Titrering: ækvivalenspunkt, titrerkurve og beregning

Dit niveau

Hvad skal du kunne på dit niveau?

Siden gælder stx. Afsnit, der kun hører til nogle niveauer, har niveauet i overskriften, så du kan se, hvor dit stof slutter. Spørg din lærer, hvis jeres undervisningsbeskrivelse har mere med som supplerende stof.

Vil du se samme beregning på en anden syre, så står der et kort eksempel i noterne til kemi under titrering.

To ord, to ting

Ækvivalenspunkt og endepunkt er ikke det samme

Ækvivalenspunktet er et tal, kemien bestemmer: det volumen, hvor tilsat stofmængde passer præcis til prøvens. Endepunktet er det, du ser: farven, der bliver stående, eller springet på pH-metret. Det er dér, du stopper og aflæser buretten.

De to ligger tæt, når du har valgt indikator godt, men de er ikke det samme. Forskellen kaldes en titreringsfejl. Den kan du se bort fra, når endepunkt og ækvivalenspunkt ligger så tæt, at forskellen er mindre end usikkerheden på buretten. Valget af indikator handler netop om at få endepunktet til at ramme ækvivalenspunktet.

Titrerkurven

Titrerkurven: sådan aflæser du ækvivalenspunktet

En titrerkurve får du, når du måler pH med et pH-meter efter hver tilsætning og afsætter pH op ad y-aksen mod tilsat volumen ud ad x-aksen. Kurven er flad i starten, stiger brat omkring ækvivalenspunktet og flader ud igen. Ækvivalenspunktet ligger der, hvor kurven er stejlest, altså midt på springet.

Aflæs volumenet på x-aksen, ikke pH-værdien. Det er volumenet, du skal bruge i beregningen. pH-værdien i ækvivalenspunktet bruger du til at vælge indikator og til at se, hvilken slags syre du har.

Tallene er salpetersyren fra eksemplet. Stigningen pr. mL er ændringen i pH divideret med ændringen i volumen mellem to målinger, altså en differenskvotient som i differentialregning. Den er størst lige omkring 14,60 mL, og dér ligger ækvivalenspunktet. I et regneark eller CAS laver du samme kolonne for alle dine målinger og finder rækken med det største tal. Det er den metode, analytiske kemikere kalder den første afledte af titrerkurven.

Fire kurver, du skal kunne kende

Springet er kortere, jo svagere syren er, og jo mere fortyndet opløsningen er. Under ca. 10⁻³ M (med ord: en tusindedel mol pr. liter) bliver ændringen i pH ved endepunktet for lille til et præcist resultat, også med en stærk syre. Derfor titrerer skolerne typisk med 0,1 M.

Indikator

Sådan vælger du indikator

En syre-base-indikator er selv en svag syre, hvor syreformen og baseformen har hver sin farve. Det pH-interval, hvor farven skifter, kaldes omslagsområdet. Reglen for valget er kort: omslagsområdet skal ligge på kurvens spring. Så skifter farven, mens kurven står næsten lodret, og endepunktet lander inden for ca. en tiendedel milliliter fra ækvivalenspunktet, som eksemplerne herunder viser.

Ved en stærk syre med stærk base er springet så langt, at valget er let. I eksemplet med salpetersyre slår både methylrødt, bromthymolblåt og phenolphthalein om mindre end 0,05 mL fra ækvivalenspunktet, og bromthymolblåt har pH 7 midt i sit omslag.

Intervallerne varierer lidt fra tabelværk til tabelværk, fordi farveskiftet ses gradvist. Brug de tal, din øvelsesvejledning eller databog angiver, og skriv kilden i rapporten.

Regn pH

pH undervejs i titreringen (B og A)

På B og A skal du kunne regne pH på forskellige steder på kurven. Del kurven i fire områder, og spørg hver gang: hvilket stof bestemmer pH lige nu? I formlerne er cs syrens og cb basens koncentration. De gælder ved 25 °C, hvor pH + pOH = 14.

pKs

Svag syre: pKs fra halvækvivalenspunktet (A og bioteknologi A)

Halvvejs til ækvivalenspunktet har du omdannet præcis halvdelen af syren, så nB = nS. Sætter du det ind i pufferligningen, bliver log(1) = 0, og pH = pKs. Med ord: i halvækvivalenspunktet er pH lig med syrens pKs. For myresyren ligger halvækvivalenspunktet ved 9,20 mL, og pH er 3,77.

Metoden giver et godt skøn, når syren hverken er for stærk eller for svag. Er syren så stærk, at en stor del er protolyseret allerede fra start, eller så svag, at springet næsten forsvinder, rammer aflæsningen ved siden af. På kemi B er puffersystemer ikke kernestof, så her hører metoden til A og bioteknologi A.

Titrerer du omvendt en svag base med en stærk syre, giver pH i halvækvivalenspunktet pKs for basens korresponderende syre. Basens pKb finder du som 14 − pKs.

Vil du se, hvordan en elev har skrevet en rapport om netop den slags forsøg, så læs Identifikation af organisk syre i opgavebiblioteket.

Typerne

De fire typer titrering

Redoxtitrering: jodometri

Jodometri bruges til at bestemme et oxidationsmiddel, fx hypochlorit i et blegemiddel. Du tilsætter et overskud af kaliumiodid og lidt syre. Hypochloritten oxiderer iodid til iod: ClO⁻ + 2 I⁻ + 2 H₃O⁺ → Cl⁻ + I₂ + 3 H₂O. Med ord: en hypochlorit-ion og to iodid-ioner giver en chlorid-ion, et iodmolekyle og vand. Chlor går fra oxidationstal +1 til −1, og to iodid-ioner afgiver tilsammen de to elektroner.

Iodet titrerer du med natriumthiosulfat: I₂ + 2 S₂O₃²⁻ → 2 I⁻ + S₄O₆²⁻. Med ord: et iodmolekyle og to thiosulfat-ioner giver to iodid-ioner og en tetrathionat-ion. Når den gule farve fra iodet begynder at forsvinde, tilsætter du stivelse, som farver opløsningen mørkeblå, så længe der er iod. Når den blå farve forsvinder, er du ved endepunktet.

Læg de to skemaer sammen: én ClO⁻ giver ét I₂, som bruger to S₂O₃²⁻. Forholdet er altså n(ClO⁻) = ½ · n(S₂O₃²⁻). Med ord: stofmængden af hypochlorit er det halve af stofmængden af thiosulfat. Opgave 7 regner et eksempel igennem, og opgavebiblioteket har en elevrapport om aktivt chlor i klorin.

En anden klassiker er permanganat (MnO₄⁻), som er så intenst violet, at den første dråbe i overskud farver opløsningen lyserød. Reaktionen kræver en stærkt sur opløsning og bruger hydroner (H⁺): MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O. Med ord: permanganat, otte hydroner og fem elektroner giver mangan(II) og fire vandmolekyler. pH ændrer sig altså også ved en redoxtitrering, og derfor gøres opløsningen stærkt sur, før du starter.

Fældningstitrering: Mohrs metode

Chlorid titreres med sølvnitrat: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s). Med ord: sølv-ion og chlorid-ion giver hvidt, fast sølvchlorid. Som indikator tilsætter du kaliumchromat, som er gult. Så længe der er chlorid tilbage, udfælder sølvet som AgCl. Når chloridet er brugt op, danner det første overskud af Ag⁺ rødbrunt sølvchromat, Ag₂CrO₄, og farven slår om.

Opløsningen skal være nogenlunde neutral. Er den for basisk, udfælder sølvet som hydroxid; er den for sur, binder kromatet hydroner, og omslaget kommer for sent. Andre metoder med sølv er Volhard, som tilbagetitrerer overskuddet af sølv med thiocyanat, og Fajans, som bruger en indikator, der sætter sig på bundfaldet.

Antagelsen i sidste trin hører hjemme i din diskussion: brød kan indeholde chlorid fra andet end køkkensalt. Læs en elevrapport om saltindholdet i brød i opgavebiblioteket.

To måder at se det

Farveskift eller elektrode: kolorimetrisk og potentiometrisk

Kolorimetrisk titrering betyder, at du ser endepunktet som et farveskift. Det kan være en tilsat indikator, eller en reaktant, der selv er farvet, som permanganat.

Potentiometrisk titrering betyder, at du måler en spænding mellem en indikatorelektrode og en referenceelektrode, mens du titrerer, og finder endepunktet på kurven. Ved syre-base er indikatorelektroden en glaselektrode, og instrumentet viser spændingen som pH. Det er derfor, pH-metret er det instrument, du kender bedst fra laboratoriet. Men metoden er bredere: ved redox bruger man en platinelektrode, og ved fældning eller kompleksdannelse en ionselektiv elektrode.

Til en kolorimetrisk titrering står prøven i en konisk kolbe, som du kan slynge uden at spilde. Til en potentiometrisk står den i et bægerglas med elektroden nede i væsken, og opløsningen omrøres, mens du tilsætter.

Et pH-meter kalibreres med opløsninger med kendt pH, typisk før hver brug. Springer du det over, flytter hele kurven sig op eller ned. Volumenet ved springet ændrer sig ikke, men pKs-aflæsningen gør. En tredje mulighed er at måle opløsningens ledningsevne, som også ændrer sig ved ækvivalenspunktet.

Vil du se en potentiometrisk titrering skrevet som rapport, så læs Potentiometrisk titrering af saltsyre i opgavebiblioteket.

Kemi A

Polyhydrone syrer og baser (kemi A)

En polyhydron syre kan afgive mere end én hydron, og en polyhydron base kan optage mere end én. Hvert trin kan give sit eget spring på kurven, men kun hvis trinenes pKs-værdier ligger langt nok fra hinanden. Ligger de tæt, smelter springene sammen til ét, og så svarer det ene spring til alle trinene på én gang. Står der i opgaven, at syren er dihydron, og ser du ét spring, så tjek, om det er det sidste: så er n(syre) = ½ · n(OH⁻).

Kulsyrens to pKs-værdier er 6,35 og 10,33, næsten fire enheder fra hinanden, og derfor ses begge spring.

Fejlkilder, der flytter dit resultat

Skriv i rapporten, hvilken vej hver fejlkilde trækker resultatet. Det er forskellen på at nævne en fejlkilde og at vurdere den.

Den fulde skabelon og kravene til en kemirapport står i Rapport og journal i kemi.

Se forskellen

Rigtigt og forkert