Bestämning av en saltsyralösnings koncentration genom ... · – Precision - små slumpmässiga...

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