Hesabu za Titrasheni: Kutoka Ujazo wa Bureti hadi Kiasi cha Kichanganuliwa

Namba tatu ambazo kila hesabu ya titrasheni inahitaji

Katika titrasheni, myeyusho wenye mkusanyiko unaojulikana (kititrishi) huongezwa kutoka kwenye bureti kwa dutu inayopimwa (kichanganuliwa) hadi athari kati yake ikamilike. Kila hesabu hutumia vipande vitatu vya taarifa: mkusanyiko wa kititrishi, ujazo wa kititrishi uliotolewa, na uwiano wa mole kutoka kwa mlinganyo uliosawazishwa.

Njia daima ni ile ile. Badilisha ujazo wa kititrishi kuwa lita na uzidishe kwa mkusanyiko wake kupata mole za kititrishi, n = c × V. Tumia uwiano wa mole kubadilisha kuwa mole za kichanganuliwa. Kisha badilisha kuwa chochote swali linachouliza: mkusanyiko, uzito, au asilimia ya sampuli.

Nukta ya ulinganifu ni nukta ambapo kititrishi kilichoongezwa kinalingana hasa na kichanganuliwa katika uwiano wa kistoikiometri. Nukta ya mwisho ni kile unachoona kwa kweli, kama kiashiria kubadilika rangi. Mbinu nzuri hufanya hizo mbili karibu kuwiana, na tofauti ndogo kati yake huitwa kosa la titrasheni.

Kusanifisha hidroksidi ya sodiamu kwa haidrojeni ftalati ya potasiamu

Huwezi kutengeneza myeyusho sahihi wa hidroksidi ya sodiamu kwa kupima kigumu. Vidonge vya NaOH hufyonza maji na dioksidi ya kaboni kutoka hewani, kwa hivyo uzito wake si wote NaOH. Badala yake, myeyusho ulioandaliwa kwa makadirio husanifishwa: hutitrishwa dhidi ya kiwango cha msingi, dutu safi na thabiti kiasi cha kutosha kupimwa moja kwa moja.

Haidrojeni ftalati ya potasiamu, KHC₈H₄O₄ (mara nyingi huitwa KHP), ni chaguo la kawaida. Ni kigumu thabiti kisichofyonza unyevu chenye hidrojeni moja ya asidi, na NIST inathibitisha daraja lake moja kama kiwango cha msingi cha upimaji wa asidi (SRM 84L). Uzito wake mkubwa wa molari pia unamaanisha kwamba sampuli ya kawaida ina uzito wa takriban nusu gramu, kwa hivyo kosa linganishi la upimaji ni dogo.

Mfano uliotatuliwa 1. Sampuli ya 0.5106 g ya KHP inahitaji 24.68 mL ya myeyusho wa NaOH kufikia nukta ya mwisho ya fenolftaleini. Athari ni 1:1: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). Kwa kutumia uzito sanifu wa atomi wa IUPAC (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, ambayo ni sawa na n(NaOH). c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, huripotiwa kwa tarakimu nne muhimu kwa sababu uzito na ujazo kila kimoja kina nne.

Asidi za protoni mbili hubadilisha uwiano wa mole

Asidi ya salfuriki hutoa protoni mbili kwa kila molekuli kwa hidroksidi: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). Kwa hivyo kila mole ya asidi hutumia mole mbili za besi, na uwiano wa mole lazima utoke kwa mlinganyo huu, si kwa mazoea ya kuchukulia titrasheni kuwa 1:1.

Mfano uliotatuliwa 2. Sampuli ya 25.00 mL ya asidi ya salfuriki inatitrishwa kwa NaOH ya 0.1013 mol/L kutoka mfano 1, na nukta ya mwisho inafikiwa katika 18.45 mL. 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. Kutumia uwiano wa 1:1 kimakosa kungetoa 0.07476 mol/L, mara mbili hasa ya thamani halisi.

Asidi dhaifu zaidi zenye protoni nyingi zinahitaji uangalifu zaidi. Kwa asidi ya fosforiki, protoni hutoka katika hatua zilizotengana wazi, kwa hivyo uwiano hutegemea ni nukta ipi ya ulinganifu ambayo kiashiria chako kinagundua. Taja nukta hiyo ya mwisho kabla ya kuchagua uwiano wa mole.

Titrasheni za redoksi: pamanganeti na chuma(II)

Titrasheni hazihusu asidi na besi pekee. Katika myeyusho wa asidi, pamanganeti huoksidisha chuma(II): MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). Manganisi hutoka +7 hadi +2, ikipata elektroni tano, wakati kila chuma hupoteza moja, kwa hivyo ioni moja ya pamanganeti huitikia na ioni tano za chuma(II).

Pamanganeti hufanya kazi kama kiashiria chake chenyewe. Ioni ya MnO₄⁻ ina rangi ya zambarau iliyokolea na Mn²⁺ karibu haina rangi, kwa hivyo tone la kwanza la ziada hugeuza chupa kuwa na rangi ya waridi hafifu inayodumu. Pamanganeti ya potasiamu si kiwango cha msingi, na miyeyusho yake huoza polepole, kwa hivyo husanifishwa kabla ya matumizi, kwa kawaida dhidi ya oksalati ya sodiamu.

Mfano uliotatuliwa 3. Sampuli ya madini ya chuma ya 1.2084 g inayeyushwa na chuma chake chote kinapunguzwa kuwa Fe²⁺. Titrasheni inahitaji 26.34 mL ya KMnO₄ ya 0.02150 mol/L. 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. Kwa kutumia Fe 55.845 g/mol, uzito wa chuma ni 0.1581 g, na madini ni 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = asilimia 13.09 ya chuma kwa uzito.

Titrasheni za kurudi nyuma kwa vigumu vinavyoitikia polepole

Baadhi ya sampuli haziyeyuki wala kuitikia haraka vya kutosha kwa titrasheni ya moja kwa moja. Kabonati ya kalsiamu katika kidonge cha kupunguza asidi tumboni ni mfano: huitikia na asidi, lakini ni kigumu na athari hutoa dioksidi ya kaboni, jambo linalofanya nukta ya mwisho iliyo wazi kuwa ngumu kuona. Katika titrasheni ya kurudi nyuma unaongeza ziada iliyopimwa ya kiitikio kimoja, unaacha athari ikamilike, kisha unatitrisha chochote kilichobaki.

Mfano uliotatuliwa 4. Sehemu ya 0.5000 g ya kidonge kilichosagwa cha kupunguza asidi inashughulikiwa kwa 50.00 mL ya HCl ya 0.2000 mol/L, zaidi ya kutosha kuitikia na CaCO₃ yake yote: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). Baada ya myeyusho kuchemshwa ili kuondoa CO₂, asidi iliyobaki inahitaji 21.38 mL ya NaOH ya 0.1000 mol/L. HCl iliyoongezwa: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. HCl iliyobaki, sawa na NaOH iliyotumika: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. HCl iliyotumiwa na kidonge: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

Kabonati huitikia na asidi kwa 1:2, kwa hivyo n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. Kwa M(CaCO₃) = 100.09 g/mol, uzito ni 0.3935 g (0.39345 g kabla ya kuzungusha), ambayo ni asilimia 78.69 ya sehemu ya 0.5000 g. Kutoa ndiyo hatua inayorukwa mara nyingi zaidi. Bila hiyo, ungekuwa unakokotoa asidi iliyobaki kwenye chupa, si asidi ambayo kidonge kilitumia.

Uchaguzi wa kiashiria na mbinu ya bureti

Kiashiria hubadilika rangi katika safu ya takriban pKa yake ± 1, kwa hivyo chagua kile ambacho safu yake inaangukia sehemu ya mwinuko mkali ya mkunjo wa titrasheni. Kwa asidi kali na besi kali katika takriban 0.1 mol/L, nukta ya ulinganifu iko katika pH 7.00 na pH huruka vizio kadhaa ndani ya tone moja au mawili, kwa hivyo viashiria kadhaa vya kawaida hutoa nukta ya mwisho iliyo wazi, fenolftaleini ikiwa mojawapo. Kwa asidi dhaifu na besi kali, nukta ya ulinganifu ni ya besi: OpenStax inakokotoa pH 8.72 kwa asidi ya asetiki ya 0.100 mol/L iliyotitrishwa kwa NaOH ya 0.100 mol/L. Fenolftaleini, inayogeuka waridi juu ya takriban pH 8.3, inafaa kisa hicho. Methili oranji (Ka = 4.0 × 10⁻⁴ katika OpenStax, kwa hivyo pKa ≈ 3.4) ingebadilika rangi mapema mno.

Bureti ya 50 mL husomwa hadi 0.01 mL, na kila ujazo uliotolewa ni tofauti ya usomaji mbili. Kutokuwa na uhakika kwa takriban ±0.02 mL ni asilimia 0.08 ya utoaji wa 25 mL lakini asilimia 0.4 ya utoaji wa 5 mL. Ndiyo sababu mbinu hubuniwa ili ujazo wa kititrishi uangukie katikati ya safu ya bureti.

• Suuza bureti kwa mililita chache za kititrishi kabla ya kuijaza, ili maji yaliyobaki yasikipunguze mkusanyiko.
• Ondoa kiputo cha hewa kwenye ncha kabla ya usomaji wa kwanza.
• Soma sehemu ya chini ya meniskasi ukiwa usawa wa macho, na urekodi usomaji wote wawili, si tofauti pekee.
• Fanya titrasheni ya makadirio kwanza, kisha urudie hadi titrasheni mbili makini zikubaliane kwa karibu.

Makosa ya hesabu za titrasheni na ukaguzi wake

Majibu mengi yasiyo sahihi hutokana na uwiano wa mole au vizio, si kemia. Kabla ya kukokotoa, andika mlinganyo uliosawazishwa na uzungushie duara vigawo vya kititrishi na kichanganuliwa.

• Kutumia C₁V₁ = C₂V₂ kwa titrasheni. Njia hiyo ya mkato ni ya kupunguza mkusanyiko na inadhani uwiano wa 1:1, jambo linaloshindwa kwa H₂SO₄, Ba(OH)₂ na MnO₄⁻/Fe²⁺.
• Kuacha ujazo kwa mililita wakati mikusanyiko iko kwa mol/L. Badilisha kuwa lita, au tumia milimole kwa uthabiti.
• Kusahau kutoa katika titrasheni ya kurudi nyuma.
• Kutumia uzito wa fomula wa spishi isiyo sahihi, kama NaOH badala ya KHP katika usanifishaji.
• Kuripoti tarakimu muhimu zaidi kuliko bureti na mizani vinavyoruhusu. Nne ni kawaida kwa kazi makini ya ujazo.
• Kudhani myeyusho hauna upande katika kila nukta ya ulinganifu. Hilo ni kweli kwa asidi kali na besi kali pekee.