מהי נקודת השקילות ולמה היא מיועדת? - כִּימִיָה - 2025

נקודת שקילות היא שבה שני כימיקלים הגיבו לחלוטין. בתגובות על בסיס חומצה נקודה זו מציינת מתי נוטרלה חומצה או בסיס שלמים. מושג זה הוא הלחם והחמאה היומי של טיטרציות נפחיות או הערכות שווי, והוא נקבע על ידי חישובים מתמטיים פשוטים.

אבל מה התואר? זהו תהליך בו מוסיפים בזהירות נפח של תמיסה בריכוז ידוע, הנקרא טיטרנט, לפתרון בריכוז לא ידוע, בכדי להשיג את ריכוזו.

מקור: Pixabay

השימוש במדד pH מאפשר לדעת את הרגע בו מסתיימת הטיטרציה. האינדיקטור מתווסף לפיתרון שמוסטר בכדי לכמת את הריכוז הרצוי לדעת. אינדיקטור לבסיס חומצה הוא תרכובת כימית שצבעו תלוי בריכוז המימן או בחומציות ה- pH של המדיום.

עם זאת, שינוי הצבע של המחוון מציין את נקודת הסיום של הכותרת, אך לא את נקודת השוויון. באופן אידיאלי, שתי הנקודות צריכות להתאחד; אך במציאות, שינוי הצבע עשוי להתרחש תוך מספר טיפות לאחר סיום נטרול החומצה או הבסיס.

מהי נקודת השקילות?

ניתן לכוונן תמיסה של חומצה בריכוז לא ידוע שמונחת בבקבוק על ידי הוספה לאט של תמיסת נתרן הידרוקסיד בריכוז ידוע באמצעות בורט.

בחירת האינדיקטור צריכה להיעשות באופן שישנה את הצבע בנקודה שתגובה אותה כמות של מקבילות כימיות של תמיסת הטיטראנט והפתרון של ריכוז לא ידוע.

זו נקודת השוויון, בעוד שהנקודה בה מחוון משנה צבע נקראת נקודת הסיום, שם מסתיים הטיטרציה.

נקודה אחרונה

היינון או הניתוק של המחוון מיוצג כדלקמן:

HIn + H ₂ O <=> בתוך ^- + H ₃ O ⁺

ולכן יש קבוע Ka

Ka = /

הקשר בין המחוון הבלתי-מאושר (HIn) והמחוון המנותק (In ^- ) קובע את צבע המחוון.

תוספת של חומצה מגדילה את ריכוז ה- HIN ומייצרת צבע 1. בינתיים, תוספת בסיס מעדיפה עלייה בריכוז האינדיקטור המנותק (In ^- ) (צבע 2).

רצוי שנקודת השוויון תואמת את נקודת הסיום. לשם כך, נבחר אינדיקטור עם מרווח שינוי צבע הכולל את נקודת השוויון. כמו כן, הוא מנסה לצמצם את כל השגיאות המייצרות הבדל בין נקודת השוויון לנקודת הסיום.

התקינה או הטיטרציה של פתרון הם תהליך בו נקבע הריכוז המדויק של תמיסה. זה תואר מתודולוגי, אך האסטרטגיה שאחריו שונה.

פיתרון של התקן הראשוני מונח בבקבוק והפתרון הטיטרטיבי שמתקנן מתווסף עם ברט.

נקודת השוויון של טיטרציה של חומצה חזקה עם בסיס חזק

100 מ"ל של 0.1 M HCl מונחת בבקבוק ותמיסה הדרגתית של 0.1 מ"ג NaOH דרך בורט, וקובעת את שינויי החומציות של הפתרון שמקורו בחומצה ההיכלורית.

בתחילה לפני הוספת NaOH החומציות של תמיסת HCl היא 1.

הבסיס החזק (NaOH) מתווסף וה- pH עולה בהדרגה, אך הוא עדיין pH חומצי, שכן עודף חומצה קובע pH זה.

אם NaOH ממשיך להוסיף, יש זמן שמגיעים לנקודת השוויון, שם ה- pH הוא ניטרלי (pH = 7). החומצה הגיבה כשהבסיס נצרך, אך עדיין אין בסיס עודף.

ריכוז הנתרן כלורי שולט, שהוא מלח ניטרלי (לא Na ⁺ ולא Cl ^- הם הידרוליזה).

אם ממשיכים להוסיף NaOH, ה- pH ממשיך לעלות והופך בסיסי יותר מנקודת השוויון, בגלל ריכוז NaOH השולט.

באופן אידיאלי, שינוי הצבע של המחוון אמור להתרחש ב- pH = 7; אך בשל צורתו החדה של עקומת הטיטרציה, ניתן להשתמש בפנוולפתלין שמשתנה לצבע ורוד בהיר בחומציות pH בסביבות 8.

עקומת טיטרציה בסיסית חזקה וחומצה

מקור: Quantumkinetics, מ- Wikimedia Commons עקומת הטיטרציה לחומצה חזקה עם בסיס חזק דומה לתמונה למעלה. ההבדל היחיד בין שני העקומות הוא שלראשונה יש שינוי pH הרבה יותר פתאומי; בעוד שבעקומת הטיטרציה של חומצה חלשה עם בסיס חזק, ניתן לראות כי השינוי הוא הדרגתי יותר.

במקרה זה, חומצה חלשה, כגון חומצה אצטית (CH ₃ COOH), היא טיטרציה עם בסיס חזק, נתרן הידרוקסידי (NaOH). ניתן לתאר את התגובה שמתרחשת בטיטרציה באופן הבא:

NaOH + CH ₃ COOH => CH ₃ COO ^- Na ⁺ + H ₂ O

במקרה זה נוצר חוצץ אצטט עם pKa = 4.74. ניתן לראות את האזור החוצץ בשינוי הקל והכמעט בלתי מורגש לפני pH 6.

נקודת השוויון, כפי שהתמונה מציינת, היא בסביבות 8.72 ולא 7. מדוע? מכיוון ש- CH ₃ COO ^- הוא אניון שאחרי הידרוליזה מייצר OH ^- מה שמבסס את ה- pH:

CH ₃ COO ^- + H ₂ O <=> CH ₃ COOH + OH ^-

שלבים

ניתן לחלק את טיטרציה של חומצה אצטית על ידי נתרן הידרוקסיד ל -4 שלבים לניתוח.

לפני שמתחילים להוסיף את הבסיס (NaOH), pH של התמיסה הוא חומצי ותלוי בניתוק של חומצה אצטית.

כשמתווספים נתרן הידרוקסיד נוצר תמיסת חיץ האצטט, אך באותה צורה גוברת בסיס מצומד האצטט, מה שמביא איתו עלייה בחומציות הפיתרון.

ה- pH של נקודת השוויון מתרחש ב- pH של 8.72 שהוא אלקליין בכנות.

לנקודת השקילות אין ערך קבוע והיא משתנה בהתאם לתרכובות המעורבות בטיטרציה.

כאשר אתה ממשיך להוסיף NaOH, לאחר שהגעת לנקודת השוויון, ה- pH עולה בגלל עודף נתרן הידרוקסיד.

בחירת האינדיקטור לפי נקודת השוויון

פנולפתלין מועיל בקביעת נקודת השוויון בטיטור זה מכיוון שיש לו נקודת המפנה הצבעונית שלו ב- pH בסביבות 8, הנופל באזור החומציות של טיטור החומצה האצטית הכולל את הנקודה שוויון (pH = 8.72).

מצד שני, אדום מתיל אינו מועיל בקביעת נקודת השוויון, מכיוון שהוא משנה את צבעו בתחום ה- pH 4.5 ל 6.4.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2018). נקודת שקילות. התאושש מ: es.wikipedia.org
2. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (22 ביוני 2018). הגדרת נקודת השקילות. התאושש מ: thoughtco.com
3. לוסי מדיישה. (16 באפריל 2018). ההבדל בין נקודת קצה לנקודת שוויון. » ההבדל בין.net. התאושש מ: differencebetween.net
4. תראו ג'יי (2018). נקודת שוויון: הגדרה וחישוב. התאושש מ: study.com
5. ויטן, ק.ו., דייויס, רי, פק, LP וסטנלי, GG כימיה. (2008) המהדורה השמינית. עורכי לימוד Cengage.