Tabla de Contenidos
W chemii punkt równoważnikowy jest pojęciem stosowanym do miareczkowania lub miareczkowania wolumetrycznego. Z kolei są to techniki analityczne pozwalające określić zawartość lub stężenie substancji zwanej analitem w próbce o nieznanym składzie. Punkt równoważnikowy miareczkowania odpowiada dokładnemu momentowi, w którym liczba równoważników dodanego titranta jest dokładnie równa liczbie równoważników analitu lub titranta obecnych w analizowanej podwielokrotności .
Innymi słowy, jest to dokładny moment podczas miareczkowania, w którym prawdą jest, że:
Patrząc z innego punktu widzenia, jest to dokładny punkt podczas miareczkowania, w którym titrant i titrant znajdują się w proporcjach stechiometrycznych zgodnie z reakcją chemiczną zachodzącą podczas miareczkowania.
Wykorzystanie punktu równoważnikowego
Celem każdego miareczkowania lub miareczkowania wolumetrycznego, niezależnie od rodzaju, jest zawsze znalezienie punktu równoważnikowego, a dokładniej, objętości titranta wymaganej do osiągnięcia punktu równoważnikowego. Dzieje się tak, ponieważ ta objętość umożliwia określenie stężenia lub liczby równoważników analitu w próbce ze znanego stężenia środka miareczkującego i ewentualnie objętości próbki.
Określenie liczby równoważników analitów w porcji
Ponieważ liczba równoważników jest związana z normalnym stężeniem i objętością za pomocą równania
gdzie V to objętość, a N to normalne stężenie, wówczas warunek punktu równoważnikowego można zapisać jako
Za pomocą tego równania można określić całkowitą liczbę równoważników obecnych w miareczkowanej porcji. Liczbę równoważników można następnie przeliczyć na masę za pomocą równoważnika masy analitu lub na mole za pomocą liczby równoważników na mol, w zależności od konkretnej reakcji miareczkowania.
Oznaczanie normalnego stężenia analitu
Równanie warunku równoważności można również przepisać jako
Skąd to masz
Korzystając z tego równania, można uzyskać normalne stężenie miareczkowanej próbki. Wspomniane stężenie można przekształcić w stężenie molowe, dzieląc je przez liczbę równoważników na mol zgodnie z konkretną reakcją miareczkowania.
Niezależnie od zastosowania tej objętości eksperymentalna procedura miareczkowania polega na znalezieniu objętości titranta w punkcie równoważnikowym. Stanowi to jednak problem, jak zobaczymy poniżej.
Punkt równoważności jest punktem teoretycznym.
Punkt równoważnikowy jest punktem teoretycznym, którego nigdy nie można poznać z absolutną pewnością podczas miareczkowania. Wynika to przede wszystkim z nieuniknionego istnienia błędów eksperymentalnych. Błędy te obejmują zarówno błędy przypadkowe i oceny związane z pomiarem mas i objętości, jak i błędy związane z umiejętnościami chemika analityka podczas przygotowywania roztworów i przeprowadzania miareczkowania.
Istnieje jednak ważniejszy powód, dla którego nie możemy poznać punktu równoważnikowego w miareczkowaniu: nie ma sposobu, aby dokładnie wiedzieć, kiedy został on osiągnięty, jak wyjaśniono w następnej sekcji.
Punkt równoważnikowy jest szacowany za pomocą punktu końcowego
Gdy podczas miareczkowania zaobserwujemy zmianę koloru lub pojawienie się osadu, jest to sygnał, że należy przerwać miareczkowanie i zanotować objętość dodanego titranta. Ta objętość jest tą, której następnie używamy tak, jakby była to objętość punktu równoważnikowego w poprzednich równaniach.
Okazuje się jednak, że tak naprawdę nie jest to punkt równoważnikowy. Punkt, w którym zatrzymujemy miareczkowanie, jest właściwie nazywany punktem końcowym miareczkowania . Różnica między punktem końcowym a punktem równoważnikowym polega na tym, że punkt końcowy jest tym, co faktycznie widzimy lub wykrywamy za pomocą wskaźnika, który ulega obserwowalnej zmianie, przypuszczalnie w punkcie równoważnikowym lub bardzo blisko niego. Z tego powodu punkt końcowy jest niczym więcej niż eksperymentalnym oszacowaniem punktu równoważnikowego, który jest punktem czysto teoretycznym.
Ze względu na sposób działania różnych typów wskaźników rzadko ulegają one obserwowalnej zmianie dokładnie w punkcie równoważnikowym. Niektóre zmieniają się nieco wcześniej, co prowadzi do niedoszacowania punktu równoważnikowego, podczas gdy inne zmieniają się nieco później, co prowadzi do jego przeszacowania. Ale nawet gdybyśmy mieli idealny wskaźnik, który zmieniałby się dokładnie w punkcie równoważnikowym, byłoby bardzo trudno zauważyć tę zmianę, dopóki nie dodalibyśmy nawet bardzo niewielkiego nadmiaru titranta.
Z tych i innych powodów punkt końcowy nigdy nie będzie czymś więcej niż oszacowaniem, czasem lepszym, czasem gorszym, prawdziwego punktu równoważności, którego szukamy.
Znaczenie normalnego stężenia i liczby równoważników w punkcie równoważnikowym
Wielu studentom chemii początkowo trudno jest zrozumieć, dlaczego istnieje koncepcja normalnego stężenia i liczby równoważników. Ponadto są zdezorientowani faktem, że ten sam roztwór może mieć różne normalne stężenia, w zależności od jego zastosowania.
Jednak wszystko ma sens, gdy mamy do czynienia z miareczkowaniami lub miareczkowaniami wolumetrycznymi i punktem równoważnikowym.
Załóżmy, że reakcja miareczkowania ma następującą postać, gdzie A to analit, T titrant, P reprezentuje produkty reakcji, a a, b i c to współczynniki stechiometryczne:
W przypadku tej reakcji punkt, w którym A i T są w proporcjach stechiometrycznych, byłby wtedy, gdy to utrzymuje
co odpowiada punktowi równoważnikowemu.
Równanie to doskonale nadaje się do wykonywania obliczeń miareczkowania. Aby jednak z niego skorzystać, niezbędna jest znajomość skorygowanego równania chemicznego, w przeciwnym razie współczynniki stechiometryczne aib nie byłyby dostępne.
Z drugiej strony, ze względu na sposób, w jaki zdefiniowane są liczby równoważników, oba elementy poprzedniego równania ostatecznie reprezentują liczbę równoważników A i T, co sprowadza to równanie do pierwszego, które pokazaliśmy na początku tego artykułu dla każdej reakcji miareczkowania, która jest zaangażowana, o ile jest tego samego typu.
Na przykład, jeśli znana jest liczba równoważników kwasu, będą one reagować z taką samą liczbą równoważników zasady, bez względu na to, jaki jest kwas lub jaka jest zasada (o ile jest to reakcja kwasowo-zasadowa) . .
Podobnie liczba równoważników środka utleniającego w miareczkowaniu redoks zawsze będzie równa liczbie równoważników środka redukującego, bez względu na to, czym one są, o ile biorą udział w reakcji redoks.
W ten sposób procedura wykonywania obliczeń związanych z punktem równoważnikowym jest uproszczona, ponieważ nie jest konieczne dostosowywanie równań chemicznych miareczkowania, jeśli pracujemy z równoważnikami i normalnością, co byłoby konieczne do pracy z molami i molarnością .
Bibliografia
Analiza wolumetryczna – Miareczkowanie – Wskaźniki kwasowo-zasadowe . (nd). Narodowy Uniwersytet Rosario. https://www.fbioyf.unr.edu.ar/evirtual/pluginfile.php/131892/course/section/4402/titulacion%202021.pdf
Byjus. (2021, 22 marca). Ogólne rozporządzenie o ochronie danych (RODO) Wytyczne BYJU’S . https://byjus.com/chemistry/difference-between-endpoint-and-equivalence-point/
Chang, R. (2012). Chemia ( wyd . 11 ). Edukacja McGraw-Hill.
glosariusze. (2017, 12 czerwca). Normalność (chemia) . specjalistyczne glosariusze. https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/normalidad
Skoog, DA, West, D., Holler, J. i Crouch, S. (2014). Podstawy chemii analitycznej ( wyd . 9). Nauka Cengage’a.
Teixidó, CM (2020, 19 czerwca). Stara chemiczna normalność i nowa normalność uwolnienia . Badania i Nauka. https://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/24/posts/la-vieja-normalidad-qumica-y-la-nueva-normalidad-del-desconfinamiento-18735
