Kemia
Vahvan hapon titraus vahvalla emäksellä
Happo-emästitraus on eräs keino määrittää kvantitatiivisesti happojen ja emästen määriä. Se perustuu happojen ja emästen väliseen neutraloitumisreaktioon. Varsinainen neutraloitumisreaktio on oksoniumionin ja hydroksidi-ionin yhtyminen kahdeksi vesimolekyyliksi:
H3O+ + OH- -> 2 H2O
Yhtä suuria ainemääriä oksonium- ja hydroksidi-ioneja sanotaan keskenään ekvivalenteiksi eli samanarvoisiksi, koska ne neutraloivat toisensa. Myös sellaisia happo- ja emäsmääriä, jotka sisältävät ekvivalentit määrät oksoniumioneja ja hydroksidi-ioneja, sanotaan keskenään ekvivalenteiksi. Kun happoa on lisätty emäsliuokseen ekvivalentti määrä, ekvivalenttikohta on saavutettu.
Kuvan koejärjestelyn avulla tutkitaan hapon ja emäksisen liuoksen reagoimista eli happo-emästitrausta. Titrauksissa ja muissa pH -anturin avulla tapahtuvissa mittauksissa käytetään magneettisekoittajaa. Ennen mittauksia pH -anturi on pestävä huolellisesti tislatulla vedellä.
250 ml keitinlasiin laitetaan 100 ml noin 0,01 M HCl -liuosta. Liuos valmistetaan 0,1 M HCl liuoksesta. Liuosta tulee olla niin paljon, että pH-anturin pää on kokonaisuudessaan liuoksessa. Byretti täytetään yläviivaan asti 0,1 M NaOH-liuoksella. Keitinlasiin voidaan lisätä indikaattoria (bromitymolisinistä), jos pH-muutosta halutaan havainnollistaa värimuutoksen avulla. Ennen mittausta käynnistetään magneettisekoitin.
Aika-akselin tilalle voidaan vaihtaa emäksen kulutusta kuvaava ml-akseli. Valitaan Välineet, Akselit. X-akseli vaihdetaan uudeksi napsauttamalla Uusi. Jos emästä kului 120 ml 100 sekunnin mittauksessa, kerroin on 120/100 = 1,2.
Ekvivalenttikohdassa on titrauskäyrän käännekohta, joka löydetään helposti tarkastelemalla käyrän derivaattaa (differenssiä). Differenssi -käyrä saadaan valitsemalla Välineet, Akselit ja vaihtamalla pH-akselille asteikoksi diff.
Liuoksen pH ajan funktiona.
Titrauskäyrän differenssin avulla saadaan selville ajanhetki, missä on käyrän käännekohta. Kyseistä ajanhetkeä vastaava pH-luku on titrauskäyrän käännekohta. Näyttöön saadaan ajanhetken lukemista helpottava ristikko painamalla hiiren oikeanpuoleinen painike pohjaan ja liikuttamalla hiirtä.
Mielenkiintoinen lisätutkimus on tutkia titrauskäyrän muodon riippuvuutta reagoivien aineiden konsentraatiosta. Tarkastellaan esimerkkinä noin 0,01 M natriumhydroksidiliuoksen titraamista 0,1 M suolahappoliuoksella. Kun molempia, sekä titrattavaa liuosta että titrausliuosta laimennetaan esimerkiksi kymmenenteen osaan, titrauskäyrä lähtee suuremmasta pH-luvusta ja päätyy pienempään, mutta käyrän muoto ei muutu. Myös ekvivalenttikohta pysyy samalla kohtaa. Titrauskäyrä on symmetrinen ainoastaan silloin, kun molempien aineiden konsentraatiot ovat samoja. Tässä esimerkkitapauksessa emäksen konsentraatio on selvästi pienempi kuin hapon. Toinen titrauskäyrä mitataan samaan näyttöön valitsemalla Mittaa, Mitata samaan ikkunaan.
Titrauskäyrien vertailtavuus paranee, jos ohjelmasta valitaan liipaisu valitsemalla Aseta, Kanavat A ja B. Jos Emästä titrataan hapolla, valitaan valintaikkunan Liipaisu-kentästä Tason alitus. Liipaisutasoksi valitaan titrauksen ekvivalenttikohta. Esimerkkititrauksessa se on noin 7. Ennakoksi valitaan esimerkiksi 20% - 50 %. Ennakko tarkoittaa sitä, että mittausajan tultua täyteen, näytössä näytetään ennen liipaisua tehtyjä mittauksia ko prosenttiosuus koko mittausajasta. Kun tehdään toinen mittaus valitsemalla Mittaa, Mitata samaan ikkunaan, mittauskäyrä asettuu kuvan mukaisesti mittausajan tultua täyteen.
Titrausta voidaan tutkia myös lämpötila-anturilla ja johtokykyanturilla. Voidaan esimerkiksi samanaikaisesti mitata titrauksen yhteydessä johtokykyä ja/ tai lämpötilaa. Näin saadaan uutta tietoa titrausilmiöstä.
