Name: acids, bases, and ph in titration
Uploaded: 2020-03-26T07:22:25.000Z
Duration: 6 min 35 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Minnesota Academic Standards in Science

9-12

Chemistry

1.2.1 9L.4.2.2.1

Acid and Base Concentrations

حمض أرهينيوس هو مادة تنتج أيونات الهيدروجين عندما تذوب في الماء ، بينما تنتج القاعدة أيونات الهيدروكسيد. تتفاعل أيونات الهيدروجين على الفور مع الماء لتكوين أيونات الهيدرونيوم ، ولكن من أجل البساطة ، سنستمر في التفكير فيها على أنها أيونات هيدروجين. اعتمادا على كمية أيونات الهيدروجين أو أيونات الهيدروكسيد في المحلول ، تعتبر حمضية أو قاعدية. 
نقيس كمية الحموضة أو القاعدة باستخدام الأس الهيدروجيني ، والذي يتم حسابه على أنه السجل السلبي لتركيز أيونات الهيدروجين. إذن ، فإن قيم الأس الهيدروجيني أقل من 7 حمضية ، وقيم الأس الهيدروجيني أعلى من 7 أساسية. الرقم الهيدروجيني 7 محايد. 
تتم مقارنة الأحماض والقواعد أيضا بناء على قوتها ، والتي تختلف عن درجة الحموضة. ترتبط قوة الحمض بمدى سهولة انفصال أيون الهيدروجين عن الأنيون ، المسمى القاعدة المترافقة. نفس الفكرة تتبع لقاعدة في إشارة إلى أيون الهيدروكسيد وحمضه المترافق. يمكننا تعيين قيمة لتلك القوة باستخدام ثابت تفكك الحمض ، أو K a . 
يتم تعريف Ka باستخدام تركيزات الحمض غير المنفصل وأيونات الهيدروجين المنفصلة والقاعدة المترافقة. قد ترى هذه العلاقة غالبا ممثلة على أنها pKa، وهي ببساطة السجل السالب ل Ka. كلما كان pK a أصغر ، كان الحمض أقوى. 
بعض الأحماض ، مثل حمض الهيدروكلوريك ، أحادية البروتين ، مما يعني أنها يمكن أن تفصل أيون هيدروجين واحد فقط. يمكن للأحماض البولي بروتيك ، مثل حمض الفوسفوريك ، أن تفصل العديد من أيونات الهيدروجين. كل تفكك له pK الخاص بهa. 
لذا ، كيف يمكننا تحديد pK a ؟ تتمثل إحدى الطرق في إجراء معايرة بالتحليل الحجمي الحمضي. يتم إجراء المعايرة بالتحليل الحجمي عن طريق إضافة محلول بتركيز معروف ببطء إلى محلول غير معروف التركيز مع مراقبة التفاعل بينهما. في هذه الحالة ، يتفاعل الحمض مع القاعدة في تفاعل تحييد لتكوين ملح وماء. 
إذن، إذا أردنا قياس تركيز أيونات الهيدروجين في حمض، فيمكننا ببساطة المعايرة بقاعدة قوية بتركيز أيونات هيدروكسيد معروف حتى يتم تحييد الحمض. لإجراء المعايرة بالتحليل الحجمي بدقة، يجب توحيد القاعدة — مما يعني أنك تعرف تركيز أيونات الهيدروكسيد بالضبط. هذا ليس دائما مباشرا. 
على سبيل المثال ، هيدروكسيد الصوديوم ، الذي ستستخدمه في تجربتك ، استرطابي للغاية ، مما يعني أنه يمتص الماء من الغلاف الجوي. يحدث هذا لهيدروكسيد الصوديوم كمحلول صلب وفي محلول. لذلك ، قد يكون التركيز الحقيقي لمحلول هيدروكسيد الصوديوم أقل مما تتوقع. 
لتحديد التركيز الدقيق ل NaOH ، يجب علينا أولا إجراء معايرة بالتحليل الحجمي الحمضي القاعدي. للقيام بذلك ، يجب عليك استخدام القاعدة لمعايرة حمض بتركيز معروف. فثالات هيدروجين البوتاسيوم ، KHP ، هو حمض غير استرطابي ، لذلك يمكننا حساب تركيزه بدقة من كتلته. 
يمكننا أن نرى متى تكتمل المعايرة بالتحليل الحجمي — أي أن الحمض معادل — باستخدام مؤشر الأس الهيدروجيني مثل الفينول فثالين. الفينول فثالين محايد وعديم اللون بين حوالي الرقم الهيدروجيني 0 ودرجة الحموضة 8. 
مع زيادة الأس الهيدروجيني ، ينفصل أيونات الهيدروجين. هذا الشكل الأنيوني وردي. لذلك ، عندما نبدأ في المعايرة بالتحليل الحجمي ، يكون محلول KHP حمضيا والفينول فثالين عديم اللون. عندما نضيف هيدروكسيد الصوديوم ويتم تحييد أيونات الهيدروجين ، يزداد الرقم الهيدروجيني. 
في هذا التفاعل ، يكون المحلول محايدا عندما يتم خلط كميات متساوية من الحمض والقاعدة معا. بعد ذلك ، فإن إضافة المزيد من هيدروكسيد الصوديوم يجعل الرقم الهيدروجيني أساسيا ويتحول المحلول إلى اللون الوردي. يشار إلى هذا باسم نقطة النهاية. إذا عرفنا مولات KHP وحجم هيدروكسيد الصوديوم المستخدم لتحييدها، فيمكننا حساب التركيز الدقيق للقاعدة. 
بمجرد أن يكون لدينا قاعدة موحدة ، يمكننا تحديد pK a للحمض عن طريق معايرة تركيز معروف من الحمض بقاعدتنا المعيارية أثناء مراقبة الأس الهيدروجيني. يسمى مخطط الأس الهيدروجيني مقابل حجم القاعدة المضافة بمنحنى المعايرة بالتحليل الحجمي. عادة ما يتبع المنحنى شكل S أو شكل سيني ، حيث تشير نقطة الانعطاف للجزء الأكثر انحدارا من المنحنى إلى نقطة تكافؤ. 
هنا ، مولات أيونات الهيدروكسيد وأيونات الهيدروجين المنفصلة متساوية. مثل pKa ، سنرى نقطة تكافؤ واحدة لكل أيون هيدروجين منفصل. إذن، يحتوي حمض أحادي البروتيك على نقطة تكافؤ واحدة فقط، وحمض ثلاثي البروتيك له ثلاث نقطات. 
عندما نقوم بإجراء المعايرة بالتحليل الحجمي ، سنعرف أننا تجاوزنا نقطة التكافؤ عندما يتحول مؤشر الأس الهيدروجيني بالكاد من عديم اللون إلى اللون الوردي. وهذا ما يسمى نقطة نهاية المعايرة بالتحليل الحجمي. كما هو الحال عندما نقوم بتوحيد القاعدة ، يحدث هذا عندما يحتوي المحلول على فائض ضئيل من أيونات الهيدروكسيد وبالتالي يكون أساسيا قليلا. 
تحدث نقطة انعطاف أخرى في التمثيل البياني في منتصف الطريق إلى نقطة التكافؤ. هنا ، تركيزات الأحماض المنفصلة وغير المنفصلة متساوية. وبالتالي ، فإن الرقم الهيدروجيني في هذه المرحلة يساوي pK a . إذن، إذا أجرينا المعايرة بالتحليل الحجمي وحددنا حجم نقطة التكافؤ، فيمكننا حساب pKa في صورة الأس الهيدروجيني عند نصف هذا الحجم. 
في هذا المختبر ، ستقوم أولا بتوحيد قاعدتك ثم إجراء معايرة بالتحليل الحجمي باستخدام تلك القاعدة القياسية لتحديد اثنين من pKa من حمض متعدد البروتيك.

تركيزات الحمض والقاعدة

<h4>الأحماض والقواعد</h4>
ينتج حمض أرهينيوس أيونات الهيدروجين عندما يذوب في الماء:
HA + H2O → H+(aq) + A-(aq)
هنا ، HA هو الحمض غير المنفصل ، H + هو كاتيون الهيدروجين ، و A - هو الأنيون المذاب - يسمى القاعدة المترافقة. تنتج قاعدة أرهينيوس أيونات الهيدروكسيد عند إذابتها في الماء: 
BOH + H2O → B+(aq) + OH-(aq)
هنا ، BOH هو القاعدة غير المنفصلة ، OH - هو أيون الهيدروكسيد ، و B + هو الكاتيون المذاب - يسمى الحمض المترافق. تتشكل القاعدة المترافقة عندما يفقد الحمض أيون الهيدروجين ولديه القدرة على الحصول على الهيدروجين. وينطبق الشيء نفسه على الحمض المترافق ، الذي يتكون عندما تفقد القاعدة مجموعة هيدروكسيل ولديها القدرة على استعادتها. كل حمض له قاعدة مترافقة ، وكل قاعدة لها حمض مترافق. 
<h4>pH</h4>
 الأس الهيدروجيني هو درجة حموضة المحلول وهو مقياس لكمية أيونات الهيدروجين في المحلول. مقياس الأس الهيدروجيني لوغاريتمي ويمتد من 0 إلى 14. توصف المحاليل المائية ذات الرقم الهيدروجيني أقل من 7 بأنها حمضية ، وتوصف المحاليل المائية ذات الرقم الهيدروجيني أعلى من 7 بأنها قلوية أو قاعدية. تعتبر المحاليل عند درجة الحموضة 7 محايدة. 
الأس الهيدروجيني للمحلول يساوي اللوغاريتمية الأساسية السالبة عشرة من تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/44/44_Concepts_3.jpg">
يتفاعل الماء بقوة مع أيون الهيدروجين لأن شحنته الموجبة القوية تجذب القطب السالب لجزيئات الماء المحيطة. في الواقع ، تتفاعل بقوة لدرجة أنها تشكل رابطة تساهمية و H3 O + ، يسمى الهيدرونيوم. تمت إعادة كتابة المعادلة أعلاه لتعكس ذلك. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/44/44_Concepts_4.jpg">
للتبسيط ، سنشير إلى تركيز أيونات الهيدروجين بدلا من أيونات الهيدرونيوم عند مناقشة الأس الهيدروجيني. كلما انخفضت قيمة الأس الهيدروجيني للمحلول ، زاد عدد أيونات الهيدروجين الموجودة ، وبالتالي ، زادت حمضية المحلول. على سبيل المثال ، الرقم الهيدروجيني ل 1 ملي مولار من حمض الكبريتيك هو 2.75 ، بينما الرقم الهيدروجيني 1 ملي مولار من الهيدروكلوريك هو 3.01. يتم حساب تركيز أيونات الهيدروجين في محلول حامض الكبريتيك على أنه 1 × 10 -2.75 ، في حين أن تركيز أيونات الهيدروجين في محلول حمض الهيدروكلوريك هو 1 × 10 -3.01 . وبالتالي ، هناك المزيد من أيونات الهيدروجين الموجودة في حامض الكبريتيك ، وهي أكثر حمضية. تذكر أنه على الرغم من أن الرقم الهيدروجيني لمحلولين قد يختلف بأقل من نصف قيمة الأس الهيدروجيني ، نظرا للطبيعة اللوغاريتمية لمقياس الأس الهيدروجيني ، فإن كمية الهيدروجين تختلف اختلافا كبيرا. 
<h4>قوة الأحماض والقواعد</h4>
تتأثر قوة الحمض بالكهربية للقاعدة المترافقة وقطبية الهيدروجين الحمضي. لذلك ، تشير القوة إلى مدى سهولة انفصال كاتيون الهيدروجين (H + ) عن الأنيون. تنفصل الأحماض والقواعد القوية تماما في المحاليل المائية ، في حين أن الأحماض والقواعد الضعيفة تنفصل جزئيا فقط في أيوناتها المترافقة. 
يمثل ثابت التفكك ، K a ، قوة الحمض. يتم حساب Ka باستخدام تركيزات حمض HA غير المنفصل ، وتركيزات كاتيونات الهيدروجين والقاعدة المترافقة ، A - . تمثل قيم Ka الأعلى أحماض أقوى ، بينما تمثل قيم Ka الأصغر أحماضا أضعف. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/44/44_Concepts_5.jpg">
Ka صغير جدا من الناحية العددية ، وغالبا ما يتم الإبلاغ عنه في شكل pKa ، وهو الأساس اللوغاريتمي السالب عشرة ل Ka. تتوافق قيم pK a السفلية مع حمض أقوى ، بينما تتوافق قيم pK a الأعلى مع حمض أضعف. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/44/44_Concepts_6.jpg">
تفصل بعض الأحماض أيون هيدروجين واحد فقط وبالتالي لها قيمة pK a . تسمى هذه الأحماض أحادية البروتين. ومع ذلك ، يمكن لبعض الأحماض أن تفصل أكثر من أيون هيدروجين واحد وتسمى polyprotic. هذه الأحماض لها قيمة pK a لكل تفكك أيون الهيدروجين. 
pKa يمكن استخدامها أيضا لحساب الرقم الهيدروجيني المتوازني لتفاعل الحمض القاعدي، كما هو موضح في معادلة هندرسون-هاسيلبالش. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/44/44_Concepts_7.jpg">
تستخدم معادلة هندرسون-هاسيلبالش لحساب الأس الهيدروجيني ، عندما تكون تركيزات القاعدة المترافقة والحمض الضعيف معروفة ، أو لحساب pK a إذا كانت الأس الهيدروجيني والتركيزات معروفة. 
<h4>معايرة بالتحليل الحجمي</h4>
تتم دراسة التفاعلات الحمضية القاعدية كميا باستخدام المعايرة بالتحليل الحجمي. في تجربة المعايرة بالتحليل الحجمي، يتم استخدام محلول بتركيز معروف، يسمى المحلول القياسي، لتحديد تركيز محلول آخر. بالنسبة للمعايرة بالتحليل الحجمي الحمضي القاعدي ، يضاف محلول قياسي من القاعدة ببطء إلى حمض غير معروف التركيز (أو يضاف الحمض إلى القاعدة). التفاعل الحمضي القاعدي هو تفاعل تحييد ، والذي يشكل الملح والماء. عندما تكون مولات أيونات الهيدروجين في الحمض مساوية لمولات أيونات الهيدروكسيل المضافة من القاعدة ، يصل المحلول إلى درجة حموضة محايدة. 
لإجراء معايرة بالتحليل الحجمي الحمضي القاعدي ، تتم إضافة القاعدة القياسية ببطء إلى قارورة تحريك من الحمض غير المعروف باستخدام سحاحة ، مما يتيح قياس الحجم والإضافة المتساقطة للقاعدة. تتم مراقبة درجة الحموضة في المحلول عن كثب طوال فترة المعايرة باستخدام مؤشر الأس الهيدروجيني المضاف إلى الحمض. عادة ، يتم استخدام الفينول فثالين حيث يظل المحلول عديم اللون حتى يصبح أساسيا ، ويتحول إلى اللون الوردي الفاتح. 
عندما تقترب المعايرة بالتحليل الحجمي من نقطة التكافؤ ، وهي عندما تساوي مولات أيونات الهيدروجين مولات أيونات الهيدروكسيل المضافة ، يتغير لون مؤشر الأس الهيدروجيني مؤقتا بسبب زيادة أيونات الهيدروكسيل. عندما يتم تدوير القارورة ، يعود اللون الحمضي لمؤشر الأس الهيدروجيني. اكتملت المعايرة بالتحليل الحجمي ووصلت إلى نقطة النهاية عندما يغير فائض ضئيل من أيونات الهيدروكسيل المؤشر بشكل دائم إلى لونه الأساسي. 
منحنى المعايرة بالتحليل الحجمي هو مخطط لدرجة الحوضة في محلول مقابل حجم القاعدة المعيارية المضافة. تقع نقطة التكافؤ عند نقطة انعطاف المنحنى، ويتم حسابها على أنها المشتق الثاني لمنحنى المعايرة بالتحليل الحجمي. 
إذا كان الحمض متعدد البروتين ، فسيكون له نقاط تكافؤ متعددة ، واحدة لكل تفكك أيون الهيدروجين. الأس الهيدروجيني عند نقطة المنتصف إلى نقطة التكافؤ للأحماض أحادية البروتيك ، أو بين نقاط التكافؤ في حالة الأحماض متعددة البروتيك ، يساوي pK a من الحمض. 
<h4>المراجع</h4>
<ol>
	<li style="font-size:17px">كوتز ، جي سي ، تريتشيل جونيور ، بي إم ، تاونسند ، جي آر (2012). الكيمياء والتفاعل الكيميائي. بلمونت ، كاليفورنيا: بروكس / كول ، Cengage Learning. </li>
	<li style="font-size:17px">سيلبربيرج ، ماجستير (2009). الكيمياء: الطبيعة الجزيئية للمادة والتغيير. بوسطن ، ماساتشوستس: ماكجرو هيل. </li>
	<li style="font-size:17px">هاريس ، العاصمة (2015). التحليل الكيميائي الكمي. نيويورك ، نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. </li>
</ol>

الأحماض والقواعد
ينتج حمض أرهينيوس أيونات الهيدروجين عندما يذوب في الماء:
HA + H2O → H + (aq) + A- (aq)
هنا ، HA هو غير منفصل ...

Education

JoVE Lab Manual

الكيمياء

acids, bases, and ph in titration

Acids, bases, and pH explain how acidic or basic a solution is. An Arrhenius acid releases hydrogen ions when it dissolves in water, while an Arrhenius base releases hydroxide ions. These reactions also create conjugate partners: an acid forms a conjugate base after losing hydrogen, and a base forms a conjugate acid after losing hydroxyl. Every acid has a conjugate base, and every base has a conjugate acid.

pH measures the amount of hydrogen ions in a solution. The pH scale runs from 0 to 14 and is logarithmic, so small changes in pH can mean large changes in hydrogen ion concentration. Solutions below pH 7 are acidic, solutions above pH 7 are basic or alkaline, and solutions at pH 7 are neutral. Water strongly attracts hydrogen ions and forms hydronium, H3O+, but pH is often discussed using hydrogen ion concentration for simplicity.

Lower pH means more hydrogen ions and greater acidity. For example, 1 mM sulfuric acid has a pH of 2.75, while 1 mM hydrochloric acid has a pH of 3.01. Because the pH scale is logarithmic, even a difference of about half a pH unit can reflect a large difference in hydrogen ion amount. In this example, sulfuric acid is more acidic because it contains more hydrogen ions.

Acid and base strength describes how readily hydrogen ions separate from the anion. Strong acids and bases dissociate completely in water, while weak acids and bases dissociate only partly into their conjugate ions. Acid strength is measured with the dissociation constant, Ka, which uses the concentrations of the non-dissociated acid HA, hydrogen cations, and conjugate base A-. Larger Ka values indicate stronger acids, and smaller values indicate weaker acids. Ka is often written as pKa, the negative base-10 log of Ka, so lower pKa means a stronger acid and higher pKa means a weaker acid.

Some acids release only one hydrogen ion, so they have one pKa and are called monoprotic. Others release more than one hydrogen ion and are polyprotic, with a pKa value for each step. The Henderson-Hasselbalch equation uses pKa to find the equilibrium pH of an acid-base reaction when the weak acid and conjugate base concentrations are known, or to find pKa when pH and concentrations are known.

Acid-base reactions can also be studied by titration. In a titration, a standard solution with a known concentration is used to find the concentration of another solution. For acid-base titrations, a standardized base is added slowly to an unknown acid, or the acid is added to the base. The reaction is a neutralization reaction that produces salt and water. When the moles of hydrogen ions match the moles of hydroxyl ions added, the solution reaches neutral pH.

During the experiment, the standardized base is added drop by drop from a burette to a stirring flask of acid. The pH is monitored with an indicator such as phenolphthalein, which stays colorless until the solution turns basic and becomes light pink. Near the equivalence point, the indicator may change color because of a temporary excess of hydroxyl ions, but swirling can return its acidic color. The endpoint is reached when a tiny extra amount of hydroxyl ions makes the basic color stay permanent.

A titration curve plots pH against the volume of standardized base added. The equivalence point appears at the inflection point of the curve and is found from the second derivative. Polyprotic acids have multiple equivalence points, one for each hydrogen ion dissociation. For monoprotic acids, the pH halfway to the equivalence point, or between equivalence points for polyprotic acids, is equal to the pKa.

Acids, Bases, and pH in Titration

lab techniques

Measuring with Accuracy in the Lab

Measuring with accuracy in the lab starts with careful records, the right tools, and correct reading of data. Scientists use lab notebooks to record how an experiment was done. These notes include the amounts of materials used and each step of the procedure. Without that record, an experiment cannot be repeated in the same way. Balances and glassware are used to measure solids and liquids for experiments. The precision of a measurement depends on the equipment used. Digital balances show the...

scientific measurement and lab skills

Graphs, Curve Fit, and Standard Deviation

Two-dimensional graphs help students compare an independent variable with a dependent variable in science data. In a chemistry example, temperature is the independent variable and volume is the dependent variable. After data are collected, the relationship between the two measurements must be quantified so it can be evaluated and compared with other relationships. A graph can also show when no relationship exists between the two variables. To make a two-dimensional graph, each data point needs...

stoichiometry, product yield, and limiting reactants

stoichiometry-product-yield-and-limiting-reactants

Balancing Equations and Reactant Limits

Chemical equations show how reactants change into products during a reaction. Stoichiometry is the study of the relative amounts of reactants and products. It is based on the Law of Conservation of Mass, which says matter is neither created nor destroyed. Because atoms are only rearranged, the number and identity of atoms must match on both sides of a reaction. That is why a chemical equation must be balanced. A balanced equation has the same number of atoms for each element in the reactants...

redox reactions

Oxidation States in Redox Reactions

Oxidation states help identify redox reactions. In a redox reaction, oxidation is the loss of one or more electrons, and reduction is the gain of one or more electrons. These reactions are often tracked by changes in oxidation state, also called oxidation number. Each atom in a molecule has an oxidation state. This number shows how oxidized an atom is compared with its free elemental form. It is written as the charge an atom would have if every bond were purely ionic. In that model, bonding...

ideal gas law

Gas Laws Behind the Ideal Gas Equation

The ideal gas equation brings together the main gas laws used in chemistry. Gases have molecules that are far apart, so their behavior is described with four measurable variables: pressure, volume, number of moles, and temperature. The ideal gas law links these variables with the gas constant, R, which equals 8.314 J·K−1 mol−1. Boyle’s law describes the link between pressure and volume. When temperature and the number of moles stay constant, pressure and volume change in opposite directions.

acid and base concentrations

Acids, bases, and pH explain how acidic or basic a solution is. An Arrhenius acid releases hydrogen ions when it dissolves in water, while an Arrhenius base releases hydroxide ions. These reactions also create conjugate partners: an acid forms a conjugate base after losing hydrogen, and a base forms a conjugate acid after losing hydroxyl. Every acid has a conjugate base, and every base has a conjugate acid. pH measures the amount of hydrogen ions in a solution. The pH scale runs from 0 to 14...

buffers

Buffer pH and the Common Ion Effect

Buffer solutions help keep pH steady when acids or bases are added. In water, an Arrhenius acid (HA) dissociates into hydrogen ions, H+, and a conjugate base, A-. More hydrogen ions make a solution more acidic and lower its pH. An Arrhenius base (BOH) dissociates into a conjugate acid, B+, and hydroxide ions, OH-. Strong acids and strong bases usually change pH a lot because they react completely in water and raise the amount of H+ or OH-. Buffers reduce those pH changes. A buffer usually...

enthalpy of reaction

Reaction Heat, Hess’s Law, and Calorimetry

Reaction heat is explained through enthalpy, Hess’s law, and calorimetry. These ideas show how heat moves during chemical reactions and how scientists measure it. Thermodynamics is the study of heat energy and other forms of energy, such as work. Its laws are used across science, from biology to physics. The first law says energy is conserved in an isolated system. Energy can change form, such as thermal energy becoming work, but it cannot be created or destroyed. The second law of...

solubility

Solubility in Water and Other Solvents

Solubility describes how much of a solute can dissolve in a specific solvent. It is usually reported as solute mass per solvent volume or as solute mass per solvent mass. For example, sodium chloride has a solubility of 36 g per 100 mL of water at room temperature. If solubility is given by solvent mass, that mass must be converted to volume for later calculations. Temperature changes solubility. Sodium carbonate dissolves at about 7 g per 100 mL of water at 0 °C, 22 g per 100 mL at room...

metal flame emission

Flame Test Metal Color Clues

Flame testing uses a metal sample and a flame to identify a substance by its color. Each element gives off a characteristic light emission in the flame, so the color can help distinguish one element from another. This same idea appears in fireworks, where different metal components create different colors. The color comes from energy absorbed by the metallic component. When a species absorbs energy, that energy can go into translation, vibration, rotation, or electron excitement. Electron...

balmer series

Hydrogen Emission Lines

Hydrogen emission lines show how electrons move between fixed energy levels in the Bohr model. Niels Bohr proposed this model for the hydrogen atom in 1913. In this model, an electron can only occupy certain orbits, and it cannot exist between them. These energy states are labeled with the quantum number n. The ground state is n = 1. Higher values, such as n = 2, 3, 4, and so on, are excited states. An electron changes state only by absorbing or emitting energy equal to the difference between...

beer's law

Absorbance Spectra and Beer-Lambert Analysis

Absorbance spectra and the Beer-Lambert Law show how light can be used to study molecules in solution. When light hits a substance, it may be absorbed, transmitted, or reflected. A substance often interacts with a range of wavelengths, and each wavelength can affect the molecules or atoms in a different way. When a molecule absorbs light, that energy can be used for translation, vibration, rotation, or electron excitement. Electron excitement is especially important in spectroscopy because it...

concentration dependence

Reaction Order and Rate Constants

Chemical kinetics describes the speed of a chemical reaction. The rate depends on the reaction mechanism, the complexity of the reaction, and the number of reactants involved. Reactant concentration also affects how fast a reaction happens. The rate law is the experimental relationship that connects these factors to reaction rate. In the rate law, each reactant contributes through a reaction order. The general form is r = k[A]^m[B]^n for aA + bB + ... → cC. Here, r is the reaction rate, k is...

temperature dependence

Reaction Rate, Arrhenius, and Catalysts

Chemical kinetics explains how fast a reaction happens and why that speed changes. The reaction rate is the speed of a chemical reaction. It is defined as the change in concentration of a reactant or product over time. Reaction speed depends on several factors, including the concentration of the reactants and the temperature of the reaction. Each reactant affects the rate in a specific way. That relationship is described by the rate law. The rate law is an equation that connects the...

galvanic cells

Battery Power from Redox Reactions

Electrochemistry studies how chemical change and electrical energy are linked. In this branch of chemistry, electrons move from one species to another. That movement can either produce current or be driven by an applied current. The main reaction in electrochemistry is the oxidation-reduction, or redox, reaction. A redox reaction has two half-reactions. Oxidation is the loss of electrons, and reduction is the gain of electrons. These changes also shift the oxidation state of each substance. The...

electrolytic cells

Electroplating with Electrolytic Cells

Electrochemistry links electrical energy with chemical change, and electrolytic cells show how electricity can drive a nonspontaneous reaction. In these reactions, electrons move from one species to another. The key chemistry is a redox reaction, or oxidation-reduction reaction, which happens in two half-reactions. Oxidation is the loss of electrons, and reduction is the gain of electrons. The substance that loses electrons is the reducing agent, and the substance that gains electrons is the...

proper lab notebook keeping

Recording a Reproducible Lab Experiment

Accurate lab notebook records are essential in science and organic chemistry labs. Without clear notes, descriptions, quantities, and observations, an experiment cannot be repeated or checked. Good record keeping supports reproducibility, which means other people can follow the same work and get similar results. A laboratory notebook is useful in school labs, research settings, and industry. It can also become a legal record when an idea, process, substance, or technique is patented and...

basic organic chemistry techniques

Organic Lab Glassware and Safe Handling

Organic chemistry labs use specific glassware, careful weighing steps, and controlled heating to keep reactions safe and accurate. Beakers and Erlenmeyer flasks are often used for mixing or holding solvents, but they are not meant for measuring volume unless only an approximate amount is needed. Volumetric glassware is used when a precise volume matters. This group includes graduated cylinders, volumetric pipettes, and volumetric flasks. A graduated cylinder is commonly used in the organic lab...

melting points

How Impurities Change Melting Points

Melting point helps identify an organic compound by showing the temperature where a solid turns into a liquid at 1 atmosphere of pressure. It is a physical property, like solubility, density, color, and electronegativity. Because the exact start of melting is hard to measure, the result is reported as a range. The lower end is when the first drops of liquid appear. The upper end is when the last solid has melted. Scientists compare this range with literature values to help identify a compound. <br...

boiling points

Boiling Point and Vapor Pressure

Boiling point and vapor pressure are key physical properties of a liquid. For a pure compound, the boiling point can help identify the substance. In experiments, the boiling point is usually recorded as a range because exact values are hard to measure and may differ by a few degrees from the literature value. Vapor pressure explains why a liquid boils. In a sealed container, some molecules at the liquid surface gain enough energy to escape into the gas phase. At the same time, some gas...

recrystallization

Purifying Crystals by Solubility

Purifying crystals by solubility is a key organic chemistry technique. Recrystallization uses differences in solubility to separate a desired solid product from starting materials, solvent, and impurities. It is one of the three standard purification methods, along with distillation and extraction. Solubility is the maximum amount of a substance that can dissolve in a fixed volume of solvent at a given temperature. Different solutes dissolve in different solvents, and their behavior can vary...

extraction

Separating Mixtures with Solvent Extraction

Solvent extraction is a common way to separate and isolate a target compound in organic chemistry. In this process, a solute moves from one phase to another so it can be separated from unreacted starting materials or impurities. Extraction is also useful when a product is dissolved in a reaction solvent that is hard to remove by evaporation, such as a solvent with a high boiling point. There are three main types of extraction. In solid-liquid extraction, the solute moves from a solid phase...

simple distillation

Separating Liquids by Boiling Point

Separating liquids by boiling point is the goal of distillation. A miscible mixture contains liquids that mix evenly, and it can be heated so that the more volatile liquid evaporates first. Volatility is a liquid’s tendency to vaporize, and boiling begins when bubbles form in the liquid phase. In a closed container, liquid and vapor can reach equilibrium, which means the rate of vaporization equals the rate of condensation. The pressure from the vapor above the liquid is called vapor pressure.

steam distillation

Steam Distillation and Low-Boiling Separation

Steam distillation is a separation method for temperature-sensitive organic compounds. It works best when the organic compound is immiscible in water, meaning the two liquids do not mix. The method helps remove the organic molecule from a non-volatile contaminant without using the higher temperatures needed for many other separations. In steam distillation, the immiscible mixture is heated until both water and the volatile organic compound distill together. The vapor rises to a condenser,...

thin-layer chromatography

TLC Separation by Polarity

Thin-layer chromatography (TLC) separates compounds in a mixture by polarity. It uses the same basic parts as other chromatography methods: a stationary phase, a mobile phase, and the solute. In TLC, the stationary phase is a thin coating on a plate instead of material packed into a column. The stationary phase in most TLC systems is polar silica gel, a form of silicon dioxide. Its surface has OH groups that can form hydrogen bonds. The sample is first spotted on a pencil start line with a...

column chromatography

Separating Mixtures by Polarity

Column chromatography separates compounds in an organic chemistry lab by using differences in physical properties. It is especially useful for microscale separations when less than 10 grams of material is available for analysis. The method can separate a mixture based on solubility, polarity, hydrophobicity, size, and charge. Any chromatography system has three main parts: the stationary phase, the mobile phase, and the sample mixture. In column chromatography, the stationary phase is usually...

hydrolysis of an ester

Soap Formation from Triglycerides

Triglycerides are lipids made of a glycerol backbone linked to three fatty acids. They are common in vegetable oils and animal fats. Plant lipids are the basis of vegetable oils, while animal lipids are used as lard or general sources of fats. A fatty acid has a long carbon chain, usually between 12 and 20 carbons, with a weak organic acid at one end. Some fatty acids contain double bonds. These are unsaturated fats. The double bond usually gives the chain a bent, cis shape. As a result,...

synthesis of luminol

Luminol Chemiluminescence in Forensics

Luminol chemiluminescence shows how a chemical reaction can produce light and help with blood detection. Chemical reactions may be endothermic or exothermic, depending on whether they absorb or release heat as reactants become products. The enthalpy of a reaction is the energy difference between reactants and products, or ΔH. A positive ΔH means the reaction is endothermic. A negative ΔH means it is exothermic. Many reactions do not happen in a single step. They can pass through intermediates...

esterification

Ester Formation and Everyday Fragrances

Esters are organic compounds with a carbonyl group attached to an oxygen that connects to another alkyl or aryl group. Their general formula is RCOOR'. They are often made by reacting a carboxylic acid with an alcohol in an esterification reaction. In this process, the hydroxyl group of the acid is replaced by an alkyl or aryl group. Many simple esters have familiar fruit and flower smells because their structures are small and less complex. Formic acid and methanol can combine to form methyl...

identification of unknown aldehydes and ketones

identification-of-unknown-aldehydes-and-ketones

Carbonyl Tests for Aldehydes and Ketones

Aldehydes and ketones are carbonyl compounds, which means they contain a C=O functional group. A ketone has two alkyl or aryl groups attached to the carbonyl carbon. Acetone is the simplest ketone, with two methyl groups. An aldehyde is similar, but it has at least one hydrogen attached to the carbonyl carbon. Formaldehyde is the simplest aldehyde, and acetaldehyde has one hydrogen and one methyl group. The carbonyl carbon in both aldehydes and ketones is electrophilic because the oxygen atom...

uv-vis spectroscopy of dyes

How Dyes Absorb Visible Light

Dyes absorb visible light because their molecular structure lets them interact with specific wavelengths. When light hits a substance, some light is absorbed and the rest is reflected or transmitted. The color we see depends on the wavelength that is reflected. A blue substance reflects blue light, around 430 to 480 nm, and absorbs the complementary orange region, around 590 to 630 nm. Compounds that do not absorb in the visible range appear colorless to the human eye. Light also has energy and...

identifying alcohols

Alcohol Tests for Primary, Secondary, and Tertiary

Alcohol tests can help sort alcohols by structure and reactivity. Alcohols are organic molecules with a hydroxyl group attached to an alkyl or aryl group, written as ROH. If the carbon with the hydroxyl group has one R group, the alcohol is primary. If it has two R groups, it is secondary. If it has three R groups, it is tertiary. Alcohols can also be aromatic when they contain a benzene ring. Phenol is the simplest aromatic alcohol. To identify an alcohol, chemists can use its chemical...

chemistry

Comprehensive, curriculum-focused videos for both instructors and students in introductory chemistry lab courses.

https://cloudfront.jove.com/files/banners/scicat/labbio.jpg

Learn how acids, bases, pH, Ka, and pKa connect to titration, neutralization, and titration curves in high school chemistry.

Acids, Bases, and pH in Titration | JoVE K12

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Chemical Reactions

HS-PS1-11.

Georgia Standards of Excellence

SC3.

Indicators of Chemical Reactions

SC6.

Neutralization Reactions

استعد لتدريس تركيزات الحمض والقاعدة من خلال هذا الدليل الإرشادي للمدرسين لمدة 5 دقيقة. يغطي خطوات التحضير الأساسية لمختبر Chemistry على JoVE Lab Manual.

تحضير المدرّس لـ تركيزات الحمض والقاعدة في Chemistry - أكثر من 6.2K مشاهدة | JoVE Lab Manual

اتبع إجراءات تركيزات الحمض والقاعدة خطوة بخطوة في فيديو بروتوكول الطالب هذا لمدة 15 دقيقة. جزء من مجموعة Chemistry على JoVE Lab Manual.

بروتوكول الطالب لـ تركيزات الحمض والقاعدة في Chemistry - أكثر من 31K مشاهدة | JoVE Lab Manual

Types of Chemical Bonds

Chemical bonding theories were pioneered by American chemist Gilbert&#xA0;N. Lewis. He developed a model called the Lewis model to explain the type and ...

Matter and Its Interactions: Plan and conduct an investigation of acid-base reactions to test ideas about the concentrations of the hydronium ion in an aqueous solution (pH). (P:3, CC: 3, CI: PS1)

9C.1.2.1.2

Covalent Bonding and Lewis Structures

Compared to ionic bonds, which results from the transfer of electrons between metallic and nonmetallic atoms, covalent bonds result from the mutual ...

Ionic Bonding and Electron Transfer

Ions are atoms or molecules bearing an electrical charge. A cation (a positive ion) forms when a neutral atom loses one or more electrons from its valence ...

Acids and Bases
An Arrhenius acid produces hydrogen ions when it is dissolved in water:
HA + H2O &#8594; H+(aq) + A-(aq)
Here, HA is the non-dissociated ...

Strong Acid and Base Solutions

A strong acid is a compound that dissociates completely in an aqueous solution and produces a concentration of hydronium ions equal to the initial ...

Polyprotic Acids

Acids are classified by the number of protons per molecule that they can give up in a reaction. Acids such as HCl, HNO3, and HCN that contain one ...

Water: A Bronsted-Lowry Acid and Base

The reaction between a Br&#248;nsted-Lowry acid and water is called acid ionization. For example, when hydrogen fluoride dissolves in water and ionizes, ...

Weak Base Solutions

Some compounds produce hydroxide ions when dissolved by chemically reacting with water molecules. In all cases, these compounds react only partially and ...

Weak Acid Solutions

Few compounds act as strong acids. A far greater number of compounds behave as weak acids and only partially react with water, leaving a large majority of ...

The potential of hydrogen (pH) is a measure of the acidity or basicity of a water-based solution determined by the concentration of hydronium ions (H3O+). ...

water-quality-analysis-via-indicator-organisms

Water Quality Analysis via Indicator Organisms

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba -The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
Water quality analysis monitors ...

Matter and Its Interactions: Obtain and communicate information about how Minnesota American Indian Tribes and communities and other cultures construct solutions to mitigate threats to biodiversity.* (P: 8, CC: 7, CI: LS2, ETS1)

1 Exploring phenomena or engineering problems
 1.2 Planning and carrying out investigations
  1.2.1 Students will be able to design and conduct investigations in the classroom, laboratory, and/or field to test students’ ideas and questions and will organize and collect data to provide evidence to support claims the students make about phenomena.

Acids, Bases, and pH in Titration

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards