₄⁻/Fe²⁺ üçün doğru deyil.
• Qatılıqlar mol/L ilə verildikdə həcmləri millilitrlə saxlamaq. Litrə çevirin və ya ardıcıl olaraq millimollardan istifadə edin.
• Əks titrləmədə çıxmanı unutmaq.
• Səhv növün düstur kütləsindən istifadə etmək, məsələn, standartlaşdırmada KHP əvəzinə NaOH-un.
• Büretin və tərəzinin imkan verdiyindən çox əhəmiyyətli rəqəm göstərmək. Diqqətli həcmi analiz üçün adətən dörd rəqəm olur.
• Hər ekvivalentlik nöqtəsində məhlulun neytral olduğunu fərz etmək. Bu, yalnız güclü turşunun güclü əsasla titrlənməsi üçün doğrudur.