Balorazio-kalkuluak: buretako bolumen batetik analitoaren kantitatera

Balorazio-kalkulu orok behar dituen hiru zenbakiak

Balorazio batean, kontzentrazio ezaguneko disoluzio bat (baloratzailea) buretatik gehitzen zaio neurtzen ari den substantziari (analitoari), haien arteko erreakzioa osatu arte. Kalkulu orok hiru informazio erabiltzen ditu: baloratzailearen kontzentrazioa, emandako baloratzaile-bolumena, eta ekuazio doituko mol-erlazioa.

Bidea beti da bera. Bihurtu baloratzaile-bolumena litrotara eta biderkatu bere kontzentrazioaz baloratzaile-molak lortzeko, n = c × V. Erabili mol-erlazioa analito-moletara bihurtzeko. Gero bihurtu galderak eskatzen duenera: kontzentrazio bat, masa bat edo lagin baten ehuneko bat.

Baliokidetasun-puntua gehitutako baloratzailea analitoarekin erlazio estekiometrikoan zehazki bat datorren puntua da. Amaiera-puntua benetan behatzen duzuna da, adierazle batek kolorea aldatzea adibidez. Metodo on batek biak ia bat etortzen ditu, eta haien arteko diferentzia txikiari balorazio-errorea deitzen zaio.

Sodio hidroxidoa potasio hidrogenoftalatoarekin estandarizatzea

Ezin duzu sodio hidroxidozko disoluzio zehatz bat egin solidoa pisatuz. NaOH pikorrek ura eta karbono dioxidoa xurgatzen dituzte airetik, beraz haien masa ez da guztiz NaOH. Horren ordez, gutxi gorabehera prestatutako disoluzio bat estandarizatzen da: lehen mailako patroi baten aurka baloratzen da, zuzenean pisatzeko bezain purua eta egonkorra den substantzia baten aurka.

Potasio hidrogenoftalatoa, KHC₈H₄O₄ (askotan KHP deitua), aukera ohikoa da. Solido egonkor eta ez-higroskopikoa da, hidrogeno azido bakarrarekin, eta NISTek bere kalitate bat lehen mailako patroi azidimetriko gisa ziurtatzen du (SRM 84L). Bere masa molar handiak esan nahi du lagin tipiko batek gramo erdi inguru pisatzen duela, beraz pisatze-errore erlatiboa txikia da.

1. adibide landua. 0.5106 g-ko KHP lagin batek 24.68 mL NaOH disoluzio behar ditu fenolftaleinaren amaiera-puntura iristeko. Erreakzioa 1:1 da: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). IUPACen pisu atomiko estandarrak erabiliz (K 39.098, C 12.011, H 1.008, O 15.999), M(KHP) = 204.22 g/mol. n(KHP) = 0.5106 g ÷ 204.22 g/mol = 2.500 × 10⁻³ mol, n(NaOH)-ren berdina. c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, lau zifra esanguratsurekin adierazita masak eta bolumenak lau dituztelako.

Azido diprotikoek mol-erlazioa aldatzen dute

Azido sulfurikoak bi protoi ematen dizkio hidroxidoari molekula bakoitzeko: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). Azido-mol bakoitzak, beraz, bi base-mol kontsumitzen ditu, eta mol-erlazioa ekuazio honetatik atera behar da, ez balorazioak 1:1 gisa tratatzeko ohituratik.

2. adibide landua. Azido sulfurikoaren 25.00 mL-ko lagin bat 1. adibideko 0.1013 mol/L-ko NaOH-arekin baloratzen da, eta amaiera-puntua 18.45 mL-tan iristen da. 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. Akatsez 1:1 erlazioa erabiltzeak 0.07476 mol/L emango luke, benetako balioaren bikoitza zehazki.

Azido poliprotiko ahulagoek kontu handiagoa behar dute. Azido fosforikoarekin, protoiak argi bereizitako urratsetan askatzen dira, beraz erlazioa zure adierazleak zein baliokidetasun-puntu detektatzen duen araberakoa da. Adierazi amaiera-puntu hori mol-erlazioa aukeratu aurretik.

Erredox balorazioak: permanganatoa eta burdina(II)

Balorazioak ez dira azidoetara eta baseetara mugatzen. Disoluzio azidoan, permanganatoak burdina(II) oxidatzen du: MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). Manganesoa +7tik +2ra igarotzen da, bost elektroi irabaziz, eta burdin atomo bakoitzak bat galtzen du; beraz permanganato-ioi batek burdina(II)-ren bost ioirekin erreakzionatzen du.

Permanganatoak bere adierazle gisa jokatzen du. MnO₄⁻ ioia more bizia da eta Mn²⁺ ia kolorerik gabea, beraz soberan dagoen lehen tantak matrazea arrosa argi iraunkor bihurtzen du. Potasio permanganatoa ez da lehen mailako patroia, eta bere disoluzioak poliki deskonposatzen dira, beraz erabili aurretik estandarizatzen dira, normalean sodio oxalatoaren aurka.

3. adibide landua. Burdin mineralaren 1.2084 g-ko lagin bat disolbatzen da eta bere burdina guztia Fe²⁺-ra erreduzitzen da. Balorazioak 0.02150 mol/L-ko KMnO₄-aren 26.34 mL behar ditu. 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 55.845 g/mol erabiliz, burdin masa 0.1581 g da, eta minerala 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = ehuneko 13.09 burdina da masan.

Atzerako balorazioak poliki erreakzionatzen duten solidoetarako

Lagin batzuk ez dira nahikoa azkar disolbatzen edo erreakzionatzen balorazio zuzen baterako. Azidoen aurkako pilula bateko kaltzio karbonatoa adibide bat da: azidoarekin erreakzionatzen du, baina solidoa da eta erreakzioak karbono dioxidoa askatzen du, eta horrek zaildu egiten du amaiera-puntu zorrotz bat ikustea. Atzerako balorazio batean, erreaktibo baten soberakin neurtu bat gehitzen duzu, erreakzioa amaitzen uzten duzu, eta gero geratzen dena baloratzen duzu.

4. adibide landua. Azidoen aurkako pilula xehatu baten 0.5000 g-ko zati bat 0.2000 mol/L-ko HCl-aren 50.00 mL-rekin tratatzen da, bere CaCO₃ guztiarekin erreakzionatzeko behar dena baino gehiago: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). Disoluzioa irakin ondoren CO₂ kanporatzeko, soberan geratutako azidoak 0.1000 mol/L-ko NaOH-aren 21.38 mL behar ditu. Gehitutako HCl: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. Soberan geratutako HCl, erabilitako NaOH-aren berdina: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. Pilulak kontsumitutako HCl: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

Karbonatoak 1:2 erreakzionatzen du azidoarekin, beraz n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. M(CaCO₃) = 100.09 g/mol-ekin, masa 0.3935 g da (0.39345 g biribildu aurretik), 0.5000 g-ko zatiaren ehuneko 78.69. Kenketa da gehienetan saltatzen den urratsa. Hura gabe, matrazean geratzen den azidoa kalkulatuko zenuke, ez pilulak erabilitako azidoa.

Adierazlearen aukeraketa eta buretaren teknika

Adierazle batek kolorea aldatzen du gutxi gorabehera bere pKa ± 1 tartean, beraz aukeratu zeinaren tartea balorazio-kurbaren zati aldapatsuan dagoen. Azido indartsu bat base indartsu batekin 0.1 mol/L ingurutan baloratzean, baliokidetasun-puntua pH 7.00an dago eta pH-ak hainbat unitate egiten ditu jauzi tanta bat edo bitan, beraz hainbat adierazle arruntek amaiera-puntu zorrotza ematen dute, fenolftaleina horien artean. Azido ahul bat base indartsu batekin baloratzean, baliokidetasun-puntua basikoa da: OpenStaxek pH 8.72 kalkulatzen du 0.100 mol/L-ko NaOH-arekin baloratutako 0.100 mol/L-ko azido azetikorako. Fenolftaleina, pH 8.3 ingurutik gora arrosa bihurtzen dena, egokia da kasu horretarako. Metil laranjak (Ka = 4.0 × 10⁻⁴ OpenStaxen, beraz pKa ≈ 3.4) goizegi aldatuko luke kolorea.

50 mL-ko bureta bat 0.01 mL-ra irakurtzen da, eta emandako bolumen bakoitza bi irakurketaren arteko diferentzia da. ±0.02 mL inguruko ziurgabetasuna 25 mL-ko emari baten ehuneko 0.08 da, baina 5 mL-ko baten ehuneko 0.4. Horregatik diseinatzen dira metodoak baloratzaile-bolumena buretaren barrutiaren erdialdean egon dadin.

• Garbitu bureta baloratzailearen mililitro batzuekin bete aurretik, geratutako urak diluitu ez dezan.
• Kendu muturreko aire-burbuila lehen irakurketaren aurretik.
• Irakurri meniskoaren behealdea begien mailan, eta idatzi bi irakurketak, ez diferentzia bakarrik.
• Egin lehenik gutxi gorabeherako balorazio bat, eta gero errepikatu kontuz egindako bi balorazio oso antzekoak izan arte.

Balorazioetako aritmetika-akatsak eta haien egiaztapenak

Erantzun oker gehienak mol-erlaziotik edo unitateetatik datoz, ez kimikatik. Kalkulatu aurretik, idatzi ekuazio doitua eta inguratu baloratzailearen eta analitoaren koefizienteak.

• C₁V₁ = C₂V₂ balorazio baterako erabiltzea. Lasterbide hori diluzioetarako da eta 1:1 erlazioa suposatzen du, eta huts egiten du H₂SO₄, Ba(OH)₂ eta MnO₄⁻/Fe²⁺ kasuetan.
• Bolumenak mililitrotan uztea kontzentrazioak mol/L-tan daudenean. Bihurtu litrotara, edo erabili milimolak modu koherentean.
• Atzerako balorazio bateko kenketa ahaztea.
• Espezie okerraren formula-masa erabiltzea, NaOH-rena KHP-rena beharrean estandarizazio batean adibidez.
• Buretak eta balantzak onartzen dituztenak baino zifra esanguratsu gehiago ematea. Lau dira ohikoak kontuz egindako lan bolumetrikoan.
• Disoluzioa baliokidetasun-puntu guztietan neutroa dela suposatzea. Hori azido indartsua base indartsuarekin denean bakarrik betetzen da.