2.5. Kiselo-bazne reakcije

Uvod

Je li otopina kisela, neutralna ili bazična, također se može se odrediti, osim pH-metrom, pomoću indikatora.

Indikatori

Univerzalni indikator može biti u obliku otopine ili u obliku papirića, a pH-vrijednost otopine se procjenjuje prema promjeni boje indikatora. Žutom bojom predstavljena je neutralna, narančastom i crvenom kisela, a zelenom i tamnoplavom bojom bazična otopina.

Metil-oranž je indikator koji ima područje djelovanja u intervalu od pH 3,2 do pH 4,2. U tom se području boja promijeni od crvene preko narančaste u žutu.

Fenolftalein je indikator koji ima područje djelovanja u intervalu od pH 8,2 do pH 12. Njegova boja u lužnatom mediju je ljubičasta, a u kiselim i neutralnim otopinama je bezbojan.

Kiselo-bazne reakcije

U kemijskom laboratoriju često određujemo količinu neke tvari pomoću reakcije . Kiselo-bazna titracija je metoda kvantitativne kemijske analize kojom se može odrediti koncentracija neke kiseline ili lužine.

Određivanje se izvodi na način da se biretom dodaje otopina poznate koncentracije otopini nepoznate koncentracije kojoj je dodan indikator.

Otopina u bireti naziva se titrant, a titrirana otopina analit.

Točka ekvivalencije označava trenutak kad je u otopinu koju se titrira, dodana ekvivalentna množina tvari kojom titriramo. Pri tome dolazi do promjene boje indikatora.

Pozorno pratite kako se izvodi titracija klorovodične kiseline natrijevom lužinom.

Titracija klorovodične kiseline s natrijevom lužinom

Zadatak: Otpipetira se 25,0 mL otopine klorovodične kiseline nepoznate koncentracije koja se ispusti u Erlenmeyerovu tikvicu i nakon toga se doda nekoliko kapi fenolftaleina. U kiselinu se zatim, polagano, kap po kap, iz birete dodaje natrijeva lužina množinske koncentracije 0,150 mol L^–1 do promjene boje indikatora. Ako se za titraciju utroši 18,5 mL natrijeve lužine, izračunajte množinsku koncentraciju klorovodične kiseline.

Zadano je:

V(HCl) = 25,0 mL

c(NaOH) = 0,150 mol L^–1

V(NaOH) = 18,5 mL

Traži se:

c(HCl) = ?

Postupak:

Titracija se temelji na reakciji neutralizacije jake kiseline s jakom lužinom prema sljedećoj jednadžbi kemijske reakcije:

[latex]HCl\left(aq\right)\space +\space NaOH\left(aq\right)\space \longrightarrow \space NaCl\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)[/latex]

Na temelju jednadžbe kemijske reakcije može se zaključiti da su množine klorovodične kiseline i natrijeve lužine jednake.

[latex]\mathit{n}\left(HCl\right)\space =\space \mathit{n}\left(NaOH\right)[/latex]

[latex]\mathit{c}\left(HCl\right)\cdot \mathit{V}\left(HCl\right)\space =\space \mathit{c}\left(NaOH\right)\cdot \mathit{V}\left(NaOH\right)[/latex]

[latex]\mathit{c}\left(HCl\right)\space =\space \frac{\mathit{c}\left(NaOH\right)\cdot \mathit{V}\left(NaOH\right)}{\mathit{V}\left(HCl\right)}[/latex]

[latex]c\left(HCl\right)\space =\space \frac{0,150\space mol\space L^{–1}\cdot 18,5\space mL}{25,0\space mL}[/latex]

[latex]=\space 0,111\space mol\space L^{–1}[/latex]

Odgovor: Množinska koncentracija klorovodične kiseline je 0,111 mol L^–1.

Titracijska krivulja je skup točaka koje dobijemo mjerenjem pH-vrijednosti otopine nakon što je dodana neka količina lužine ili kiseline. Iz titracijske je krivulje vidljivo da je promjena pH-vrijednosti otopine najprije postupna, do blizine točke ekvivalencije, a zatim se dodatkom jedne kapi skokovito promijeni.

Hidroliza soli

Budući da je neutralizacija jedna od najpoznatijih reakcija dobivanja soli, na neki se način očekuje da su i vodene otopine soli neutralne otopine. No, je li to uvijek tako?

Pokus

Fotografija prikazuje kapanje prozirne tekućine kapaljkom u epruvetu

Određivanje pH-vrijednosti otopina soli

Budući da se u vodenim otopinama nalaze samo ioni soli i molekule vode, promjenu pH-vrijednosti uzrokuje međusobna reakcija iona soli i molekula vode. Objasnimo redom što se zbivalo u pokusu.

Osim molekula vode, u otopini natrijeva klorida nalaze se natrijevi (Na⁺) i kloridni (Cl^–) ioni.

[latex]NaCl\left(s\right)\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }Na^+\left(aq\right)\space +\space Cl^–\left(aq\right)[/latex]

U otopini natrijeva acetata nalaze se natrijevi, Na⁺, i acetatni, CH₃COO^–, ioni.

[latex]CH_3COONa\left(s\right)\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }Na^+\left(aq\right)+CH_3COO^-\left(aq\right)[/latex]

Acetatni ion je jaka konjugirana baza slabe octene kiseline. Budući da je jaka konjugirana baza on je u reakciji s vodom proton akceptor.

[latex]CH_3COO^–\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow \space CH_3COOH\left(aq\right)\space +\space OH^–\left(aq\right)[/latex]

Acetatni ioni u reakciji s vodom povećavaju koncentraciju hidroksidnih iona, pa je pH-vrijednost otopine natrijeva acetata veća od 7, otopina je bazična.

U otopini amonijeva klorida nalaze se amonijevi, NH₄⁺, i kloridni, Cl^–, ioni.

[latex]NH_4Cl\left(s\right)\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }NH_4^+\left(aq\right)+Cl^-\left(aq\right)[/latex]

Amonijev ion je jaka konjugirana kiselina slabe baze amonijaka. Kao jaka konjugirana kiselina u reakciji s vodom je proton donor, povećava koncentraciju oksonijevih iona.

[latex]NH_4^+\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow NH_3\left(aq\right)\space +\space H_3O^+\left(aq\right)[/latex]

Prema tome, vodena otopina amonijeva klorida je kisela, pH-vrijednost je manja od 7.

Otapanjem amonijeva acetata u vodi nastaju amonijevi i acetatni ioni.

[latex]CH_3COONH_4\left(s\right)\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }NH_4^+\left(aq\right)+CH_3COO^-\left(aq\right)[/latex]

Amonijevi ioni u reakciji s vodom povećavaju koncentraciju oksonijevih iona, a acetatni ioni u reakciji s vodom povećavaju koncentraciju hidroksidnih iona.

[latex]NH_4^+\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space NH_3\left(aq\right)\space +\space H_3O^+\left(aq\right)[/latex]

[latex]CH_3COO_{}^-\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space CH_3COOH\left(aq\right)\space +\space OH^-\left(aq\right)[/latex]