Když kyseliny se titruje základnu, tam je obvykle náhlé změny v pH roztoku v bod ekvivalence (kde množství titrantu přidáno rovná množství kyseliny původně přítomen). Pokud bylo přidáno několik kapek indikátorového roztoku, toto prudké zvýšení pH způsobuje náhlou změnu barvy, která se nazývá koncový bod indikátoru., Skutečná velikost skoku v pH a pH rozsah, který pokrývá závisí na síle kyseliny a báze zapojen, a tak volba indikátoru se může lišit od jedné titraci do druhého. Chcete-li se dozvědět, jak vybrat vhodný indikátor, musíme podrobně studovat změnu pH během titrace.
pro informaci jak čtete tento oddíl, cm3 odpovídá ml.
Nejprve jsme se zvážit titraci silné kyseliny, jako je HCl s silnou základnu jako NaOH. Předpokládejme, že umístíme 25,00 cm3 (mL) 0.,10 m roztoku HCl v baňce a přidá se 0,10 M NaOH z buret. PH roztoku v baňce se liší s přídavkem NaOH, jak je znázorněno na Obrázku 1a. PH se mění docela pomalu, na začátku titrace, a téměř všechny zvýšení pH se odehrává v bezprostřední blízkosti koncového bodu.
změna pH během titrace je způsobena proton-transfer reakce
\
, která se vyskytuje jako hydroxidu ionty jsou přidány z buret., Když ionty vodíku jsou spotřebovaného hydroxidu ionty v raných fázích titrace, vodíku-iontové koncentrace zůstává v blízkosti 10-1 nebo 10-2 mol L–1. Výsledkem je, že pH zůstává v rozmezí 1 až 2. Jako příklad tohoto chování uvažujme situaci, na půli cesty do koncového bodu, tj., kdy přesně 12.50 cm3 0,10 M NaOH byly přidány do 25.00 cm3 (mL) 0,10 M HCl do baňky. Množství hydroniového iontu bylo v tomto bodě sníženo z původních 2,5 mmol na polovinu této hodnoty, 1,25 mmol., Současně se objem roztoku zvýšil z 25 cm3 na (25 + 12,50) cm3 = 37,50 cm3. Proto vodíku-iontové koncentrace je 1.25 mmol/37.50 cm3 = 0.0333 mol L–1, a výsledné pH je 1.48. Ačkoli titrace je napůl dokončena, to se příliš neliší od počátečního pH 1,00.
pH roztoku v baňce se pouze výrazně mění, když se dostaneme do tohoto bodu titrace, kdy jen zlomek vodíku ionty zůstávají nespotřebované, tj., jak jsme přístup do koncového bodu, je vidět na grafu., Teprve potom budeme mít sníženou vodíku-iontové koncentrace o několik pravomoci 10, a v důsledku toho zvýšení pH o několik jednotek. Když bylo přidáno 24.95 cm3 základny, jsme jen 0.05 cm3 (přibližně jedna kapka) krátká koncového bodu. V tomto bodě bylo přidáno 24,95 cm3 × 0,10 mmol cm–3 = 2,495 mmol hydroxidových iontů. Ty budou mít spotřebované 2.495 mmol vodíku ionty, takže (2.5 – 2.495) mmol = 0.005 mmol vodíku iontů v objemu 49.95 cm3. Koncentrace hydronium-iontů bude nyní:
\= \ frac {\text{0.005 mmol}} {\text{49.95 cm}^{3}= \ Text{1.,00 } \ times \ text{ 10}^{-4} \ text{ mol L}^{-1}\]
udávající pH 4,00. Protože byly spotřebovány téměř všechny ionty hydronia, zůstává pouze malá frakce (jedna pět setina) a objem roztoku se téměř zdvojnásobil. To snižuje vodíku-iontové koncentrace faktorem 10-3, a pH se zvyšuje o tři jednotky z původní hodnoty 1,00.
Když přesně 25.00 cm3 báze byly přidány, jsme dosáhli teoretické rovnocennosti bod, a baňky bude obsahovat 2,5 mmol obou sodíku a chloridových iontů v 50 cm3 roztoku, tj. roztoku je 0,05 M NaCl., Navíc jeho pH bude přesně 7.00, jak je vidět na grafu, protože ani sodný ion, ani chloridových iontů vykazuje některé výrazné acidobazické vlastnosti.
Okamžitě po tomto rovnovážný bod přidáním další NaOH do baňky za následek náhlé zvýšení koncentrace hydroxidových iontů, protože tam jsou nyní prakticky žádné ionty vodíku vlevo je konzumovat. Takže i jedna kapka (0,05 cm3) báze přidaná do roztoku ekvivalenčního bodu přidává 0,005 mmol hydroxidových iontů a vytváří koncentraci hydroxid-iontů 0,005 mmol/50,05 cm3 = 1,00 × 10-4 mol L–1., Výsledný pOH = 4,00 a pH = 10,00. Přidání pouhých dvou kapek základny má za následek skok pH ze 4, 00 na 7, 00 na 10, 00. Tento rychlý vzestup způsobí, že indikátor změní barvu, takže koncový bod odpovídá bodu ekvivalence, pokud je indikátor správně zvolen.
titrace silné báze se silnou kyselinou může být řešena v podstatě stejným způsobem jako silná kyselinovzdorná základní situace, kterou jsme právě popsali.,
Poznámka:
V tomto případě, protože řešení bylo jednu desetinu tak koncentrované jako v titraci HCl s NaOH pracoval v textu, skok na pH (z 9 na 5) na koncový bod je menší.
široký výběr takových indikátorů není možný pro titrace zahrnující slabé kyseliny nebo báze. Když 25.,00 cm3 0,10 M CH3COOH je titrován 0,10 M NaOH, například dochází k mnohem menší změně pH v bodě ekvivalence, jak je znázorněno na obrázku 1b, a výběr indikátorů je odpovídajícím způsobem zúžen. Chování pH je v tomto případě velmi odlišné od chování titrace HCl s NaOH, protože acidobazická reakce je odlišná.,
Když CH3COOH je titrováno s NaOH, OH– iontů konzumovat CH3COOH molekuly podle rovnice:
\
výsledkem je, že roztok v titrační baňce se brzy stane vyrovnávací směs s výrazné koncentrace CH3COO– iontů, stejně jako její konjugované kyseliny. A pH jsou pak řízeny poměrem kyseliny ke konjugované bázi (rovnice 2 a 3 v sekci o pufrových roztocích)., Když jsme v půli cesty do koncového bodu, například, bude v podstatě stejné jako a,
zatímco pH bude mít Henderson-Hasselbalch rovnice
\}{}\\\text{ }\approx \text{ p}a K_{a}=\text{4.74}\end{align}\]
Porovnáním tohoto pH 1,78 výše vypočtené na půli cesty v titraci HCl, najdeme rozdíl zhruba tři jednotky pH. Účinek tlumivé působení CH3COOH/ CH3COO– konjugovaný pár je tak k udržení pH přibližně tři jednotky vyšší než dříve, a tím snížit skok v pH koncového bodu přibližně o tuto částku.,
přesně v bodě ekvivalence již nemáme pufrovou směs, ale 0,05-m roztok octanu sodného. Toto řešení je mírně základní a jeho pH 8,72 lze vypočítat z rovnice 4 na úseku pokrývající pH slabých základních roztoků. Kromě tohoto bodu ekvivalence je příběh mnohem stejný jako v případě silných kyselin. Přidání i kapky (0, 05cm3) přebytečné báze zvyšuje koncentraci OH na 10-4 mol L– 1 a pH na 10. Ze tří indikátorů, které by mohly být použity při titraci HCl, je pro kyselinu octovou užitečný pouze jeden., Jedná se o fenolftalein, který mění barvu na narůžovělý odstín, jak je vidět níže, když je v rozmezí pH 8,3 až 10,0.
titraci slabé základnu se silnou kyselinou zahrnuje také pufr, a proto vyžaduje pečlivější výběr indikátoru.,
změna pH během titrací silných a slabých bází se silnou kyselinou je znázorněna na obrázku \(\PageIndex{2}\). V případě titrace 0.010 M NH3 s 0.010 M HCl, methyl red, ale není fenolftalein, by byl vhodným ukazatelem. Obecně je nejlepším ukazatelem pro danou titraci ten, jehož pKa nejvíce odpovídá pH vypočtenému v teoretickém koncovém bodě.
Napsat komentář