- Valmistetaan natriumkarbonaatin standardiliuos.
- Määritetään tietyn suolahappoliuoksen vahvuus titraamalla se natriumkarbonaatin standardiliuokseen.
Mitä on titraus?
Yksi tärkeistä kvantitatiivisen analyysin menetelmistä on volumetrinen analyysi, joka on yleisesti käytetty laboratoriotekniikka. Sitä käytetään näytteen tuntemattoman pitoisuuden määrittämiseen mittaamalla sen tilavuus. Tätä prosessia kutsutaan myös titraukseksi. Titrauksessa tuntemattoman pitoisuuden omaava liuos reagoi tunnetun pitoisuuden omaavan liuoksen kanssa. Burettiin otettua liuosta kutsutaan titrantiksi ja kartiopulloon otettua liuosta analyytiksi.
Mitä tarkoittaa titrauksen loppupiste?
Titrauksen loppupiste on piste, jossa titrantin ja analyytin välinen reaktio on valmis. Yleensä titrauksen päätepiste määritetään indikaattoreiden avulla.
Mikä on standardiliuos?
Liuosta, jonka pitoisuus tunnetaan, kutsutaan standardiliuokseksi. Standardiliuos voidaan valmistaa liuottamalla tunnettu määrä ainetta tiettyyn tilavuuteen liuotinta. Aine, jota käytetään standardiliuoksen valmistamiseen, voidaan luokitella kahteen tyyppiin.
Primääristandardi
Primääristandardilla on seuraavat ominaisuudet.
- Se on erittäin puhdas ja halvalla saatavilla.
- Se liukenee hyvin veteen.
- Se ei ole vetistyvä eikä hygroskooppinen.
- Se on erittäin stabiili.
Oksaliinihappo, Mohrin suola, kaliumdikromaatti ovat esimerkkejä primaaristandardeista.
Sekundaaristandardi
Aineita, joiden standardiliuoksia ei voida valmistaa suoraan, kutsutaan sekundaaristandardeiksi.
Joitakin esimerkkejä ovat natriumhydroksidi ja kaliumpermanganaatti.
Miten liuoksen konsentraatio ilmaistaan?
Liuoksen konsentraatio voidaan ilmaista seuraavilla tavoilla.
Normaalius: Se määritellään yhteen litraan liuosta liuenneen liuenneen aineen grammaekvivalentin määränä. Sitä merkitään kirjaimella ”N”.
Molaarisuus: Se määritellään yhteen litraan liuosta liuenneen liuenneen aineen grammamoolien lukumääräksi. Sitä merkitään kirjaimella ”M”.
Molaliteetti: Se määritellään 1 kg:aan liuotinta liuenneen liuenneen aineen moolien lukumääränä. Sitä merkitään kirjaimella ”m”.
Mitä tarkoittaa happo-emästitraus?
Titraus voidaan luokitella eri tyyppeihin titrauksen aikana tapahtuvien kemiallisten reaktioiden mukaan. Yksi yleisesti tunnetuista titrauksista on happo-emästitraus. Se on menetelmä, jota käytetään hapon tai emäksen vahvuuden määrittämiseen, ja tämä titraustyyppi perustuu neutraloitumisreaktioon. Tässä reaktiossa hapot ja emäkset reagoivat muodostaen suolaa ja vettä.
Mikä on indikaattori?
Indikaattori on kemiallinen aine, jonka väri muuttuu loppupisteessä. Happo-emäs-titrauksen loppupiste voidaan määrittää happo-emäs-indikaattoreiden avulla. Happo-emäsindikaattorit ovat joko heikkoja orgaanisia happoja tai heikkoja orgaanisia emäksiä. Indikaattorin värinmuutos riippuu väliaineen pH:sta. Indikaattorin ionisoimattomassa muodossa on yksi väri, mutta sen ionisoidussa muodossa on eri väri.
Tarkastellaan esimerkiksi indikaattoria fenolftaleiini, jonka ionisaatio voidaan kirjoittaa seuraavasti,
Joitakin yleisiä esimerkkejä happo-emäs-indikaattoreista
| Indikaattorit | pH-alue | Happo | Emäs | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Fenolftaleiini | 8.0 – 10.0 | Väritön | Vaaleanpunainen | ||
| Metyylioranssi | 3.1 – 4.4 | Punainen | Oranssi | ||
| Metyylipunainen | 4.4 – 6.2 | Punainen | Keltainen | ||
| Fenolipunainen | 6.4 – 8.0 | Keltainen | Punainen | ||
| Timolinsininen | 1.2 – 1.4 – 1.4 – 1.2.8 | Punainen | Keltainen | ||
| Thymol Blue | 8.0 – 9.6 | Keltainen | Sininen | Sininen | 2.9 – 4.0 | Punainen | Keltainen |
Mitä eri tyyppisiä happo-emästitrauksia on?
Happo-emästitraus voidaan luokitella seuraaviin tyyppeihin.
- Vahva happo-vahva emäs-titraus:Tässä tyypissä vahvaa happoa titrataan vahvaa emästä vastaan. Sekä happo että emäs ovat yhtä vahvoja, joten loppupisteessä pH on neutraali. Indikaattoreina käytetään fenolftaleiinia ja metyylioranssia.
- Esimerkki: HCl:n titraus vs NaOH
- Vahva happo – heikko emäs -titraus: Tässä tyypissä vahva happo reagoi heikon emäksen kanssa muodostaen happaman liuoksen. Liuoksen pH on siis <7. Metyylioranssi on indikaattori, jota käytetään loppupisteen määrittämiseen.
- Esimerkki: HCl:n titraus vs NH4OH
- Vahvan emäksen ja heikon hapon titraus: Tässä vahva emäs reagoi heikon hapon kanssa muodostaen emäksisen liuoksen. Liuoksen pH on siis >7. Tässä tyypissä fenolftaleiini on sopiva indikaattori loppupisteen määrittämiseen.
- Esimerkki: CH3COOH:n titraus vs NaOH
- Heikko happo – heikko emäs -titraus: Tämä titraustyyppi ei ole kovin käytännöllinen. Tässä sekä happo että emäs ovat hyvin heikkoja, joten ne eivät ionisoidu täysin. Niinpä pH-aluetta on vaikea määrittää loppupisteen ympärillä, ja tämäntyyppiseen titraukseen on vaikea valita sopivaa indikaattoria.
- Esimerkki: CH3COOH:n titraus vs NH4OH
Miten määritetään tietyn hapon tai emäksen vahvuus?
Vahvuuden määrittäminen perustuu ekvivalenssilakiin. Tämän lain mukaan titrattavan aineen ekvivalenssiluku on yhtä suuri kuin käytetyn titrantin ekvivalenssiluku.
Tarkastellaan happo-emäs titrausta. V1 cm3 on se määrä happoliuosta, jonka normaaliarvo on N1, joka tarvitaan neutraloimaan V2 cm3 emästä, jonka normaaliarvo on N2.
Tiedämme, että 1000 cm3 1N happoliuosta sisältää happoa = 1 grammaekvivalentti
V1 cm3 1N happoliuosta sisältää happoa= V1/1000 grammaekvivalenttia
Tällöin hapon grammaekvivalenttien lukumäärä V1 cm3:ssa N1 happoliuosta on; 
Vastaavasti emäksen grammaekvivalenttien määrä V2 cm3:ssa N2 emäsliuosta on; 
Evivalenttilain mukaan loppupisteessä 
i.e, 
Tätä kutsutaan normaaliyhtälöksi.
Molaarisuusyhtälö voidaan vastaavasti kirjoittaa seuraavasti,
Tässä määritetään HCl:n vahvuus titraamalla se natriumkarbonaatin standardiliuosta vasten ja ne reagoivat muodostaen NaCl:n, CO2:n ja veden. Kemiallinen reaktio voidaan esittää seuraavasti;
Tässä 1 mooli natriumkarbonaattia reagoi 2 moolin HCl:n kanssa. Molariteettiyhtälön mukaan,
Oppimistulokset
- Opiskelijat ymmärtävät termit: kvantitatiivinen estimointi, happo-emästitraukset, päätepiste, standardiliuokset, molariteetti, molaliteetti, normaalisuus ja indikaattorit…
- Opiskelijat osaavat laskea tietyn hapon tai emäksen voimakkuuden molariteetti- tai normaalisuusyhtälön avulla.
- Opiskelijat hankkivat taidon valmistaa standardiliuos ja määrittää loppupiste.
- Opiskelijat hankkivat taidon valita indikaattorit liuoksen luonteen perusteella.
- Opiskelijat tuntevat titrauksessa käytettävät laitteet.
- Opiskelijat hankkivat taidon suorittaa titraus natriumkarbonaatilla ja suolahapolla oikeassa laboratoriossa sen jälkeen, kun he ovat havainnollistaneet oikean laboratorioanalyysin eri vaiheet.