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

Eine Arrhenius-Säure ist eine Substanz, die Wasserstoffionen produziert, wenn sie sich in Wasser auflöst, während eine Base Hydroxidionen produziert. Wasserstoffionen reagieren sofort mit Wasser zu Hydroniumionen, aber der Einfachheit halber betrachten wir sie weiterhin als Wasserstoffionen. Abhängig von der Menge an Wasserstoffionen oder Hydroxidionen in der Lösung wird sie als sauer oder basisch angesehen.
Wir messen die Menge an Säure oder Basizität anhand des pH-Werts, der als negativer Logarithmus der Konzentration von Wasserstoffionen berechnet wird. pH-Werte unter 7 sind also sauer und pH-Werte über 7 basisch. pH 7 ist neutral.
Säuren und Basen werden auch anhand ihrer Stärke verglichen, die sich von ihrem pH-Wert unterscheidet. Die Stärke einer Säure hängt davon ab, wie leicht sich das Wasserstoffion vom Anion dissoziiert, das als konjugierte Base bezeichnet wird. Dieselbe Idee folgt für eine Base in Bezug auf das Hydroxidion und seine konjugierte Säure. Wir können dieser Stärke einen Wert zuweisen, indem wir die Säuredissoziationskonstante oder Ka verwenden.
Ka wird anhand der Konzentrationen der nicht dissoziierten Säure und der dissoziierten Wasserstoffionen und der konjugierten Base definiert. Möglicherweise wird diese Beziehung häufig als pKa dargestellt, was einfach der negative Logarithmus von Ka ist. Je kleiner das pKa, desto stärker die Säure.
Einige Säuren, wie z. B. Salzsäure, sind monoprotisch, was bedeutet, dass sie nur ein Wasserstoffion dissoziieren können. Polyprotische Säuren können, wie Phosphorsäure, mehrere Wasserstoffionen dissoziieren. Jede Dissoziation hat ihr eigenes pKa.
Wie können wir also pKa bestimmen? Eine Möglichkeit besteht darin, eine Säure-Basen-Titration durchzuführen. Die Titration wird durchgeführt, indem eine Lösung bekannter Konzentration langsam zu einer Lösung unbekannter Konzentration hinzugefügt wird, während die Reaktion zwischen ihnen beobachtet wird. In diesem Fall reagiert die Säure mit der Base in einer Neutralisationsreaktion zu einem Salz und Wasser.
Wenn wir also die Konzentration von Wasserstoffionen in einer Säure messen wollen, können wir einfach mit einer starken Base mit einer bekannten Hydroxidionenkonzentration titrieren, bis die Säure neutralisiert ist. Um eine Titration genau durchzuführen, muss die Base standardisiert sein, was bedeutet, dass Sie die genaue Hydroxidionenkonzentration kennen. Das ist nicht immer einfach.
Zum Beispiel ist NaOH, das Sie in Ihrem Experiment verwenden werden, sehr hygroskopisch, was bedeutet, dass es Wasser aus der Atmosphäre aufnimmt. Dies geschieht mit NaOH sowohl als Feststoff als auch in Lösung. Die tatsächliche Konzentration einer NaOH-Lösung kann also niedriger sein, als Sie erwarten würden.
Um die genaue Konzentration von NaOH zu bestimmen, müssen wir zunächst eine Säure-Base-Titration durchführen. Dazu müssen Sie die Base verwenden, um eine Säure mit einer bekannten Konzentration zu titrieren. Kaliumhydrogenphthalat, KHP, ist eine nicht-hygroskopische Säure, so dass wir ihre Konzentration anhand ihrer Masse genau berechnen können.
Wir können sehen, wann die Titration abgeschlossen ist – was bedeutet, dass die Säure neutralisiert ist – indem wir einen pH-Indikator wie Phenolphthalein verwenden. Phenolphthalein ist zwischen etwa pH 0 und pH 8 neutral und farblos.
Mit steigendem pH-Wert dissoziieren zwei Wasserstoffionen. Diese anionische Form ist rosa. Wenn wir also mit der Titration beginnen, ist die KHP-Lösung sauer und das Phenolphthalein farblos. Wenn wir NaOH hinzufügen und die Wasserstoffionen neutralisiert werden, steigt der pH-Wert.
Bei dieser Reaktion ist die Lösung neutral, wenn gleiche Mengen an Säure und Base miteinander vermischt wurden. Danach wird durch die Zugabe von etwas mehr NaOH der pH-Wert basisch und die Lösung färbt sich rosa. Dies wird als Endpunkt bezeichnet. Wenn wir die Mole von KHP und das Volumen von NaOH kennen, das zur Neutralisierung verwendet wird, können wir die genaue Konzentration der Base berechnen.
Sobald wir eine standardisierte Base haben, können wir den pKa einer Säure bestimmen, indem wir eine bekannte Konzentration der Säure mit unserer standardisierten Base titrieren und dabei den pH-Wert überwachen. Die Darstellung des pH-Werts im Vergleich zum Volumen der zugesetzten Base wird als Titrationskurve bezeichnet. Die Kurve folgt in der Regel einer S- oder Sigmoidalform, wobei der Wendepunkt des steilsten Teils der Kurve einen Äquivalenzpunkt bezeichnet.
Hier sind die Mole von Hydroxid-Ionen und dissoziierten Wasserstoff-Ionen gleich. Wie bei pKa sehen wir einen Äquivalenzpunkt für jedes dissoziierte Wasserstoffion. Eine monoprotische Säure hat also nur einen Äquivalenzpunkt und eine triprotische Säure drei.
Wenn wir die Titration durchführen, wissen wir, dass wir den Äquivalenzpunkt überschritten haben, an dem der pH-Indikator gerade noch von farblos zu rosa wechselt. Dies wird als Titrationsendpunkt bezeichnet. Ähnlich wie bei der Standardisierung der Basis ist dies der Fall, wenn die Lösung einen geringen Überschuss an Hydroxidionen aufweist und somit leicht basisch ist.
Ein weiterer Wendepunkt im Diagramm befindet sich auf halbem Weg zum Äquivalenzpunkt. Dabei sind die Konzentrationen der dissoziierten und der nicht dissoziierten Säuren gleich. Somit ist der pH-Wert an dieser Stelle gleich dem pKa. Wenn wir also eine Titration durchführen und das Äquivalenzpunktvolumen bestimmen, dann können wir pKa als pH-Wert bei der Hälfte dieses Volumens berechnen.
In diesem Labor standardisieren Sie zunächst Ihre Base und führen dann eine Titration mit dieser standardisierten Base durch, um zwei pKa einer polyprotischen Säure zu bestimmen.

säure- und basenkonzentrationen

<h4>Säuren und Basen</h4>
Eine Arrhenius-Säure produziert Wasserstoffionen, wenn sie in Wasser gelöst wird:
HA + H2O → H+(aq) + A-(aq)
Hier ist HA die nicht dissoziierte Säure, H+ das Wasserstoffkation und A- das solvatisierte Anion – die so genannte konjugierte Base. Eine Arrhenius-Base erzeugt Hydroxidionen, wenn sie in Wasser gelöst wird:
BOH + H2O → B+(aq) + OH-(aq)
Hier ist BOH die nicht dissoziierte Base, OH- das Hydroxidion und B+ das solvatisierte Kation – die sogenannte konjugierte Säure. Eine konjugierte Base entsteht, wenn eine Säure ein Wasserstoffion verliert und das Potenzial hat, einen Wasserstoff zu gewinnen. Das Gleiche gilt für eine konjugierte Säure, die entsteht, wenn eine Base eine Hydroxylgruppe verliert und das Potenzial hat, diese zurückzugewinnen. Jede Säure hat eine konjugierte Base, und jede Base hat eine konjugierte Säure.
<h4>Ph</h4>
Der pH-Wert ist der Säuregrad der Lösung und ein Maß für die Menge an Wasserstoffionen in einer Lösung. Die pH-Skala ist logarithmisch und reicht von 0 bis 14; wässrige Lösungen mit einem pH-Wert unter 7 werden als sauer und wässrige Lösungen mit einem pH-Wert über 7 als alkalisch oder basisch bezeichnet. Lösungen mit einem pH-Wert von 7 gelten als neutral.
Der pH-Wert einer Lösung ist gleich der negativen logarithmischen Basis zehn der Konzentration von Wasserstoffionen in Lösung.
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Wasser interagiert stark mit dem Wasserstoffion, da seine starke positive Ladung den Minuspol der umgebenden Wassermoleküle anzieht. Tatsächlich interagieren sie so stark, dass sie eine kovalente Bindung und das H3O+ Kation, genannt Hydronium, bilden. Die obige Gleichung wird umgeschrieben, um dies widerzuspiegeln.
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Der Einfachheit halber beziehen wir uns bei der Erörterung des pH-Werts auf die Konzentration von Wasserstoffionen anstelle von Hydroniumionen. Je niedriger der pH-Wert einer Lösung ist, desto mehr Wasserstoffionen sind vorhanden und desto saurer ist die Lösung. Zum Beispiel beträgt der pH-Wert von 1 mM Schwefelsäure 2,75, während der pH-Wert von 1 mM Salzsäure 3,01 beträgt. Die Konzentration der Wasserstoffionen in der Schwefelsäurelösung wird mit 1 × 10-2,75 berechnet, während die Konzentration der Wasserstoffionen in der Salzsäurelösung 1 × 10-3,01 beträgt. Somit sind in Schwefelsäure mehr Wasserstoffionen vorhanden und sie ist saurer. Denken Sie daran, dass, obwohl der pH-Wert zweier Lösungen aufgrund der logarithmischen Natur der pH-Skala nur um einen halben pH-Wert variieren kann, die Menge an Wasserstoff stark variiert.
<h4>Festigkeit von Säuren und Basen</h4>
Die Stärke einer Säure wird durch die Elektronegativität der konjugierten Base und die Polarität des sauren Wasserstoffs beeinflusst. Die Stärke bezieht sich daher darauf, wie leicht sich das Wasserstoffkation (H+) vom Anion löst. Starke Säuren und Basen dissoziieren in wässrigen Lösungen vollständig, während schwache Säuren und Basen nur teilweise in ihre konjugierten Ionen dissoziieren.
Die Dissoziationskonstante Ka stellt die Säurestärke dar. Ka wird unter Verwendung der Konzentrationen der nicht dissoziierten Säure HA und der Konzentrationen der Wasserstoffkationen und der konjugierten Base A- berechnet. Höhere Ka-Werte stehen für stärkere Säuren, während kleinere Ka-Werte für schwächere Säuren stehen.
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Ka ist numerisch sehr klein und wird oft in Form von pKa angegeben, was die negative logarithmische Basis zehn von Ka ist. Niedrigere pK-a-Werte entsprechen einer stärkeren Säure, während höherepK-a-Werte einer schwächeren Säure entsprechen.
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Einige Säuren dissoziieren nur ein Wasserstoffion und haben daher einen pK-Wert. Diese Säuren werden als monoprotisch bezeichnet. Einige Säuren können jedoch mehr als ein Wasserstoffion dissoziieren und werden als polyprotisch bezeichnet. Diese Säuren haben einen pK-Wert,einen Wert für jede Dissoziation von Wasserstoffionen.
pKa kann auch verwendet werden, um den Gleichgewichts-pH-Wert einer Säure-Base-Reaktion zu berechnen, wie in der Henderson-Hasselbalch-Gleichung gezeigt.
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Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung wird zur Berechnung des pH-Werts verwendet, wenn die Konzentrationen der konjugierten Base und der schwachen Säure bekannt sind, oder zur Berechnung des pKa, wenn der pH-Wert und die Konzentrationen bekannt sind.
<h4>Titration</h4>
Säure-Base-Reaktionen werden mittels Titration quantitativ untersucht. In einem Titrationsexperiment wird eine Lösung mit einer bekannten Konzentration, die als Standardlösung bezeichnet wird, verwendet, um die Konzentration einer anderen Lösung zu bestimmen. Bei Säure-Base-Titrationen wird eine standardisierte Basenlösung langsam zu einer Säure unbekannter Konzentration gegeben (oder die Säure wird der Base zugesetzt). Die Säure-Base-Reaktion ist eine Neutralisationsreaktion, bei der ein Salz und Wasser gebildet werden. Wenn die Mole der Wasserstoffionen in der Säure gleich den Molen der Hydroxylionen sind, die von der Base hinzugefügt werden, erreicht die Lösung einen neutralen pH-Wert.
Um eine Säure-Base-Titration durchzuführen, wird die standardisierte Base langsam mit Hilfe einer Bürette in einen Rührkolben mit der unbekannten Säure gegeben, was die Messung des Volumens und die tropfenweise Zugabe von Base ermöglicht. Der pH-Wert der Lösung wird während der gesamten Titration mit einem pH-Indikator, der der Säure zugesetzt wird, genau überwacht. Typischerweise wird Phenolphthalein verwendet, da die Lösung farblos bleibt, bis sie basisch wird und sich leicht rosa färbt.
Wenn sich die Titration dem Äquivalenzpunkt nähert, d. h. wenn die Mole der Wasserstoffionen den Molen der hinzugefügten Hydroxylionen entsprechen, ändert sich der pH-Indikator aufgrund eines Überschusses an Hydroxylionen vorübergehend in seiner Farbe. Wenn der Kolben geschwenkt wird, kehrt die saure Farbe des pH-Indikators zurück. Die Titration ist abgeschlossen und hat ihren Endpunkt erreicht, wenn ein winziger Überschuss an Hydroxylionen den Indikator dauerhaft in seine Grundfarbe verändert.
Die Titrationskurve ist ein Diagramm des pH-Werts einer Lösung im Vergleich zum Volumen der zugegebenen standardisierten Base. Der Äquivalenzpunkt befindet sich am Wendepunkt der Kurve und wird als zweite Ableitung der Titrationskurve berechnet.
Wenn eine Säure polyprotisch ist, hat sie mehrere Äquivalenzpunkte, einen für jede Wasserstoffionendissoziation. Der pH-Wert auf halbem Weg zum Äquivalenzpunkt für monoprotische Säuren oder zwischen den Äquivalenzpunkten bei polyprotischen Säuren ist gleich dem pKa der Säure.
<h4>Referenzen</h4>
<ol>
	<li style="font-size:17px">Kotz, J.C., Treichel Jr., P.M., Townsend, J.R. (2012). Chemie und chemische Reaktivität. Belmont, Kalifornien: Brooks/Cole, Cengage Lernen.</li>
	<li style="font-size:17px">Silberberg, M.S. (2009). Chemie: Die molekulare Natur von Materie und Veränderung. Boston, MA: McGraw-Hill.</li>
	<li style="font-size:17px">Harris, D.C. (2015). Quantitative chemische Analyse. New York, NY: W.H. Freeman und Company.</li>
</ol>

Säure- und Basenkonzentrationen

Säuren und Basen
Eine Arrhenius-Säure produziert Wasserstoffionen, wenn sie in Wasser gelöst wird:
HA + H2O → H+(aq) + A-(aq)
Hier ist HA das nicht dissoziierte ...

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Lehre

JoVE Lab Manual

Chemie

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...

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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,...

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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...

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Ester Formation and Everyday Fragrances

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Carbonyl Tests for Aldehydes and Ketones

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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

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