టైట్రేషన్ లెక్కలు: బ్యూరెట్ ఘనపరిమాణం నుండి విశ్లేష్య పరిమాణం వరకు

ప్రతి టైట్రేషన్ లెక్కకూ అవసరమైన మూడు సంఖ్యలు

టైట్రేషన్‌లో, తెలిసిన గాఢత గల ద్రావణాన్ని (టైట్రెంట్) బ్యూరెట్ నుండి కొలవబడుతున్న పదార్థానికి (విశ్లేష్యం) వాటి మధ్య చర్య పూర్తయ్యే వరకు కలుపుతారు. ప్రతి లెక్క మూడు సమాచారాలను ఉపయోగిస్తుంది: టైట్రెంట్ గాఢత, అందించిన టైట్రెంట్ ఘనపరిమాణం, సమతుల్య సమీకరణం నుండి మోల్ నిష్పత్తి.

మార్గం ఎల్లప్పుడూ ఒకటే. టైట్రెంట్ మోల్‌లను పొందడానికి టైట్రెంట్ ఘనపరిమాణాన్ని లీటర్లకు మార్చి దాని గాఢతతో గుణించండి, n = c × V. విశ్లేష్య మోల్‌లకు మార్చడానికి మోల్ నిష్పత్తిని ఉపయోగించండి. తర్వాత ప్రశ్న ఏది అడిగితే దానికి మార్చండి: గాఢత, ద్రవ్యరాశి లేదా నమూనాలో శాతం.

తుల్యతా బిందువు అంటే కలిపిన టైట్రెంట్ స్టాయికియోమెట్రిక్ నిష్పత్తిలో విశ్లేష్యానికి ఖచ్చితంగా సరిపోయే బిందువు. అంత్య బిందువు అంటే సూచిక రంగు మారడం వంటి మీరు నిజంగా గమనించేది. మంచి పద్ధతి రెండింటినీ దాదాపు ఏకీభవించేలా చేస్తుంది, వాటి మధ్య చిన్న తేడాను టైట్రేషన్ దోషం అంటారు.

పొటాషియం హైడ్రోజన్ థాలేట్‌తో సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను ప్రమాణీకరించడం

ఘనాన్ని తూచి కచ్చితమైన సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణాన్ని తయారు చేయలేరు. NaOH గుళికలు గాలి నుండి నీటిని, కార్బన్ డైఆక్సైడ్‌ను గ్రహిస్తాయి, కాబట్టి వాటి ద్రవ్యరాశి అంతా NaOH కాదు. బదులుగా, స్థూలంగా తయారుచేసిన ద్రావణాన్ని ప్రమాణీకరిస్తారు: ప్రాథమిక ప్రమాణంతో, అంటే నేరుగా తూచగలిగేంత స్వచ్ఛమైన, స్థిరమైన పదార్థంతో, టైట్రేట్ చేస్తారు.

పొటాషియం హైడ్రోజన్ థాలేట్, KHC₈H₄O₄ (తరచుగా KHP అని పిలుస్తారు), ఒక సాధారణ ఎంపిక. ఇది ఒక ఆమ్ల హైడ్రోజన్ ఉన్న, స్థిరమైన, ఆర్ద్రతను గ్రహించని ఘనం, NIST దానిలో ఒక గ్రేడ్‌ను ఆమ్లమితి ప్రాథమిక ప్రమాణంగా (SRM 84L) ధ్రువీకరిస్తుంది. దాని పెద్ద మోలార్ ద్రవ్యరాశి వల్ల సాధారణ నమూనా సుమారు అర గ్రాము బరువు ఉంటుంది, కాబట్టి సాపేక్ష తూకం దోషం చిన్నది.

సాధన ఉదాహరణ 1. KHP యొక్క 0.5106 g నమూనా ఫినాఫ్తలీన్ అంత్య బిందువును చేరడానికి 24.68 mL NaOH ద్రావణం అవసరం. చర్య 1:1: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). IUPAC ప్రామాణిక పరమాణు భారాలను (K 39.098, C 12.011, H 1.008, O 15.999) ఉపయోగిస్తే, M(KHP) = 204.22 g/mol. n(KHP) = 0.5106 g ÷ 204.22 g/mol = 2.500 × 10⁻³ mol, ఇది n(NaOH) కు సమానం. c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, ద్రవ్యరాశి, ఘనపరిమాణం ఒక్కొక్కదానికి నాలుగు సార్థక అంకెలు ఉన్నందున నాలుగు సార్థక అంకెలకు నివేదించబడింది.

ద్విప్రోటిక్ ఆమ్లాలు మోల్ నిష్పత్తిని మారుస్తాయి

సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం ప్రతి అణువుకు రెండు ప్రోటాన్‌లను హైడ్రాక్సైడ్‌కు ఇస్తుంది: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). కాబట్టి ప్రతి మోల్ ఆమ్లం రెండు మోల్‌ల క్షారాన్ని వినియోగిస్తుంది, మోల్ నిష్పత్తి టైట్రేషన్‌లను 1:1 గా పరిగణించే అలవాటు నుండి కాక ఈ సమీకరణం నుండి రావాలి.

సాధన ఉదాహరణ 2. 25.00 mL సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్ల నమూనాను ఉదాహరణ 1 లోని 0.1013 mol/L NaOH తో టైట్రేట్ చేస్తే, అంత్య బిందువు 18.45 mL వద్ద వస్తుంది. 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. పొరపాటున 1:1 నిష్పత్తిని ఉపయోగిస్తే 0.07476 mol/L వస్తుంది, నిజమైన విలువకు సరిగ్గా రెట్టింపు.

బలహీనమైన బహుప్రోటిక్ ఆమ్లాలకు మరింత జాగ్రత్త అవసరం. ఫాస్ఫారిక్ ఆమ్లంతో, ప్రోటాన్‌లు స్పష్టంగా వేర్వేరు దశలలో విడిపోతాయి, కాబట్టి నిష్పత్తి మీ సూచిక ఏ తుల్యతా బిందువును గుర్తిస్తుందో దానిపై ఆధారపడుతుంది. మోల్ నిష్పత్తిని ఎంచుకునే ముందు ఆ అంత్య బిందువును పేర్కొనండి.

రెడాక్స్ టైట్రేషన్‌లు: పర్మాంగనేట్, ఐరన్(II)

టైట్రేషన్‌లు ఆమ్లాలు, క్షారాలకే పరిమితం కావు. ఆమ్ల ద్రావణంలో, పర్మాంగనేట్ ఐరన్(II) ను ఆక్సీకరిస్తుంది: MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). మాంగనీస్ ఐదు ఎలక్ట్రాన్‌లను పొందుతూ +7 నుండి +2 కు వెళ్తుంది, ప్రతి ఇనుము ఒకటి కోల్పోతుంది, కాబట్టి ఒక పర్మాంగనేట్ అయాన్ ఐదు ఐరన్(II) అయాన్‌లతో చర్య జరుపుతుంది.

పర్మాంగనేట్ తనకు తానే సూచికగా పనిచేస్తుంది. MnO₄⁻ అయాన్ తీవ్రమైన ఊదా రంగులో, Mn²⁺ దాదాపు రంగులేనిదిగా ఉంటుంది, కాబట్టి అదనంగా పడిన మొదటి చుక్క ఫ్లాస్క్‌ను నిలకడైన లేత గులాబీ రంగుకు మారుస్తుంది. పొటాషియం పర్మాంగనేట్ ప్రాథమిక ప్రమాణం కాదు, దాని ద్రావణాలు నెమ్మదిగా వియోగం చెందుతాయి, కాబట్టి వాటిని ఉపయోగించే ముందు, సాధారణంగా సోడియం ఆక్సలేట్‌తో, ప్రమాణీకరిస్తారు.

సాధన ఉదాహరణ 3. 1.2084 g ఇనుప ఖనిజ నమూనాను కరిగించి, దాని ఇనుము మొత్తాన్ని Fe²⁺ గా క్షయకరణం చేస్తారు. టైట్రేషన్‌కు 0.02150 mol/L KMnO₄ 26.34 mL అవసరం. 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 ను ఉపయోగిస్తే, ఇనుము ద్రవ్యరాశి 0.1581 g, ఖనిజం ద్రవ్యరాశి ప్రకారం 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = 13.09 శాతం ఇనుము.

నెమ్మదిగా చర్య జరిపే ఘనాలకు బ్యాక్ టైట్రేషన్‌లు

కొన్ని నమూనాలు ప్రత్యక్ష టైట్రేషన్‌కు సరిపడేంత వేగంగా కరగవు లేదా చర్య జరపవు. ఆమ్లహారిణి మాత్రలోని కాల్షియం కార్బొనేట్ ఒక ఉదాహరణ: అది ఆమ్లంతో చర్య జరుపుతుంది, కానీ అది ఘనం, చర్య కార్బన్ డైఆక్సైడ్‌ను విడుదల చేస్తుంది, ఇది పదునైన అంత్య బిందువును చూడటం కష్టతరం చేస్తుంది. బ్యాక్ టైట్రేషన్‌లో మీరు ఒక కారకాన్ని కొలిచిన అదనపు మొత్తంలో కలిపి, చర్య పూర్తయ్యేలా చేసి, ఆపై మిగిలినదాన్ని టైట్రేట్ చేస్తారు.

సాధన ఉదాహరణ 4. పొడి చేసిన ఆమ్లహారిణి మాత్రలోని 0.5000 g భాగాన్ని 0.2000 mol/L HCl 50.00 mL తో చర్య జరిపిస్తారు, ఇది దానిలోని CaCO₃ అంతటితో చర్య జరపడానికి సరిపడే దానికంటే ఎక్కువ: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). CO₂ ను బయటకు పంపడానికి ద్రావణాన్ని మరిగించిన తర్వాత, మిగిలిన ఆమ్లానికి 0.1000 mol/L NaOH 21.38 mL అవసరం. కలిపిన HCl: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. ఉపయోగించిన NaOH కు సమానమైన, మిగిలిన HCl: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. మాత్ర వినియోగించిన HCl: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

కార్బొనేట్ ఆమ్లంతో 1:2 నిష్పత్తిలో చర్య జరుపుతుంది, కాబట్టి n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. M(CaCO₃) = 100.09 g/mol తో, ద్రవ్యరాశి 0.3935 g (పూర్తి చేయడానికి ముందు 0.39345 g), ఇది 0.5000 g భాగంలో 78.69 శాతం. తీసివేత అనేది తరచుగా దాటవేసే దశ. అది లేకుండా, మీరు మాత్ర ఉపయోగించిన ఆమ్లాన్ని కాక, ఫ్లాస్క్‌లో మిగిలిన ఆమ్లాన్ని లెక్కిస్తారు.

సూచిక ఎంపిక, బ్యూరెట్ పద్ధతి

సూచిక సుమారు దాని pKa ± 1 పరిధిలో రంగు మారుస్తుంది, కాబట్టి టైట్రేషన్ వక్రం నిటారు భాగంపై పరిధి పడే దాన్ని ఎంచుకోండి. సుమారు 0.1 mol/L వద్ద బలమైన ఆమ్లం, బలమైన క్షారానికి, తుల్యతా బిందువు pH 7.00 వద్ద ఉంటుంది, ఒకటి రెండు చుక్కల్లోనే pH అనేక యూనిట్లు దూకుతుంది, కాబట్టి అనేక సాధారణ సూచికలు పదునైన అంత్య బిందువును ఇస్తాయి, వాటిలో ఫినాఫ్తలీన్ ఒకటి. బలహీన ఆమ్లం, బలమైన క్షారానికి, తుల్యతా బిందువు క్షారీయం: 0.100 mol/L NaOH తో టైట్రేట్ చేసిన 0.100 mol/L ఎసిటిక్ ఆమ్లానికి OpenStax pH 8.72 గా లెక్కిస్తుంది. సుమారు pH 8.3 పైన గులాబీ రంగుకు మారే ఫినాఫ్తలీన్ ఆ సందర్భానికి సరిపోతుంది. మిథైల్ ఆరెంజ్ (OpenStax లో Ka = 4.0 × 10⁻⁴, కాబట్టి pKa ≈ 3.4) చాలా ముందుగానే రంగు మారుస్తుంది.

50 mL బ్యూరెట్‌ను 0.01 mL వరకు చదువుతారు, అందించిన ప్రతి ఘనపరిమాణం రెండు రీడింగ్‌ల తేడా. సుమారు ±0.02 mL అనిశ్చితి 25 mL అందజేతలో 0.08 శాతం, కానీ 5 mL అందజేతలో 0.4 శాతం. అందుకే టైట్రెంట్ ఘనపరిమాణం బ్యూరెట్ పరిధి మధ్యలో పడేలా పద్ధతులను రూపొందిస్తారు.

• నింపే ముందు బ్యూరెట్‌ను కొన్ని మిల్లీలీటర్ల టైట్రెంట్‌తో కడగండి, తద్వారా మిగిలిన నీరు దాన్ని విలీనం చేయదు.
• మొదటి రీడింగ్‌కు ముందు కొన నుండి గాలి బుడగను తొలగించండి.
• మెనిస్కస్ అడుగు భాగాన్ని కంటి స్థాయిలో చదవండి, తేడాను మాత్రమే కాక రెండు రీడింగ్‌లనూ నమోదు చేయండి.
• ముందు ఒక స్థూల టైట్రేషన్ చేయండి, తర్వాత రెండు జాగ్రత్తగా చేసిన టైట్రేషన్‌లు దగ్గరగా ఏకీభవించే వరకు పునరావృతం చేయండి.

టైట్రేషన్ అంకగణిత తప్పులు, వాటి తనిఖీలు

చాలా తప్పు సమాధానాలు రసాయనశాస్త్రం నుండి కాక మోల్ నిష్పత్తి లేదా ప్రమాణాల నుండి వస్తాయి. లెక్కించే ముందు, సమతుల్య సమీకరణాన్ని రాసి టైట్రెంట్, విశ్లేష్యాల గుణకాల చుట్టూ వృత్తం గీయండి.

• టైట్రేషన్‌కు C₁V₁ = C₂V₂ ను ఉపయోగించడం. ఆ సంక్షిప్త మార్గం విలనానికి సంబంధించినది, 1:1 నిష్పత్తిని ఊహిస్తుంది, ఇది H₂SO₄, Ba(OH)₂, MnO₄⁻/Fe²⁺ లకు విఫలమవుతుంది.
• గాఢతలు mol/L లో ఉన్నప్పుడు ఘనపరిమాణాలను మిల్లీలీటర్లలోనే వదిలేయడం. లీటర్లకు మార్చండి, లేదా స్థిరంగా మిల్లీమోల్‌లను ఉపయోగించండి.
• బ్యాక్ టైట్రేషన్‌లో తీసివేతను మర్చిపోవడం.
• ప్రమాణీకరణలో KHP కు బదులు NaOH వంటి తప్పు జాతి సూత్ర ద్రవ్యరాశిని ఉపయోగించడం.
• బ్యూరెట్, త్రాసు సమర్థించే దానికంటే ఎక్కువ సార్థక అంకెలను నివేదించడం. జాగ్రత్తైన ఘనపరిమాణ పనికి నాలుగు సాధారణం.
• ప్రతి తుల్యతా బిందువు వద్ద ద్రావణం తటస్థమని భావించడం. అది బలమైన ఆమ్లం, బలమైన క్షారానికి మాత్రమే వర్తిస్తుంది.