Титрлөө эсептөөлөрү: бюреткадагы көлөмдөн аналиттин санына чейин

Ар бир титрлөө эсептөөсүнө керектүү үч сан

Титрлөөдө концентрациясы белгилүү эритме (титрант) бюреткадан өлчөнүүчү затка (аналитке) алардын ортосундагы реакция аяктаганга чейин кошулат. Ар бир эсептөө үч маалыматты колдонот: титранттын концентрациясын, берилген титранттын көлөмүн жана теңделген теңдемедеги моль катышын.

Жол ар дайым бирдей. Титранттын мольдорун алуу үчүн анын көлөмүн литрге айландырып, концентрациясына көбөйтүңүз, n = c × V. Моль катышын колдонуп, аналиттин мольдоруна айландырыңыз. Андан кийин суроо эмнени сураса, ошого айландырыңыз: концентрацияга, массага же үлгүнүн пайызына.

Эквиваленттик чекит — кошулган титрант стехиометриялык катышта аналитке так дал келген чекит. Акыркы чекит — индикатордун түсүнүн өзгөрүшү сыяктуу, сиз чындыгында байкаган нерсе. Жакшы ыкма экөөнү дээрлик дал келтирет, ал эми алардын ортосундагы кичине айырма титрлөө катасы деп аталат.

Натрий гидроксидин калий гидрофталаты менен стандартташтыруу

Катуу затты таразалоо менен натрий гидроксидинин так эритмесин даярдай албайсыз. NaOH гранулалары абадан сууну жана көмүр кычкыл газын сиңирет, ошондуктан алардын массасынын баары эле NaOH эмес. Анын ордуна болжолдуу даярдалган эритме стандартташтырылат: баштапкы стандартка, түздөн-түз таразалоого жетиштүү таза жана туруктуу затка каршы титрленет.

Калий гидрофталаты, KHC₈H₄O₄ (көбүнчө KHP деп аталат), кеңири тандалат. Ал бир кислоталык суутеги бар туруктуу, гигроскопиялык эмес катуу зат, жана NIST анын бир маркасын ацидиметриялык баштапкы стандарт катары тастыктайт (SRM 84L). Анын чоң молярдык массасы кадимки үлгүнүн салмагы болжол менен жарым грамм болорун билдирет, ошондуктан таразалоонун салыштырмалуу катасы кичине.

Чыгарылган 1-мисал. 0.5106 g KHP үлгүсү фенолфталеиндин акыркы чекитине жетүү үчүн 24.68 mL NaOH эритмесин талап кылат. Реакция 1:1: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). IUPAC тин стандарттуу атомдук салмактарын колдонсок (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, бул n(NaOH) ка барабар. c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, төрт маанилүү цифра менен берилет, анткени массада да, көлөмдө да төрттөн цифра бар.

Эки негиздүү кислоталар моль катышын өзгөртөт

Күкүрт кислотасы гидроксидге ар бир молекуладан эки протон берет: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). Демек, кислотанын ар бир молу негиздин эки молун керектейт, жана моль катышы титрлөөлөрдү 1:1 деп кароо адатынан эмес, ушул теңдемеден алынышы керек.

Чыгарылган 2-мисал. 25.00 mL күкүрт кислотасынын үлгүсү 1-мисалдагы 0.1013 mol/L NaOH менен титрленет, жана акыркы чекит 18.45 mL де келет. 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. Жаңылыштык менен 1:1 катышын колдонсоңуз, 0.07476 mol/L чыкмак, бул чыныгы маанинин так эки эсеси.

Алсызыраак көп негиздүү кислоталар көбүрөөк этияттыкты талап кылат. Фосфор кислотасында протондор ачык бөлүнгөн баскычтар менен ажырайт, ошондуктан катыш индикаторуңуз кайсы эквиваленттик чекитти аныктаарына көз каранды. Моль катышын тандаардан мурун ошол акыркы чекитти көрсөтүңүз.

Редокс титрлөөлөрү: перманганат жана темир(II)

Титрлөөлөр кислоталар жана негиздер менен эле чектелбейт. Кислоталык эритмеде перманганат темирди(II) кычкылдандырат: MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). Марганец +7 ден +2 ге өтүп, беш электрон кабыл алат, ал эми ар бир темир бирден электрон жоготот, ошондуктан бир перманганат иону беш темир(II) иону менен реакцияга кирет.

Перманганат өзү индикатордун милдетин аткарат. MnO₄⁻ иону кочкул кызгылт көк, ал эми Mn²⁺ дээрлик түссүз, ошондуктан ашыкча биринчи тамчы колбаны туруктуу ачык кызгылт түскө боёйт. Калий перманганаты баштапкы стандарт эмес, жана анын эритмелери акырындык менен ажырайт, ошондуктан алар колдонуудан мурун, көбүнчө натрий оксалатына каршы стандартташтырылат.

Чыгарылган 3-мисал. 1.2084 g темир кенинин үлгүсү эритилип, анын бардык темири Fe²⁺ ге чейин калыбына келтирилет. Титрлөө үчүн 0.02150 mol/L KMnO₄ тын 26.34 mL и керек. 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 колдонсок, темирдин массасы 0.1581 g, ал эми кен массасы боюнча 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = 13.09 пайыз темир.

Жай реакцияга кирген катуу заттар үчүн кайтарма титрлөө

Айрым үлгүлөр түздөн-түз титрлөө үчүн жетиштүү тез эрибейт же реакцияга кирбейт. Антацид таблеткасындагы кальций карбонаты буга мисал: ал кислота менен реакцияга кирет, бирок ал катуу зат жана реакция көмүр кычкыл газын бөлүп чыгарат, бул так акыркы чекитти көрүүнү кыйындатат. Кайтарма титрлөөдө бир реагенттин өлчөнгөн ашыкча санын кошуп, реакциянын аякташын күтүп, андан кийин эмне калса, ошону титрлейсиз.

Чыгарылган 4-мисал. Майдаланган антацид таблеткасынын 0.5000 g бөлүгү 0.2000 mol/L HCl дин 50.00 mL и менен иштетилет, бул анын бардык CaCO₃ у менен реакцияга кирүүгө жетиштүүдөн көп: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). CO₂ ни кетирүү үчүн эритме кайнатылгандан кийин калган кислота 0.1000 mol/L NaOH тын 21.38 mL ин талап кылат. Кошулган HCl: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. Колдонулган NaOH ка барабар калган HCl: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. Таблетка керектеген HCl: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

Карбонат кислота менен 1:2 катышында реакцияга кирет, ошондуктан n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. M(CaCO₃) = 100.09 g/mol болгондо масса 0.3935 g (тегеректөөгө чейин 0.39345 g), бул 0.5000 g бөлүктүн 78.69 пайызы. Кемитүү — эң көп өткөрүп жиберилүүчү кадам. Ансыз сиз таблетка колдонгон кислотаны эмес, колбада калган кислотаны эсептеп жаткан болосуз.

Индикаторду тандоо жана бюретка менен иштөө ыкмасы

Индикатор өзүнүн болжол менен pKa ± 1 аралыгында түсүн өзгөртөт, ошондуктан аралыгы титрлөө ийри сызыгынын тик бөлүгүнө туура келгенин тандаңыз. Болжол менен 0.1 mol/L концентрациядагы күчтүү кислота менен күчтүү негиз үчүн эквиваленттик чекит pH 7.00 дө, жана pH бир-эки тамчы ичинде бир нече бирдикке секирет, ошондуктан бир нече кеңири таралган индикатор, анын ичинде фенолфталеин, так акыркы чекитти берет. Алсыз кислота менен күчтүү негиз үчүн эквиваленттик чекит негиздик: OpenStax 0.100 mol/L NaOH менен титрленген 0.100 mol/L сирке кислотасы үчүн pH 8.72 ни эсептейт. Болжол менен pH 8.3 төн жогору кызгылт түскө кирген фенолфталеин бул учурга ылайыктуу. Метилоранж (OpenStax та Ka = 4.0 × 10⁻⁴, демек pKa ≈ 3.4) түсүн өтө эрте өзгөртмөк.

50 mL бюретка 0.01 mL ге чейин окулат, ал эми ар бир берилген көлөм эки көрсөткүчтүн айырмасы. Болжол менен ±0.02 mL аныксыздык 25 mL берүүнүн 0.08 пайызын, бирок 5 mL берүүнүн 0.4 пайызын түзөт. Ошондуктан ыкмалар титранттын көлөмү бюретканын диапазонунун ортосуна түшкүдөй түзүлөт.

• Бюретканы толтуруудан мурун аны бир нече миллилитр титрант менен чайкаңыз, ошондо калган суу аны суюлтпайт.
• Биринчи көрсөткүчтөн мурун учундагы аба көбүкчөсүн чыгарыңыз.
• Менисктин түбүн көз деңгээлинде окуңуз жана айырманы эле эмес, эки көрсөткүчтү тең жазыңыз.
• Адегенде болжолдуу титрлөөнү жүргүзүңүз, андан кийин эки кылдат титрлөө бири-бирине жакын дал келгенге чейин кайталаңыз.

Титрлөө арифметикасынын каталары жана аларды текшерүү

Туура эмес жооптордун көбү химиядан эмес, моль катышынан же бирдиктерден келип чыгат. Эсептөөдөн мурун теңделген теңдемени жазып, титранттын жана аналиттин коэффициенттерин тегеректеп белгилеңиз.

• Титрлөө үчүн C₁V₁ = C₂V₂ ни колдонуу. Бул кыска жол суюлтуу үчүн жана 1:1 катышын болжолдойт, ал H₂SO₄, Ba(OH)₂ жана MnO₄⁻/Fe²⁺ үчүн туура эмес.
• Концентрациялар mol/L менен берилгенде көлөмдөрдү миллилитрде калтыруу. Литрге айландырыңыз же ырааттуу түрдө миллимолдорду колдонуңуз.
• Кайтарма титрлөөдө кемитүүнү унутуу.
• Туура эмес заттын формулалык массасын колдонуу, мисалы стандартташтырууда KHP нын ордуна NaOH тыкын.
• Бюретка жана тараза негиздей алгандан көбүрөөк маанилүү цифраларды берүү. Кылдат көлөмдүк иш үчүн адатта төрт цифра.
• Ар бир эквиваленттик чекитте эритме нейтралдуу деп ойлоо. Бул күчтүү кислота менен күчтүү негиз үчүн гана туура.