Upload
geniusely
View
317
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
1/63
Kiselo-bazne
titracije I dio
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
2/63
Neutralimetrijske titracije!
Kiselo-bazne reakcije -!"#$#%&'()* "*,)-&.* /!"&.*0#1 234
kis1 baza1 + H+
baza2
+ H+ kis2
Konjugirani kiselo-bazni par
kis1 + baza2 baza1 + kis2
CH3COOH + NH3 CH3COO-+ NH4
+
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
3/63
Kiselo-bazna svojstva vode
akceptor donor protona
H2O + H+ H3O
+ H2O H++ OH-
autoprotoliza vode
2H2O H3O++ OH-
amfiproti!no otapalo
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
4/63
Jakost kiselina i baza u vodi
CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-
NH3 + H2O NH4+ + OH-
[ ]3
-4
bNH
OHNHK
!
=
+
[ ]COOHCHCOOCHOH
K
3
-33
a
!
=
+
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
5/63
Konjugirani kiselo-bazni parnpr.: CH
3
COOH/CH3
COO-
CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO
-
CH3COO- + H2O OH
-+ CH3COOH
Ka = 1,74!10-5 pKa = 4,76
Kb = 5,75!10-10 pKb = 9,24
[ ]COOHCHCOOCHOH
K3
-
33a
!
=
+
[ ]
[ ]-3
-3
b
COOCH
OHCOOHCHK
!
=
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
6/63
CH3COOH/CH3COO-
[ ][ ]
[ ]-3
-3
3
-33
baCOOCH
OHCOOHCH
COOHCH
COOCHOH
KK
!
!
!
=
!
+
Ka!Kb = [H3O+]![OH-] = 1!10-14
pKa + pKb = 14 = pKW
4,76pK101,74K a-5COOHCHa 3 =!=
K
b CH
3
COO
-
=
10
-14
K
a
=5 75
!10
-10
pK
b
=9 24
Ka Kb
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
7/63
Konjugirani kiselo-bazni par
npr.: NH3/NH4+
NH3 +H2O NH4+ + OH-
NH4+
+ H2O
NH3 +H3O+
4,75pK101,76K b-5
NHb 3=!=
9,24pK105,68K a-10
NHa 4=!=+
Kb>>Ka
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
8/63
NH3/NH4+
= 1!
10-14
pKa + pKb = pKw = 14
4,75 + 9,24 = 14
!!!"! ! !!"#! ! !!!" ! !"!! ! !!!" ! !"!!" ! ! ! !"!!"
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
9/63
Jakost kiselina i baza-pKa, pKb
Podjela kiselina prema jakosti :
!jake kiseline, pKa ! 0
!
umjereno jake kiseline, pKa = 0-2
! slabe kiseline, pKa = 2-7
!
veoma slabe kiseline, pKa "7
(analogna klasifikacija va#i i za baze-pKb)
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
10/63
Kiseline i baze
Jake Slabe
potpuno ionizirane djelomi!no ionizirane
jaki elektroliti slabi elektroliti
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
11/63
Primjena kiselo-baznih titracija
! Odre$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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
[ ][ ]!"#
$%%&')*)+
),--
)+ ).
/
#!
===+
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
13/63
2. pH do TE
a) Ako je dodano 25,00 cm-3 NaOH
= cneistitriraneHCl nk nb
pH = 1,22
!""!!!!"!!
!!!!!"#$!!!!!"!!!!"
!!!!!!!"#$!
!!
!"#!!!
!"!!
6 !10-2moldm
-3
!
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
14/63
b) Ako je dodano 50,00 cm-3 NaOH
= 3,3!10-2 moldm-3
pH = 1,48
!""!!!!!!!
! !!!!"#$!!!! !"!!!!"
!!! !!!!"#$!
!!
!"#!!!!"!!!
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
15/63
3. Ako je dodano 100,00 cm-3NaOH (TE)
H+ + OH- H2O nk = nb
4. Ako je dodano 100,10 cm-3 NaOH (0,1 % nakonTE)
nb n
k
110-7moldm-3
pOH = 4,30 pH = 14 - 4,30 = 9,70
pH = 7
!""!!"
!"!!
!!!!
!"#$!!!!!""!!!!"!!
!!!!
!"#$!!!
!""!!"!"!!
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
16/63
Titracijska krivuljaStrong Acid - Strong Base Titration
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50 60
Volume of Base Added
pH
!titracijska krivulja jesimetri!na oko TE! nagle promjene pH oko TE! male promjene pH prije i
nakon TE
!
TE je uvijek pri pH 7,00bez obzira na c
! za HCl c = 0,1 moldm-3 skokje u pH intervalu 4,3 -9,7
NaOH, mL
TE
" Pogodni su svi indikatori s intervalom promjene boje u tomopsegu (metil oran#, metilno crvenilo, bromtimolplavo,
fenolftalein...)
OH-suvi%ak
[OH]=[H+]
H+suvi%ak
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
17/63
Odre$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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
20/63
Kako &emo izabrati indikator za titraciju ?
pH TE
pH intervalpromjene bojeindikatora
U j j k ij ki li i b
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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?
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
26/63
1pKa1
10logpKapH
1pKa101logpKapH
1pKapH
(tozna!i ?
2 - 4 pH jedinice
13pH
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
27/63
pH interval promjene boje dvobojnog
indikatora (slabe organske baze, In)
In + H2O InH+ + OH-
In
OHInHKb
InH
InKbOH
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
28/63
pH = pKw - pOH
i
In
InHlogpKbpOH
InHInlogpKbpKwpH
110ili
101
pKa
1pKapH istiizraz
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
(
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
31/63
Najpoznatije vrste kiselo-baznihindikatora
Ftaleinski indikatori Tip: HIn + H2O In- + H3O+
fenolftalein
kinoidna struktura
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
32/63
prije ZTT poslije ZTT
fenolftalein
timolftalein
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
33/63
Azo indikatori Tip: InH+ + H2O In + H3O+
Kiselo neutralno bazno
pH
Metiloran!: 3,1 4,4
Metilcrveno: 4,2 6,3
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
34/63
Sulfonftaleinski indikatori
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
36/63
Kiselo-bazne titracije u vodi
Izra!unavanje pH slabih kiselina (HA: CH3COOH, NH4+...)
HA + H2O H3O+ + A-
2H2O H3O+ + OH-
2
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
40/63
(toimamo u sustavatijekom titracije?
! slabu kiselinu
!
slabu kiselinu i njenukonjugiranubazu - pufer
! uTEkonjugiranu bazu
! Vi"ak jake baze (OH-)
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
49/63
%&!'
() *+
Utjecaj jakosti kiseline na oblik titracijske krivulje
m mL NaOH
Kamanja
po!etni pH je ve&i
skok u TE manji
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
53/63
b) pH do TE
! nakon dodatka 10,00 mL HCl
[NH3]= Cb [NH4+]= Ca
!
"
!#
#$%&()(* +=
!!"
"#!!"!!"
"#!$!"&"#!'!""
()*+#,-./!
!!
+=$
$
$ pH = 10,20
9.26
66
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
56/63
Titracija slabe kiseline slabom
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
57/63
Titracija slabe kiseline slabombazom
CH3COOH + NH3
CH3COO-
+ NH4+
baza kiselina
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
58/63
0,1moldm-3NH3 dodanou 10 mL 0,1moldm-3CH3COOH
To!kaekvivalencije
mL dodanog NH3
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
59/63
Koncentracije baze i kiseline su
razli!ite!!!
kako ra!unamo?
Primjer:
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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:
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
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
$
$
7/24/2019 Neutralimetrijske titracije
63/63