Что такое точка эквивалентности способы ее определения

Что такое точка эквивалентности и для чего она нужна?

точка эквивалентности это тот, в котором два химических вещества отреагировали полностью. В кислотно-основных реакциях эта точка указывает, когда вся кислота или основание были нейтрализованы. Эта концепция является ежедневным хлебом титрования или объемных оценок и определяется простыми математическими вычислениями..

Но какова степень? Это процесс, при котором осторожно добавляют объем раствора известной концентрации, называемого титрантом, к раствору неизвестной концентрации, чтобы получить его концентрацию..

Использование индикатора pH позволяет узнать момент окончания титрования. Индикатор добавляется к раствору, который титруется, чтобы определить количество концентрации, которую вы хотите знать. Кислотно-основной индикатор — это химическое соединение, цвет которого зависит от концентрации водорода или рН среды..

Однако изменение цвета индикатора указывает на конечную точку титрования, но не на точку эквивалентности. В идеале обе точки должны совпадать; но на самом деле изменение цвета может произойти через несколько капель после завершения нейтрализации кислоты или основания.

• 1 Что такое точка эквивалентности??
  • 1.1 Конечная точка
• 2 Точка эквивалентности титрования сильной кислоты с сильным основанием
• 3 Кривая слабого кислотного титрования — сильное основание
  • 3.1 Этапы
  • 3.2 Выбор индикатора по точке эквивалентности
• 4 Ссылки

Что такое точка эквивалентности?

Раствор кислоты неизвестной концентрации, помещенный в колбу, можно титровать, медленно добавляя раствор гидроксида натрия известной концентрации с использованием бюретки..

Выбор индикатора должен быть сделан таким образом, чтобы он менял цвет в точке, в которой прореагировало одинаковое количество химических эквивалентов раствора титранта и раствора неизвестной концентрации..

Это точка эквивалентности, в то время как точка, в которой индикатор меняет цвет, называется конечной точкой, где заканчивается титрование.

Конечная точка

Ионизация или диссоциация индикатора представлена ​​следующим образом:

И, следовательно, имеет постоянную Ka

Связь между недиссоциированным индикатором (HIn) и диссоциированным индикатором (In — ) определяет цвет индикатора.

Добавление кислоты увеличивает концентрацию HIn и дает цвет 1 индикатора. Между тем добавление основания способствует увеличению концентрации диссоциированного индикатора (В — ) (цвет 2).

Желательно, чтобы точка эквивалентности совпадала с конечной точкой. Для этого выбирается индикатор с интервалом изменения цвета, который включает точку эквивалентности. Кроме того, речь идет об уменьшении любой ошибки, которая приводит к разнице между точкой эквивалентности и конечной точкой.

Стандартизация или оценка раствора — это процесс, в котором определяется точная концентрация раствора. Это методологически степень, но используемая стратегия отличается.

Раствор первичного стандарта помещают в колбу и стандартизированный раствор титранта добавляют в бюретку..

Точка эквивалентности титрования сильной кислоты с сильным основанием

100 мл 0,1 М HCl помещают в колбу и постепенно добавляют 0,1 М раствор NaOH с помощью бюретки, определяя изменения рН раствора, который образуется соляной кислоты.

Первоначально перед добавлением NaOH pH раствора HCl составляет 1.

Добавляется сильное основание (NaOH), и pH постепенно увеличивается, но это все еще кислый pH, поскольку избыток кислоты определяет этот pH..

Если вы продолжаете добавлять NaOH, наступает момент, когда достигается точка эквивалентности, когда pH является нейтральным (pH = 7). Кислота прореагировала с потребляемым основанием, но избытка основания пока нет.

Преимущественно концентрация хлорида натрия, который является нейтральной солью + ни Cl — гидролиз).

Если NaOH продолжает добавляться, pH продолжает увеличиваться, становясь более основным, чем точка эквивалентности, потому что концентрация NaOH преобладает.

В идеале изменение цвета индикатора должно происходить при pH = 7; но из-за резкой формы кривой титрования можно использовать фенолфталеин, который меняет цвет на бледно-розовый при рН около 8.

Кривая слабого кислотного титрования — сильное основание

Кривая титрования сильной кислоты с сильным основанием аналогична кривой на изображении выше. Единственное различие между двумя кривыми состоит в том, что у первой наблюдается гораздо более резкое изменение pH; тогда как на кривой титрования слабой кислоты с сильным основанием можно наблюдать, что изменение является более постепенным.

В этом случае титруется слабая кислота, такая как уксусная кислота (СН₃COOH) с сильным основанием, гидроксид натрия (NaOH). Реакция, которая происходит при титровании, может быть схематизирована следующим образом:

NaOH + CH₃COOH => CH₃COO — не доступно + + H₂О

В этом случае ацетатный буферный раствор образуется с pKa = 4,74. Амортизированная область видна в незначительном и почти незаметном изменении до pH 6.

Точка эквивалентности, как показано на рисунке, составляет около 8,72, а не 7. Почему? Потому что CH₃COO — анион, который после гидролиза образует ОН — , которые основывают pH:

этапы

Титрование уксусной кислоты гидроксидом натрия можно разделить на 4 этапа для анализа.

-Перед началом добавления основания (NaOH) pH раствора является кислотным и зависит от диссоциации уксусной кислоты.

-По мере добавления гидроксида натрия образуется ацетатный буфер, но таким же образом увеличивается образование конъюгата ацетатного основания, что приводит к увеличению рН раствора..

-PH точки эквивалентности происходит при pH 8,72, который является откровенно щелочным.

Точка эквивалентности не имеет постоянного значения и изменяется в зависимости от соединений, участвующих в титровании.

-Продолжая добавлять NaOH, после достижения точки эквивалентности pH увеличивается из-за избытка гидроксида натрия.

Выбор индикатора по точке эквивалентности

Фенолфталеин полезен при определении точки эквивалентности при этом титровании, поскольку у него есть точка изменения цвета при рН около 8, которая попадает в зону рН титрования уксусной кислоты, которая включает точку эквивалентности (рН = 8,72).

С другой стороны, метиловый красный бесполезен при определении точки эквивалентности, поскольку он меняет цвет в диапазоне рН от 4,5 до 6,4..

Источник

Точка эквивалентности

Точка эквивалентности (в титриметрическом анализе) — момент титрования, когда число эквивалентов добавляемого титранта эквивалентно или равно числу эквивалентов определяемого вещества в образце. В некоторых случаях наблюдают несколько точек эквивалентности, следующих одна за другой, например, при титровании многоосновных кислот или же при титровании раствора, в котором присутствует несколько определяемых ионов.

На графике кривой титрования присутствует одна или несколько точек перегиба, соответствующих точкам эквивалентности.
Точкой окончания титрования (подобна точке эквивалентности, но не то же самое) считают момент, при котором индикатор изменяет свой цвет при колориметрическом титровании.

Содержание

Методы определения точки эквивалентности

С помощью индикаторов

Это вещества, изменяющие свой цвет вследствие протекания химических процессов. Кислотно-основные индикаторы, например фенолфталеин, изменяют свой цвет в зависимости от pH раствора, в котором они находятся. Редокс-индикаторы изменяют свой цвет вслед за изменением потенциала системы, используются таким образом при окислительно-восстановительном титровании. Перед началом титрования в исследуемый раствор добавляют несколько капель индикатора и начинают по каплям добавлять титрант. Как только раствор вслед за индикатором изменяет свой цвет, титрование прекращают, этот момент приблизительно и есть точка эквивалентности.

Правило выбора индикатора — при титровании используется такой индикатор, который изменяет свою окраску около точки эквивалентности, т.е. интервал перехода окраски индикатора должен по возможности совпадать со скачком титрования.

Потенциометрия

В данном случае используют прибор для измерения электродного потенциала раствора. При достижении точки эквивалентности потенциал рабочего электрода резко изменяется.

С помощью pH-метров

pH-метр по сути своей также является потенциметром, в котором используется электрод, потенциал которого зависит от содержания в растворе ионов H + , это пример использования ионоселективного электрода. Таким образом можно следить за изменением pH в течение всего процесса титрования. При достижении точки эквивалентности pH резко изменяется. Данный способ более точный по сравнению с титрованием с использованием кислотно-основных индикаторов, и может быть легко автоматизирован.

Проводимость

Проводимость раствора электролитов зависит от находящихся в нем ионов. Во время титрования проводимость часто значительно изменяется (Например, при кислотно-основном титровании, ионы H + и OH − взаимодействуют, образуя нейтральную молекулу H₂O, что вызывает изменение проводимости раствора). Общая проводимость раствора зависит и от других присутствующих ионов (например, противоинов), которые вносят в нее различный вклад. Он, в свою очередь, зависит от подвижности каждого иона и от общей концентрации ионов (ионной силы). В связи с этим предсказать изменение проводимости гораздо сложнее, нежели измерить ее.

Изменение цвета

При протекании некоторых реакций происходит изменение цвета и без добавления индикатора. Чаще всего это наблюдается при окислительно-восстановительном титровании, когда исходные вещества и продукты реакции имеют разные цвета в разных степенях окисления.

Осаждение

Если во время реакции образуется твердое нерастворимое вещество, то по окончании титрования образуется преципитат. Классическим примером такой реакции является образование крайне нерастворимого хлористого серебра AgCl из ионов Ag + и Cl − . Удивительно, но это не позволяет точно определить момент окончания титрования, поэтому осадительное титрование чаще всего используют в качестве обратного титрования.

Изотермическое калориметрическое титрование

Используется изотермический титровальный калориметр, который по величине тепла, которое выделила или поглотила реагирующая система, определяет точку эквивалентности. Данный способ важен в биохимическом титровании, например, для определения того, как ферментный субстрат связывается с ферментом.

Термометрическая титриметрия

Термометрическая титриметрия — чрезвычайно гибкая техника. Она отличается от калориметрической титриметрии тем, что теплота реакции, о которой свидетельствует падение или рост температуры, не используется для определения количества содержащегося в исследуемом образце раствора вещества. Напротив, точка эквивалентности определяется на основе области, в которой происходит изменение температуры. В зависимости от того, является реакция между титрантом и исследуемым веществом экзотермической или эндотермической, температура в течение процесса титрования будет, соответственно, возрастать или падать. Когда все исследуемое вещество прореагировало с титрантом, изменение области, в которой происходит рост или падение температуры, позволяет определить точку эквивалентности и изгиб на кривой температуры. Точно точку эквивалентности можно определить, взяв вторую производную кривой температуры: четкий пик будет указывать на точку эквивалентности.

Спектроскопия

Точку эквивалентности можно определить, измеряя абсорбцию света раствором во время титровании, если известен спектр продукта, титранта или исследуемого вещества. Относительное содержание продукта реакции и исследуемого вещества позволяют определить точку эквивалентности. При этом присутствие свободного титранта (указывающее на завершение реакции) можно обнаружить при очень малых величинах.

Амперометрия

Метод, позволяющий определить точку эквивалентности по величине тока при заданном потенциале. Величина тока вследствие реакции окисления/восстановления исследуемого вещества или продукта у рабочего электрода зависит от их концентрации в растворе. Точке эквивалентности соответствует изменение величины тока. Данный метод наиболее полезен, когда необходимо уменьшить расход титранта, например, при титровании галидов ионом Ag + .

Источник

Точка эквивалентности и способы ее фиксации

Точка эквивалентности (Т. Э.) — такая точка титрования, в котором количество прибавленного титранта Т эквивалентно количеству титруемого вещества.

Наступающий в процессе титрования момент, в котором количество раствора реагента (р.в.) становится теоретически строго эквивалентным количеству определяемого компонента (о.в.), реагирующего с прибавляемым р.в. согласно определенному уравнению химической реакции, называют моментом (точкой) эквивалентности (т.э.).
Момент, при котором заканчивают титрование, называют конечной точкой титрования (к.т.т).
А конечную точку титрования мы определяем при помощи индикаторов, которые изменяют свою окраску — это и будет подтверждение точки эквивалентности.

Методы с применением индикаторов:

Наиболее часто при аргентометрическом титровании пользуются в качестве индикаторов растворами

1)хромата калия K2CrO4 (в методе Мора)

Применение K2CrO4 в качестве индикатора основано на способности CrO4- давать с Ag+ кирпично-красного цвета осадок Ag2CrO4

2)железо-аммонийных квасцов NH4Fe(SO4J2 (в методе Фольга рда).Пока не достигнута точка эквивалентности, концентрация остающихся в растворе SCN

hohob настолько мала, что образования комплексов железа, в частности Fe(SCN)2+, не происходит. Но первая же избыточная капля раствора NH4SCN повысит эту концентрацию настолько, что указанная реакция произойдет и раствор приобретет более или менее интенсивную оранжево-красную окраску.Применяя способ обратного титрования (титрование по остатку), этот метод можно использовать также и для определения бромидов и хлоридов.

Гей-Люссака Безиндикаторный Титрование до просветления, т.е. когда новая порция титранта не вызывает помутнения раствора Br — Мора K2Cr2O7 Появление в щелочной среде кирпичного цвета осадка Ag2CrO4 при избытке титранта Cl Br — Фольгарта FeCl3 Появление красного окрашивания при избытке раствора NH4CNS в качестве титранта Ag+ (прямое титрование);

34. Индикатор — средство, позволяющее путем визуального наблюдения установить достижение системой определенного состо­яния ( определенной концентрации анализируемого вещества).

Основные типы индикаторов

Известные в настоящее время визуальные индикаторы делят на несколько типов по очень важным в практическом отношении признакам: 1) химической природе, типу реакции взаимодействия индикатора с соответствующим веществом титриметрической системы; 2) характеру обратимости взаимодействия; 3) характеру окраски разных форм индикатора; 4) наблюдаемому эффекту; 5) способу применения.

В соответствии с типом реакции взаимодействия выделяют ин­дикаторы присоединения или отдачи ионов и электронов.

Все индикаторы присоединения ионов имеют сходные признаки. Они отдают или присоединяют какую-либо частицу. Например, Н₃0 + или ОН», если это кислотно-основные (рН-индикаторы); Ме я+ — металлохромные (Me — металл; металло-индикаторы); Ме л+ или An w _ — осадкообразующие, адсорбционные индикато­ры (Ап — анион). Индикаторы этой группы в разной мере, но обязательно взаимодействуют с ионом гидроксония, даже если не предназначены для его определения. По этой причине при определении ионов металлов необходимо поддерживать почти посто­янной концентрацию ионов Н₃0 + , используя избыток сильной кислоты, основания или добавляя буферные смеси. Индикаторы присоединения электронов принимают участие в реакциях окисле­ния-восстановления, и поэтому их называют окислительно-вос­становительными или редоксиндикаторами. Их показания часто зависят как от концентрации фиксируемых частиц, так и от кис­лотности титруемого раствора. Их окраска изменяется замедлен­но, а химические реакции с их участием протекают с образова­нием промежуточных соединений.

По характеру обратимости индикаторной реакции индикаторы делят на обратимые и необратимые.

Обратимыми являются те индикаторы, для которых наблюдае­мые изменения около точки перехода окраски происходят любое число раз в одну или другую сторону при изменении концентрации соответствующего компонента титриметрической системы. Так, фенолфталеин окрашивает раствор в розовый цвет при добавлении щелочи и обесцвечивается при добавлении избытка кислоты. Этот процесс может быть повторен практически неограниченно. Боль­шинство кислотно-основных и металлохромных индикаторов отно­сится к обратимым. Эти индикаторы удобны, потому что при слу­чайном введении избытка титранта в локальную область титруе­мого вещества определение все же будет правильным; перемешива­ние приводит к выравниванию средней концентрации раствора, исчезновению местного оттитровывания и восстановлению окраски индикатора до первоначальной. Необратимыми являются индикаторы, для которых изменения вблизи точки перехода можно наблюдать только в одном направле­нии вследствие необратимых химических превращений, коренным образом изменяющих их структуру и реакционную способность. Индикаторами указанного типа являются многие типичные кислот­но-основные индикаторы, относящиеся к азосоединениям и суль- фофталеинам, если их использовать при редоксиметрических тит­рованиях. Свойство индикаторов этого типа необратимо изменять свою окраску при локальном возрастании концентрации титранта, особенно при плохом перемешивании раствора, может быть причи­ной ошибочного фиксирования степени оттитрованности раствора.

По способу применения индикаторы делятся на внутренние и внешние. Индикатор, который вводят непосредственно в анали­зируемый раствор, называют внутренним. В некоторых случаях ин­дикатор нельзя ввести в анализируемый раствор. Тогда отбирают одну-две капли этого раствора и помещают на специальную бума­гу, пропитанную индикатором, или смешивают с раствором ин­дикатора на белой фарфоровой пластинке или на обычной филь­тровальной бумаге. Использованный индикатор является внешним по отношению к анализируемому раствору.

В соответствии с природой наблюдаемого эффекта различают индикаторы цвета — цветные; свечения — хемилюминесцентные и флуоресцентные; индикаторы образования гетерофазы (в част­ном случае — осадка) и изменения ее свойств — осадкообразую­щие, помутнения и адсорбционные. Из указанных индикаторов наиболее часто используют цветные индикаторы.

Цветные индикаторы бывают одно- и двухцветные. У одноцвет­ных индикаторов окрашена только одна форма (вторая — бесцвет­на). Типичными представителями одноцветных индикаторов яв­ляются кислотно-основные индикаторы типа нитрофенолов раз­ных степеней замещенности, а также фталеины (например, на- фтолфталеин, фенолфталеин, тимолфталеин).

Нитрофенол и его таутомерно-ионные формы:

В щелочной среде отщепление протона от группы —ОН бес­цветной формы приводит к появлению хиноидной группировки в одном из бензольных колец и появлению окраски. Фенолфталеин:

У двухцветных индикаторов окрашены обе равновесные формы. Большинство цветных индикаторов принадлежит именно к этому типу, независимо от вещества, на изменение концентрации ко­торого индикатор реагирует. Как видно из приведенных приме­ров, причиной изменения окраски индикаторов является исчез­новение одних и появление других функциональных группировок при переходе от одной формы к другой. Например, для метилово­го оранжевого наблюдается переход бензоидной группировки в хиноидную, а при увеличении кислотности раствора — азогруп­пы N-»N—- в группу ««N—NH—.

Метиловый оранжевый и его таутомерно-ионные формы:

Двухцветные индикаторы отличаются от одноцветных тем, что их основные характеристики (интервал перехода окраски и по­казатель титрования) в достаточно широких пределах не зависят от концентрации в растворе. В случае одноцветных кислотно-ос­новных индикаторов десятикратное изменение их концентрации приводит к смещению интервала изменения окраски примерно на единицу pH.

Особое место среди цветных индикаторов занимают смешанные индикаторы, представляющие смесь индивидуальных индикаторов или какого-либо индикатора с инертным красителем. Формы ком­понентов смешанных индикаторов имеют взаимодополняющие цвета, при наложении которых раствор приобретает нейтральный серо-белый цвет, существующий в очень узком интервале концен­траций определяемого компонента. Некоторые характеристики ин­дивидуальных красителей и их смесей приведены в табл. 6.2. Сме­шанные индикаторы отличает четкое изменение окраски, т.е. кон­трастный переход. Это изменение происходит в узком интервале концентраций определяемого вещества. С этими индикаторами удобно работать в условиях искусственного освещения, в слабо- окрашенных и мутных растворах. Смешанные индикаторы значи­тельно расширяют круг веществ, которые можно определять тит

Состав индикатора	^pH|nd ИЛИ pTCMtuliKIU	Окраска форм индикатора (кислотная — шелочная)
I. Метиловый красный	4,2-6,2	Красная — желтая
II. Метиленовый голубой	Инертный краситель	Синяя —синяя
III. Смесь I и II (1: 1)	5,4 (серая)	Красно-фиолетовая— зеленая
IV. Бромкрезоловый зеленый	I ОС rn	Желтая—синяя
V. Смесь I и IV(1: 3)	5,1 (серая)	Винно-красная — зеленая

рованием. К таким относятся, прежде всего, вещества, для кото­рых характерна малая величина константы равновесия реакции титрования, что определяет малую величину скачка титрования (например, 0,2—0,6 ед. pH или рМе).

В некоторых случаях целесообразно использовать специфические индикаторы. Они реагируют только со строго определенным ве­ществом с четко выраженным аналитическим эффектом. Напри­мер, в иодометрии роль специфического индикатора выполняет крахмал. Он образует с иодом аддукт, имеющий синию окраску. Специфический индикатор на Fe 3+ — роданид-ион, NCS». При их взаимодействии образуется комплексный ион FeNCS 2+ , имеющий карминово-красный цвет. Индикаторов этого типа известно не­много, но их поиск проводится постоянно.

Достижения системой определенного состояния при титровании можно зафиксировать, используя самоиндикацию, т.е. появление или исчезновение окраски раствора вследствие появления или ис­чезновения какого-либо компонента титриметрической системы — титранта или титруемого вещества. Так, при титровании перман­ганатом калия появление его в растворе окрашивает последний в розовый цвет. Наоборот, если КМп0₄ титруется соответствующим восстановителем, то при оттитоовывании его первоначальная розовая окраска раствора исчезает. Аналогичная картина наблюдается при использовании в качестве титранта растворов солей Ce(IV). Указанный принцип фиксирования конца титрования широко ис­пользуют при титриметрических определениях органических ве­ществ.

Основные характеристики индикаторов. Индикаторы принято характеризовать такими параметрами, как интервал (область) перехода эффекта (окраски, свечения, помутнения раствора) и показатель титрования.

Под интервалом перехода (окраски, свечения, помутнения рас­твора) понимают интервал концентраций (или рХ) фиксируемого вещества, в пределах которого происходит заметное для глаза изме­нение аналитического эффекта. Этот интервал обычно обознача­ют как ApX|_nd. Значение рХ, при котором наиболее резко заметно изменение аналитического эффекта, называют показателем тит­рования ( точкой перехода) индикатора и обозначают как pT_)nd.

Взаимосвязь величины интервала перехода и показателя тит­рования можно установить, используя уравнение константы рав­новесия индикаторной реакции XInd + Ind». Найдя р-функ- цию равновесной концентрации фиксируемой частицы, получают:

За начало и конец интервала перехода принимают значения концентрации X, при которых наблюдается эффект, характерный только для какой-то одной формы индикатора, т.е. вначале сво­бодной — Ind», а затем связанной — XInd. В случае цветных инди­каторов условно считают, что окраска раствора определяется фор­мой «Ind

», если соотношение [Ind»]: [XInd] = (6. 10): 1 и, на­оборот, формой «XInd», если это соотношение равно 1 :(6. 10). Поэтому интервал перехода имеет величину ApX|_nd.

Интервалы перехода и показатели титрования цветных индикаторов

Метод титрования	X	К\п&	рТы	ApX|nd
Протолитометрия	н + ОН”	Ка/К5Кь/К5	Pallid) pA*(Ind)	рКа<Ь)(Ш)± (0,8-1)
Комплексометрия	Ме л+	p'(Melnd)	pp'(Melnd)	pp'(MeInd)± (0,8-1)
Редоксиметрия	Е	A£indJc//0,059	AEjnd	A^ind ± 0,059

В действительности, значение pTi_nd смещено от середины в сто­рону значения рХ, соответствующего форме с более интенсив­ным аналитическим эффектом, например окраской. Это смеще­ние может составлять 0,2—0,4 единицы рХ.

Интервал перехода индикатора и его показатель титрования зависят от природы индикатора (^^(Ind)’, p'(Melnd), Ai?i_n 4 . 10′ 5 ) М, что со­ответствует добавлению одной—трех капель 0,5—0,1 %-ного ра­створа индикатора на каждые 10—25 мл титруемого раствора. Ко­личество титранта, взятое на титрование каждой аликвоты (пи­петки) анализируемого раствора, должно быть одним и тем же, особенно в случае одноцветных индикаторов. Введение меньшего,

чем указано, количества индикатора делает раствор слабоокра- шенным, а большего — излишне окрашенным. Наблюдать изме­нение окраски таких растворов (особенно в конце титрования) трудно, часто даже невозможно.

Источник