Τελικό σημείο και σημείο ισοδυναμίας

Η τιτλοδότηση είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται στην αναλυτική χημεία για την αξιολόγηση της παρουσίας οξέων, βάσεων, αναγωγικών, οξειδωτικών και άλλων ουσιών. Τιτλοδοτήσεις μπορεί να συμβούν σε μια ποικιλία διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής και των αντιδράσεων οξέος-βάσης, στις περισσότερες περιπτώσεις. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, επιτυγχάνονται δύο κρίσιμα ορόσημα γνωστά ως τελικό σημείο και σημείο ισοδυναμίας. Κατά τη διάρκεια μιας τιτλοδότησης, το σημείο ισοδυναμίας ορίζεται ως το σημείο στο οποίο ο προστιθέμενος τιτλοδοτητής είναι χημικά ίσος με την αναλυόμενη ουσία του δείγματος. Το τελικό σημείο, από την άλλη πλευρά, είναι το σημείο στο οποίο αλλάζει το χρώμα του συμβόλου. Η κύρια διάκριση μεταξύ του σημείου ισοδυναμίας και του τελικού σημείου είναι ότι το σημείο ισοδυναμίας είναι το σημείο στο οποίο η χημική αντίδραση τελειώνει, ενώ το τελικό σημείο είναι το σημείο στο οποίο συμβαίνει η αλλαγή χρώματος σε ένα σύστημα ή διάλυμα.

Σημείο ισοδυναμίας

Το σημείο ισοδυναμίας στην τιτλοδότηση οξέος-βάσης υποδεικνύει ότι η διαδικασία έχει φτάσει στο τέλος της όταν ο αριθμός των γραμμομορίων του τιτλοδοτητή και της αναλυόμενης ουσίας είναι ίσοι, όπως φαίνεται από τη χημική εξίσωση. Χρησιμοποιώντας το ίδιο παράδειγμα, 1 mole NaOH και 1 mole HCl θα είναι ισοδύναμα με ακριβώς 1 mole NaOH στο σημείο ισοδυναμίας σε μια τιτλοδότηση NaOH και HCl. Αυτό το σημείο πρέπει να προσδιορίζεται με ακρίβεια με την παροχή ενός συγκεκριμένου αριθμού σταγόνων του πρότυπου διαλύματος στην άγνωστη συγκέντρωση σε ελεγχόμενο περιβάλλον. Συχνά χρησιμοποιείται μια πιπέτα για τη μεταφορά μικρών ποσοτήτων του τιτλοδοτητή στη φιάλη μέτρησης, στην οποία έχει χυθεί η αναλυόμενη ουσία μαζί με έναν συγκεκριμένο δείκτη. Όταν εκτελείτε τιτλοδοτήσεις οξέος-βάσης, είναι σημαντικό να χρησιμοποιείτε δείκτες για να παρατηρείτε με σαφήνεια την ισοδυναμία και τα τελικά σημεία.

Η τιτλοδότηση οξέων και βάσεων μπορεί να συμβεί μεταξύ μιας ισχυρής βάσης και μιας ασθενούς βάσης, μεταξύ μιας ισχυρής βάσης και ενός ασθενούς οξέος, μεταξύ μιας ισχυρής βάσης και μιας ισχυρής βάσης ή μεταξύ ασθενών πολυπρωτικών οξέων. Ανάλογα με το είδος του διαλύματος που χρησιμοποιείται για τιτλοδότηση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί διαφορετικός δείκτης. Για παράδειγμα, ενώ γίνεται μια τιτλοδότηση NaOH και HCl, χρησιμοποιείται ο δείκτης φαινολοφθαλεΐνης, αλλά όταν εκτελείται μια δοκιμή NH3 και HCl, ο δείκτης πορτοκαλί μεθυλίου είναι πιο κατάλληλος. Εάν το pH του τιτλοδοτητή είναι το ίδιο με το pH στο σημείο ισοδυναμίας, το τελικό σημείο και το σημείο ισοδυναμίας ενδέχεται να εμφανίζονται ταυτόχρονα στο ίδιο πείραμα.

Πάρτε, για παράδειγμα, την τιτλοδότηση υδροξειδίου του νατρίου και υδροχλωρικού οξέος, η οποία είναι μια αλληλεπίδραση οξέος-βάσης στη φύση. Ένα mole υδροξειδίου του νατρίου αλληλεπιδρά με ένα mole υδροχλωρικού οξέος για να παράγει αλάτι και νερό σε μια χημική αντίδραση, σύμφωνα με τον τύπο.

HCl + NaOH NaCl + H2O

Ένα διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (τιτλοδοτητής) προστίθεται προοδευτικά σε ένα δείγμα που περιέχει υδροχλωρικό οξύ και έναν κατάλληλο δείκτη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τιτλοδότησης. Σε αυτή την περίπτωση, το υδροξείδιο του νατρίου αρχίζει να αντιδρά με το υδροχλωρικό οξύ που υπάρχει ήδη στο δείγμα. Στο σημείο ισοδυναμίας, έχει προστεθεί αρκετό υδροξείδιο του νατρίου στο δείγμα για να αντιδράσει με όλο το υδροχλωρικό οξύ που υπάρχει στο διάλυμα.

Τελικό σημείο

Στις τιτλοδοτήσεις, το τελικό σημείο είναι το σημείο που εμφανίζεται μετά το σημείο ισοδυναμίας. Σημαίνει ότι έχει επιτευχθεί το σημείο ισοδυναμίας στην εξίσωση. Η αλλαγή στην απόχρωση του διαλύματος υποδηλώνει την παρουσία αυτού του τελικού σημείου.

Η ποσότητα των σταγόνων που παραδίδονται για την επίτευξη του τελικού σημείου θα πρέπει να υπολογίζεται προσεκτικά, καθώς ακόμη και μία μόνο σταγόνα μπορεί να προκαλέσει μεταβολή του pH του διαλύματος. Σε περίπτωση που έχει επιτευχθεί το τελικό σημείο, μπορεί να γίνει μια αντίστροφη ή αντίστροφη τιτλοδότηση, ανάλογα με τη φύση της λύσης που ερευνάται. Εάν χυθεί υπερβολική ποσότητα τιτλοδοτητή, είναι πιθανό να γίνει υπέρβαση του τελικού σημείου. Η προσθήκη ενός άλλου διαλύματος που περιέχει διαφορετικό αντιδραστήριο σε περίσσεια θα δώσει λύση.

Οι τιτλοδοτήσεις συνήθως δεν περιλαμβάνουν τη χρήση δεικτών. Οι μετρητές pH μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάγνωση του pH του διαλύματος ως ένδειξη ότι η αντίδραση ολοκληρώθηκε με επιτυχία. Ένα pH 7 δείχνει ότι η αντίδραση έχει ολοκληρωθεί παρουσία ισχυρής βάσης και οξέος. Είναι αλήθεια ότι η αλλαγή χρώματος είναι μια εύχρηστη προσέγγιση για την παρακολούθηση του τελικού σημείου, γι' αυτό χρησιμοποιούνται συχνά οι δείκτες. Όταν ένα διάλυμα χλωριούχου νατρίου και υδροχλωρικού οξέος γίνει ροζ, το διάλυμα έχει φτάσει στο τελικό του σημείο, όπως φαίνεται από τον δείκτη φαινολοφθαλεΐνης. Το τελικό σημείο δεν αντιπροσωπεύει πάντα το συμπέρασμα της αντίδρασης, αλλά μάλλον την ολοκλήρωση της ογκομέτρησης.

Το τελικό σημείο μιας χημικής αντίδρασης εμφανίζεται λίγο μετά την ισοδυναμία της διαδικασίας. Το τελικό σημείο, το οποίο υποδεικνύεται από μια αλλαγή στο χρώμα ή την ένταση, δείχνει ότι η χημική διαδικασία έχει φτάσει στο τέλος της. Για να ληφθεί ένα σαφώς καθορισμένο τελικό σημείο, πρέπει να συμπεριληφθεί σχετική ένδειξη στο δεδομένο ποσό.

Κατά την τιτλοδότηση NaOH και HCl, χρησιμοποιείται ένας δείκτης φαινολοφθαλεΐνης για την παρακολούθηση της αντίδρασης. Παρουσία όξινων διαλυμάτων, η φαινολοφθαλεΐνη είναι άχρωμη, αλλά γίνεται ροζ παρουσία βασικών διαλυμάτων. Όταν η τιτλοδότηση οξέος-βάσης του NaOH και του HCl φτάσει στο σημείο ισοδυναμίας, το διάλυμα συνεχίζει να είναι άχρωμο παρά την παρουσία μιας βάσης. Όταν προστίθενται μία ή δύο σταγόνες NaOH στο διάλυμα, το διάλυμα γίνεται κάπως βασικό. Το χρώμα του δείκτη φαινολοφθαλεΐνης αλλάζει από μπλε σε ροζ μόλις το διάλυμα γίνει βασικό. Το τελικό σημείο μιας ογκομέτρησης είναι το στάδιο της ογκομέτρησης στο οποίο μπορεί να φανεί η αλλαγή χρώματος.

Ως αποτέλεσμα, μπορεί να συναχθεί ότι το τελικό σημείο είναι ένα βήμα που υποδεικνύει την ολοκλήρωση της διαδικασίας τιτλοδότησης με τη χρήση μιας αλλαγής στο χρώμα.

Συμπέρασμα

Στις χημικές τιτλοδοτήσεις, οι λέξεις τελικό σημείο και σημείο ισοδυναμίας είναι οι πιο συχνά εμφανείς. Τις περισσότερες φορές, και οι δύο λέξεις χρησιμοποιούνται εναλλακτικά και θεωρούνται συνώνυμες. Οι τιτλοδοτήσεις χαρακτηρίζονται από την παρουσία δύο διακριτών εννοιών:το τελικό σημείο και το σημείο ισοδυναμίας. Η επιστήμη είναι ένα περίπλοκο σύστημα που παρέχει μια κατανόηση του κόσμου, συμπεριλαμβανομένης της κατανόησης πραγμάτων που δεν μπορούν να φανούν με γυμνό μάτι. Σε σύγκριση με αυτό που είναι εμφανές στο ανεκπαίδευτο μάτι, τα πράγματα είναι πιο περίπλοκα και δυσνόητα. Η επιστήμη παρέχει εξηγήσεις για μια ποικιλία θεμάτων που όχι μόνο καθιερώνονται με πρακτικό τρόπο αλλά και με αφηρημένο τρόπο.