JAKI JEST PUNKT RÓWNOWAŻNOŚCI I DO CZEGO SŁUŻY? - CHEMIA - 2024

Punkt równoważności to punkt , w którym dwie substancje chemiczne całkowicie przereagowały. W reakcjach kwasowo-zasadowych ten punkt wskazuje, kiedy cały kwas lub zasada została zneutralizowana. Koncepcja ta jest chlebem powszednim w miareczkowaniu wolumetrycznym lub wycenach i jest określana za pomocą prostych obliczeń matematycznych.

Ale jaki jest stopień? Jest to proces, w którym objętość roztworu o znanym stężeniu, zwanego titrantem, jest ostrożnie dodawana do roztworu o nieznanym stężeniu w celu uzyskania jego stężenia.

Źródło: Pixabay

Zastosowanie wskaźnika pH pozwala poznać moment zakończenia miareczkowania. Wskaźnik jest dodawany do roztworu, który jest miareczkowany, w celu ilościowego określenia stężenia, które należy znać. Wskaźnik kwasowo-zasadowy to związek chemiczny, którego kolor zależy od stężenia wodoru lub pH medium.

Jednak zmiana koloru wskaźnika wskazuje punkt końcowy miareczkowania, ale nie punkt równoważnikowy. Idealnie, oba punkty powinny się pokrywać; ale w rzeczywistości zmiana koloru może nastąpić w ciągu kilku kropli po zakończeniu neutralizacji kwasu lub zasady.

Jaki jest punkt równoważności?

Roztwór kwasu o nieznanym stężeniu umieszczony w kolbie można miareczkować przez powolne dodawanie roztworu wodorotlenku sodu o znanym stężeniu za pomocą biurety.

Doboru wskaźnika należy dokonać w taki sposób, aby zmieniał kolor w momencie, gdy przereagowała taka sama ilość równoważników chemicznych roztworu titranta i roztworu o nieznanym stężeniu.

Jest to punkt równoważności, podczas gdy punkt, w którym wskaźnik zmienia kolor, nazywany jest punktem końcowym, w którym kończy się miareczkowanie.

Punkt końcowy

Jonizacja lub dysocjacja wskaźnika jest przedstawiona w następujący sposób:

HIn + H ₂ O <=> In ^- + H ₃ O ⁺

I dlatego ma stałą Ka

Ka = /

Zależność między wskaźnikiem niezdysocjowanym (HIn) a wskaźnikiem zdysocjowanym (In ^- ) określa kolor wskaźnika.

Dodatek kwasu zwiększa stężenie HIn i daje kolor wskaźnikowy 1. Tymczasem dodanie zasady sprzyja wzrostowi stężenia zdysocjowanego wskaźnika (In ^- ) (kolor 2).

Pożądane jest, aby punkt równoważności był zgodny z punktem końcowym. W tym celu wybiera się wskaźnik z interwałem zmiany koloru, który zawiera punkt równoważności. Próbuje również zredukować wszelkie błędy, które powodują różnicę między punktem równoważności a punktem końcowym.

Standaryzacja lub miareczkowanie roztworu to proces, w którym określa się dokładne stężenie roztworu. Jest to stopień metodologiczny, ale przyjęta strategia jest inna.

Roztwór podstawowego wzorca umieszcza się w kolbie, a roztwór titranta, który jest standaryzowany, dodaje się za pomocą biurety.

Punkt równoważności miareczkowania mocnego kwasu mocną zasadą

100 ml 0,1 M HCl umieszcza się w kolbie i stopniowo dodaje się przez biuretę 0,1 M roztwór NaOH, określając zmiany pH roztworu, z którego pochodzi kwas solny.

Początkowo przed dodaniem NaOH pH roztworu HCl wynosi 1.

Dodaje się mocną zasadę (NaOH) i pH stopniowo wzrasta, ale nadal jest to pH kwaśne, ponieważ nadmiar kwasu określa to pH.

Jeśli nadal dodaje się NaOH, nadchodzi czas, gdy zostanie osiągnięty punkt równoważnikowy, w którym pH jest obojętne (pH = 7). Kwas przereagował ze zużywaną zasadą, ale nie ma jeszcze nadmiaru zasady.

Przeważa stężenie chlorku sodu, który jest solą obojętną (ani Na ^+, ani Cl ^{- nie} są hydrolizowane).

Jeśli nadal dodaje się NaOH, pH nadal rośnie, stając się bardziej zasadowym niż punkt równoważnikowy, ze względu na przeważające stężenie NaOH.

Idealnie, zmiana koloru wskaźnika powinna nastąpić przy pH = 7; ale ze względu na ostry kształt krzywej miareczkowania można zastosować fenoloftaleinę, która przy pH około 8 zmienia się na bladoróżowy.

Krzywa miareczkowania słabej zasady kwasowo-mocnej

Źródło: Quantumkinetics, z Wikimedia Commons Krzywa miareczkowania mocnego kwasu z mocną zasadą jest podobna do powyższego obrazu. Jedyna różnica między tymi dwiema krzywymi polega na tym, że pierwsza z nich ma znacznie bardziej gwałtowną zmianę pH; podczas gdy na krzywej miareczkowania słabego kwasu z mocną zasadą można zauważyć, że zmiana jest bardziej stopniowa.

W takim przypadku słaby kwas, taki jak kwas octowy (CH ₃ COOH), miareczkuje się mocną zasadą, wodorotlenkiem sodu (NaOH). Reakcję zachodzącą podczas miareczkowania można opisać w następujący sposób:

NaOH + CH ₃ COOH => CH ₃ COO ^- Na ⁺ + H ₂ O

W tym przypadku powstaje bufor octanowy o pKa = 4,74. Obszar zbuforowany można zobaczyć w niewielkiej i prawie niezauważalnej zmianie przed pH 6.

Punkt równoważności, jak pokazuje rysunek, wynosi około 8,72, a nie 7. Dlaczego? Ponieważ CH ₃ COO ^- to anion, który po hydrolizie generuje OH ^- , który bazuje pH:

CH ₃ COO ^- + H ₂ O <=> CH ₃ COOH + OH ^-

Gradacja

Miareczkowanie kwasu octowego wodorotlenkiem sodu można podzielić na 4 etapy analizy.

-Przed rozpoczęciem dodawania zasady (NaOH) pH roztworu jest kwaśne i zależy od dysocjacji kwasu octowego.

- Po dodaniu wodorotlenku sodu powstaje buforowy roztwór octanowy, ale w ten sam sposób wzrasta tworzenie zasady sprzężonej z octanem, co pociąga za sobą wzrost pH roztworu.

- pH punktu równoważnikowego występuje przy pH 8,72, które jest szczerze mówiąc zasadowe.

Punkt równoważnikowy nie ma stałej wartości i zmienia się w zależności od związków biorących udział w miareczkowaniu.

-Przy dalszym dodawaniu NaOH, po osiągnięciu punktu równoważnikowego, pH wzrasta z powodu nadmiaru wodorotlenku sodu.

Dobór wskaźnika według punktu równoważności

Fenoloftaleina jest przydatna do określania punktu równoważnikowego w tym miareczkowaniu, ponieważ ma punkt zmiany koloru przy pH około 8, które mieści się w strefie pH miareczkowania kwasem octowym, która obejmuje punkt równoważność (pH = 8,72).

Z drugiej strony czerwień metylowa nie jest przydatna do określania punktu równoważnikowego, ponieważ zmienia kolor w zakresie pH 4,5–6,4.

Bibliografia

1. Wikipedia. (2018). Punkt równoważności. Odzyskane z: es.wikipedia.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018). Definicja punktu równoważnego. Odzyskany z: thinkco.com
3. Lusi Madisha. (16 kwietnia 2018). Różnica między punktem końcowym a punktem równoważnym. » DifferenceBetween.net. Odzyskany z: Differencebetween.net
4. Spójrz J. (2018). Punkt równoważności: definicja i obliczenia. Odzyskany z: study.com
5. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) ósme wydanie. Cengage Learning Editors.