Back to chapter

16.15:

עקומות טירציית חומצה-בסיס

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Acid-Base Titration Curves

Languages

Share

ניתן לבצע טטרציית חומצה-בסיס כדי לחשב ריכוז לא ידוע של חומצה באמצעות ריכוז ידוע של בסיס או להפך. כשמטטרים חומצה עם בסיס, המטטר מתווסף בהדרגה לחומצה ומעלה את רמת ה-pH. שינוי ה-pH משורטט כנגד נפח הבסיס כדי ליצור עקומת טטרציה או עקומת pH.עקומות הטטרציה הן בצורת S, אם כי קיימים הבדלים, הנובעים מהאם מדובר בחומצה חזרה או חלשה. בתחילת הטטרציה, ה-pH יהיה חומצי אך גבוה יותר בחומצה חלשה, בהנחה שריכוזי החומצה שווים. הנקודה האקווילנטית היא הנקודה על עקומת הטטרציה, שבה המולים של הבסיס שווים למולים של החומצה בתמיסה.במקרה של חומצה חזקה, הנקודה האקווילנטית מושגת כשבסיס חזק מנטרל את כל יוני ההידרוניום המיוצרים על ידי החומצה החזקה;לכן, היא תמיד מתרחשת ב-pH 7. לעומת זאת, נקודה אקווילנטית של חומצה חלשה מתרחשת ב-pH גדול מ-7 ומגיעים אליה כשכל החומצה החלשה מומרת לבסיס המצומד אליה. ליד הנקודה האקווילנטית, יש קפיצה פתאומית ב-pH של התמיסה.יחד עם זאת, בטטרציה של חומצה חולשה, שינוי הpH זה אינו מהיר ותלול כמו בטטרציה של חומצה חזקה. רמת ה-pH לאחר הנקודה האקווילנטית על עקומת טטרציה, הן בחומצות חלשות והן בחזקות, עולה בהדרגה עקב העודף בבסיס החזק. מאפיינים אחרים של עקומתטטרציה של חומצה חלשה ולא של חומצה חזקה, הם אזור הבופר ונקודה חצי אקווילנטית.כאשר בסיס חזק מתווסף, חומצה חלשה מייצרת את הבסיס המצומד אליה, וכך נוצר אזור בופר. הנקודה האקווילנטית למחצה נמצאת באזור בופר זה. נקודה זו מתקיימת כאשר מחצית הנפח של הבסיס הנדרש כדי להגיע לנקודה האקווילנטית התווספה.כאן הריכוז של חומצה חלשה שווה לבסיס המצומד אליה ורמת ה-pH של התמיסה שווה לpKa. עקומות טטרציה של בסיס חזק או חלש עם חומצה חזקה כמטטר הם דמויי S הפוך, כאשר רמת ה-pH מתחילה גבוה ויורדת עם התוספת של החומצה החזקה.

16.15:

עקומות טירציית חומצה-בסיס

A titration curve is a plot of some solution property versus the amount of added titrant. For acid-base titrations, solution pH is a useful property to monitor because it varies predictably with the solution composition and, therefore, may be used to monitor the titration’s progress and detect its endpoint. Acid-base titration can be performed with a strong acid and a strong base, a strong acid and a weak base, or a strong base and a weak acid.

For a titration carried out for 25.00 mL of 0.100 M HCl (strong acid) with 0.100 M of a strong base NaOH, its titration curve can be seen in red in Figure 1a. For a titration carried out for 25.00 mL of 0.100 M CH3COOH (weak acid) with 0.100 M NaOH, its titration curve can be seen in yellow in Figure 1b.

Image1

Figure 1 (a) The titration curve for the titration of 25.00 mL of 0.100 M HCl (strong acid) with 0.100 M NaOH (strong base) has an equivalence point of 7.00 pH. (b)The titration curve for the titration of 25.00 mL of 0.100 M acetic acid (weak acid) with 0.100 M NaOH (strong base) has an equivalence point of 8.72 pH.

The titration of a strong or weak base with a strong acid has a similar S-shaped curve; however, the curve is inverted as the pH will start in the basic region and decrease with the addition of the strong acid. The titration of weak acid or base can also be used to determine the Ka or Kb, respectively.

The four stages of a titration:

  1. Initial state (added titrant volume = 0 mL): pH is determined by the acid being titrated; because the two acid samples are equally concentrated, the weak acid will exhibit a greater initial pH
  2. Pre-equivalence point (0 mL < V < 25 mL): solution pH increases gradually and the acid is consumed by reaction with added titrant; composition includes unreacted acid and the reaction product, its conjugate base
  3. Equivalence point (V = 25 mL): a drastic rise in pH is observed as the solution composition transitions from acidic to either neutral (for the strong acid sample) or basic (for the weak acid sample), with pH determined by ionization of the conjugate base of the acid
  4. Post-equivalence point (V > 25 mL): pH is determined by the amount of excess strong base titrant added; since both samples are titrated with the same titrant, both titration curves appear similar at this stage.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-base Titrations.

Suggested Reading

  1. Ramette, Richard W. "TITRATE: A Learning Tool for Acid-Base Titrations." (1994): 238. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed071p238.2