Demonstratie: (wordt nog gewerkt aan een filmpje hier)
Indien mogelijk zou iemand (een docent) eerst een titratie moeten demonstreren, bijvoorbeeld door een elektronische pH-meter te gebruiken. Je noteert elke keer de pH-waarde na toevoeging van 0,5 ml titulant net zolang tot het eindpunt ruimschoots is gepasseerd.
Direct daarna demonstreert de docent dezelfde titratie zonder pH-meter, maar wel in aanwezigheid van een indikator om zo de titratie te stoppen meteen bij het bereiken van het eindpunt.
Tenslotte, samen met de cursisten maakt de docent de berekening.
Opdracht 48
25 ml xM KOH wordt getitreerd met 16 ml 0,27M HCl.
Bereken [KOH].
Een titratie is een redelijk snelle methode om de concentratie te bepalen van bepaalde stoffen opgelost in water, waarbij aparaten worden gebruikt die heel precies de volumes kunnen lezen van oplossingen, zoals pipetten, buretten en maatkolven. Een ander woord voor deze titratie zou kunnen zijn "volumetrie".
Aan de basis van de zuur-base titratie ligt natuurlijk een zuur-base reaktie. Daarin reageren zuur en base met elkaar in een vastliggende molverhouding. Zodra de twee elkaar hebben geneutraliseerd heb je "equivalente" hoeveelheden samengevoegd (en is het equivalentiepunt bereikt).
Opdracht 49
Wat is de equivalente hoeveelheid NaOH voor 0,3 mol zwavelzuur?
Normaal gesproken regeren in een titratie rustig en snel de twee opgeloste stoffen totdat de reaktie stopt: dat is als equivalente hoeveelheden zijn samengevoegd en als één van de twee op is.
In de praktijk - jammer, maar helaas - is het vrijwel onmogelijk om precies te stoppen op het moment dat het equivalentiepunt is bereikt. Anders gezegd: het eindpunt van de titratie zal meestal even voorbij het equivalentiepunt liggen. Er zal altijd net iets te veel titulant worden toegevoegd (uit de buret), maximaal een druppel, als je het goed doet.
Officieel mag de fout niet meer worden dan 0,5%.
De indikator is natuurlijk de grootste hulp om te weten wanneer je moet stoppen. Let op: dan moet je wel de juiste indikator kiezen en dat is niet altijd gemakkelijk.
Opdracht 50
Bij een titratie hebben we 3 ml van de titulant (uit de buret) nodig (= ± 60 druppels). Stel nu dat we een halve druppel teveel moeten toevoegen om de kleuromslag te zien, is deze titratie dan nauwkeurig genoeg?
Bij eenvoudige titraties zal altijd de concentratie van de titulant (de oplossing in de buret) goed bekend zijn. Op die manier kun je de concentratie van de andere oplossing berekenen.
Meer over titraties en haar toepassingen kun je vinden in een andere module. (Toepassing van de scheikunde in Industrie en Milieu).
Opdracht 51
Bij een titratie van een oplossing van xM HNO3 bleek 19,87 ml 0,0978M NaOH nodig te zijn.
De molariteit van de HNO3-oplossing ligt dicht bij de 0,2M, maar precies weten we het niet.
Bereken de exacte molariteit.
Antwoord
Bij een zuur-base titratie zal niet altijd de pH van het equivalentiepunt 7 zijn. De pH hangt af van de eigenschappen van het produkt (meestal een zout). Het produkt kan namelijk opgebouwd zijn uit deeltjes met zure of basische eigenschappen.
Bijvoorbeeld: als het produkt natriumacetaat is (een zout) zullen de natrium-ionen de pH niet beïnvloeden, maar de acetaat-ionen wel degelijk. Acetaat is een zwakke base en dus zal de oplossing na een titratie van HAc met NaOH (met NaAc als eindprodukt bij het eindpunt) een basisch milieu hebben. De titratie eindigt bij een pH>7.
We kunnen de volgende algemene regels toepassen:
- titraties van een sterk zuur met een sterke base hebben eind pH = 7
- titraties van een sterk zuur met een zwakke base hebben eind pH < 7
- titraties van een zwak zuur met een sterke base hebben eind pH > 7
Opdracht 52
Leg uit waarom de eind-pH van de titratie van azijnzuur met NaOH(aq) groter dan 7 zal zijn.
Dan zal het je nu ook wel duidelijk zijn dat de keuze van indikator bij een titratie nogal belangrijk is en afhankelijk van de soort van titratie: Je moet altijd nagaan of het produkt een neutrale, zure of basische oplossing veroorzaakt en een indikator kiezen die bij dat milieu van kleur verandert.
Opdracht 53
Zal methyloranje als indikator geschikt zijn bij een titratie van HAc met NaOH?
Leg je antwoord uit
Er zijn ook bijzondere titraties:
Bijvoorbeeld, als directe bepaling van een concentratie niet mogelijk is. Misschien is de te onderzoeken stof een gas of een vaste onoplosbare stof. Of misschien onstabiel. Wat doe je dan?
Het is mogelijk om een zgn indirecte titratie uit te voeren. De stof die je wilt bepalen moet dan eerst volledig reageren met een "tussenstof" of een "vervanger". Nu weet je precies hoeveel tussenstof je eerst had, je bepaald hoeveel tussenstof over is na de reaktie (een titratie), dus dan kun je berekenen hoeveel van de oorspronkelijke stof er was.
Een voorbeeld:
Marmer bevat een hoog gehalte aan calciumcarbonaat. Dat is onoplosbaar in water en kan dus niet direct worden getitreerd. Nu kun je het volgende doen? je weegt een hoeveelheid marmer heel nauwkeurig af. Als je dan later berekend hebt hoeveel calciumcarbonaat er in dit marmer zat dan weet je ook het gehalte. Maar hoe doen we dit in de praktijk? Je brengt die afgewogen hoeveelheid marmer in een exact bekende hoeveelheid (meer dan genoeg = een overmaat) sterk zure oplossing waarvan je de concentratie precies kent. Alle calciumcarbonaat uit het marmer reageert met het zuur tot het op is. Er blijft een hoeveelheid zuur over. D.m.v. een titratie bepalen we vervolgens hoeveel zuur er over was. Dat trek ja af van de oorspronkelijke hoeveelheid zuur en dan ken je de hoeveelheid zuur die met het calciumcarbonaat gereageerd heeft. Je kent de reaktievergelijking van het zuur met calciumcarbonaat, dus de molverhouding. Dus kun je nu een berekening uitvoeren, de hoeveelheid calciumcarbonaat achterhalen en het gehalte daaraan in het marmer vaststellen.
Opdracht 54
Exact 10 gram marmer werd opgelost in 150 ml 1M HNO3. Er vormde zich een gas dat door verwarming werd verwijderd.
Daarna werd het restant salpeterzuur getitreerd met 10 ml 0,2M NaOH.
Bereken het carbonaatgehalte in marmer.
De indikatoren in tabel VIII zijn allemaal zuur-base indikatoren. Er bestaan ook redox-indikatoren die we gebruiken bij redoxtitraties (andere module).
De zuur-base indikator is meestal een organisch zwak zuur met een nogal komplexe struktuur. Afgekorte formule: HIn.
In water:
HIn + H
2O
H
3O
+ + In
- (
evenwicht IND)
HIn heeft kleur 1 In- heeft kleur 2
Stel je deze indikator voor in zuur milieu, bijvoorbeeld in een oplossing van zoutzuur.
In dat milieu domineren de (H3O+)-ionen en het evenwicht IND verplaatst zich naar links. Je kunt ook zeggen dat in zuur milieu de indikator vooral de vorm aanneemt van HIn, en dus overheerst de kleur 1.
Opdracht 55
Leg in eigen woorden uit wat de situatie is van een indikator in basisch milieu.
Elke indikator heeft een omslagtraject die je kunt vinden in de tabel.
Een voorbeeld: Methyloranje heeft een omslagtraject van 3,1 - 4,4 (rood-oranje)
Stel je een sterk aangezuurde oplossing voor met pH=1. Doe je er een paar druppels van het Methyloranje bij dan krijgt de oplossing de kleur rood. Nu gaan we sterke base toevoegen (KOH(aq)) en het zuur wordt beetje bij beetje geneutraliseerd en de pH-waarde zal langzaamaan stijgen. Het begon met pH=1, langzaam stijgt die waarde en als de waarde 3,1 wordt gepasseerd dan begin je kleurverandering te zien van rood naar oranje. Pas bij het bereiken van de pH-waarde 4,4 is de kleur echt definitief oranje geworden.
Binnen de overgangszone, het omslagtraject, zal de kleur een mengvorm zijn van de twe kleuren 1 en 2.
Opdracht 56
Is de bewering waar of onwaar? Leg je antwoord uit.
"In het omslagtraject van de indikator ligt het evenwicht niet erg links en niet erg rechts."
Nogmaals: de kleur van de indikator hangt af van het milieu van de oplossing.
In zuur milieu ligt evenwicht IND links en dan overheerst de kleur van de molekulen HIn.
Let er op dat het omslagtraject lang niet altijd in de buurt van de 7 ligt!
Opdracht 57
Fenolftaleïne en Methyloranje zijn zuur-base indikatoren. Beide zijn zwakke zuren, maar één is minder zwak dan de ander.
Welke is de zwakste? Leg je antwoord uit.
antwoord
Opdracht 58
- Welke kleur krijgt thymolblauw in een oplossing van 1M KOH?
- Wat domineert in de oplossing: Het HIn molekuul of het ion In-?