Bestämning av en saltsyralösnings koncentration genom titrimetrisk analys - Ett standardiseringsförfarande En primär standard En substans som genomgår EN reaktion med en annan reaktant av intresse. Massan som vägs upp måste vara representativ för antalet mol substans. En primär standard är alltså ett reagens som måste vara: Extremt rent Stabilt Icke hygroskopiskt Av hög molekylvikt Lösligt Icke toxiskt, billigt, tillgängligt och miljövänligt
En sekundär standard En standard som upprättats i laboratoriet för en särskild analys. Den är oftast standardiserad mot en primär standard. UPPGIFTEN: Att bestämma en saltsyralösnings koncentration med hjälp av en primär standard (TRIS) TRIS: tris(hydroxymetyl)aminometan + H + B Syran är den sekundära standarden BH +
Kap. 11 och 12 Starka syror och baser Syra = protondonator Stark syra: Fullständigt deprotonerad i vattenlösning Cl Cl - O + HCl (aq) + H 2 O (l)! H 3 O + (aq) + Cl - (aq) Bas = protonacceptor O 2- Stark bas: Fullständigt protonerad i vattenlösning O - O - O 2- (aq) + H 2 O (l)! 2 OH - (aq) ph-skalan kvantifiering av koncentrationen H 3 O + i en vattenlösning logaritmisk skala ph =!log" # H 3 O + $ % t.ex. "H # 3 O + $ % =1&10!12 ' ph =12 "H # 3 O + $ % =1&10!7 ' ph = 7 "H # 3 O + $ % =1&10!2 ' ph = 2 basiskt (överskott av OH - ) neutralt (rent vatten, lika mycket H 3 O + som OH - ) surt (överskott av H 3 O + )
Titrera en stark bas med en stark syra Överskott av OH - Överskott av H + 0.100 M HBr 50 ml 0.020 M KOH Svaga syror och baser Syra = protondonator Svag syra: Delvis deprotonerad i vattenlösning HCOOH _ + HCOOH (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + HCOO - (aq) Bas = protonacceptor Svag bas: Delvis protonerad i vattenlösning N N N O - + NH 3 (aq) + H 2 O (l) NH 4 + (aq) + OH - (aq)
En svag syras deprotonering - effekten av ph O OH O O - HA H + + A - % 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Benzoesyra: pka = 4,2 R-COO - R-COOH 0 2 4 6 8 ph [ A - ] / [ HA ] ph 100:1 pka + 2 10:1 pka + 1 1:1 pka 1:10 pka - 1 1:100 pka - 2 En svag bas protonering - effekten av ph + 3 % 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 BH + B + H + TRIS: pka = 8,1 R-NH + 3 R-NH 2 0 2 4 6 8 10 12 ph pka för konjugatsyran [ BH + ] / [ B ] ph 1:100 pka + 2 1:10 pka + 1 1:1 pka 10:1 pka - 1 100:1 pka - 2
Uppgiften innebär att titrera en svag bas (TRIS) med den starka syralösningen (HCl) som ska standardiseras en ekvivalent mängd TRIS titreras med en ca 0.1 M HCl + H + B BH + Titrerkurva B + H + BH + ph 12 10 8 6 4 2 TRIS Buffertregion 10% BH + 50% BH + = B 90% BH + Överskott av H + Ekvivalenspunkten: 100 % BH + BH + = B Uppnås när hälften av den stökiometriska mängden HCl tillsats Sker när ph = pka för BH + 100 % BH + Uppnås när all stökiometrisk mängd HCl tillsats ph < 7, närvaro av BH + 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Volym HCl (ml)
Hur vet vi att vi nått ekvivalenspunkten? Finns olika mätsätt, t.ex. med: Indikator Elektroder (potentiometriskt) Spektrofotometriskt Indikator Mäter slutpunkten = karaktäriseras av förändringen hos indikatorn Exempel: Tymolblått HInd! Ind " + H + # $ K Ind = Ind " % & # $ H + % & HInd [ ] [ HInd] #Ind $ " % & =10 pk Ind "ph
BTB Val av indikator Det är viktigt att indikatorns färgomslag sker nära ekvivalenspunkten ph Indikator Egenskap (ph) pka Slutpunkt Bromtymolblått (BTB) Blå (7.6)! Gul (6.0) 7.1 Försvinnande av grönt Bromkresolgrönt Blå (5.4)! Gul (3.8) 4.7 Grönt
Titrerfelet ett systematiskt fel När indikatorns omslag (slutpunkten) inte sammanfaller med ekvivalenspunkten 12 10 ph 8 6 4 2 0 " Bromtymolblått slår om här " Bromkresolgrönt slår om här 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Volym HCl (ml) Volym åtgången HCl blir FEL! Mätosäkerhet x s x µ s Mätosäkerhet (measurement uncertainty) Avvikelser från riktigt värde = riktighet Spridningen av mätdata = precision Kombination av ovanstående = noggrannhet Måste i vissa fall obligatoriskt anges (ISO 17025)
Att skilja på riktighet och precision Bra precision, bra riktighet Bra precision, dålig riktighet x=µ µ x! µ Dålig precision, bra riktighet Dålig precision, dålig riktighet x=µ µ x! µ x = mätvärdenas medelvärde µ = riktigt värde Olika typer av fel Grova fel Kontaminering, olyckor, misstag Slumpmässiga (tillfälliga) Avvikelser från medelvärdet (x), best. som standardavvikelse (s) Precision - små slumpmässiga fel Repeterbarhet - reproducerbarhet Systematiska fel Avvikelser av medelvärdet från riktigt värde (µ). Kalibrering, jämförelser med standarder, jämförelser med olika lab.
Upprepade mätningar medelvärde mätvärden, x i antal mätvärden, n!x i x = n standardavvikelse samma enhet som mätvärdena s =!(x i " x) 2 n "1 relativ standardavvikelse i procent RSD = s x #100 Statistiska metoder för uppskattning av mätosäkerheten tas upp i kursen: Analytisk kemi, grundkurs Minska felkällorna Titrering Samma person utför titreringen Samma indikator vid ställning och vidare titrering Beakta att indikatorer också är svaga syror eller baser undvik stora tillsatser Generellt Lista möjliga felkällor i förväg Ta reda på variationsorsaker och deras betydelse Använd standarder, referenser och kalibrera
Applikationer naturliga vatten Alkalinitet känslighet för försurning mätning av vattnets förmåga att tåla tillskott av H 3 O + ett mått på vattnets buffertkapacitet mäts genom antalet mmol HCl som krävs att sänka ph-värdet på 1 kg vatten till 4,5 Alkalinitet " Surhet "OH #! $ % + 2 " # CO 3 2! $ % + " HCO! # $ 3 % HCO 3! + H + " H 2 O + CO 2 pka = 6,35 CO 3 2! + H + " HCO 3! pka =10,33 anges som millimol NaOH som krävs att öka ph-värdet på 1 kg vatten till 8,3