Post on 26-Sep-2019
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Bestämning av en saltsyralösnings koncentration genom titrimetrisk analys
- Ett standardiseringsförfarande
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
En primär standard
• En substans som genomgår EN reaktion med en annan reaktant av intresse.
• Massan som vägs upp måste vara representativ för antalet mol substans. En primär standard är alltså ett reagens som måste vara:
– Extremt rent – Stabilt – Icke hygroskopiskt – Av hög molekylvikt – Lösligt
– Icke toxiskt, billigt, tillgängligt och miljövänligt
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
En sekundär standard
• En standard som upprättats i laboratoriet för en särskild analys. • Den är oftast standardiserad mot en primär standard.
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
UPPGIFTEN: Att bestämma en saltsyralösnings koncentration med hjälp av en primär standard (TRIS)
TRIS: tris(hydroxymetyl)aminometan
BH+ B
+ H+
Syran är den sekundära standarden
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Starka syror och baser
• Syra = protondonator – Stark syra:
Fullständigt deprotonerad i vattenlösning
• Bas = protonacceptor – Stark bas:
Fullständigt protonerad i vattenlösning
O2-
Cl
HCl (aq) + H2O (l) ! H3O+ (aq) + Cl- (aq)
O2- (aq) + H2O (l) ! 2 OH- (aq)
Cl -
O+
O-
O-
Kap. 11 och 12
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
pH-skalan
• kvantifiering av koncentrationen H3O+ i en vattenlösning • logaritmisk skala
pH = ! log H3O+"# $%
t.ex.
H3O+"# $%=1&10
!12 ' pH =12
H3O+"# $%=1&10
!7 ' pH = 7
H3O+"# $%=1&10
!2 ' pH = 2
basiskt (överskott av OH-) neutralt (rent vatten, lika mycket H3O+ som OH-) surt (överskott av H3O+)
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Titrera en stark bas med en stark syra
0.100 M HBr
50 mL 0.020 M KOH
Överskott av OH-
Överskott av H+
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Svaga syror och baser
• Syra = protondonator – Svag syra:
Delvis deprotonerad i vattenlösning
• Bas = protonacceptor – Svag bas:
Delvis protonerad i vattenlösning
HCOOH (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + HCOO- (aq)
NH3 (aq) + H2O (l) NH4+
(aq) + OH- (aq)
_
+
N
N
N O-
+
HCOOH
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
En svag syras deprotonering - effekten av pH
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 2 4 6 8
%
pH
Benzoesyra: pKa = 4,2
R-COO-
R-COOH
HA H+ + A-
[ A-] / [ HA ] pH
100:1 pKa + 2 10:1 pKa + 1 1:1 pKa 1:10 pKa - 1 1:100 pKa - 2
O OH O O-
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
En svag bas protonering - effekten av pH
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 2 4 6 8 10 12
%
pH
TRIS: pKa = 8,1
R-NH3+
R-NH2
pKa för konjugatsyran BH+ B + H+
[ BH+] / [ B ] pH
1:100 pKa + 2 1:10 pKa + 1 1:1 pKa 10:1 pKa - 1 100:1 pKa - 2
3 +
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Uppgiften innebär att titrera en svag bas (TRIS)med den starka syralösningen (HCl) som ska standardiseras
• en ekvivalent mängd TRIS titreras med en ca 0.1 M HCl
BH+ B
+ H+
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Titrerkurva
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15 20 25 30 35 40
pH
Volym HCl (mL)
Ekvivalenspunkten: 100 % BH+
50% BH+ = B
10% BH+
90% BH+
Överskott av H+ TRIS Buffertregion
BH+ = B
• Uppnås när hälften av den stökiometriska mängden HCl tillsats
• Sker när pH = pKa för BH+
B + H+ BH+
100 % BH+
• Uppnås när all stökiometrisk mängd HCl tillsats
• pH < 7 , närvaro av BH+
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Hur vet vi att vi nått ekvivalenspunkten?
• Finns olika mätsätt, t.ex. med:
– Indikator – Elektroder (potentiometriskt) – Spektrofotometriskt
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Indikator • Mäter slutpunkten = karaktäriseras av förändringen hos indikatorn • Exempel: Tymolblått
HInd ! Ind" + H +
KInd =Ind"#$ %& H
+#$ %&HInd[ ]
HInd[ ]Ind"#$ %&
=10 pKInd"pH
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Val av indikator
• Det är viktigt att indikatorns färgomslag sker nära ekvivalenspunkten
Indikator Egenskap (pH) pKa Slutpunkt
Bromtymolblått (BTB) Blå (7.6) ! Gul (6.0) 7.1 Försvinnande av grönt
BTB
Bromkresolgrönt Blå (5.4) ! Gul (3.8)
4.7 Grönt
pH
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Titrerfelet – ett systematiskt fel
• När indikatorns omslag (slutpunkten) inte sammanfaller med ekvivalenspunkten
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15 20 25 30 35 40
pH
Volym HCl (mL)
" Bromtymolblått slår om här
" Bromkresolgrönt slår om här
Volym åtgången HCl blir FEL!
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Mätosäkerhet
• Mätosäkerhet (measurement uncertainty) – Avvikelser från ”riktigt” värde = riktighet – Spridningen av mätdata = precision – Kombination av ovanstående = noggrannhet – Måste i vissa fall obligatoriskt anges (ISO 17025)
x s
x µ s
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Att skilja på riktighet och precision
Bra precision, bra riktighet Bra precision, dålig riktighet
x=µ µ x! µ Dålig precision, bra riktighet Dålig precision, dålig riktighet
x=µ µ x! µ x = mätvärdenas medelvärde µ = riktigt värde
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Olika typer av fel
• Grova fel – Kontaminering, “olyckor”, misstag
• Slumpmässiga (tillfälliga) – Avvikelser från medelvärdet (x), best. som standardavvikelse
(s) – Precision - små slumpmässiga fel – Repeterbarhet - reproducerbarhet
• Systematiska fel – Avvikelser av medelvärdet från “riktigt” värde (µ). – Kalibrering, jämförelser med standarder, jämförelser med
olika lab.
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Upprepade mätningar
• medelvärde – mätvärden, xi
– antal mätvärden, n
• standardavvikelse – samma enhet som mätvärdena
• relativ standardavvikelse – i procent
x =xi!n
s =(xi " x )
2!n"1
RSD =sx#100
Statistiska metoder för uppskattning av mätosäkerheten tas upp i kursen: ”Analytisk kemi, grundkurs”
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Minska felkällorna
• Titrering – Samma person utför titreringen – Samma indikator vid ställning och vidare titrering – Beakta att indikatorer också är svaga syror eller baser –
undvik stora tillsatser
• Generellt – Lista möjliga felkällor i förväg – Ta reda på variationsorsaker och deras betydelse – Använd standarder, referenser och kalibrera
KEMA02 HT12 Kemiska Institutionen, Centrum för Analys och Syntes /M. Sandahl
Applikationer – naturliga vatten • Alkalinitet – känslighet för försurning
– mätning av vattnets förmåga att tåla tillskott av H3O+ – ett mått på vattnets buffertkapacitet – mäts genom antalet mmol HCl som krävs att sänka pH-värdet
på 1 kg vatten till 4,5
Alkalinitet "
• Surhet – anges som millimol NaOH som krävs att öka pH-värdet på 1
kg vatten till 8,3
OH !"# $%+ 2 CO32!"# $%+ HCO3
!"# $%
HCO3! +H + "H2O+CO2 pKa = 6,35
CO32! +H + "HCO3
! pKa =10,33