Titolazione acido base -...
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Forza di un acido Si definiscono acidi forti quegli acidi che in soluzione acquosa sono completamentedissociati.
Si definiscono acidi deboli quegli acidi che in soluzione acquosa sono parzialmentedissociati.
HA + H2O A- H3O++
HA + H2O A- H3O++
Costante di dissociazione di un acido debole
L’entità della dissociazione di un acido debole è determinatadalla costante d’equilibrio Ka.
HA + H2O A- H3O++Ka
Costanti di dissociazioneLa costante di dissociazione acida Ka è definita da
La concentrazione [H2O] in soluzione acquosa è:
moli di H2O = 1000g/PM = 1000/18 = 55.5
[H2O] = 55.5 M
K'a = [H3O+] [A-]
[H2O] [HA] [HA]
[H3O+] [A-]Ka =
K'a = [H3O+] [A-]
[H2O] [HA] [HA]
[H3O+] [A-]Ka =
Neutralizzazione di un acido forte con una base forte
Una soluzione è acida quando contiene una quantità di ioni H+ maggiore di quella dovuta alla dissociazione dell’acqua.
Per quantificare la concentrazione di acido presente in una soluzione si sfrutta la reazione di neutralizzazione.
H+ + OH- H2O
Neutralizzazione di un acido forte con una base forte
Per seguire cosa succede durante una titolazione prendiamo 50 mL di HCl 0,1 M e lo neutralizziamo con NaOH 0,1 M.
mLNaOHmmoliNaOHmmoliHCl Vtot [H+] pH0,0 0,00 5,00 50,0 0,100000 1,005,0 0,50 4,50 55,0 0,081818 1,0910,0 1,00 4,00 60,0 0,066667 1,1815,0 1,50 3,50 65,0 0,053846 1,2720,0 2,00 3,00 70,0 0,042857 1,3725,0 2,50 2,50 75,0 0,033333 1,4830,0 3,00 2,00 80,0 0,025000 1,6035,0 3,50 1,50 85,0 0,017647 1,7540,0 4,00 1,00 90,0 0,011111 1,9545,0 4,50 0,50 95,0 0,005263 2,2846,0 4,60 0,40 96,0 0,004167 2,3847,0 4,70 0,30 97,0 0,003093 2,5148,0 4,80 0,20 98,0 0,002041 2,6949,0 4,90 0,10 99,0 0,001010 3,0049,2 4,92 0,08 99,2 0,000806 3,0949,4 4,94 0,06 99,4 0,000604 3,2249,6 4,96 0,04 99,6 0,000402 3,4049,8 4,98 0,02 99,8 0,000200 3,7049,9 4,99 0,01 99,9 0,000100 4,0050,0 5,00 0,00 100,0 0,000000 7,0050,2 5,02 -0,02 100,2 -0,000200 10,3050,4 5,04 -0,04 100,4 -0,000398 10,6050,6 5,06 -0,06 100,6 -0,000596 10,7850,8 5,08 -0,08 100,8 -0,000794 10,9051,0 5,10 -0,10 101,0 -0,000990 11,00
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80pH
mLNaOH
HCl 0.1 M
Neutralizzazione di un acido debole con una base forte
Nel caso di un acido debole (es. un acido HA la cui costante Ka = 10-4) nelle stesse condizioni di volume e concentrazione l’andamento della titolazione sarà
mLNaOHmmoliNaOH Vtot [A-] [HA] [H+] pH0,0 0,00 50,0 0,0 0,003162 2,505,0 0,50 55,0 0,00909 0,08182 0,000900 3,0510,0 1,00 60,0 0,01667 0,06667 0,000400 3,4015,0 1,50 65,0 0,02308 0,05385 0,000233 3,6320,0 2,00 70,0 0,02857 0,04286 0,000150 3,8225,0 2,50 75,0 0,03333 0,03333 0,000100 4,0030,0 3,00 80,0 0,03750 0,02500 0,000067 4,1835,0 3,50 85,0 0,04118 0,01765 0,000043 4,3740,0 4,00 90,0 0,04444 0,01111 0,000025 4,6045,0 4,50 95,0 0,04737 0,00526 0,000011 4,9546,0 4,60 96,0 0,04792 0,00417 0,000009 5,0647,0 4,70 97,0 0,04845 0,00309 0,000006 5,1948,0 4,80 98,0 0,04898 0,00204 0,000004 5,3849,0 4,90 99,0 0,04949 0,00101 0,000002 5,6949,2 4,92 99,2 0,04960 0,00081 0,000002 5,7949,4 4,94 99,4 0,04970 0,00060 0,000001 5,9249,6 4,96 99,6 0,04980 0,00040 0,000001 6,0949,8 4,98 99,8 0,04990 0,00020 0,000000 6,4049,9 4,99 99,9 0,04995 0,00010 0,000000 6,7050,0 5,00 100,0 0,05000 0,00000 0,000001 7,4050,2 5,02 100,2 0,05010 -0,00020 0,000000 8,3050,4 5,04 100,4 0,05020 -0,00040 0,000000 8,6050,6 5,06 100,6 0,05030 -0,00060 0,000000 8,7850,8 5,08 100,8 0,05040 -0,00079 0,000000 8,9051,0 5,10 101,0 0,05050 -0,00099 0,000000 9,0052,0 5,20 102,0 0,05098 -0,00196 0,000000 9,2955,0 5,50 105,0 0,05238 -0,00476 0,000000 9,6860,0 6,00 110,0 0,05455 -0,00909 0,000000 9,96
0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80
Punto di equivalenzaIl punto di equivalenza è il punto in cui le moli di base aggiunta sono uguali alle moli di acido inizialmente presenti.
Volumetrica classica
indicatori
Volumetrica strumentale
pHmetri, conduttimetri
Indicatori acido base
Un indicatore è un acido debole le cui forme dissociata e indissociata hanno colore diverso.
Indicatori nella titolazione acido-base
Gli indicatori acido/base sono acidi o basi organiche deboli, le cui forme differiscono come colore dalle relative forme coniugate.
HIn H2O In- H3O++ +
Coloreforma acida
Colore forma basica
KaHIn H2O In- H3O++ +
Coloreforma acida
Colore forma basica
KaHIn H2O In- H3O+
+ + Coloreforma acida
Colore forma basica
Ka
[ ][ ][ ]HIn
InOHK 3a
-+
= [ ] [ ][ ]-
+ =InHInKOH a3
[ ][ ]--=InHInpKpH a log
110logpKpH a +=
101logpKpH a +=
Indicatori nella titolazione acido-base
Gli indicatori acido/base sono acidi o basi organiche deboli, le cui forme differiscono come colore dalle relative forme coniugate.
HIn H2O In- H3O++ +
Coloreforma acida
Colore forma basica
KaHIn H2O In- H3O++ +
Coloreforma acida
Colore forma basica
KaHIn H2O In- H3O+
+ + Coloreforma acida
Colore forma basica
Ka
[ ][ ][ ]HIn
InOHK 3a
-+
= [ ] [ ][ ]-
+ =InHInKOH a3
[ ][ ]--=InHInpKpH a log
110logpKpH a +=
101logpKpH a +=
1pKpH a ±=Intervallo dell’indicatore
Indicatori• Verde di bromocresolo3.8-5.4
• Metilarancio 3.1-4.4
• Rossometile 4.2-6.2
• Blu di bromotimolo 6.0-7.60
• Fenolftaleina 8.0-9.8
Errori di titolazione
• Lo scarto tra il punto di equivalenza ed il punto finalerappresenta l’errore di titolazione.
o sensibilità dell’operatore alle variazioni di colore
o memoria del colore
o pregiudizio
Flessi
Punto equivalente
Zona tampone EccessoOH-
Flessi
Punto equivalente
Zona tampone EccessoOH-
Flesso
Titolazione acido-base
Acido forte – base forte Acido debole – base forte
Errori • Un’analisi chimica è composta da diversi passaggi:
• Pesata
• Portata a volume
• Prelievo
• Titolazione
• ……
• Ad ogni passaggio è associato un errore, che contribuirà addittivamenteall’errore della misura finale.
Propagazione degli errori
• Se la misura finale Y è funzione di x1,x2, ……… , xn misure intermedie,l’errore su Y può essere calcolato dagli errori Δxi sulle singole misuresecondo la relazione:
• Nel caso della titolazione dell’HCl con il carbonato, la concentrazionedell’acido è ricavata dalla relazione
n
n
2
2
1
1
xx.........
xx
xx
YY D
++D
+D
=D
32CONaHClHCl moliVC =´
Propagazione degli errori
• Dalla relazione:
• L’errore sulla concentrazione è dato da
32CONaHClHCl moliVC =´HCl
CONaHCl V
moliC 32=
HCl
HCl
CONa
CONa
HCl
HCl
VV
molimoli
CC
32
32 D+
D=
D
HCl
HCl
CONa
CONa
HCl
HCl
VV
PMgPMg
CC
32
32 D+
÷øöç
èæ
÷øöç
èæD
=D
HCl
HCl
CONa
CONa
HCl
HCl
VV
gg
CC
32
32 D+
D=
D
Propagazione degli errori
HCl
HCl
CONa
CONa
HCl
HCl
VV
gg
CC
32
32 D+
D=
D 201.0
132.0001.0
1.0+=
D HClC
001.000125.0201.0
132.0001.01.0 ==÷
øö
çèæ +´=D HClC
2005.0
1325.00001.0
1.0+=
D HClC
0003.0000325.02005.0
1325.00001.01.0 ==÷
øö
çèæ +´=D HClC
Errore e dispersione dei risultati
• L’errore legato alla strumentazione (errore limite) per la determinazionedel titolo dell’HCl è quindi compreso tra 0.001 e 0.0003.
• In ogni misura oltre l’errore limite vi è l’errore casuale dell’operazionedovuto a piccole singole cause indipendenti e non individualbili.
• Misure ripetute saranno affette da errore casuale.
• L’errore casuale è la causa della dispersione dei risultati.
Errore e dispersione dei risultati
• L’errore legato alla strumentazione (errore limite) per la determinazionedel titolo dell’HCl è quindi compreso tra 0.001 e 0.0003.
• In ogni misura oltre l’errore limite vi è l’errore casuale dell’operazionedovuto a piccole singole cause indipendenti e non individualbili.
• Misure ripetute saranno affette da errore casuale.
• L’errore casuale è la causa della dispersione dei risultati.
Errori sistematici
Gli errori sistematici sono errori dovuti:
• Staratura dello strumento
• Bilancia
• Buretta
• Matraccio
• Vetreria tarata in generale
• Difetti e pregiudizi dell’operatore
Gli errori sistematici si possono e si devono eliminare.
Postazione di laboratorio
• Bancone sgombro
• Oggetti in genere ed in particolare colorati e riflettenti
• Apparecchiare il posto con un foglio di carta bianca.
• Esalta il colore e permette di valutare meglio le differenze.
• Si evita di portare all’interno dell’ambiente di reazione sostanzeestranee (bacchetta di vetro poggiata sul bancone)
• Preparare la buretta, la bacchetta di vetro, il quaderno di laboratorio equanto possa occorrere prima di iniziare (leggere la metodica).
Titolazione NaOH
Dopo che l’HCl è stato standardizzato con il Na2CO3, utilizzarel’acido per verificare la concentrazione di un campione incognitodi soda ~0.1 M.
OH- + H+→ H2O
Calcolare la dispersione dei risultati e definire l’ultima cifrasignificativa.