neutralimetrijske titracije

7/24/2019 Neutralimetrijske titracije

1/63

Kiselo-bazne

titracije I dio


2/63

Neutralimetrijske titracije!

Kiselo-bazne reakcije -!"#$#%&'()* "*,)-&.* /!"&.*0#1 234

kis1 baza1 + H+

baza2

+ H+ kis2

Konjugirani kiselo-bazni par

kis1 + baza2 baza1 + kis2

CH3COOH + NH3 CH3COO-+ NH4

+


3/63

Kiselo-bazna svojstva vode

akceptor donor protona

H2O + H+ H3O

+ H2O H++ OH-

autoprotoliza vode

2H2O H3O++ OH-

amfiproti!no otapalo


4/63

Jakost kiselina i baza u vodi

CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-

NH3 + H2O NH4+ + OH-

[ ]3

-4

bNH

OHNHK

!

=

+

[ ]COOHCHCOOCHOH

K

3

-33

a

!

=

+


5/63

Konjugirani kiselo-bazni parnpr.: CH

3

COOH/CH3

COO-

CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO

-

CH3COO- + H2O OH

-+ CH3COOH

Ka = 1,74!10-5 pKa = 4,76

Kb = 5,75!10-10 pKb = 9,24

[ ]COOHCHCOOCHOH

K3

-

33a

!

=

+

[ ]

[ ]-3

-3

b

COOCH

OHCOOHCHK

!

=


6/63

CH3COOH/CH3COO-

[ ][ ]

[ ]-3

-3

3

-33

baCOOCH

OHCOOHCH

COOHCH

COOCHOH

KK

!

!

!

=

!

+

Ka!Kb = [H3O+]![OH-] = 1!10-14

pKa + pKb = 14 = pKW

4,76pK101,74K a-5COOHCHa 3 =!=

K

b CH

3

COO

-

=

10

-14

K

a

=5 75

!10

-10

pK

b

=9 24

Ka Kb


7/63

Konjugirani kiselo-bazni par

npr.: NH3/NH4+

NH3 +H2O NH4+ + OH-

NH4+

+ H2O

NH3 +H3O+

4,75pK101,76K b-5

NHb 3=!=

9,24pK105,68K a-10

NHa 4=!=+

Kb>>Ka


8/63

NH3/NH4+

= 1!

10-14

pKa + pKb = pKw = 14

4,75 + 9,24 = 14

!!!"! ! !!"#! ! !!!" ! !"!! ! !!!" ! !"!!" ! ! ! !"!!"


9/63

Jakost kiselina i baza-pKa, pKb

Podjela kiselina prema jakosti :

!jake kiseline, pKa ! 0

!

umjereno jake kiseline, pKa = 0-2

! slabe kiseline, pKa = 2-7

!

veoma slabe kiseline, pKa "7

(analogna klasifikacija va#i i za baze-pKb)


10/63

Kiseline i baze

Jake Slabe

potpuno ionizirane djelomi!no ionizirane

jaki elektroliti slabi elektroliti


11/63

Primjena kiselo-baznih titracija

! Odre$ivanje kiselina alkalimetrija

! Odre$ivanje baza acidimetrija

A + B C + D

cx, V1 c2, V2

analit titrant

ntitranta = nanalita nkis = nbaze

Ti ij j k ki li j k b


12/63

Titracija jake kiseline jakom bazo! Titrira se 100,00 mL HCl, c = 0,1000 mol dm-3sa

standardnom otopinom NaOH, c = 0,1000 mol dm-3

23 3 526 275

(HCl) (NaOH)

1. pH prije po!etka titracije

= cHCl = 0,1000 mol dm-3

pH = 1

[ ][ ]!"#

$%%&')*)+

),--

)+ ).

/

#!

===+


13/63

2. pH do TE

a) Ako je dodano 25,00 cm-3 NaOH

= cneistitriraneHCl nk nb

pH = 1,22

!""!!!!"!!

!!!!!"#$!!!!!"!!!!"

!!!!!!!"#$!

!!

!"#!!!

!"!!

6 !10-2moldm

-3

!


14/63

b) Ako je dodano 50,00 cm-3 NaOH

= 3,3!10-2 moldm-3

pH = 1,48

!""!!!!!!!

! !!!!"#$!!!! !"!!!!"

!!! !!!!"#$!

!!

!"#!!!!"!!!


15/63

3. Ako je dodano 100,00 cm-3NaOH (TE)

H+ + OH- H2O nk = nb

4. Ako je dodano 100,10 cm-3 NaOH (0,1 % nakonTE)

nb n

k

110-7moldm-3

pOH = 4,30 pH = 14 - 4,30 = 9,70

pH = 7

!""!!"

!"!!

!!!!

!"#$!!!!!""!!!!"!!

!!!!

!"#$!!!

!""!!"!"!!


16/63

Titracijska krivuljaStrong Acid - Strong Base Titration

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60

Volume of Base Added

pH

!titracijska krivulja jesimetri!na oko TE! nagle promjene pH oko TE! male promjene pH prije i

nakon TE

!

TE je uvijek pri pH 7,00bez obzira na c

! za HCl c = 0,1 moldm-3 skokje u pH intervalu 4,3 -9,7

NaOH, mL

TE

" Pogodni su svi indikatori s intervalom promjene boje u tomopsegu (metil oran#, metilno crvenilo, bromtimolplavo,

fenolftalein...)

OH-suvi%ak

[OH]=[H+]

H+suvi%ak


17/63

Odre$ivanje baza - acidimetrija

TETE

pH TE = 7,00

Titracija 100,00 mL otopine NaOH, c = 0,1 moldm-3

saoto inom HCl c = 0 1 moldm-3

mL, HCl

pH OH-suvi%ak

H+suvi%ak

[OH]=[H+]

U j j k ij ki li i b


18/63

Utjecaj koncentracije kiselina i baza na

oblik titracijske krivulje

Titracijske krivulje za NaOH s HCl

A : 50,00 mL0,0500 moldm-3NaOHs 0,1000 moldm-3HCl

B : 50,00 mL0,00500 moldm-3NaOHs 0,01000 moldm-3HCl


19/63

ZTT odre$ujemo pomo&u indikatora

u ovom slu!aju kiselo-baznih indikatora

Kiselo-bazni indikatori mogu biti i sami:

Slabe kiseline Slabe baze

Reagirajuna promjenu pH uotopinipromjenom svoje boje


20/63

Kako &emo izabrati indikator za titraciju ?

pH TE

pH intervalpromjene bojeindikatora

U j j k ij ki li i b


21/63

Utjecaj koncentracije kiselina i baza na

oblik titracijske krivulje i izbor indikatora

A : 50,00 mL0,0500 moldm-3HCls 0,1000 moldm-3NaOH

B : 50,00 mL0,00050 moldm-3HCls 0,00100 moldm-3NaOH

nt p mj n j is ni


22/63

nterva promjene oje ise o- azni

indikatora

! zaHClc = 0,1moldm-3skokjeupHintervalu4,3"9,7

" #ogodnisusviindikatoris

intervalompromjenebojeu

tompodru!ju

d k k l b


23/63

Indikatori u kiselo-baznim titracijama

! slabe organske kiseline Hin ili slabe organske baze In

koje sudjeluju u kemijskoj reakciji! mogu biti jednobojni ili dvobojni

HIn - slaba kiselina:

HIn + H2O In- + H3O

+ HIn- + H2O In2- + H3O+

boja 1 boja 2 boja 1 boja 2kiselog oblika baznog oblika kiselog oblika baznog oblika

In - slaba baza :

In + H2O InH+ + OH-

boja 1 boja 2

baznog oblika kiselog oblika


24/63

pH interval promjene boje dvobojnog

indikatora (slabe organske kiseline, HIn)

HIn + H2O In- + H3O+

HIn

InlogpKapH

In

HInKaH

HIn

InHKa

! Odn s [In ]/ [HIn] mij nj s i dikti b j n st


25/63

Dominantna boja

Kriterij za izbor indikatora pKaindikatora 'pHTE

! Odnos [In-]/ [HIn] mijenja se i diktira obojenostotopine

! Kada je [In-] = [HIn] to je tzv. prijelazna boja

indikatora! Tada je pH = pKa

Kada opa#amo promjenu boje?


26/63

1pKa1

10logpKapH

1pKa101logpKapH

1pKapH

(tozna!i ?

2 - 4 pH jedinice

13pH


27/63

pH interval promjene boje dvobojnog

indikatora (slabe organske baze, In)

In + H2O InH+ + OH-

In

OHInHKb

InH

InKbOH


28/63

pH = pKw - pOH

i

In

InHlogpKbpOH

InHInlogpKbpKwpH

110ili

101

pKa

1pKapH istiizraz


29/63

pH interval promjene boje

jednobojnog indikatora (HIn)

HIn H+ + In-

bezbojan obojen

Cmin- minimalna koncentracija indikatora za opa#anje boje

Co ukupna analiti!ka koncentracija indikatora (oba oblika)

HInInlogpKapH

mino

min

cc

clogpKapH

(


30/63

(to je to u strukturi indikatora %to dovodi dopromjene boje indikatora?

1. Kromoforne skupine:

-NO2 , =C=O, =C=S, -N=N-

2. Auksokromne skupine:

-OH, -NH2,-OCH3, -N(CH3)2,

-N(C2H5)2, -SO3H, -COOH


31/63

Najpoznatije vrste kiselo-baznihindikatora

Ftaleinski indikatori Tip: HIn + H2O In- + H3O+

fenolftalein

kinoidna struktura


32/63

prije ZTT poslije ZTT

fenolftalein

timolftalein


33/63

Azo indikatori Tip: InH+ + H2O In + H3O+

Kiselo neutralno bazno

pH

Metiloran!: 3,1 4,4

Metilcrveno: 4,2 6,3


34/63

Sulfonftaleinski indikatori


35/63

Pogre%ke titracija s

kiselo/baznim indikatorima

! sustavne pogre%ke pH kod kojeg indikator mijenjaboju razli!it je od pH kemijske ekvivalencije

!

slu!

ajne pogre%ke ograni

!ena sposobnost ljudskogoka da reproducibilno razlikuje prijelaznu boju

indikatora

Parametri koji utje!u na pona%anje indikatora :

! temperatura

! ionska jakost otopine

! prisutnost organskih tvari i koloidnih !estica

Kiselo bazne titracije u vodi


36/63

Kiselo-bazne titracije u vodi

Izra!unavanje pH slabih kiselina (HA: CH3COOH, NH4+...)

HA + H2O H3O+ + A-

2H2O H3O+ + OH-

2


37/63

Izra!unavanje pH slabih baza (B: CH3COO-, NH3...)

B + H2O

BH+

+ OH-

2

pH = pKw - pOH

I ! n nj pH t pin sl b kis lin i


38/63

Izra!unavanje pH otopine slabe kiseline i

njene konjugirane baze pH pufera

HA + H2O H3O+ + A- (Ka)

A- + H2O OH- + HA (Kb = Kh)

!!!!

! !!

!!

!!

Henderson-Hasselbalch-ova jednad#ba

Cb CH3COONa

Ca CH3COOH

Ti ij l b ki li j k


39/63

Titracija slabe kiseline jakombazom

Primjer :HA + OH- A- + H2O

CH3COOH NaOH CH3COO-

Konstanta ravnote#e Ka

= 1.7 109

Kw

14-

5-

W

a

-

-

101

101,74

K

K

H

H

OHHA

AK


40/63

(toimamo u sustavatijekom titracije?

! slabu kiselinu

!

slabu kiselinu i njenukonjugiranubazu - pufer

! uTEkonjugiranu bazu

! Vi"ak jake baze (OH-)


41/63

Ra!un:

1. Prije po!etka titracije pH se izra!una izkoncentracije slabe kiseline ili slabe baze iodgovaraju&e K disocijacije

2.

Do TE pH pufera se izra!una iz analiti!kihkoncentracija konjugirane baze ili kiseline ineizreagiranog ostatka slabe kiseline ili baze

3.

U TE pH se izra!una iz koncentracije nastalog

produkta4. Nakon TE pH se izra!una iz koncentracije titrantau suvi%ku


42/63

Primjer : titrira se 100 mL CH3COOH c=0,1000 mol dm-3sa

standardnom otopinom NaOH c=0,1000 mol dm-3

Ka= 1,8!10-5 pKa= 4,76 ; pKb= 9,24

a) pH prije po!etka titracije: pH slabe kiseline

log0,121-4,76

21logC

21-pK

21pH aa

b) pH do TE:pHpufera (CH3COOH/CH3COO-)

pufer CH3COOH " CaCH3COO

-" Cba

ba C

ClogpKpH

pH = 2,88


43/63

! nakon 10 mL NaOH:

110

0,1)10-0,1(100110

0,110

logpKpH a

3,819010log4,76pH

! nakon 50 mL NaOH (to!ka poluneutralizacije)

[CH3COO-]= [CH3COOH]; Cb= Ca

C

ClogpKpH

a

ba pH = pKa= 4,76log 1 = 0

pH = 3,81


44/63

c) pH u TE ( dodano 100 mL NaOH )

CH3COO-

(baza)

bb logC2

1-pK

2

1pOH

!"#$

%& '=

!"""#$$""%&'

!$)*+

!$*,- .

log0,05

2

1-9,24

2

1pOH

8,735,27-14pH5,27pOH

d) pH poslije TE: CH3COO-i vi%ak OH- iona, nakon 101,00 mL


45/63

) p p j E 3 % , , mNaOH:

201

0,1100-0,1101COH NaOH

-

[OH-]= 4,98!10-4 moldm-3

pOH = 3,30 pH = 10,70

"##$L&' ()*+ ,-./01 #." moldm-3232434+ 56 5+ 7+8& "## $L&' ()*+ ,-./01# "moldm-3232434+ 56 5+ 7+8& # " moldm-3100 cm-3 HA (pKa =4 76) 0 1mol dm-3 titrira se sa NaOH 0 1mol dm-3


46/63

#."moldm 3232434+ 56 5+ 7+8& #." moldm 3#."moldm-3

100 cm-3HA (pKa =4,76) 0,1mol dm-3titrira se sa NaOH 0,1mol dm-3

TTE pH = 8,3

To!kapoluneutralizacije

Regija

pufera%iselaregija Bazi!naregija

550 100

Utj j k t ij ki li


47/63

Utjecaj koncentracije kiseline na

oblik titracijske krivulje

0,1 moldm-3 CH3COOH0,01 moldm-3 CH

3COOH

0,001 moldm-3 CH3COOH

TTitracijaCH3COOH s NaOH

mmL NaOH

0,1 moldm-3

NaOH0,01 moldm-3 NaOH0,001 moldm-3 NaOH

8,73

8,23

7,73

fenolftalein

K i i k i i i


48/63

Kvantitativnost reakcije za titraciju

slabe kiseline jakom bazom

HA + OH- A- + H2O

Reakcija se smatra kvantitativnom ako je > od 99,9 % kiseline (ca) izreagiralo(< 0,1 % nije izreagiralo)

[ ][ ][ ] a

6

aa

a

W

a

-

-

C

10

0,001C0,001C

0,999C

K

K

H

H

OHHA

AK !

"

#==+

+

Ca

10

Kw

Ka 6

Kaca 10-8

Uvjet za titraciju slabe kiseline u vodi

Utjecaj jakosti kiseline na oblik titracijske krivulje


49/63

%&!'

() *+

Utjecaj jakosti kiseline na oblik titracijske krivulje

m mL NaOH

Kamanja

po!etni pH je ve&i

skok u TE manji


50/63

Titracijska)

Titracija slabe kiseline s jakom bazomb)

Titracija jake kiseline s jakom bazom

bbba

b

b

b

Jaka kiselina

,labakiselina

Titracija slabe baze jakom kiselinom


51/63

Titracija slabe baze jakom kiselinom

a) prije po#etka titracije: slaba baza

b) do TE: pufer (NH3/NH4+)

c) u TE: NH4Cl (sol slabe baze ijake

kiseline)NH4+ - slaba kiselina

d) poslije TE: vi"ak jake kiseline

B + H+ BH+(NH3) (HCl) NH4

+ (NH4Cl)

[ ][ ] [ ] ===!=

+

+

"

#

"

"

$%

$%

%&

&%"

'(

)

*

*

Kb

K

1.78 109

l d 3


52/63

Primjer : titrira se 100 mL NH4OH c=0,1000 mol dm-3sa

standardnom otopinom HCl c=0,1000 mol dm-3

Kb= 1,8!

10-5

pKb= 4,74 pKa= 9,26

a) pH prije po!etka titracije:

pOH =12pKb - 1

2logCb

pOH = 2,875 pH = 14 2,875 = 11,12

b) pH do TE


53/63

b) pH do TE

! nakon dodatka 10,00 mL HCl

[NH3]= Cb [NH4+]= Ca

!

"

!#

#$%&()(* +=

!!"

"#!!"!!"

"#!$!"&"#!'!""

()*+#,-./!

!!

+=$

$

$ pH = 10,20

9.26

66


54/63

! nakon dodatka 50 mL HCl (poluneutralizacija)

!

"

!##$%&()(* += Cb= Ca pH = 9,26

9,26

c) pH u TE: NH4+

slaba kiselina

!! "#$%&

')*+

&

'*, = !""

"#$$""&'(

!

$)*#!+

!

$,-

!

=

pH = 5,27d) pH poslije TE: iz vi%ka H+nakon dodatka 101 mL HCl

[ ]!"#

"$##""&"$##"#'

!!

=+

pH = 3,3

0,05

6

tTitracijska krivulja NH3, c 0,1000 moldm-3 s


55/63

s

slaba bazas

jakom kiselinom

pH

TEpH TE = 5,7

11,12

ffenolftalein

fmetilno crvenilo

tj j 3, ,0,1000 moldm-3 HCl

mmL 0,1000 moldm-3 HCl


56/63

Titracija slabe kiseline slabom


57/63

Titracija slabe kiseline slabombazom

CH3COOH + NH3

CH3COO-

+ NH4+

baza kiselina


58/63

0,1moldm-3NH3 dodanou 10 mL 0,1moldm-3CH3COOH

To!kaekvivalencije

mL dodanog NH3


59/63

Koncentracije baze i kiseline su

razli!ite!!!

kako ra!unamo?

Primjer:


60/63

Primjer:Izra#unati pH u TE za titraciju 25,00 mL CH3COOHkoncentracije 0,15 moldm-3 sa standardnom otopinomNaOH koncentracije 0,12 moldm-3

( pKa= 4,74 ; pKb= 9,26 )

CH3COOH + OH- CH3COO

- + H2O

1000 mL % 0,15 mol CH3COOH

25 % n

n = 3,75!10-3mol CH3COOH tj. NaOH

n kiseline,

odnosno, n NaOH

1000 mL %0,12 mol NaOH

x mL 3,75!10-3mol NaOH

x = 31,25ml NaOH

V baze u TE


61/63

31,25 + 25 mL % 3,75!10-3 mol CH3COO-

1000 mL % n

V ukupno(56.25ml) = 0,0666bC

Cb

5,210,5884,62logC2

1-pK

2

1pOH

bb

pH = 14 5,21 = 8,79

Zaklju!ak:


62/63

Zaklju!ak:

!

Uvjet da bi se neka kiselina ili baza mogla titrirati u vodi

Kaca " 10-8 ili Kbcb " 10-

8

! (to se mo#e titrirati

- jake i slabe kiseline titrant je uvijek jaka baza

- jake i slabe baze titrant je uvijek jaka kiselina

! (to se ne mo#e titrirati

- slaba kiselina slabom bazom ne postoji dovoljan skok

- slaba baza slabom kiselinom na titracijskoj krivulji

$

$


63/63

neutralimetrijske titracije

Documents