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Introduction to Titration
  • 00:00Overview
  • 00:56Principles of the Titration
  • 03:57Standardization of the Titrant
  • 07:06Titration of Vinegar with the Standardized Sodium Hydroxide Solution
  • 08:26Applications
  • 09:52Summary

Introducción a la titulación

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Overview

Fuente: Laboratorio de Dr. Yee Nee Tan — Agencia de ciencia, tecnología e investigación

Valoración es una técnica común utilizada para determinar cuantitativamente la concentración desconocida de un analito identificada. 1-4 también se le llama análisis volumétrico, como la medición de los volúmenes es fundamental en la titulación. Hay muchos tipos de valoraciones basadas en los tipos de reacciones que explotan. Los tipos más comunes son ácido-base y titulaciones redox. 5-11

En un proceso de valoración típica, una solución estándar del titulador en una bureta se aplica poco a poco para que reaccione con un analito con una concentración desconocida en un matraz Erlenmeyer. Para la titulación ácido-base, un indicador de pH se agrega generalmente en la solución de analito para indicar el punto final de titulación. 12 en lugar de agregar indicadores de pH, pH puede también controlarse usando un medidor de pH durante un proceso de titulación y el punto final se determina gráficamente por una curva de titulación de pH. El volumen del titulador en el extremo puede utilizarse para calcular la concentración del analito basada en la estequiometría de la reacción.

Para la valoración ácido-base presentada en este video, el Titulador es una solución estandarizada de hidróxido de sodio y el analito es vinagre doméstico. El vinagre es un líquido ácido que con frecuencia se utiliza como condimento culinario o saborizantes. Vinagre consiste principalmente en agua y ácido acético (CH3COOH). El contenido de ácido acético del vinagre comercial puede variar ampliamente y el objetivo de este experimento es determinar el contenido de ácido acético del vinagre comercial por titulación.

Principles

La determinación de ácido acético en vinagre se basa en el principio de un método de titulación acido-base. La reacción entre el NaOH y CH3COOH se muestra en la ecuación 1:

CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → H2O(l) + NaCH3CO2(aq) (1)

La solución estandarizada de NaOH progresivamente se añade el vinagre con la concentración del desconocido ácido acético hasta alcanzar el punto final. Durante la valoración acido-base, el pH se puede trazar como una función del volumen del titrant agregado. El punto de inflexión en la curva, el punto en el cual hay una igual cantidad estequiométrica de ácido y base en una solución, se llama el punto de equivalencia. Mayoría de los ácidos y bases son incoloras, con ninguna reacción visible en el punto de equivalencia. Para observar cuando se ha alcanzado el punto de equivalencia, se agrega un indicador de pH. El punto final no es el punto de equivalencia pero un punto en el que el indicador de pH cambia de color. Es importante seleccionar un indicador de pH adecuado para que el punto final está tan cercano al punto de equivalencia de titulación como sea posible.

En el punto final de esta reacción, el conjugado base NaCH3CO2 es ligeramente básico. Indicador fenolftaleína tiene un rango de pH de trabajo de 8.3-10.0, que es incolora en solución ácida y magenta por encima de pH 8.2. Por lo tanto, fenolftaleína es un indicador recomendado: como cambia de incoloro a rosa en esta condición. Al realizar el experimento, es mejor mantener la concentración de indicador de pH bajo porque los indicadores de pH se son generalmente los ácidos que reaccionan con la base.

El volumen de solución estandarizada de NaOH añadido en el punto final puede utilizarse entonces para calcular las concentraciones molares de ácido acético partiendo de la estequiometría de la ecuación anterior. En este experimento, es un fuerte titulación NaOH alcalino y el analito el ácido acético es un ácido débil.

Antes de realizar el experimento, es importante considerar la naturaleza higroscópica de NaOH. Esta propiedad requiere su solución para estandarizarse con un estable nivel primario tales como potasio hidrógeno ftalato (KHC8H4O4). La exacta concentración molar de la solución de NaOH puede ser determinada con precisión después de la normalización. La reacción entre el ácido principal estándar y NaOH se muestra en la ecuación 2:

KHC8H4O4(aq) + NaOH(aq) → H2O(l) + NaKC8H4O4(aq) (2)

Un protocolo de titulación paso a paso detallado se presenta en la siguiente sección.

Procedure

1. estandarización de NaOH con potasio Hydrogenphthalate (KHC8H4O4) Para empezar, debe estandarizarse el titrant, hidróxido de sodio. Preparar un stock de solución de NaOH disolviendo aproximadamente 4 g de pellets de NaOH en 100 mL de agua desionizada. Tenga en cuenta que el NaOH es un producto químico peligroso que es corrosivo para la piel e irritante a los ojos, ser prudentes y usar equipos de protección personal apropiado (EPP) para evitar contacto con los ojos o la piel. Hacer un 1:10 dilución de la solución de hidróxido de sodio mediante la adición de 25 mL de la solución de hidróxido de sodio stock a una botella de 500 mL. Hidróxido de sodio absorbe dióxido de carbono. Es importante prevenir esto al asegurarse de usar agua desionizado hervido, una botella de secado al horno y para colmo la botella rápidamente. La solución a 250 mL con agua desionizada y agitar para mezclar. 4 – 5 g de la primaria estándar ácido, KHC8H4O4 a 110 ° C por 4 h en un horno de secado en seco y luego enfriar el sólido en un desecador durante 1 hora. Disolver aproximadamente 4 g de secas KHC8H4O4 en 250 mL de agua desionizada. Registrar la masa con precisión. Calcular la concentración molar de la solución KHC8H4O4 . Pipetear 25 mL de KHC8H4O4 en un erlenmeyer limpio y seco. Añadir 2 gotas de fenolftaleína y agitar suavemente para mezclar bien. Tenga en cuenta que la fenolftaleína es irritante y tóxico, tener cuidado para evitar contacto con los ojos o la piel. Limpiar una bureta de 50 mL y un embudo con agua y detergente. Enjuagar la bureta con agua y enjuagar 3 veces con agua desionizada. Enjuagar la bureta con la solución diluida de NaOH 3 x, asegurándose de que el NaOH moja toda la superficie interior y drenar los desechos a través de la punta. Monte la bureta lavada en una ringstand con una abrazadera y asegúrese de que está parado verticalmente. Llene la bureta limpia con la solución diluida de NaOH. Cabe señalar que la cantidad de NaOH diluida necesita no estar exactamente en la marca del cero pero debe estar dentro de la escala y suficiente para al menos una valoración. Burbujas de aire pueden afectar la exactitud del volumen de lectura. Revise cuidadosamente la bureta para burbujas de aire y golpear suavemente la bureta para liberarlos y abrir la llave de paso para permitir que unos pocos mL de Titulador para fluir a través de y al mismo tiempo liberar el aire atrapado. Leer el volumen mediante la visualización de la parte inferior del menisco después de 10 s. expediente este volumen inicial. Preste atención a las cifras significativas de la lectura. Registre el valor a dos posiciones decimales en mL. Coloque el matraz Erlenmeyer que contenga potasio hidrógeno ftalato (KHC8H4O4) debajo de la bureta y ajustar correctamente la altura de la bureta. Valorar la solución KHC8H4O4 añadiendo lentamente solución de NaOH en incrementos de 1 – 2 mL usando una mano para controlar el flujo mediante el ajuste de la llave de paso y el otro girando el frasco. Cuando cerca de la meta, comenzar agregando la titulación gota a gota. El punto final se alcanza cuando la solución adopta un color rosa tenue y persistente. Registrar el volumen final de NaOH diluido en la bureta. Repetir la valoración al menos dos veces más para obtener datos consistentes. Calcular la concentración molar de la solución diluida de NaOH. 2. valoración de vinagre con solución estandarizada de hidróxido de sodio La solución de hidróxido de sodio ahora está estandarizada y puede utilizarse como un Titulador para analizar vinagre. Para reducir el aroma picante del vinagre, diluir 10 mL de la solución de vinagre en un 1:10 de la ración hasta un volumen total de 100 mL. Pipetear 25 mL de analito, a un matraz Erlenmeyer limpio y seco (conocido como VA). Añadir 2 gotas de fenolftaleína. Llene la bureta con la solución estandarizada de NaOH de la primera parte del procedimiento. Registrar el volumen inicial del titulador (V1). Progresivamente, añadir la solución de NaOH estandarizada para el vinagre. Cuando el volumen del titulador acerca el valor esperado, ajustar la llave de paso para agregar la titulación gota a gota. Seguir a agitar el frasco con una mano y mantenga la otra mano cerrar la llave de paso. Una vez que la solución de analito cambia a color rosa claro, agitar durante unos segundos ver si el color se desvanecerá. Si el color persiste, la titulación alcanza el punto final. Registrar el volumen final del titulador (V1′). Si se desvanece el color de la solución, añadir una gota más del titulador. Lavar la punta de la parte inferior de la bureta con la botella de lavado. Recoge la mezcla de lavado y ver el color de cambian de la solución del analito. Continuar la valoración hasta el punto final. Registra la cantidad de titrant es necesitada (Vt1 = V1′ V1). Repetir la valoración al menos dos veces hasta tres valores concordantes que están dentro de 0,1 mL de uno a otro se obtiene (Vt2 yt3de la V). Calcular el valor medio del volumen del titulador con los tres valores obtenidos en tres titulaciones diferentes: Vt = (Vt1 +t2 de V + Vt3) / 3. La concentración molar de ácido acético en vinagre puede así calcular usando la ecuación 3.

Results

Unit Trial 1 Trial 2 Trial 3
Volume of diluted vinegar acid (VA) mL 25.00
Molar concentration of NaOH (cNaOH) mol/L 0.09928
Initial burette reading of NaOH mL 0.10 0. 05 1.20
Final burette reading of NaOH mL 18.75 18.60 19.80
Volume of NaOH dispensed mL 18.65 18.55 18.60
Mean volume of NaOH dispensed (Vt) mL 18.60

Table 1. Titration results.

Sample calculations:

Mass of KC8H5O4 = 4.0754 g

Molar mass of KC8H5O4 = 204.22 g/mol

Number of moles of KC8H5O4 in 25.00 mL standard solution = Equation 2

According to Equation 2,

Concentration of the diluted NaOH solution = Equation 3

Moles of NaOH dispensed = concentration of NaOH × mean volume of NaOH dispensed = 0.09928 mol/L × 18.60 mL = 1.847 × 10-3 mol

According to Equation 1,

Number of moles of CH3COOH in 25.00 mL of diluted vinegar = 1.847 × 10-3 mol

Concentration of diluted vinegar = Equation 4

Hence concentration of undiluted vinegar = 10 × 7.388 102 mol/L = 0.7388 mol/L

The above steps are presented to illustrate the calculation procedure; we can simply apply Equation 3 to obtain the concentration of undiluted vinegar in one step.

Therefore 1.000 L of undiluted vinegar contains 0.7388 mol of CH3COOH.

Volume of CH3COOH=Equation 5

Volume percent of vinegar = Equation 6

Applications and Summary

Titration is an important chemical method that is frequently applied in current chemistry research. For example, acid base titration is applied to determine amine or hydroxyl value of a sample. The amine value is defined as the number of milligrams of KOH equivalent to the amine content in one gram of sample. To determine the hydroxyl value, the analyte is first acetylated using acetic anhydride then titrated with KOH. The mass in milligrams of KOH then corresponds to hydroxyl groups in one gram of sample.13 Another example is the Winkler test, a specific type of redox titration used to determine the concentration of dissolved oxygen in water for water quality studies. Dissolved oxygen is reduced using manganese(II) sulfate, which then reacts with potassium iodide to produce iodine. Since the iodine released is directly proportional to the oxygen content, the oxygen concentration is determined by titrating iodine with thiosulfate using a starch indicator.14

Besides applications in basic chemical research, titration has also been widely adopted in industrial and everyday use. In biodiesel industry, waste vegetable oil (WVO) must first be neutralized to remove free fatty acids that would normally react to make undesired soap. A portion of WVO is titrated with a base to determine the sample acidity, so the rest of the batch could be properly neutralized.15 Benedict's method, a test for quantification of urine glucose level, is another example showing the importance of titration in healthcare. In this titration, cupric ions are reduced to cuprous ions by glucose, which then react with potassium thiocyanate to form a white precipitate, indicating the endpoint.16

References

  1. Llc, B. Titration: Ph Indicator, Thermometric Titration, Nonaqueous Titration, Equivalence Point, Acid-Base Titration, Amperometric Titration. General Books LLC, (2010).
  2. Jacobsen, J. J., Jetzer, K. H., Patani, N., Zweerink, G. & Zimmerman, J. Titration Techniques. J. Chem. Educ. 72, 612, doi:10.1021/ed072p612 (1995).
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  10. Silverstein, T., Cheng, L. & Allen, J. F. Redox Titration of Multiple Protein Phosphorylations in Pea Chloroplast Thylakoids. Biochim. Biophys. Acta (BBA)-Bioenerg. 1183, 215-220, doi:10.1016/0005-2728(93)90022-8 (1993).
  11. Lenghor, N., Jakmunee, J., Vilen, M., Sara, R., Christian, G. D. & Grudpan, K. Sequential Injection Redox or Acid-Base Titration for Determination of Ascorbic Acid or Acetic Acid. Talanta 58, 1139-1144, doi:10.1016/S0039-9140(02)00444-7 (2002).
  12. Mitchell, P., Moyle, J. & Smith, L. Bromthymol Blue as a pH Indicator in Mitochondrial Suspensions. Eur. J. Biochem. 4, 9-19, doi:10.1111/j.1432-1033.1968.tb00166.x (1968).
  13. Perkins, E. G. Analyses of Fats, Oils and Derivatives. AOCS press, (1993).
  14. Spellman, F. R. Handbook of Water and Wastewater Treatment Plant Operations. 2 edn, CRC Press, (2009).
  15. Purcella, G. Do It Yourself Guide to Biodiesel: Your Alternative Fuel Solution for Saving Money, Reducing Oil Dependency, Helping the Planet. Ulysses Press, (2007).
  16. Nigam. Lab Manual Of Biochemistry. Tata McGraw-Hill Education (2007).

Transcript

Titration is a commonly applied method of quantitative chemical analysis used to determine the unknown concentration of a solution. A typical titration is based on a reaction between a titrant and an analyte. The titrant of known concentration is gradually added to a precise volume of an unknown analyte until the reaction reaches an endpoint.

At the endpoint, the moles of titrant and analyte are equal. By manipulating the equation relating volume and concentration, the concentration of analyte can be deduced.

This video will illustrate the principles behind titration, present a protocol to determine the amount of acetic acid in commercial vinegar, and finally explore some common applications of the method.

Titrations are classified based on the type of reaction carried out. For example, redox titrations make use of an oxidation-reduction exchange between reactants which involves the transfer of electrons from one reactant to another. Complexometric titrations rely on the formation of a largely undissociated complex. However, acid-base titrations, which exploit the neutralization of an acid with a base, are one of the most widely studied. To determine the concentration of acid in an analyte, a base, such as sodium hydroxide, is used. Sodium hydroxide is hygroscopic, that is, it has the property of absorbing moisture from the atmosphere. Before it can be used as a titrant, its exact concentration in solution must be standardized.

To do this, it is first titrated with the primary standard, potassium hydrogen phthalate. A primary standard should be pure, stable, non-hygroscopic, and have a high molecular weight. Because the amount of hydronium ions contributed by the primary standard is known to a high degree of accuracy, it is used to determine the exact concentration of the hydroxide ions in the titrant. During an acid-base titration, the pH can be plotted as a function of the volume of the titrant added. The inflection point on the curve, the point at which there is a stoichiometric equal amount of acid and base in a solution, is called the equivalence point.

Most acids and bases are colorless, with no visible reaction occurring at the equivalence point. To observe when the equivalence point has been reached, a pH indicator is added. This is a pH sensitive dye that changes color in different pH environments. Its important to note that endpoint is not equal to the equivalence point, but indicates when a particular pH value has been reached. For example, phenolphthalein changes color around a pH of 8 and is commonly used as an indicator for acid-base titrations with an equivalence point around pH 7. While an accurate indicator for the titration is one that changes color as close to the equivalence point as possible, the titration curve has a steep slope around the equivalence point, leading to an acceptable level of error. At the equivalence point, the moles of base added are equal to the moles of acid initially present. An equation that utilizes the molarity and volume of each component can be used. With the other three values known, the acid concentration can be calculated. Now that you understand the principles behind the procedure, lets take a look at an actual protocol to determine the percent acetic acid in a commercial vinegar sample by reacting it with a standardized sodium hydroxide solution.

Typically, a rough estimate titration is performed to approximate where the endpoint will be. To begin, the titrant, sodium hydroxide, must be standardized. First, dissolve roughly 4 g of sodium hydroxide into 100 mL of deionized water. Make a 1:10 dilution by adding 25 mL of this stock sodium hydroxide solution to a glass container. Bring the total volume to 250 mL with deionized water and shake to mix. As sodium hydroxide absorbs carbon dioxide, it is important to use boiled, deionized water and an oven-dried bottle, and to cap the bottle quickly.

Calculate the approximate molar concentration of sodium hydroxide. Then, weigh out 5 g of the standard acid, potassium hydrogen phthalate, and place it in a drying oven. Once dried, allow the solid to cool to room temperature in a desiccator.

Weigh out 4 g of the dried potassium hydrogen phthalate to a high degree of precision, and dissolve in 250 mL of deionized water. Calculate the molar concentration of the potassium hydrogen phthalate solution.

Using a volumetric pipette, transfer 25 mL of the potassium hydrogen phthalate solution into a clean, dry Erlenmeyer flask. Add 2 drops of phenolphthalein pH indicator. Gently swirl the flask to mix. Flush a clean 50-mL burette with water and rinse at least three times with deionized water. Following this, rinse again with the diluted sodium hydroxide solution three times, making sure that the sodium hydroxide wets the entire inner surface. Mount the washed burette on a ringstand with a clamp and ensure that it stands vertically.

Fill the burette with the diluted sodium hydroxide solution. Air bubbles can affect the accuracy of volumetric readings. Gently tap the burette to free any air bubbles present, and open the stopcock to allow a few mL of titrant to flow through to release any trapped air. Read the volume of sodium hydroxide, at the bottom of the meniscus.

Place the flask containing potassium hydrogen phthalate under the burette. Add the titrant from the burette in 1–2 mL increments using one hand to control the flow rate by adjusting the stopcock, and the other swirling the flask.

When close to the endpoint, begin adding the titrant drop by drop. The endpoint is reached when the solution turns a faint, persistent pink color. Record the volume in the burette.

Repeat the titration at least two more times for consistent data and calculate the molar concentration of the diluted sodium hydroxide solution used as shown in the text protocol.

The sodium hydroxide solution is now standardized and can be used as a titrant to analyze vinegar. To reduce the pungent aroma, dilute 10 mL to a total volume of 100 mL.

Pipette 25 mL of the diluted vinegar into an Erlenmeyer flask, and add 2 drops of phenolphthalein. Fill the burette with the standardized sodium hydroxide solution and record the initial volume. Similar to the previous titration, slowly add the titrant to the analyte in the flask while swirling until the solution turns a light pink color, and record the final volume of sodium hydroxide used.

In this experiment, the titration was performed in triplicate and the mean volume of sodium hydroxide dispensed to neutralize the acetic acid in vinegar was calculated. The concentration and volume of base was used to elucidate the moles of acetic acid in the vinegar. The volume and molar mass were then used to calculate the concentration. It was determined that the vinegar had a molarity of 0.7388. Converting to percent, it was 4.23% acetic acid by volume.

Titrations are robust and easily customizable methods commonly applied in research, industry, and healthcare.

Scientists often use the measure of dissolved oxygen in freshwater bodies as an indicator of overall health that ecosystem. This is done by a redox titration. Unlike acid-base neutralizations, these titrations are based on a reduction-oxidation reaction between the analyte and the titrant. Dissolved oxygen in the water sample is reduced with chemicals in a reaction that results in the production of iodine. The amount of iodine produced and thus the level of dissolved oxygen can be determined by titration using a starch indicator. Glucose in urine can be indicative of a pathological condition like diabetes. A test to quantify urine glucose level, called Benedict’s Method, is another example of the importance of titration; in this case, in healthcare. In this titrimetric procedure, sugars from urine are first reacted with an alkali resulting in the formation of enediols with powerful reducing properties. These reduce copper two ions in Benedict’s reagent to copper one, in a colorimetric reaction that correlates with the initial concentration of glucose present in the urine sample.

You’ve just watched JoVE’s introduction to titration. You should now be familiar with the principles behind this method, know how to perform an acid-base titration, and appreciate some of the ways it is being applied in research and industry.

As always, thanks for watching!

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JoVE Science Education Database. JoVE Science Education. Introduction to Titration. JoVE, Cambridge, MA, (2023).