Точка эквивалентности

Точка эквивалентности , или стехиометрическая точка , химической реакции — это точка, в которой смешались химически эквивалентные количества реагентов. Для кислотно-основной реакции точка эквивалентности — это точка, в которой моли кислоты и моли основания нейтрализуют друг друга в соответствии с химической реакцией. Это не обязательно подразумевает молярное соотношение кислоты:основания 1:1, просто это соотношение такое же, как и в химической реакции. Его можно найти с помощью индикатора, например фенолфталеина или метилоранжа .

( Конечная точка связанная с точкой эквивалентности, но не совпадающая с ней) относится к точке, в которой индикатор меняет цвет при колориметрическом титровании .

Методы определения точки эквивалентности

Различные методы определения точки эквивалентности включают:

индикатор рН

Индикатор pH – это вещество, которое меняет цвет в ответ на химическое изменение. Кислотно-основной индикатор (например, фенолфталеин ) меняет цвет в зависимости от pH . Индикаторы окислительно-восстановительного потенциала также часто используются. В начале титрования добавляют каплю индикаторного раствора; когда цвет меняется, достигается конечная точка, это приближение точки эквивалентности.

проводимость

Проводимость . раствора зависит от присутствующих в нем ионов Во время многих титрований проводимость существенно меняется. (Например, при кислотно-основном титровании H ₃ O ⁺ и ох ⁻ ионы реагируют с образованием нейтральной H ₂ O. Это изменяет проводимость раствора.) Общая проводимость раствора зависит также от других ионов, присутствующих в растворе (например, противоионов). Не все ионы вносят одинаковый вклад в проводимость; это также зависит от подвижности каждого иона и от общей концентрации ионов ( ионной силы ). Таким образом, предсказать изменение проводимости сложнее, чем измерить его.

Изменение цвета

В некоторых реакциях раствор меняет цвет без добавления индикатора. Это часто наблюдается, например, при окислительно-восстановительном титровании, когда разные степени окисления продукта и реагента дают разные цвета.

Осадки

Если в результате реакции образуется твердое вещество, то осадок при титровании выпадет . Классическим примером является реакция между Ag ⁺ и Cl ⁻ с образованием очень нерастворимой соли AgCl. Удивительно, но обычно это затрудняет точное определение конечной точки. В результате титрование осадка часто приходится проводить как обратное титрование .

Изотермический титровальный калориметр

Изотермический калориметр титрования использует тепло, выделяемое или потребляемое в ходе реакции, для определения точки эквивалентности. Это важно при биохимическом титровании, например, при определении того, как субстраты связываются с ферментами .

Термометрическая титриметрия

Термометрическая титриметрия — чрезвычайно универсальный метод. Это отличается от калориметрической титриметрии тем, что теплота реакции (на что указывает повышение или понижение температуры) не используется для определения количества аналита в растворе пробы. Вместо этого точка эквивалентности определяется скоростью изменения температуры . Поскольку термометрическая титриметрия является относительным методом, нет необходимости проводить титрование в изотермических условиях, и титрование можно проводить в пластиковых или даже стеклянных сосудах, хотя эти сосуды обычно закрываются, чтобы предотвратить появление случайных сквозняков, вызывающих «шум» и нарушение конечная точка. Поскольку термометрическое титрование можно проводить в условиях окружающей среды, оно особенно хорошо подходит для рутинных процессов и контроля качества в промышленности. В зависимости от того, является ли реакция между титрантом и аналитом экзотермической или эндотермической , температура во время титрования будет либо повышаться, либо падать. Когда весь аналит будет израсходован в реакции с титрантом, изменение скорости повышения или понижения температуры указывает на точку эквивалентности, и можно наблюдать перегиб температурной кривой. Точку эквивалентности можно точно определить, используя вторую производная температурной кривой. Программное обеспечение, используемое в современных автоматизированных системах термометрического титрования, использует сложные алгоритмы цифрового сглаживания, так что «шум», возникающий от высокочувствительных датчиков температуры, не мешает генерации плавного, симметричного «пика» второй производной, который определяет конечную точку. Этот метод обеспечивает очень высокую точность, и коэффициенты дисперсии (CV) обычно составляют менее 0,1. Современные датчики температуры для термометрического титрования состоят из термистора , который образует одно плечо моста Уитстона . В сочетании с электроникой высокого разрешения лучшие системы термометрического титрования могут определять температуру до 10 ⁻⁵ K. Точные точки эквивалентности были получены при титровании, когда изменение температуры во время титрования составляло всего 0,001 К. Этот метод можно применить практически к любой химической реакции в жидкости, в которой происходит изменение энтальпии, хотя кинетика реакции может играть роль в определении четкости конечной точки. Термометрическая титриметрия успешно применяется для кислотно-основного, окислительно-восстановительного, ЭДТА и преципитационного титрования. Примерами успешного осаждающего титрования являются сульфат титрованием ионами бария, фосфат титрованием магнием в аммиачном растворе, хлорид титрованием нитратом серебра , никель титрованием диметилглиоксимом и фторид титрованием алюминием (как K ₂ NaAlF ₆ ). зонд не требует электрического подключения к раствору (как при потенциометрическом титровании), неводное титрование можно проводить так же легко, как и водное. Сильно окрашенные или мутные растворы можно анализировать термометрически без дальнейшей обработки проб. Зонд практически не требует технического обслуживания. При использовании современных высокоточных бюреток с шаговым двигателем автоматическое термометрическое титрование обычно выполняется за несколько минут, что делает этот метод идеальным выбором там, где требуется высокая лабораторная производительность.

Спектроскопия

Спектроскопию можно использовать для измерения поглощения света раствором во время титрования, если известен спектр реагента, титранта или продукта. Относительные количества продукта и реагента можно использовать для определения точки эквивалентности. Альтернативно, присутствие свободного титранта (что указывает на завершение реакции) может быть обнаружено на очень низких уровнях. Примером надежных детекторов конечной точки для травления полупроводников является EPD-6, система, исследующая реакции на шести различных длинах волн.

Амперометрия

амперометрию В качестве метода обнаружения можно использовать ( амперометрическое титрование ). Ток, обусловленный окислением или восстановлением реагентов или продуктов на рабочем электроде, будет зависеть от концентрации этого вещества в растворе. Точка эквивалентности может быть обнаружена как изменение тока. Этот метод наиболее полезен, когда можно уменьшить избыток титранта, как при титровании галогенидов Ag. ⁺ . (Это удобно еще и тем, что игнорирует осадки.)

См. также

• Титрование

Внешние ссылки

• Точки эквивалентности виртуального и реального кислотно-основного титрования - Программа
• Пример надежного промышленного детектора конечных точек
• Графический метод решения кислотно-основных задач, включая титрование
• Графический и численный решатель кислотно-щелочных задач -Программа Программа для телефона и планшета