Tabla de Contenidos
Στη χημεία, το σημείο ισοδυναμίας είναι μια έννοια που εφαρμόζεται σε τιτλοδοτήσεις ή ογκομετρικές ογκομετρήσεις. Με τη σειρά τους, αυτές είναι αναλυτικές τεχνικές για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας ή της συγκέντρωσης μιας ουσίας, η οποία ονομάζεται αναλυόμενη ουσία, μέσα σε ένα δείγμα άγνωστης σύνθεσης. Το σημείο ισοδυναμίας μιας ογκομέτρησης αντιστοιχεί στην ακριβή στιγμή κατά την οποία ο αριθμός των ισοδυνάμων του τιτλοδοτητή που προστίθεται είναι ακριβώς ίσος με τον αριθμό των ισοδυνάμων της αναλυόμενης ουσίας ή της ουσίας τιτλοδότησης που υπάρχει στο δείγμα που αναλύθηκε .
Με άλλα λόγια, είναι η ακριβής στιγμή κατά τη διάρκεια μιας τιτλοδότησης στην οποία είναι αλήθεια ότι:
Από άλλη σκοπιά, είναι το ακριβές σημείο κατά τη διάρκεια μιας ογκομέτρησης στο οποίο ο τιτλοδοτητής και ο τιτλοδοτητής βρίσκονται σε στοιχειομετρικές αναλογίες σύμφωνα με τη χημική αντίδραση που εμπλέκεται στην τιτλοδότηση.
Χρήση του σημείου ισοδυναμίας
Ο σκοπός οποιασδήποτε ογκομέτρησης ή ογκομετρικής ογκομέτρησης, ανεξάρτητα από τον τύπο, είναι πάντα να βρεθεί το σημείο ισοδυναμίας ή, πιο συγκεκριμένα, ο όγκος του τιτλοδοτητή που απαιτείται για να φτάσει στο σημείο ισοδυναμίας. Αυτό συμβαίνει επειδή ο εν λόγω όγκος είναι αυτός που καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ή του αριθμού των ισοδυνάμων της αναλυόμενης ουσίας στο δείγμα από τη γνωστή συγκέντρωση του παράγοντα τιτλοδότησης και, πιθανώς, τον όγκο του κλάσματος.
Προσδιορισμός του αριθμού των ισοδυνάμων αναλυόμενης ουσίας στο κλάσμα
Δεδομένου ότι ο αριθμός των ισοδυνάμων σχετίζεται με την κανονική συγκέντρωση και όγκο από την εξίσωση
όπου V είναι ο όγκος και N είναι η κανονική συγκέντρωση, τότε η συνθήκη σημείου ισοδυναμίας μπορεί να ξαναγραφτεί ως
Χρησιμοποιώντας αυτήν την εξίσωση, μπορεί να προσδιοριστεί ο συνολικός αριθμός των ισοδυνάμων που υπάρχουν στο δείγμα που τιτλοδοτείται. Ο αριθμός των ισοδυνάμων μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε μάζα μέσω του ισοδύναμου βάρους της αναλυόμενης ουσίας ή σε moles μέσω του αριθμού των ισοδυνάμων ανά mole ανάλογα με τη συγκεκριμένη αντίδραση τιτλοδότησης.
Προσδιορισμός της κανονικής συγκέντρωσης της αναλυόμενης ουσίας
Η εξίσωση για τη συνθήκη ισοδυναμίας μπορεί επίσης να ξαναγραφτεί ως
Πού το παίρνεις αυτό
Χρησιμοποιώντας αυτή την εξίσωση, μπορεί να ληφθεί η κανονική συγκέντρωση του δείγματος που τιτλοδοτείται. Η εν λόγω συγκέντρωση μπορεί να μετατραπεί σε μοριακή συγκέντρωση διαιρώντας την με τον αριθμό των ισοδυνάμων ανά mole σύμφωνα με τη συγκεκριμένη αντίδραση τιτλοδότησης.
Ανεξάρτητα από τη χρήση που δίνεται στον εν λόγω όγκο, η πειραματική διαδικασία της ογκομέτρησης συνίσταται στην εύρεση του όγκου του τιτλοδοτητή στο ισοδύναμο σημείο. Ωστόσο, αυτό αντιπροσωπεύει ένα πρόβλημα, όπως θα δούμε παρακάτω.
Το σημείο ισοδυναμίας είναι ένα θεωρητικό σημείο.
Το σημείο ισοδυναμίας είναι ένα θεωρητικό σημείο που δεν μπορεί ποτέ να γίνει γνωστό με απόλυτη βεβαιότητα κατά τη διάρκεια μιας ογκομέτρησης. Αυτό οφείλεται, καταρχάς, στην αναπόφευκτη ύπαρξη πειραματικών σφαλμάτων. Αυτά τα σφάλματα περιλαμβάνουν τόσο τυχαία σφάλματα όσο και σφάλματα κρίσης που σχετίζονται με τη μέτρηση μαζών και όγκων, καθώς και σφάλματα που σχετίζονται με τις δεξιότητες του αναλυτικού χημικού κατά την προετοιμασία των διαλυμάτων και την εκτέλεση της ογκομέτρησης.
Αλλά υπάρχει ένας πιο σημαντικός υποκείμενος λόγος για τον οποίο δεν μπορούμε να γνωρίζουμε το σημείο ισοδυναμίας σε μια ογκομέτρηση: δεν υπάρχει τρόπος να γνωρίζουμε πότε ακριβώς επιτεύχθηκε, όπως εξηγείται στην επόμενη ενότητα.
Το σημείο ισοδυναμίας υπολογίζεται μέσω του τελικού σημείου
Όταν κατά τη διάρκεια μιας ογκομέτρησης παρατηρήσουμε μια αλλαγή στο χρώμα ή την εμφάνιση ενός ιζήματος, αυτό δείχνει ότι πρέπει να σταματήσουμε την ογκομέτρηση και να σημειώσουμε τον όγκο του τιτλοδοτητή που προστέθηκε. Αυτός ο όγκος είναι αυτός που χρησιμοποιούμε στη συνέχεια σαν να ήταν ο όγκος του σημείου ισοδυναμίας στις προηγούμενες εξισώσεις.
Ωστόσο, αποδεικνύεται ότι αυτό δεν είναι στην πραγματικότητα το σημείο ισοδυναμίας. Αυτό το σημείο στο οποίο σταματάμε την ογκομέτρηση ονομάζεται στην πραγματικότητα, βολικά, το τελικό σημείο της ογκομέτρησης . Η διαφορά μεταξύ του τελικού σημείου και του σημείου ισοδυναμίας είναι ότι το τελικό σημείο είναι αυτό που πραγματικά βλέπουμε ή ανιχνεύουμε χρησιμοποιώντας έναν δείκτη που υφίσταται μια παρατηρήσιμη αλλαγή, πιθανώς στο ή πολύ κοντά στο σημείο ισοδυναμίας. Για το λόγο αυτό, το τελικό σημείο δεν είναι τίποτα άλλο από μια πειραματική εκτίμηση του σημείου ισοδυναμίας, το οποίο είναι απλώς ένα θεωρητικό σημείο.
Λόγω του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν οι διαφορετικοί τύποι δεικτών, σπάνια υφίστανται μια παρατηρήσιμη αλλαγή ακριβώς στο σημείο ισοδυναμίας. Κάποια αλλάζουν λίγο νωρίτερα, οδηγώντας μας να υποτιμήσουμε το σημείο ισοδυναμίας, ενώ άλλα αλλάζουν λίγο αργότερα, οδηγώντας μας να το υπερεκτιμήσουμε. Αλλά ακόμα κι αν είχαμε έναν ιδανικό δείκτη που άλλαζε ακριβώς στο σημείο ισοδυναμίας, θα ήταν πολύ δύσκολο να παρατηρήσουμε αυτή την αλλαγή μέχρι να προσθέσουμε έστω και μια πολύ μικρή υπέρβαση του τιτλοδοτητή.
Για αυτούς τους λόγους και όχι μόνο, το τελικό σημείο δεν θα είναι ποτέ περισσότερο από μια εκτίμηση, άλλοτε καλύτερη, άλλοτε χειρότερη, του πραγματικού σημείου ισοδυναμίας που αναζητούμε.
Σημασία της κανονικής συγκέντρωσης και του αριθμού των ισοδυνάμων στο σημείο ισοδυναμίας
Πολλοί φοιτητές χημείας δυσκολεύονται να καταλάβουν, αρχικά, γιατί υπάρχει η έννοια της κανονικής συγκέντρωσης και του αριθμού των ισοδυνάμων. Επιπλέον, τους μπερδεύει το γεγονός ότι το ίδιο διάλυμα μπορεί να έχει διαφορετικές κανονικές συγκεντρώσεις, ανάλογα με τη χρήση του.
Ωστόσο, όλα έχουν νόημα όταν αντιμετωπίζουμε τιτλοδοτήσεις ή ογκομετρικές ογκομετρήσεις και το σημείο ισοδυναμίας.
Ας υποθέσουμε ότι μια αντίδραση τιτλοδότησης έχει την ακόλουθη μορφή, όπου Α είναι η αναλυόμενη ουσία, T ο τιτλοδοτητής, P αντιπροσωπεύει τα προϊόντα της αντίδρασης και a, b και c είναι οι στοιχειομετρικοί συντελεστές:
Για αυτήν την αντίδραση, το σημείο στο οποίο τα Α και Τ βρίσκονται σε στοιχειομετρικές αναλογίες θα ήταν όταν ισχύει αυτό
που αντιστοιχεί στο σημείο ισοδυναμίας.
Αυτή η εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί τέλεια για να πραγματοποιήσει τους υπολογισμούς μιας ογκομέτρησης. Ωστόσο, για να το χρησιμοποιήσετε, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε την προσαρμοσμένη χημική εξίσωση, διαφορετικά οι στοιχειομετρικοί συντελεστές a και b δεν θα ήταν διαθέσιμοι.
Από την άλλη πλευρά, λόγω του τρόπου με τον οποίο ορίζονται οι αριθμοί των ισοδυνάμων, και τα δύο μέλη της προηγούμενης εξίσωσης καταλήγουν να αντιπροσωπεύουν τον αριθμό των ισοδυνάμων των Α και Τ, γεγονός που ανάγει αυτή την εξίσωση στην πρώτη που δείξαμε στην αρχή του παρόντος άρθρου.για οποιαδήποτε αντίδραση τιτλοδότησης εμπλέκεται, αρκεί να είναι του ίδιου τύπου.
Για παράδειγμα, εάν ο αριθμός των ισοδυνάμων ενός οξέος είναι γνωστός, θα αντιδράσουν με τον ίδιο αριθμό ισοδυνάμων μιας βάσης, ανεξάρτητα από το τι είναι το οξύ ή ποια είναι η βάση (εφόσον πρόκειται για αντίδραση οξέος-βάσης) .
Ομοίως, ο αριθμός των ισοδυνάμων ενός οξειδωτικού παράγοντα σε μια οξειδοαναγωγική τιτλοδότηση θα είναι πάντα ίσος με τον αριθμό των ισοδυνάμων του αναγωγικού παράγοντα, ανεξάρτητα από το τι είναι, εφόσον εμπλέκονται σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής.
Με αυτόν τον τρόπο, απλοποιείται η διαδικασία για να γίνουν οι υπολογισμοί που σχετίζονται με το σημείο ισοδυναμίας, αφού δεν είναι απαραίτητο να προσαρμόσουμε τις χημικές εξισώσεις της ογκομέτρησης εάν εργαζόμαστε με ισοδύναμα και κανονικότητα, κάτι που θα ήταν απαραίτητο για να δουλέψουμε με moles και molarity. .
βιβλιογραφικές αναφορές
Ογκομετρική ανάλυση – Τιτλοδότηση – Δείκτες οξέος/βάσης . (ν). Εθνικό Πανεπιστήμιο του Ροζάριο. https://www.fbioyf.unr.edu.ar/evirtual/pluginfile.php/131892/course/section/4402/titulacion%202021.pdf
Byjus. (2021, 22 Μαρτίου). Οδηγίες Γενικού Κανονισμού Προστασίας Δεδομένων (GDPR) BYJU’S . https://byjus.com/chemistry/difference-between-endpoint-and-equivalence-point/
Chang, R. (2012). Χημεία (11η έκδ .). Εκπαίδευση McGraw-Hill.
γλωσσάρια. (2017, 12 Ιουνίου). Κανονικότητα (Χημεία) . εξειδικευμένα γλωσσάρια. https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/normalidad
Skoog, D.A., West, D., Holler, J., & Crouch, S. (2014). Fundamentals of Analytical Chemistry (9η έκδ .). Cengage Learning.
Teixidó, CM (2020, 19 Ιουνίου). Η παλιά χημική κανονικότητα και η νέα κανονικότητα της απομόνωσης . Έρευνα και Επιστήμη. https://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/24/posts/la-vieja-normalidad-qumica-y-la-nueva-normalidad-del-desconfinamiento-18735
