amikor egy savat bázissal titrálnak, az oldat pH-értéke általában hirtelen megváltozik az egyenértékűségi ponton (ahol a hozzáadott titráns mennyisége megegyezik az eredetileg jelen lévő sav mennyiségével). Ha néhány csepp indikátoroldatot adtak hozzá, akkor a pH hirtelen növekedése hirtelen színváltozást okoz, amelyet az indikátor végpontjának neveznek., A pH ugrásának tényleges nagysága, valamint az általa lefedett pH-tartomány mind a sav, mind az érintett bázis erősségétől függ, így az indikátor kiválasztása az egyik titrálástól a másikig változhat. Ha meg szeretné tudni, hogyan kell kiválasztani a megfelelő mutatót, részletesen meg kell vizsgálnunk a pH változását a titrálás során.
referenciaként, amint elolvassa ezt a szakaszt, a cm3 megegyezik az mL-rel.
először fontolóra kell vennünk egy erős sav, például HCl titrálását erős bázissal, például NaOH-val. Tegyük fel, hogy 25,00 cm3 (mL) 0-t helyezünk.,10 M HCl oldatot egy lombikba, és adjunk hozzá 0,10 M NaOH-t egy buret-ből. A lombikban lévő oldat pH-értéke NaOH-val változik, amint az az 1a. ábrán látható. a titrálás kezdetén a pH meglehetősen lassan változik, és a pH szinte minden növekedése a végpont közvetlen közelében történik.
a titrálás során bekövetkező pH-változást a protontranszfer reakció okozza
\
, amely hidroxidionok hozzáadásával történik a buretből., Bár a hidroniumionokat hidroxidionok fogyasztják a titrálás korai szakaszában, a hidronium-ion koncentráció 10-1 vagy 10-2 mol L–1 közelében marad. Ennek eredményeként a pH az 1-2 tartományban marad. Példaként ezt a viselkedést nézzük meg a helyzetet félúton a végpont, azaz, ha pontosan 12,50 cm3 0,10 M NaOH adunk 25,00 cm3 (mL) 0,10 M HCl a lombikba. A hidrónium-ion mennyisége ezen a ponton az eredeti 2,5 mmolról a felére csökkent, 1,25 mmol., Ugyanakkor az oldat térfogata 25 cm3-ről (25 + 12, 50) cm3 = 37, 50 cm3-re nőtt. Ezért a hidrónium-ion koncentráció 1,25 mmol / 37,50 cm3 = 0,0333 mol L–1, a kapott pH 1,48. Bár a titrálás félig befejeződött, ez nem különbözik az 1, 00 kezdeti pH-értékétől.
a lombikban lévő oldat pH-ja csak akkor változik drasztikusan, ha elérjük a titrálás ezen pontját, amikor a hidroniumionoknak csak egy perc töredéke marad fogyasztatlan, azaz ahogy közeledünk a végponthoz, látható a grafikonon., Csak akkor csökkentjük a hidrónium-ion koncentrációt több 10-es erővel, következésképpen több egységgel növeljük a pH-t. Amikor 24,95 cm3 bázist adtak hozzá, csak 0,05 cm3 (körülbelül egy csepp) vagyunk a végponttól. Ezen a ponton 24,95 cm3 × 0,10 mmol cm–3 = 2,495 mmol hidroxidionokat adtak hozzá. Ezek 2,495 mmol hidroniumionokat fogyasztanak, így (2,5 – 2,495) mmol = 0,005 mmol hidroniumionok 49,95 cm térfogatban3. A hidrónium-ion koncentráció most a következő lesz:
\= \ FRAC{\text {0, 005 mmol}} {\text{49, 95 cm}^{3}} = \ text{1.,00 } \ times \ text{ 10}^{-4} \ text{ mol L}^{-1}\]
így a pH 4,00. Mivel szinte az összes hidrónium-iont elfogyasztották, csak egy kis frakció (egy ötszáz) marad meg, és az oldat térfogata majdnem megduplázódott. Ez 10-3-as faktorral csökkenti a hidrónium-ion koncentrációt, a pH pedig három egységgel emelkedik az eredeti 1,00-as értéktől.
amikor pontosan 25,00 cm3 bázist adtunk hozzá, elértük az elméleti egyenértékűségi pontot, és a lombik 2,5 mmol nátrium-és kloridionokat tartalmaz 50 cm3 oldatban; azaz az oldat 0,05 M NaCl., Továbbá a pH pontosan 7,00 lesz, amint az a grafikonon látható, mivel sem a nátrium-ion, sem a klorid-ion nem mutat észrevehető sav-bázis tulajdonságokat.
közvetlenül ezen egyenértékűségi pont után a további NaOH hozzáadása a lombikhoz a hidroxidionok koncentrációjának hirtelen növekedését eredményezi, mivel ma már gyakorlatilag nincs hidroniumion, amely fogyasztaná őket. Így még egy csepp (0,05 cm3) bázis adunk az egyenértékűségi pont oldatot ad 0,005 mmol hidroxid ionok és termel egy hidroxid-ion koncentrációja 0,005 mmol / 50,05 cm3 = 1,00 × 10-4 mol L–1., A kapott pOH = 4,00, a pH = 10,00. Mindössze két csepp bázis hozzáadása 4,00-7,00-10,00 pH-ugrást eredményez. Ez a gyors emelkedés miatt a mutató színe megváltozik, így a végpont megegyezik az egyenértékűségi ponttal, ha a mutatót megfelelően választják.
egy erős bázis erős savval történő titrálása lényegében ugyanúgy kezelhető, mint az imént leírt erős sav-erős bázis helyzet.,
Megjegyzés:
ebben az esetben, mivel az oldatok egytizede koncentráltak, mint a HCL NaOH-val történő titrálásakor, a szövegben a pH (9-5) ugrás a végpontnál kisebb.
az ilyen mutatók széles választéka nem lehetséges gyenge savakat vagy bázisokat tartalmazó titrálásoknál. Amikor 25.,A 0,10 M CH3COOH 0,10 m NaOH-val titrált 0,10 cm3, például az egyenértékűségi ponton nagyon kisebb a pH-érték változása, amint azt az 1b ábra mutatja, és a mutatók kiválasztása ennek megfelelően szűkült. A pH viselkedése ebben az esetben nagyon különbözik a HCL NaOH-val történő titrálásától, mivel a sav-bázis reakció más.,
Ha CH3COOH van beállítani a NaOH, az OH– ionok fogyasztanak CH3COOH molekulák a következő egyenlet szerint:
\
ennek eredményeként, a megoldás a titrálás lombik hamarosan lesz egy puffer keverék jelentős koncentrációban a CH3COO– ion, valamint a konjugált sav. Ezután a pH-t és a pH-t a sav és a konjugált bázis arányával szabályozzuk (a pufferoldatokról szóló szakasz 2. és 3. egyenlete)., Amikor félúton vagyunk a végpont, lesz például lényegében ugyanaz, mint , valamint amíg a pH-t kap, amelyet a Henderson-Hasselbalch egyenlet, mint a
\}{}\\\text{ }\kb \text{ p}K_{a}=\text{4.74}\end{align}\]
Összehasonlítva ezt a pH-1.78 fent kiszámított a rehabilitációs szakaszban a titrálása HCl, találunk egy különbség nagyjából három pH egység. A CH3COOH/ CH3COO– konjugált pár pufferelési hatásának hatása tehát az, hogy a pH-t körülbelül három egységgel magasabbra tartsa, mint korábban, ezért a végpontnál a pH-jumpot körülbelül ezzel az összeggel vágja le.,
pontosan az egyenértékűségi ponton már nem pufferkeverékkel, hanem 0, 05 M-es nátrium-acetát oldattal rendelkezünk. Ez a megoldás kissé alapszintű, 8,72 pH-ja a gyenge bázisoldatok pH-ját lefedő szakasz 4. egyenletéből számítható ki. Ezen egyenértékűségi ponton túl a történet nagyjából ugyanaz, mint az erős sav esetében. Még egy csepp (0, 05cm3) felesleges bázis hozzáadása növeli az OH-koncentrációt 10-4 mol L–1-re, a pH pedig 10-re. A HCl titrálásakor felhasználható három mutató közül csak egy hasznos az ecetsav esetében., Ez a fenolftalein, amely megváltoztatja a színét a rózsaszínes árnyalatra, amint az alább látható, amikor a pH-tartományban 8,3-10,0.
a gyenge bázis erős savval történő titrálása pufferoldatot is tartalmaz, következésképpen óvatosabb indikátorválasztást igényel.,
az erős és gyenge bázisok erős savval történő titrálása során a pH-variációt a \(\PageIndex{2}\) ábra mutatja. 0,010 M NH3 0,010 M HCl titrálás esetén a metil-vörös, de nem fenolftalein megfelelő mutató lenne. Általában az adott titrálás legjobb mutatója az, amelynek PKA-ja majdnem megegyezik az elméleti végponton számított pH-val.
Vélemény, hozzászólás?