अनुमापन गणना: ब्युरेटमधील आकारमानापासून विश्लेष्याच्या प्रमाणापर्यंत

प्रत्येक अनुमापन गणनेला लागणाऱ्या तीन संख्या

अनुमापनात ज्ञात संहतीचे द्रावण (अनुमापक) ब्युरेटमधून मोजल्या जाणाऱ्या पदार्थात (विश्लेष्य) त्यांच्यातील अभिक्रिया पूर्ण होईपर्यंत घातले जाते. प्रत्येक गणना माहितीचे तीन भाग वापरते: अनुमापकाची संहती, सोडलेले अनुमापकाचे आकारमान, आणि संतुलित समीकरणातील मोल गुणोत्तर.

मार्ग नेहमी सारखाच असतो. अनुमापकाच्या आकारमानाचे लिटरमध्ये रूपांतर करा आणि अनुमापकाचे मोल मिळवण्यासाठी त्याच्या संहतीने गुणा, n = c × V. विश्लेष्याच्या मोलमध्ये रूपांतर करण्यासाठी मोल गुणोत्तर वापरा. मग प्रश्न जे विचारतो त्यात रूपांतर करा: संहती, वस्तुमान, किंवा नमुन्याची टक्केवारी.

समतुल्यता बिंदू म्हणजे असा बिंदू जेथे घातलेला अनुमापक रससमीकरणमितीय गुणोत्तरात विश्लेष्याशी नेमका जुळतो. अंत्यबिंदू म्हणजे तुम्ही प्रत्यक्ष जे निरीक्षण करता, जसे दर्शकाचा रंग बदलणे. चांगली पद्धत हे दोन्ही जवळजवळ एकरूप करते, आणि त्यांच्यातील लहान फरकाला अनुमापन त्रुटी म्हणतात.

पोटॅशियम हायड्रोजन थॅलेटने सोडियम हायड्रॉक्साइडचे प्रमाणीकरण

घन पदार्थ वजन करून तुम्ही सोडियम हायड्रॉक्साइडचे अचूक द्रावण बनवू शकत नाही. NaOH च्या गोळ्या हवेतील पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइड शोषून घेतात, म्हणून त्यांचे संपूर्ण वस्तुमान NaOH नसते. त्याऐवजी ढोबळपणे तयार केलेल्या द्रावणाचे प्रमाणीकरण केले जाते: त्याचे प्राथमिक मानकाविरुद्ध अनुमापन केले जाते, म्हणजे थेट वजन करता येईल इतका शुद्ध आणि स्थिर पदार्थ.

पोटॅशियम हायड्रोजन थॅलेट, KHC₈H₄O₄ (अनेकदा KHP म्हणतात), हा सामान्य पर्याय आहे. हा एक आम्लीय हायड्रोजन असलेला, स्थिर, आर्द्रताशोषी नसलेला घन पदार्थ आहे, आणि NIST त्याच्या एका श्रेणीला आम्लमितीय प्राथमिक मानक (SRM 84L) म्हणून प्रमाणित करते. त्याच्या मोठ्या मोलर वस्तुमानामुळे सामान्य नमुन्याचे वजन सुमारे अर्धा ग्रॅम असते, म्हणून वजनातील सापेक्ष त्रुटी लहान असते.

सोडवलेले उदाहरण 1. KHP च्या 0.5106 g नमुन्याला फिनॉल्फ्थॅलिन अंत्यबिंदू गाठण्यासाठी 24.68 mL NaOH द्रावण लागते. अभिक्रिया 1:1 आहे: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). IUPAC प्रमाणित अणुभार (K 39.098, C 12.011, H 1.008, O 15.999) वापरून M(KHP) = 204.22 g/mol. n(KHP) = 0.5106 g ÷ 204.22 g/mol = 2.500 × 10⁻³ mol, जे n(NaOH) इतके आहे. c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, चार सार्थ अंकांपर्यंत नोंदवले कारण वस्तुमान आणि आकारमान या प्रत्येकात चार आहेत.

द्विप्रोटिक आम्ले मोल गुणोत्तर बदलतात

सल्फ्युरिक आम्ल प्रति रेणू दोन प्रोटॉन हायड्रॉक्साइडला देते: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). म्हणून आम्लाचा प्रत्येक मोल आम्लारीचे दोन मोल वापरतो, आणि मोल गुणोत्तर या समीकरणावरूनच घेतले पाहिजे, अनुमापने 1:1 मानण्याच्या सवयीवरून नव्हे.

सोडवलेले उदाहरण 2. सल्फ्युरिक आम्लाच्या 25.00 mL नमुन्याचे उदाहरण 1 मधील 0.1013 mol/L NaOH ने अनुमापन केले जाते, आणि अंत्यबिंदू 18.45 mL वर येतो. 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. चुकून 1:1 गुणोत्तर वापरल्यास 0.07476 mol/L मिळेल, खऱ्या मूल्याच्या नेमके दुप्पट.

दुर्बल बहुप्रोटिक आम्लांना अधिक काळजी लागते. फॉस्फोरिक आम्लामध्ये प्रोटॉन स्पष्टपणे वेगवेगळ्या टप्प्यांत निघतात, म्हणून गुणोत्तर तुमचा दर्शक कोणता समतुल्यता बिंदू ओळखतो यावर अवलंबून असते. मोल गुणोत्तर निवडण्यापूर्वी तो अंत्यबिंदू नमूद करा.

रेडॉक्स अनुमापने: परमँगनेट आणि आयर्न(II)

अनुमापने आम्ले आणि आम्लारींपुरती मर्यादित नाहीत. आम्लीय द्रावणात परमँगनेट आयर्न(II) चे ऑक्सिडीकरण करते: MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). मँगनीज +7 वरून +2 वर जाते, म्हणजे पाच इलेक्ट्रॉन मिळवते, तर प्रत्येक लोह अणू एक गमावतो, म्हणून एक परमँगनेट आयन पाच आयर्न(II) आयनांशी अभिक्रिया करतो.

परमँगनेट स्वतःच दर्शक म्हणून काम करते. MnO₄⁻ आयन गडद जांभळा असतो आणि Mn²⁺ जवळजवळ रंगहीन असतो, म्हणून जास्तीचा पहिलाच थेंब फ्लास्कला टिकणारा फिकट गुलाबी रंग देतो. पोटॅशियम परमँगनेट प्राथमिक मानक नाही, आणि त्याची द्रावणे हळूहळू विघटित होतात, म्हणून वापरण्यापूर्वी त्यांचे प्रमाणीकरण केले जाते, सहसा सोडियम ऑक्झालेटविरुद्ध.

सोडवलेले उदाहरण 3. लोह खनिजाचा 1.2084 g नमुना विरघळवला जातो आणि त्यातील सर्व लोहाचे Fe²⁺ मध्ये क्षपण केले जाते. अनुमापनाला 0.02150 mol/L KMnO₄ चे 26.34 mL लागतात. 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 वापरून लोहाचे वस्तुमान 0.1581 g आहे, आणि खनिज 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = वस्तुमानानुसार 13.09 टक्के लोह आहे.

मंद अभिक्रिया करणाऱ्या घन पदार्थांसाठी पश्च अनुमापने

काही नमुने थेट अनुमापनासाठी पुरेशा वेगाने विरघळत नाहीत किंवा अभिक्रिया करत नाहीत. आम्लतारोधक गोळीतील कॅल्शियम कार्बोनेट हे याचे उदाहरण आहे: ते आम्लाशी अभिक्रिया करते, पण ते घन आहे आणि अभिक्रियेत कार्बन डायऑक्साइड मुक्त होतो, ज्यामुळे स्पष्ट अंत्यबिंदू दिसणे कठीण होते. पश्च अनुमापनात तुम्ही एका अभिकर्मकाचे मोजलेले अतिरिक्त प्रमाण घालता, अभिक्रिया पूर्ण होऊ देता, आणि मग जे काही उरले आहे त्याचे अनुमापन करता.

सोडवलेले उदाहरण 4. कुटलेल्या आम्लतारोधक गोळीच्या 0.5000 g भागावर 0.2000 mol/L HCl चे 50.00 mL घातले जातात, जे त्यातील सर्व CaCO₃ शी अभिक्रिया करण्यासाठी पुरेशापेक्षा जास्त आहे: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). CO₂ घालवण्यासाठी द्रावण उकळल्यानंतर उरलेल्या आम्लाला 0.1000 mol/L NaOH चे 21.38 mL लागतात. घातलेले HCl: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. उरलेले HCl, वापरलेल्या NaOH इतके: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. गोळीने वापरलेले HCl: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

कार्बोनेट आम्लाशी 1:2 प्रमाणात अभिक्रिया करते, म्हणून n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. M(CaCO₃) = 100.09 g/mol सह वस्तुमान 0.3935 g आहे (पूर्णांकनापूर्वी 0.39345 g), जे 0.5000 g भागाच्या 78.69 टक्के आहे. वजाबाकी ही सर्वात जास्त वेळा वगळली जाणारी पायरी आहे. तिच्याशिवाय तुम्ही गोळीने वापरलेले आम्ल नव्हे, तर फ्लास्कमध्ये उरलेले आम्ल काढत असाल.

दर्शकाची निवड आणि ब्युरेट तंत्र

दर्शकाचा रंग साधारण त्याच्या pKa ± 1 च्या कक्षेत बदलतो, म्हणून ज्याची कक्षा अनुमापन वक्राच्या तीव्र भागावर येते असा दर्शक निवडा. सुमारे 0.1 mol/L वर प्रबल आम्ल आणि प्रबल आम्लारीसाठी समतुल्यता बिंदू pH 7.00 वर असतो आणि एक-दोन थेंबांत pH अनेक एककांनी उडी मारतो, म्हणून अनेक सामान्य दर्शक स्पष्ट अंत्यबिंदू देतात, त्यांपैकी फिनॉल्फ्थॅलिन एक. दुर्बल आम्ल आणि प्रबल आम्लारीसाठी समतुल्यता बिंदू आम्लारीय असतो: 0.100 mol/L NaOH ने अनुमापित केलेल्या 0.100 mol/L ॲसिटिक आम्लासाठी OpenStax pH 8.72 काढते. सुमारे pH 8.3 च्या वर गुलाबी होणारे फिनॉल्फ्थॅलिन त्या प्रकरणासाठी योग्य आहे. मिथिल ऑरेंज (OpenStax मध्ये Ka = 4.0 × 10⁻⁴, म्हणून pKa ≈ 3.4) खूपच लवकर रंग बदलेल.

50 mL ब्युरेट 0.01 mL पर्यंत वाचला जातो, आणि सोडलेले प्रत्येक आकारमान दोन वाचनांमधील फरक असते. सुमारे ±0.02 mL ची अनिश्चितता 25 mL सोडल्यास 0.08 टक्के असते पण 5 mL सोडल्यास 0.4 टक्के असते. म्हणूनच पद्धती अशा आखल्या जातात की अनुमापकाचे आकारमान ब्युरेटच्या कक्षेच्या मध्यभागी येईल.

• ब्युरेट भरण्यापूर्वी तो काही मिलिलिटर अनुमापकाने विसळा, जेणेकरून उरलेले पाणी त्याला विरल करणार नाही.
• पहिल्या वाचनापूर्वी टोकातील हवेचा बुडबुडा काढून टाका.
• डोळ्यांच्या पातळीवरून मेनिस्कसचा तळ वाचा, आणि फक्त फरक नव्हे तर दोन्ही वाचने नोंदवा.
• आधी एक ढोबळ अनुमापन करा, मग दोन काळजीपूर्वक केलेली अनुमापने जवळून जुळेपर्यंत पुनरावृत्ती करा.

अनुमापनाच्या अंकगणितातील चुका आणि त्यांच्या तपासण्या

बहुतेक चुकीची उत्तरे रसायनशास्त्रातून नव्हे तर मोल गुणोत्तरातून किंवा एककांतून येतात. गणना करण्यापूर्वी संतुलित समीकरण लिहा आणि अनुमापक व विश्लेष्य यांच्या गुणांकांभोवती वर्तुळ काढा.

• अनुमापनासाठी C₁V₁ = C₂V₂ वापरणे. तो शॉर्टकट विरलनासाठी आहे आणि 1:1 गुणोत्तर गृहीत धरतो, जे H₂SO₄, Ba(OH)₂ आणि MnO₄⁻/Fe²⁺ साठी चुकते.
• संहती mol/L मध्ये असताना आकारमाने मिलिलिटरमध्येच ठेवणे. लिटरमध्ये रूपांतर करा, किंवा सातत्याने मिलिमोल वापरा.
• पश्च अनुमापनातील वजाबाकी विसरणे.
• चुकीच्या स्पीशीजचे सूत्र वस्तुमान वापरणे, जसे प्रमाणीकरणात KHP ऐवजी NaOH.
• ब्युरेट आणि तराजू जितक्यांना आधार देतात त्यापेक्षा अधिक सार्थ अंक नोंदवणे. काळजीपूर्वक केलेल्या आकारमानमितीय कामासाठी चार हे नेहमीचे आहे.
• प्रत्येक समतुल्यता बिंदूवर द्रावण उदासीन असते असे गृहीत धरणे. ते फक्त प्रबल आम्ल आणि प्रबल आम्लारीसाठी खरे आहे.