Calcolatore per la Titolazione

Il nostro calcolatore per la titolazione ti aiuterà a non doverti più chiedere "Come faccio a calcolare le titolazioni?" I calcoli per le titolazioni acido-base ti aiutano a identificare le proprietà di una soluzione (come il pH) durante un esperimento, o a determinare la composizione di una soluzione sconosciuta durante un lavoro sul campo.

Utilizzando una soluzione di molarità nota e un indicatore colorato, misuriamo la quantità di soluzione necessaria per neutralizzare la soluzione sconosciuta, indicata da un cambiamento dell'indicatore, che possiamo utilizzare per ricavare informazioni sulla soluzione sconosciuta.

Come saprai, quando un acido o una base si dissolvono in acqua, i loro ioni $\small\text{H}^+$ e $\small\text{OH}^-$ si dissociano, spostando il naturale equilibrio di auto-ionizzazione dell'acqua ($\small2\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^-$), rendendo la soluzione più acida o più basica. A pH 7, la concentrazione degli ioni $\small\text{H}_3\text{O}^+$ rispetto agli ioni $\small\text{OH}^-$ è un rapporto di $\small1:1$ (il punto di equivalenza).

Quando si esegue una titolazione, di solito abbiamo una soluzione di volume noto ma di molarità sconosciuta (l'analita), alla quale viene aggiunto un indicatore colorato (ad esempio, la fenolftaleina). L'indicatore cambia colore quando viene raggiunto il rapporto $1:1$ (regolato dalla curva di titolazione). Aggiungendo un acido o una base di molarità nota (il titolante) e misurando la quantità necessaria per provocare questo cambiamento, possiamo calcolare la molarità dell'incognita utilizzando l'equazione seguente:

dove:

• $n_{\text{H}^+}$ — Numero di ioni H⁺ apportati per ogni molecola di acido;
• $M_{\text{a}}$ — Molarità dell'acido;
• $V_{\text{a}}$ — Volume dell'acido;
• $n_{\rm OH^-}$ — Numero di ioni OH^- apportati per molecola di base;
• $M_{\text{b}}$ — Molarità della base; e
• $V_{\text{b}}$ — Volume della base.

Ecco il metodo per la titolazione acido-base:

1. Riempi una buretta con la soluzione del titolante. Assicurati di non versare la soluzione sopra la tua testa e di rimuovere l'imbuto dopo aver terminato il versamento. Posiziona la buretta su un supporto per burette. Annota il punto di partenza della soluzione sulla buretta. Potrebbe essere necessario rimuovere un po' di soluzione per raggiungere il punto di inizio delle misurazioni;

2. Misura una quantità di analita (deve essere inferiore a quella contenuta nella buretta) e aggiungila a una beuta. Aggiungi l'indicatore alla beuta. Posiziona la buretta su una piastrella bianca per osservare meglio il colore;

3. Inizia ad aggiungere lentamente il titolante, agitando costantemente la beuta. Quando il cambiamento di colore diventa lento, inizia ad aggiungere il titolante a goccia. Una volta che il cambiamento di colore è permanente, smetti di aggiungere la soluzione;

4. Annota il punto finale sulla buretta. La differenza tra questo e il punto di partenza ti fornisce il volume e da questo puoi calcolare la molarità dell'analita utilizzando l'equazione precedente; e

5. Smaltisci tutte le sostanze chimiche in modo sicuro.

Sapevi che le molecole possono avere un pH in cui sono prive di carica negativa, ed è questo che determina il nostro calcolatore del punto isoelettrico 🇺🇸?

Una curva di titolazione è un tracciato della concentrazione dell'analita in un determinato punto dell'esperimento (di solito il pH in una titolazione acido-base) vs il volume del titolante aggiunto. Questa curva ci dice se abbiamo a che fare con un acido/base debole o forte per una titolazione acido-base.

La curva intorno al punto di equivalenza sarà relativamente ripida e regolare quando si lavora con un acido forte e una base forte. Questa curva significa che un piccolo aumento della quantità di titolante causerà una variazione significativa del pH, permettendo di utilizzare diversi indicatori (come la fenolftaleina o il blu di bromotimolo).

Ecco la curva di titolazione di $\small\text{NaOH}$ che neutralizza $\small\text{HCl}$. La linea blu è la curva, mentre la linea rossa è la sua derivata.

Quando si ha a che fare con un acido forte e una base debole, o viceversa, la curva di titolazione diventa più irregolare. Gli acidi e le basi deboli sono molecole che non si dissociano completamente quando sono in soluzione; in altre parole, non sono sali. Un esempio di acido debole è l'acido acetico (acido etanoico), mentre un esempio di base debole è l'ammoniaca. Poiché queste molecole non si dissociano completamente, il pH si sposta meno vicino al punto di equivalenza.

Il punto di equivalenza si verificherà a un pH compreso nell'intervallo di pH della soluzione più forte, ovvero, per un acido forte e una base debole, il pH sarà <7. Per questo motivo, devi selezionare l'indicatore corretto per la giusta combinazione di soluzioni, in quanto l'intervallo di variazione del colore deve contenere il punto di equivalenza. Ad esempio, quando si utilizza un acido forte e una base debole, è necessario un indicatore che cambi a un pH basso, come il metilarancio (3,1-4,4).

Poiché le curve di titolazione che utilizzano un acido debole e una base debole sono molto irregolari, gli indicatori non possono essere utilizzati in modo preciso. Al contrario, spesso si utilizza un misuratore di pH.

La parola titolazione deriva dal termine francese tiltre, che originariamente significava "proporzione di oro o argento nelle monete" e successivamente "concentrazione di una sostanza in un determinato campione". È quindi facile capire perché il chimico francese Joesph Louis Gay-Lussac abbia usato per la prima volta questo termine durante i primi esperimenti sulla composizione atomica dei materiali (in seguito avrebbe migliorato la buretta e inventato la pipetta).

Solo quando Mohr sviluppò la buretta moderna nel 1855, la tecnica divenne riconoscibile, e da allora è diventata un metodo popolare per la chimica analita.

Le titolazioni hanno molte applicazioni nel mondo moderno, anche se molti degli usi originali sono stati resi superflui da tecniche più moderne:

• Per aiutare a determinare una soluzione sconosciuta, ad esempio raccolta sul campo. Anche se la determinazione esatta è impossibile, la titolazione è uno strumento prezioso per trovare la molarità. La curva di titolazione può anche determinare se la soluzione è un acido/base forte o debole;

• Se l'olio vegetale di scarto viene utilizzato per produrre biodiesel, è necessario neutralizzare il lotto prima di lavorarlo. A tal fine, un piccolo campione viene sottoposto a titolazione per scoprirne l'acidità, che ci indica la quantità di base necessaria per neutralizzare il lotto con successo. L'aggiunta di una base rimuove gli acidi grassi liberi presenti, che possono essere utilizzati per produrre sapone; e infine

• Le titolazioni sono comunemente utilizzate per determinare la concentrazione di pioggia acida che cade. Questi esperimenti sono utili per monitorare la quantità di inquinamento nell'alta atmosfera.

Acidi

Basi

La titolazione è un metodo per determinare la concentrazione sconosciuta di una sostanza specifica (analita) disciolta in un campione di concentrazione nota.

Quando la reazione tra l'analita e il titolante è completa, si può osservare un cambiamento nel colore della soluzione o una variazione del pH. Dal volume di titolante utilizzato, è possibile calcolare la composizione dell'analita conoscendo la stechiometria della reazione chimica.

Per punto di equivalenza si intende il punto durante la titolazione in cui il titolante aggiunto ha neutralizzato completamente la soluzione dell'analita. Al punto di equivalenza, il numero di moli di titolante aggiunte è uguale al numero di moli dell'analita secondo la stechiometria della reazione. Potrai notare sulla curva di titolazione che il pH aumenterà bruscamente intorno al punto di equivalenza.

Per calcolare la concentrazione sconosciuta di 0,15 mL di HCl:

1. Usa la formula del rapporto 1:1 perché una mole di HCl reagisce con una mole di NaOH — HCl + NaOH → NaCl + H₂O;

2. Moltiplica la molarità della base forte NaOH per il volume dell'NaOH (M_B × V_B = 0,500 M × 20,70 mL); e

3. Dividi questo risultato (10,35 M × mL) per il volume dell'acido HCl (0,15 mL) M_A = (M_B × V_B)/V_A = (0,500 M × 20,70 mL)/0,15 mL = 0,690 M. La concentrazione è espressa come numero di moli per litro di soluto.

Il pH è 3,00. Il numero di moli di ioni H⁺ provenienti dall'HCl è pari a:

50,00 × 10^-3 L × 0,100 M HCl = 5,00 × 10^-3 moli.

Hai aggiunto 49,00 × 10^-3 L × 0,100 M NaOH = 4,90 × 10^-3 moli di ioni OH^-.

Quindi rimangono 5,00 × 10^-3 - (4,90 × 10^-3) = 1,0 × 10^-4 moli di H⁺.

La concentrazione di H⁺ è 1,0 × 10^-4/(0,049 L + 0,050 L) = 1,0 × 10^-4/(0,099 L) = 1,00 × 10^-3 M. Poiché pH = -log[H⁺], il pH sarà 3.