Getið þið útskýrt fyrir okkur hvernig títrun fer fram?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Getið þið útskýrt fyrir okkur hvernig títrun fer fram?
Algeng tegund títrunar er sýru-basa títrun. Til þess að skýra hvernig þessi tegund títrunar virkar verða eftirfarandi tvær sýrur notaðar. Í fyrsta lagi saltsýra, HCl_(aq), og í öðru lagi brennisteinssýra, H₂SO_4(aq), en báðar verða títraðar með natrínhýdroxíð eða vítissódalausn, NaOH_(aq).

Efnhvarfið sem á sér stað við títrun saltsýru er:

\[HCl_{(aq)}+NaOH_{(aq)}\rightarrow NaCl_{(aq)}+H_{2}O_{(l)}\]Það er að segja eitt mól af saltsýru hvarfast við eitt mól af natrínhýdroxíði og myndar salt (NaCl í vatnslausn, aq) og vatn.

Í vatnslausnum af bæði saltsýru og natrínhýdroxíði eru efnin fullkomlega klofin í jónir. Við getum þess vegna skrifað efnajöfnuna á jónaformi, en þá lítur hún svona út:

\[H^{+}_{(aq)}+Cl^{-}_{(aq)}+Na^{+}_{(aq)}+OH^{-}_{(aq)}\rightarrow Na^{+}_{(aq)}+Cl^{-}_{(aq)}+H_{2}O_{(l)}\]Hér sést að natrín- og klóríðjónirnar koma fyrir bæði sem hvarfefni (vinstra megin örvarinnar) og sem myndefni (hægra megin örvarinnar); það þýðir að við getum strikað þær út úr efnajöfnunni. Efnafræðilega þýðir þetta einfaldlega að þessar jónir taka ekki þátt í efnahvarfinu. Þetta gefur nettójöfnuna:\[H^{+}_{(aq)}+OH^{-}_{(aq)}\rightarrow H_{2}O_{(l)}\]Efnhvarfið sem á sér stað við títrun brennisteinssýrunnar er: \[H_{2}SO_{4(aq)}+2NaOH_{(aq)}\rightarrow Na_{2}SO_{4 (aq)}+2H_{2}O_{(l)}\]Þetta hvarf er líka hægt að skrifa á jónaformi sem sýnir að í raun er það sama hvarfið sem á sér stað hér, það er hvarf H⁺_(aq) við OH^-_(aq) og myndun vatns, en við látum þessa efnajöfnu nægja vegna þess að hún sýnir það sem skiptir máli hér, það er þá staðreynd að í þessu tilfelli er það eitt mól af brennisteinssýru sem hvarfast við tvö mól af vítissóda. Í þessu samhengi er hugtakið normalítet (e. normality) stundum notað, en það er fjöldi jafngilda (e. equivalent) efnis með tilliti til efnahvarfsins sem á sér stað, á lítra. Þannig er 0,2 M saltsýra líka 0,2 normal (N) vegna þess að eitt mól af HCl gefur frá sér eitt mól af H⁺ jónum. Hins vegar er 0,2 M brennisteinssýra 0,4 N vegna þess að hvert mól af H₂SO₄ gefur frá sér tvö jafngildi eða mól af H⁺ jónum.

Lítum fyrst á títrun saltsýru með natrínhýdroxíði. Saltsýran er sett í kolbu (líka kölluð Erlenmayer-flaska eða keiluflaska). Algengast er að nota 250 mL kolbu. Natrínhýdroxíðlausnin er sett í tæki sem kallast býretta (e. burette) en það er langt glerrör með millilítrakvarða, opið að ofan en með krana að neðan. Algeng stærð af svona býrettu er 50 mL og þær eru venjulega kvarðaðar upp á 0,1 mL, það er á milli strikanna á býrettunni eru 0,1 mL. Með því að skrúfa frá krananum er hægt að hleypa natrínhýdroxíðlausninni ofan í saltsýrulausnina. Þetta er hægt að gera með viðstöðulausri bunu eða í dropatali eins og gert er þegar endapunktur hvarfsins nálgast (sjá mynd 1).

Við getum hugsað okkur að vinstra megin á mynd 1 sé sýnt ástandið við upphaf títrunarinnar. Í býrettunni er litarlaus vítissódalausn og í kolbunni er litarlaus saltsýrulausn. Saltlausnin sem myndast við títrunina er líka litarlaus. Ef við látum vítissódann buna ofan í saltsýruna kemur að því að við höfum hlutleyst alla saltsýruna og við fáum basíska lausn í stað súrrar, en við erum engu nærri um styrk saltsýrunnar jafnvel þó við þekkjum styrk vítissódalausnarinnar, vegna þess að við sjáum enga breytingu á lausninni við það að fara úr súrri í basíska lausn.

Efnavísar (einnig kallað litvísar eða efnavitar) eru margir náttúruleg litarefni sem hafa þann eiginleik að breyta um lit við breytingu á ákveðnu sýrustigi (pH) lausnar. Litabreytingin fer eftir eiginleikum hvers efnavísis fyrir sig og getur átt sér stað meðan súr lausn sem er títruð með basa er súr eða meðan basísk lausn sem er títruð með sýru er basísk. Það er því ekki alveg rétt eins og oft er sagt að sýru-basa efnavísar breyti um lit við að fara úr súrri í basíska lausn eða öfugt. Hægra megin á mynd 1 er rauður litur á lausninni í kolbunni, sem gæti verið til kominn eftir að lausnin varð basísk vegna þess að fenólþalín (e. phenolphthalein) efnavísi hafði verið bætt út í lausnina, en hann er einmitt litarlaus í súrri lausn en purpurarauður í basískri lausn.

Hugsum okkur nú að við ætlum að títra 10,00 mL af 0,2000 M saltsýrulausn með 0,1000 M natrínhýdroxíðlausn. Við notum 10 mL pípettu (sjá mynd 2) til þess að mæla þetta rúmmál nákvæmlega og setjum í kolbuna. Nokkrum dropum af efnavísinum eru síðan bætt út í.

Býrettan er skoluð með vítissódalausninni og síðan fyllt og látið drjúpa úr henni þannig að vökvayfirborðið fari niður á kvarðann. Upphafsaflestur er tekinn og skráður. Þegar jafngildi af vítissódanum hefur verið bætt út í saltsýrulausnina er endapunktinum náð. Það er hér sem við viljum að efnavísirinn breyti um lit. Í okkar tilviki er verið að títra ramma sýru með römmum basa. Við endapunktinn er lausnin þess vegna hlutlaus (pH 7). Það þýðir að efnavísirinn sem hentaði best hér ætti að breyta um lit við pH 7. Brómóþýmólblár (e. bromothymol blue) breytir einmitt um lit úr gulu í blátt við þetta pH en það eru fleiri efnavísar sem henta ágætlega í þessa títrun vegna þess að breytingin á sýrustiginu er mjög ör við endapunktinn þega römm sýra er títruð með römmum basa.

Vítissódinn sem var notaður hér hafði helmingi minni styrk (0,1000 M) en saltsýran (0,2000 M). Samkvæmt efnajöfnunni hvarfast þessi efni í hlutföllunum 1:1. Við myndum þess vegna þurfa tvöfalt stærra rúmmál af vítissódanum til þess að hvarfast við saltsýrulausnina, það er 20 mL.

Hvað um títrun á 10,00 mL af 0,2000 M brennisteinssýru? Framkvæmdin er að sjálfsögðu nákvæmlega eins en til þess að ná enda- eða jafngildispunktinum þarf tvöfalt stærra rúmmál í þessu tilfelli eða 40 mL vegna þess að tvö mól af NaOH hvarfast við eitt mól af H₂SO_4(aq).

Títranir eru mjög nákvæmar og litabreytingin gerist við einn dropa eða jafnvel minna vegna þess að þegar við nálgumst endapunktinn hefur mestu af hvarfefninu verið eytt.

Myndir:

• Mynd 1: Practice Acidbase Titration Problems. (Sótt 29.10.2014).
• Mynd 2: Sigþór Pétursson.

...