Semnificația punctului de echivalență în chimie

În chimie, punctul de echivalență este un concept care se aplică titrărilor sau titrărilor volumetrice. La rândul lor, acestea sunt tehnici analitice pentru a determina conținutul sau concentrația unei substanțe, care se numește analit, într-o probă de compoziție necunoscută. Punctul de echivalență al unei titrari corespunde momentului precis în care numărul de echivalenți ai titrantului adăugat este exact egal cu numărul de echivalenți ai analitului sau titrantului prezent în alicota analizată .

Cu alte cuvinte, este momentul exact al unei titrari in care este adevarat ca:

Privit din alt punct de vedere, este punctul exact din timpul unei titrari in care titrantul si titrantul sunt in proportii stoichiometrice in functie de reactia chimica implicata in titrare.

Utilizarea punctului de echivalență

Scopul oricărei titrare sau titrare volumetrică, indiferent de tip, este întotdeauna de a găsi punctul de echivalență sau, mai precis, volumul de titrant necesar pentru a ajunge la punctul de echivalență. Acest lucru se datorează faptului că respectivul volum este cel care face posibilă determinarea concentrației sau a numărului de echivalenți ai analitului din probă din concentrația cunoscută a agentului de titrare și, eventual, volumul alicotului.

Determinarea numărului de echivalenți de analit din alicotă

Deoarece numărul de echivalenți este legat de concentrația și volumul normal prin ecuație

unde V este volumul și N este concentrația normală, atunci condiția punctului de echivalență poate fi rescrisă ca

Folosind această ecuație, poate fi determinat numărul total de echivalenți prezenți în alicota care este titrată. Numărul de echivalenți poate fi apoi convertit în masă prin greutatea echivalentă a analitului sau în moli prin numărul de echivalenți pe mol în funcție de reacția de titrare particulară.

Determinarea concentrației normale a analitului

Ecuația pentru condiția de echivalență poate fi, de asemenea, rescrisă ca

De unde iei asta

Folosind această ecuație, se poate obține concentrația normală a probei care urmează să fie titrată. Concentrația menționată poate fi transformată într-o concentrație molară prin împărțirea acesteia la numărul de echivalenți pe mol în funcție de reacția particulară de titrare.

Indiferent de utilizarea care se acordă volumului respectiv, procedura experimentală a titrarii constă în găsirea volumului titrantului la punctul de echivalență. Totuși, aceasta reprezintă o problemă, așa cum vom vedea mai jos.

Punctul de echivalență este un punct teoretic.

Punctul de echivalență este un punct teoretic care nu poate fi niciodată cunoscut cu o certitudine absolută în timpul unei titrari. Acest lucru se datorează, în primul rând, existenței inevitabile a erorilor experimentale. Aceste erori includ atât erori aleatorii , cât și erori de judecată legate de măsurarea maselor și volumelor, precum și erori legate de abilitățile chimistului analitic la prepararea soluțiilor și la efectuarea titrarii.

Dar există un motiv subiacent mai important pentru care nu putem cunoaște punctul de echivalență într-o titrare: nu există nicio modalitate de a ști exact când a fost atins, așa cum se explică în secțiunea următoare.

Punctul de echivalență este estimat prin intermediul punctului final

Când în timpul unei titrari observăm o schimbare a culorii sau apariția unui precipitat, aceasta indică faptul că trebuie să oprim titrarea și să notăm volumul de titrant adăugat. Acest volum este cel pe care îl folosim apoi ca și cum ar fi volumul punctului de echivalență din ecuațiile anterioare.

Cu toate acestea, se dovedește că acesta nu este de fapt punctul de echivalență. Acel punct în care oprim titrarea se numește de fapt, în mod convenabil, punctul final al titrarii . Diferența dintre punctul final și punctul de echivalență este că punctul final este ceea ce vedem sau detectăm de fapt utilizând un indicator care suferă o schimbare observabilă, probabil la sau foarte aproape de punctul de echivalență. Din acest motiv, punctul final nu este altceva decât o estimare experimentală a punctului de echivalență, care este un punct pur teoretic.

Datorită modului în care funcționează diferitele tipuri de indicatori, acestea suferă rareori o schimbare observabilă exact la punctul de echivalență. Unele se schimbă puțin mai devreme, determinându-ne să subestimăm punctul de echivalență, în timp ce altele se schimbă puțin mai târziu, determinându-ne să-l supraestimăm. Dar chiar dacă am avea un indicator ideal care s-a schimbat exact la punctul de echivalență, ar fi foarte greu să observăm această schimbare până când am fi adăugat chiar și un foarte mic exces de titrant.

Din aceste motive și nu numai, punctul final nu va fi niciodată mai mult decât o estimare, uneori mai bună, alteori mai proastă, a adevăratului punct de echivalență pe care îl căutăm.

Importanța concentrației normale și a numărului de echivalenți la punctul de echivalență

Mulți studenți la chimie le este greu să înțeleagă, la început, de ce există conceptul de concentrație normală și numărul de echivalenți. În plus, acestea sunt derutate de faptul că aceeași soluție poate avea concentrații normale diferite, în funcție de utilizarea sa.

Totuși, totul are sens atunci când ne confruntăm cu titrari sau titrari volumetrice și cu punctul de echivalență.

Să presupunem că o reacție de titrare are următoarea formă, unde A este analitul, T titrantul, P reprezintă produșii de reacție și a, b și c sunt coeficienții stoichiometrici:

Pentru această reacție, punctul în care A și T sunt în proporții stoichiometrice ar fi atunci când se constată că

care corespunde punctului de echivalenţă.

Această ecuație poate fi folosită perfect pentru a efectua calculele unei titrari. Totuși, pentru a-l utiliza, este esențial să cunoașteți ecuația chimică ajustată, altfel coeficienții stoichiometrici a și b nu ar fi disponibili.

Pe de altă parte, datorită modului în care sunt definite numerele de echivalenți, ambii membri ai ecuației anterioare ajung să reprezinte numărul de echivalenți ai lui A și T, ceea ce reduce această ecuație la prima pe care am arătat-o ​​la început. din acest articol.pentru orice reacție de titrare care este implicată, atâta timp cât este de același tip.

De exemplu, dacă se cunoaște numărul de echivalenți ai unui acid, ei vor reacționa cu același număr de echivalenți ai unei baze, indiferent care este acidul sau care este baza (atâta timp cât este o reacție acido-bazică) . .

De asemenea, numărul de echivalenți ai unui agent de oxidare într-o titrare redox va fi întotdeauna egal cu numărul de echivalenți ai agentului reducător, indiferent care sunt aceștia, atâta timp cât sunt implicați într-o reacție redox.

În acest fel, se simplifică procedura de realizare a calculelor aferente punctului de echivalență, întrucât nu este necesară ajustarea ecuațiilor chimice ale titrarii dacă se lucrează cu echivalenți și normalitate, lucru care ar fi necesar pentru a lucra cu moli și molaritate. .

Referințe

Analiza volumetrica – Titrare – Indicatori acizi/bazici . (nd). Universitatea Națională din Rosario. https://www.fbioyf.unr.edu.ar/evirtual/pluginfile.php/131892/course/section/4402/titulacion%202021.pdf

Byjus. (22 martie 2021). Regulamentul general privind protecția datelor (GDPR) Ghid BYJU’S . https://byjus.com/chemistry/difference-between-endpoint-and-equivalence-point/

Chang, R. (2012). Chimie ( ^ed . a 11-a). Educația McGraw-Hill.

glosare. (2017, 12 iunie). Normalitate (Chimie) . glosare de specialitate. https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/normalidad

Skoog, D.A., West, D., Holler, J. și Crouch, S. (2014). Fundamentele chimiei analitice ( ^ed . a 9-a). Cengage Learning.

Teixidó, CM (2020, 19 iunie). Vechea normalitate chimică și noua normalitate a deconfinerii . Cercetare și Știință. https://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/24/posts/la-vieja-normalidad-qumica-y-la-nueva-normalidad-del-desconfinamiento-18735