Ghid de supravietuire pentru Chimie Analitica
- Introducere in Rezolvarea problemelor
- Calcule care implica sume.
- Calcule care implica reactii chimice.
- Lucrul cu concentratii.
- Punerea in Impreuna cu calcule de titrare.
- Unele Metode statistice de baza.
- Solubilitate echilibru.
- Acid / echilibre de baza.
- Complexul Formarea echilibrelor
- Spectrofotometrie
- Electrochimie
Pagini Alte atractii turistice:
Introducere
Nu este o multime care trebuie sa fie memorate de a face chimie analitica bine. Doar despre tot ceea ce trebuie sa stiti a fost deja acoperit in prima si a doua semestre de Chimie bobocilor. Problema este de a invata sa aplice aceste cunostinte in situatii reale de laborator. Scopul nostru este sa ajungi sa gandesti pentru tine atunci cand se confrunta cu o problema de laborator, mai degraba decat de umplere in spatiile libere intr-un exercitiu de laborator bine controlate.
Singura modalitate prin care va dobandi aceasta abilitate este prin practica. In prelegerea vor fi alocate teme pentru acasa. Face acest lucru cu fidelitate si la timp. Daca ramaneti blocat, pune intrebari in timpul de laborator, in timpul curs, sau in timpul orelor de lucru a instructorului. Nu asteptati pana cand o zi sau cam asa ceva inainte de un examen pentru a incepe "de invatare" materialul. In laborator, sa invete sa cred ca prin chimie si matematica, in spatele fiecarui experiment. Nu va calculele necesare; nu se bazeaza pe altii sa-ti spun cat de mult pentru a se cantaresc, sau cum se face un calcul statistic. Fiecare pas de-a lungul drum este usor de invatat si sa faca. Veti deveni doar pierde daca l-ai lasat materialul gramada pe tine.
Materialul din acest Ghid de supravietuire este menit sa va dau cateva puncte de ancorare in jurul valorii de care va puteti adauga propriile dvs. intelepciunea acumulata. Daca nu intelegeti exemplele din acest ghid scurt, mai multe materiale avansate in curs se va face nici un sens pentru a te la toate exemplele date nu. va acoperi toate lucrurile pe care va va confrunta in curs, dar nu acopera un set de metode de baza, care va sunt de asteptat sa MASTER. Cartea dvs., diapozitivele de la instructor, si note de curs va oferi material suplimentar. Abilitatile necesare pentru a se ocupe de toate acestea, cu toate acestea, poate veni numai prin eforturi proprii.
Amintiti-va, ca o fiinta umana va sunt calificati sa vada tipare si rezolvarea problemelor. Prelegeri va sublinia abordarea de la om la rezolvarea problemelor. Chiar calculatoare muti (dar repede!) Se pot conecta intr-o formula. Oamenii, cu toate acestea, poate rezolva probleme din lumea reala care contin informatii prost organizat. Atunci cand se confrunta cu o problema complexa, in chimie analitica:
1) Scrie tot ce vi se ofera in legatura cu problema. Desena imagini si sageti, daca este necesar pentru a face situatie clara. Includeti unitatile cu orice valori date.
2) in mod clar ceea ce sunt pentru rezolvarea.
3) Uita-te la ceea ce ati scris si trase; gandesc despre modul in care operatiunile de baza pe care le-au invatat pot fi folosite pentru a rezolva aceasta problema. De multe ori ajuta la locul de munca inapoi de la solutia la informatiile pe care le-au scris.
4) Identificati orice simple sub-sarcini care poate fi facut la inceput (de conversie de grame la alunite, probabil), inainte de solutionarea corpul principal al problemei.
5) Uita-te la numarul pe care il au generat. Este oare logic? (Daca ai 1.23 x 10 43 m pentru o concentrare, ati facut, probabil, ceva gresit!)
Noi folosim doua unitati pentru a descrie cat de mult din ceva trebuie sa facem uz: gram si mol. La acestea se adauga prefixele de kilo-(10 3), mili-(10 -3), micro-(10 -6), nano-si (10 -9). Daca aveti nevoie sa cantareasca ceva pe balanta analitica, veti avea nevoie de suma in grame. Daca aveti nevoie sa faceti un calcul chimic, suma aproape intotdeauna va trebui sa fie in moli. Pentru a converti de la o forma la alta, amintesc doar ca
Ti se spune sa se cantaresc 0.40 milimoli de MgSO 4 sa utilizeze intr-o titrare EDTA. GFW (gasite pe eticheta sticlei de reactiv), pentru solide este de 120.37 g / mol. Atunci cand rezolvarea problemelor, scrie intotdeauna unitatile jos.
0,40 x 10 -3 | 120.37 grame |
| |
Amintiti-va pentru a verifica calcul dumneavoastra prin anularea afara de unitati. Pentru a testa-te, conversia 0.04815 grame inapoi in moli de sulfat de magneziu.
Calcule care implica reactii chimice:
In primul rand trebuie sa aveti o reactie chimica echilibrata. Precipitatii, acido-bazic, si complex de reactii de formare pot fi echilibrate prin inspectie. Reactii de oxido-reducere sunt cel mai bine echilibrate prin metoda semi-reactie Toate calculele se fac cu alunite.. Daca vi se administreaza sumele in grame, convertit la prima alunite. Daca vi se solicita de grame, nu de calcul cu alunite, converti apoi inapoi la grame la sfarsitul anului. Reactie chimica va spune cum se convertesc la moli de o substanta chimica la moli de altul.
Exemplu: Cate grame de cromat de argint puteti obtine prin precipitarea completa de 0.1273 g de nitrat de argint?
0.1273 g Agno 3 | alunita Agno 3 | 1 mol Ag 2 CRO 4 | 331.73 g Ag 2 CRO 4 |
| 169.87 g Agno 3 | 2 mol Agno 3 | alunita Ag 2 CRO 4 |
Concentrarea este o proprietate a unui amestec se calculeaza prin impartirea o suma de alta. Unitati de concentratie utilizate in mod obisnuit includ moli / litru, miligrame / litru, miligrame / kilogram, nanograme / gram, si centigrame / gram. Atunci cand a exprimat in acest fel, cele doua sume sunt clar. Pentru a rezolva pentru orice concentrare, figura din suma pe care un simplu, dai seama B Suma, apoi
Desi practica actuala este de a exprima tuturor concentrarilor cu unitatile definirea, este inca comun pentru a se referi la concentratii de nume.
Nume | Unitati Definirea |
| Molaritatea (De exemplu, 0.1200 M) | moli de solut / litru (solutii), sau milimoli / mililitru (solutii) |
| La suta (De exemplu, 23.45%) | (Grame de substanta / de grame de proba) x 100%, sau centigrame / gram (rar utilizata) |
| Parti pe milion (De exemplu, 2.34 ppm, 2.34 mg / L) | miligrame / litru (solutii), sau micrograme / mililitru (solutii) miligrame / kilogram (solide), sau micrograme / gram (solide) |
| Piese de schimb pe miliarde de euro (De exemplu, 0.45 ppb, 0,45 ug / L) | micrograme / litru (solutii), sau nanograme / gram (solide) |
Exemplul 1: 25.00 ml de solutie care se constata 3.45 x 10 -8 moli de ioni de fluor. Ce este ppb F pentru aceasta solutie?
Avem nevoie de F ug / Liters pentru a obtine parti pe miliard. Calcula prima "Suma A."
3.45 x 10 -8 alunite F | 18.9984 grame F | 10 6 micrograme |
| alunita F | gram |
Apoi, impartiti cu "Suma B." 0.6554 ug F/0.02500 litri = 26.2 ug / L, sau 26.2 ppb.
Exemplul 2: Se prepara 200 ml solutie de amoniac de la 6 m de la reactiv M 15.4. Acest lucru este adesea numit o "problema de diluare", dar aceasta poate fi rezolvata de la definitia de baza a molaritatea.
Avem nevoie de 200 ml de solutie de 6 M. Ni se spune volum, avem nevoie pentru a calcula cantitatea de amoniac necesare.
Sursa de amoniac va fi solutia 15.4 M. Folosind din nou unitatile:
1.20 alunite amoniac | litru de reactiv | 1000 ml |
| 15.4 alunite amoniac | litru |
Adauga 77.9 mL de 15,4 reactiv de amoniac M la 100 ml de apa (pentru siguranta), apoi se dilueaza la volum total de 200 ml.
Punerea in Impreuna cu calculele de titrare
Exista doua calcule cu care se confrunta, in aproape toate titrari: Standardizare si Run Necunoscut. In ambele cazuri avem titrant intr-un buret (volum continuu dispozitiv de masurare a), si se titreaza in vasul sub el. Solutie, se adauga pana la un punct final se ajunge (de obicei, o schimbare de culoare). In acest moment ar trebui sa avem adaugat o suma echivalenta a Stoichiometrically titreaza la titrant (a se vedea ecuatia echilibrat pentru reactia). Titrant in buret este dat o concentrare, de obicei, moli / litru. Se titreaza in vasul este cel mai bine exprimata ca suma, de obicei, in moli.
In exemplele care urmeaza, vom folosi de reactie:
Exemplul 1. Am facut-o solutie de aproximativ 0,1 titrant de argint nitrat de M, dar trebuie sa standardizeze aceasta la patru cifre semnificative. Standardul nostru va fi solida K 2 Cro 4. Cat de mult cromat de potasiu avem nevoie pentru a se cantaresc pentru a obtine o titrare in apropiere de 30 ml?
Deoarece aceasta este o titrare, avem nevoie de cromat de potasiu, care este "echivalent cu" 30 ml de 0,1 M Agno 3. ("Mmole" este "millimole" in calculul de mai jos.)
30 ml Agno 3 | 0.1 mmole Ag + | 1 mmole K 2 CRO 4 | 194.20 mg |
| ml | 2 mmole Ag + | mmole K 2 CRO 4 |
Exemplul 2. Am cantaresc 0.2774 g de standard de cromat de potasiu. Titrarea ia 27.43 ml. Care este concentratia de titrant de azotat de argint?
0.2774 g K 2 CRO 4 | alunita K 2 CRO 4 | 2 mol Agno 3 | |
| 194.20 g | 1 mol K 2 CRO 4 | 0.02743 L |
Nota modul in care calculele au fost efectuate fie cu mL, mmoli, si mg; sau litri, alunite, si de grame. Utilizarea oricare set de unitati pare a fi cele mai convenabile, dar nu uitati sa fie consecvente in cadrul unui calcul.
Exemplul 3. O proba solida de cantarire 0.2557 g se dizolva si titrata cu 0.1042 M + Ag solutie. Vom presupune ca toate crom in esantion a fost in forma de ion de cromat. Daca 22.89 ml de agent de titrare a fost necesar, calcula% Cr in proba solida necunoscut.
Stim ca este necunoscut g 0.2557 g, astfel incat problema noastra este pe jumatate rezolvata deja. Putem obtine g de Cr daca stim moli de Cr. Putem obtine moli de Cr daca stim moli de cromat. Putem obtine moli de cromat daca avem alunite de argint, care a reactionat cu el. Putem obtine moli de argint de la date de titrare. BINGO! Problema este rezolvata. (Acesta a fost un exemplu de lucru spate.)
22.89 ml | 0.1042 mmoli Ag + | 1 mmole K 2 CRO 4 | 1 mmole Cr | 51.996 mg Cr |
| ml | 2 mmole Ag + | 1 mmole K 2 CRO 4 | mmole Cr |
Unele Metode statistice de baza.
Alte diapozitivele imprimate au o descriere mai detaliata a ceea ce trebuie sa stiti. Aici este un rezumat rapid.
Nr de masurare este perfect. Cand am citit 22.89 ml pe burets noastre, eroarea de masurare este de aproximativ + / - 0,02 ml. Aceasta se numeste o eroare absoluta, deoarece are aceleasi unitati ca si ceea ce suntem de masurare. Este ca o multime? Am raspuns la aceasta intrebare de calcul o eroare relativa, probabil in procente.
Putem compara acum aceasta eroare in raport cu eroarea relativa a permis pentru "munca de calitate", pe un anumit titrare. Pentru aceasta titrare, lucru bun este considerat a fi 0,2% sau mai putin, asa se pare OK. Confuzie intre eroare absoluta si relativa produce una dintre cele mai frecvente greseli pe examene statisticile. Daca ati gandit acest lucru, va sunt inainte de cel putin cinci pana la zece puncte pe care examen.
Eroarea totala intr-o metoda analitica este un compozit de erori de masurare, erori de procedura, si conversii imperfecta chimice. In cazul in care numarul generam este consecvent diferit de "adevarata" valoare, atunci avem precizie saraci. Daca vom gasi nu putem obtine rezultate consistente, atunci avem o precizie slaba. Masurarea eroare numai putem face, de obicei, in laboratorul nostru este de precizie. Facem acest lucru prin calcularea unor statistici din rezultatele noastre. Statisticile sunt calculate prin hranirea numerele noastre intr-un calculator si apasarea butonului fie pentru mediu ("valoarea medie") si pentru abaterea standard (o masura a risipi cu privire la medie). Din abaterea standard si un t-tabel, putem calcula limita de incredere de 95% (CL), o masura de precizie acceptate de catre majoritatea chimisti analitica.
N-1 | t pentru 95% |
| 1 | 12.7 |
| 2 | 4.30 |
| 3 | 3.18 |
| 4 | 2.78 |
| 5 | 2.57 |
Functiile de Stat pe calculatorul dvs. a va oferi o medie de 0.1055 M, si o deviatie standard de 0.00375 M. CL 95% este
Sectii Statistica de cele mai multe carti de analiza, de asemenea, va ofera teste de Q si teste t pentru arunca date gresite. Cu seturi de date mici avem, totusi, sunteti mai bine arunca numai acele rezultate stiti ca sunt rau, pentru ca de erori procedurale. Daca va pastrati note bune in laborator notebook-ul tau, date suspecte puncte vor fi deja etichetate.
Amintiti-va ca dvs. de eroare global intr-o titrare va depinde de eroare combinate de la ambele se executa de standardizare si ruleaza necunoscut. Pentru a calcula indicele de eroare global, calcula mai intai erorile relative pentru aceste doua seturi de ruleaza, apoi
Exemplu: de standardizare noastre au avut o eroare relativa de 4,42%. Un calcul similar pentru ruleaza nostru necunoscut a dat o medie de 34.55% Cr + / -0.14% Cr (95% CL). Pentru a calcula eroarea totala absoluta:
Raport 34.55 + / -1.53% Cr (Mai multe cinstit este de 35 + / -. Cr 2% de la aceste rezultate slabe)
Alte metode statistice importante este cel mai putin liniara Mp Analiza (LLS). Diapozitivele imprimate Alte va va spune cum sa faceti acest lucru cu ajutorul unui calculator. Cel mai important lucru de retinut, cu toate acestea, nu este de a pune o linie dreapta prin datele care nu este liniara pentru a incepe cu traseaza datele dumneavoastra mai intai.. In cazul in care este arata ca o linie dreapta, apoi utilizati LLS pe ea.
Datele utilizate in program de calcul tabelar prezentate mai sus sunt:
| Concentrare | Absorbanta |
| 1.00 x 10 -4 | 0.117 |
| 3.00 x 10 -4 | 0.303 |
| 5.00 x 10 -4 | 0.549 |
| 8.00 x 10 -4 | 0.806 |
Exemplu. Necunoscut are o absorbtie de 0.335. Calculati concentratia si estimarea de eroare de la calculator LLS rezultatele de mai sus.
Rezolvarea linia de regresie de concentrare, vom obtine:
Un calcul mai exacta a erorii este posibila din ecuatiile LLS, dar probabil nu este de mult o imbunatatire fata de estimarea de mai sus. Estimarea erorilor din graficele pare destul de misterios pentru majoritatea studentilor la inceput. Ai instructorul dumneavoastra va conduc prin cateva dintre aceste pana cand il intelege.
Cand se amesteca compusi chimici impreuna, poate forma un precipitat. Solubilitatea acestui precipitat este de interes pentru chimisti analitice pentru ca ne dorim de multe ori 99,9% + unui ion care urmeaza sa fie transformate in forma solida. Numai cateva relatii matematice simple sunt necesare pentru a face aceste calcule.
Luati in considerare:
Tipul 1: Fie Ag + sau CRO 2 - 4 sunt in exces (de obicei numita o problema comuna Ion). Aceasta este situatia cea mai des intalnite, si cea mai simpla pentru a rezolva.
Exemplul 1: Dupa precipitarea de nitrat de argint cu cromat de potasiu, cromat in exces este 0.012 M. Calculati concentratia de [Ag +] in solutie.
Rezolvarea K pentru sp [Ag +], ne
Conectarea in ajungem
Pentru alti compusi sp K poate avea o forma diferita, dar rezolvarea de ioni care aveti nevoie este un exercitiu simplu in algebra.
Tipul 2: Daca nu exista un exces de argint sau cromat, atunci avem o situatie mai complicata matematic. Noi oarecum apel eronat acest caz Solubilitate simpla.
Exemplul 2: Care este concentratia de ioni de argint, daca de cromat de argint masiv este permis sa se echilibreze cu apa pura?
Balanta de incarcare ne spune ca, din moment de argint si cromat sunt ionii numai in solutie, (contrast cu aceasta Exemplul 1, in cazul in care o [K +] termen lung si o [NO 3 -] ar trebui sa se adauga, din cauza cromat de potasiu in exces adaugat la nitrat de argint.)
Multi studenti fac greseala de a folosind metodele de exemplu 2 pentru toate problemele de solubilitate, daca exista exces de ioni prezent sau nu. Mod de a spune care ionii pot fi prezente in exces dupa o reactie a avut loc este de a face unele contabilitate simpla. Exemplul de mai jos prezinta metoda foaie de calcul initial / final pentru sumele in urma reactiilor chimice.
Exemplul 3: 25.0 mL de 0,10 M Agno 3 este amestecat cu 36.5 mL de 0,15 MK 2 Cr0 4. Care este concentratia de ioni de argint dupa reactie?
Ag + mmoli | NO 3 - mmoli | K + mmoli | CRO 4 2 - mmoli | Ag 2 CRO 4 (e) mmoli | Volum ml | |
| Initiala | 2.50 | 2.50 | 10.95 | 5.475 | 0 | 25 +36.5 |
| Final | 0 | 2.50 | 10.95 | 4.225 | 1.25 | 61.5 ml |
| Molaritatea | 0.0687M |
Locul de munca prin modul in care aceste numere au fost determinate. Milimoli initiale sunt pur si simplu mililitri (ml) din fiecare solutie de ori molarities (milimoli / ml). Pentru + K, exista doua ionii de potasiu pentru fiecare cromat. Milimoli finale sunt calculate de la reactia chimica dintre argint si cromat. Amintiti-va ca doi ioni de argint reactioneaza cu un ion de cromat. Nitrat si potasiu sunt ionii Spectator; milimoli lor nu se schimba. Argintul este (aproape) toate distruse, cu cromat stanga in exces Am ramas cu o problema comuna Ion.. Concentratia cromat se obtine prin impartirea milimoli de cromat (4.225 mmoli) de mililitri de solutie (61.5 ml). Conectarea in acest K sp ca facut in exemplul (1) de mai sus, vom obtine:
Acest lucru poate parea destul de complicat, dar este doar un exemplu de stabilire a scris tot cu care stim ca, atunci rezolvarea pentru ceea ce avem nevoie. Fiecare pas este simplu. Privind la informatiile si organizarea acestuia intr-o solutie nevoie de gandire si de practica. Ea nu poate fi invatat o noapte inainte de un examen.
Mai multe probleme avansat produs de solubilitate a construi pe aceste idei de baza. De exemplu, concentratia de cromat, calculata in exces Exemplul 3 nu este cu adevarat concentratia de echilibru [CRO 4 2 -] este necesar, in expresie K sp, dar este, de fapt concentratia analitica C cromat = (mmoli cromat exces / ml de solutie), si vor fi putin mai mica decat concentratia de echilibru. In acest exemplu, diferenta este prea mica in raport cu substanta, dar in cazul in care solubilitatea precipitatului este destul de mare, metode mai avansate va fi nevoie de baza cu privire la utilizarea tuturor termenilor din expresia echilibrul de sarcina. Foaie de calcul initial / final va ajuta la calcularea de multe din aceste conditii.
Am neglijat, de asemenea, efectul de taria ionica privind activitatea de ioni, conducand la o crestere aparenta a valorii K sp. Taria ionica si calculele de activitate incepe cu o foaie de calcul initial / final in catalogul toate ionii prezenti.
Exista cinci monoprotic acid / baza de sisteme (si unul polyprotic) trebuie sa fii capabil de a rezolva, fara a esua:
T ype | Exemple | Formule aproximata |
| Puternic acid | HCl, HNO 3, H 2 SO 4 (prima de protoni), HClO 4 | [H +] = C SA, (in cazul in C SA> 10 -6) pH =-log [H +] |
| Baza de puternic | NaOH, KOH, Ba (OH) 2 | [OH -] = C SB, (daca C SB> 10 -6) [H +] = K w / [OH -] |
| Slab acid | Acizi cu un K, de exemplu, CH 3 COOH, sau sarurile de baze slabe, de exemplu, NH 4 Cl. |  |
| Baza de slab | Baze de cu a, b K (cea mai mare parte amine, de exemplu, NH 3), sau saruri ale acizilor slabi, de exemplu, CH 3 COO - Na +. |  |
| Tampon | Amestecuri de acizi slabi si baze lor conjugat, de exemplu, CH 3 COOH amestecat cu CH 3 COO - Na + |  |
| Amfotere (polyprotic) | NaHCO 3, KHPhthalate |  |
Acizilor si bazelor puternice ioniza complet, astfel incat nu exista nici o expresie echilibru. Numai disocierea de apa H 2 0 = H + + OH -, Kw = [H +] [OH -] = 10 -14, uneori exprimata ca pH-ul = 14-pOH-ul, trebuie sa fie utilizate pe ocazie pentru a converti intre pH-ului si pOH-ul.
Acizi slabi ioniza doar partial, si au o expresie de echilibru
Nota distinctia intre C HA, concentratia molara a acidului slab credem ca ne-am plasat in sistem, si [HA], concentratia de echilibru care de fapt exista in solutie.
Baze slabe hidrolizeaza in apa, care pare a fi ceva diferit de acizi slabi. Ecuatiile produse sunt aproape identice, cu toate acestea, daca aveti de swap H + si OH -, precum si K a si b K. Pentru a confunda studenti in continuare, b K care descrie hidroliza o sare a unui acid slab este numit un h K in cele mai multe manuale. Aici K h si K b sunt doar numite K b.
Cea mai mare problema elevii par a avea recunoaste ce fel de acid / baza de sistem care sunt rezolvarea pentru. Lista de acizi comune si bazelor puternice este foarte scurta si este dat in tabelul de mai sus. Memoreaza aceste. Aproape totul altceva va fi slab. Tampoanele sunt recunoscute de prezenta atat a acidului conjugat si baza conjugatul unui acid slab sau o baza. In probleme de simplu vi se va spune ce substante sunt. In mai multe probleme complicate, veti fi dat unele produse chimice care reactioneaza. Este acest caz aveti nevoie pentru a utiliza metoda foaie de calcul initial / final pentru a determina ceea ce este intr-o solutie dupa reactia este de peste. Apoi alegeti corespunzatoare de acid / baza de sistem si de a rezolva ecuatii.
Formulele de mai sus sunt aproximative, dar munca in foarte multe cazuri care le-ar fi, probabil, iertat pentru aceste misapplying ocazie pe. Elevii mai avansate vor fi capabili sa obtina de la aceste de echilibru al maselor, echilibrul de sarcina si expresii echilibru, si vor cunoaste limitele formulelor folosite. Conferinta va acoperi o serie de aplicatii care nu sunt incluse aici, cum ar fi curbele de titrare de acid / baza si a fractiunii de-a-specii calcule.
Exemplul 1. Ce este pH-ul de 0.0020 M NaOH?
Aceasta este o baza puternica. [OH-] = 0.0020 M.
pOH =-log (0,0020) = 2,70. pH = 14 - 2.70 = 11.30
Exemplul 2. Ce este pH-ul de 0.045 M acid benzoic?
Acest lucru nu este unul dintre acizi tari enumerate, deci este, probabil, un acid slab. In partea din spate a cartea noastra de analiza vom descoperi ca un K = 6.3 x 10 -5. Introducand in formula:
Daca nu se poate obtine o solutie stabila pe aceasta cale, trebuie sa convertiti aceasta expresie intr-o ecuatie patratica si rezolva prin metoda ati invatat in algebra.
Exemplul 3. 3.45 milimoli de acid acetic sunt amestecate cu 2.14 milimoli de acetat de sodiu in 100 ml de apa distilata. Ce este pH-ul solutiei?
Acidul acetic si acetat de sodiu forma un conjugat acid / baza pereche. Asta face ca aceasta problema un tampon. O privire in partea din spate a cartii ne da Ka = 1.75 x 10-5. pKa =-log (1.75x10-5) = 4.76.
Exemplul 4. 21.3 mL de 0,10 M NH 3 este amestecat cu 15.6 mL de 0,10 M HCl. Ce este pH-ul din solutia rezultata?
NH 3 este o baza slaba. HCl este un acid puternic. Acest amestec se pare ca nu se incadreaza in nici una dintre categoriile de mai sus. Dar stai! Acizi si baze reactioneaza cu fiecare alte (cu exceptia cazului in care sunt conjugate acid / baza de perechi). Acest lucru solicita o foaie de calcul initial / final.
H + mmoli | Cl - mmoli | NH 3 mmoli | NH 4 + mmoli | Volum ml | |
| Initiala | 1.56 | 1.56 | 2.13 | 0 | 21.3 + 15.6 |
| Final | 0 | 1.56 | 0.57 | 1.56 | 36.9 ml |
| Molaritatea | 0.0154M | 0.0423M |
Am ignora din nou ionii spectator. Ce este stanga este un tampon. B K de NH 3 este 1.75 x 10 -5. pK b =-log (1.75x10 -5) = 4.76; pK a = 14-pK b = 9.24.
Exemplul 5. In laborator ni se cere sa faca o curba de titrare de ftalat acid de potasiu. 3.00 milimoli de KHP se dizolva in 50 ml. Ce este pH-ul inceputul acestui titrare?
KHP (P vine de la ftalat aici) este o substanta amfoterici. (HP - ar putea accepta un proton si sa actioneze ca o baza, pe de alta parte, ar putea renunta la protoni sale si se comporta ca un acid Aceasta substanta nu se incadreaza in niciuna dintre primele noastre cele cinci categorii..). Acidul mama polyprotic este o-ftalic acid. Partea din spate a cartii ne da K 1 = 1.2x10 -3, K 2 = 3.9x10 -6.
Aceasta ecuatie este o aproximare. Manual dvs. va avea expresia mai lungi si mai precise.
Complexul Formarea echilibrelor
Agenti de complexare sunt folosite pentru a lega anumite clase de ioni metalici, formand ioni solubil complexe. Un agent de complexare importante utilizate pentru titrari este EDTA, numit Y 4 - pe scurt. Constanta de echilibru pentru formarea ionului complex se numeste (surprise!) Formarea Constant, K f. Metale cum ar fi calciul - care au chimie foarte putin interesant - se va forma complexe cu EDTA care pot fi utilizate pentru titrari.
Exemplul 1. 45.3 ml de 0.0100 M EDTA, se adauga 0.300 milimoli de Ca 2 + dizolvat in 50.0 mL de apa distilata. Care este concentratia de Ca 2 +, daca toate exces EDTA este prezent ca Y 4 -?
Acest lucru solicita pentru foaie de calcul initial / final, inca o data. (In urmatorul exemplu, vom adauga o modificare care se ocupa cu EDTA care nu este prezent ca toate D 4 - din cauza efectelor pH-ului, asa incat urmariti.)
Ca 2 + mmoli | D 4 - mmoli | Cay 2 - mmoli | Volum ml | |
| Initiala | 0.300 | 0.453 | 0 | 50 +45.3 |
| Final | 0 | 0.153 | 0.300 | 95.3 ml |
| Molaritatea | 0.00161M | 0.00315M |
Rezolvarea K f pentru Ca 2 + ajungem
Asta a fost destul de usor, dar nu a fost in intregime corecte, ca exemplu de mai jos va arata.
EDTA este un acid polyprotic, precum si un agent de complexare. Acest lucru inseamna ca poate exista ca o combinatie a speciilor H 4 Y, H 3 Y -, H 2 Y 2 -, HY 3 -, si Y 4 -. Nu va fi de patru constante de acid echilibru, K 1, K 2, K 3, si K 4. Fractiunea de specii care vor fi Y 4 - avem nevoie poate fi calculat din aceste constante de echilibru si a relatiei de echilibru al maselor:
In cazul in care C T este concentratia totala a tuturor speciilor liber in solutie EDTA. In Exemplul 1 de mai sus, C, T ar fi 0.00161M. Pentru a calcula concentratia reala a Y 4 -, avem nevoie de fractiunea de specii un 4, in cazul in care
Desi murdar, calcularea 4 de la orice pH-ul dat este simpla. Putem calcula acum valoarea reala pentru [Y 4 -]. Este
Exemplul 2. Se calculeaza concentratia de Ca 2 + de la exemplul 1, la pH = 10 si la un pH = 6.
La pH 10, cu 4 = 3.5x10 -1; la pH 6, 4 = 2.2x10 -5.
Calculele cele mai simple facut pentru spectrofotometrie implica concentratiile lectura de la curbele de lucru, urmat de calcule de dilutie. (A se vedea cel mai putin Linear exemplu Mp in sectiunile Statistica de mai sus.) Fier sunt adesea masurata prin determinarea absorbanta un complex colorat, asa ca avem nevoie pentru a fi siguri de complexare este complet prin controlul pH-ului si concentratia agentului de complexare. Singurele lucruri alte care trebuie sa fie calculate implica de transmisie si de absorbtie.
Pentru a face spectrofotometria in laborator trebuie sa fie familiarizat cu componentele unui spectrofotometru. Acestea sunt sursa de lumina (va emite la lungimea de unda necesara?), Monocromator (va oferi rezolutie buna cu lumina scazuta fara stapan?), Celula de proba (o va transmite lungime de unda selectate?), Detector (va detecta lungime de unda selectate),? si electronice de citire (ar trebui sa citim in absorbanta, transmisie, sau altceva?).
Am straluceasca o banda de lumina colorata de putere P 0 printr-o celula, ea vine cu putere de transmisie P. este pur si simplu
De absorbtie si de transmisie poate fi calculat din ele de catre:
Absorbantei este legata de concentrare prin absorbtie "A", lungimea calea de celula "b" (de obicei in centimetri), si Concentrare "C". Relatia se numeste Legea lui Beer si este pur si simplu
Daca C este in moli / litru, apoi "a" se numeste absorbtie molara cu unitati de cm -1 mol -1 litri si este dat de multe ori simbolul [epsilon]. In cazul in care alte unitati de concentratie sunt folosite, apoi "a" a unitatilor de orice este nevoie pentru a face absorbtie iasa adimensionale.
Absorbtie optima este obtinut prin rularea unui spectru de compus noastre. Acest teren de absorbanta fata de lungime de unda este folosit pentru a gasi un varf de absorbtie maxima care nu este aproape de varfuri de substante interferente.
Pentru a face o analiza spectrofotometrica masuram absorbanta de o serie de solutii standard, apoi complot A vs C. In cazul in Legea lui Beer este ascultat, vom obtine o linie dreapta care pot fi folosite pentru a masura concentratiile de solutii necunoscute.
Exemplu: un complex de fier-phenanthroline are o concentratie de 10,0 ug Fe / ml si ofera o T% de 1,3% intr-o celula 1.00 cm la lungimea de unda 520 nm cu ajutorul unui spectrofotometru ieftin Spectronic 20. Calcula absorbanta si absorbtie a acestui complex, apoi de stat in cazul in care acest lucru este o solutie buna standard de a utiliza.
Un Spectronic 20 nu ar da bine la masuratori 1.89 A, dat fiind ca este cu mult peste 1.0 A. Fie scaderea concentratiilor la aproximativ
sau de a folosi un spectrofotometru mai scumpe, care pot masura mai sus absorbanta 1.0. La acest Legea Beer absorbanta mare nu ar fi, probabil, urmat pe o Spectronic ieftin 20, astfel incat orice calcule folosind aceasta va contine o multime de eroare. Calculul prezentat poate fi folosit pentru a estima o concentrare mai buna pentru a incerca urmatoare, cu toate acestea.
Oxidare / Reducere reactii proceda prin transferul de electroni de la un donator de electroni la un acceptor. Reactiile taxa de transfer, identitatea donatorilor si acceptoare, si energiile relative implicate sunt rezumate in tabelul de potentialele de reducere Standard gasite in spatele celor mai multe carti chimie analitica. Doua exemple sunt:
| Cr 2 O 7 2 - + 14 + H + 6e - 2Cr = 3 + + 7H 2 O | E o = 1,33 volti |
| Fe 3 + + e - = Fe 2 + | E o = 0.771 volti |
Care poate fi folosit ca o reactie titrare pentru determinarea Fe 2 + de dicromat. Folosind termeni mai conventionale, Cr 2 O 7 2 - se numeste un agent oxidant, si 2 Fe + un agent de reducere.
Este posibil sa se masoare diferenta de energie potentiala si de aceste reactii jumatate de direct. Sa presupunem ca am infiintat cu urmatorul text celula electrochimica
in care "|" reprezinta pentru limita de faza dintre electrod Pt si continutul celulei, si "| |" reprezinta o punte de sare intre partea stanga a celula noastra si partea dreapta, care contine un electrod de referinta. Inainte atasa un electrometru intre Pt a din partea stanga si electrod de SHE din dreapta. Potentialul ne-ar masura este
Ea este un electrod de referinta definite ca avand un potential de 0.000 de volti. E mas apoi depinde de valoarea E din dicromat / Cr 3 + reactie jumatate. Vom calcula acest potential din ecuatia lui Nernst
Potentialul nostru masurat este apoi
Multe texte analitice merge pe la confunde student cu vorbe de anozi (electrozi in cazul in care are loc oxidarea) si catozi (electrozi in cazul in care are loc de reducere). In exemplul nostru de mai sus, electronii ar fi atrase de electrodul pozitiv Pt cazul in care acestea pot cauza o reducere, asa ca ar fi catod. Ea este anod.
Cererile de calcule electrochimice apar in curbe de titrare redox, si in potentiometrie. In potentiometrie, ne masuram un potential si sa-l utilizati pentru a calcula o concentrare in mod direct. electrozii de pH sunt un bun exemplu in acest sens.
S si K sunt determinate de etalonare impotriva cunoscute H + standarde. Din acel moment, o masurare a E ne va da pH = (E - K) /-S.
O curba de titrare redox de E mas vs mL de agent de titrare poate fi calculata prin utilizarea unei foi de calcul initial / final pentru a determina compozitia solutiei dupa un plus cunoscut de titrant. Corespunzatoare lui Nernst Ecuatie este folosit pentru a calcula potentialul.
Exemplu: 50,0 ml de solutie care contine 3.00 milimoli de Fe 2 + este titrat cu 23.5 mL de 0.01667M Cr 2 O 7 2 -. Calculati potentialul din solutia rezultata impotriva unui electrod de referinta din SCE de 0.242 de volti. Concentratia + H poate presupune a fi constanta la 1.0 M.
| Cr 2 O 7 2 - mmoli | Cr 3 + mmoli | Fe 2 + mmoli | Fe 3 + mmoli | Volum ml | |
| Initiala | 0.392 | 0 | 3.00 | 0 | 23.5 +50 |
| Final | 0 | 0.784 | 0.650 | 2.350 | 73.5 ml |
| Molaritatea | 0.0107M | 0.00884M | 0.0320M |
Reactia doar jumatate cu non-valori zero este faptul ca pentru Fe 3 + / Fe 2 +, astfel incat vom folosi ca Ecuatie lui Nernst
Singurul loc unde aceasta metoda nu functioneaza bine este la punctul de echivalenta de titrare. Aici avem nevoie pentru a lua o medie ponderata a potentialelor.
Concluzie
Amintiti-va ca exemplele din acest ghid scurt nu includ tot ceea ce se va afla in clasa dvs. Analytical Chemistry. Multe aplicatii mai multe vor fi acoperite in curs si in laborator. Experienta a demonstrat, insa, ca studentii care nu invata fundamentele prezentate aici, in general, nu sunt capabili sa inteleaga materialul suplimentare prezentate. Deci, asigurati-va ca ati inteles aceste exemple bine. Ele va vor ajuta sa supravietuiasca restul cursului.