آزمایش تیتراسیون، افزودن تدریجی غلظت شناخته شده a است معرف، به نام a تیتراتور، به غلظت ناشناخته یک آنالیت (ماده مورد تجزیه و تحلیل) تا رسیدن به نقطه پایانی. تیتراسیون یکی از آزمایش های کلاسیک در شیمی است که توسط اکثر دانش آموزان در مدرسه انجام می شود.

معمولاً از شاخص های شیمیایی که تغییر رنگ می دهند برای تعیین نقطه پایانی آزمایش تیتراسیون استفاده می شود. با این حال، بسته به نوع موادی که باید تیتر شوند، ممکن است نشانگر لازم نباشد. در برخی موارد، آنالیت به عنوان یک شاخص عمل می کند.

آزمایش تیتراسیون چیست؟

بسته به مواد شیمیایی مورد تجزیه و تحلیل، هدف و مقیاس، می توان آزمایش تیتراسیون را با استفاده از روش های مختلفی انجام داد. بسیاری از صنایع مختلف روش های تیتراسیون خاصی برای مواد شیمیایی و فرآیندهای خاص دارند. با این وجود، اصول اساسی مربوطه ثابت می ماند.

آزمایش تیتراسیون یک وسیله ساده و ارزان برای تعیین غلظت محلولی است که در حال تجزیه و تحلیل است. این دستگاه به دستگاه پیچیده ای نیاز ندارد، فقط به یک بورت مدرج با میله دریچه، یک پایه نگهدارنده فلزی، یک گیره بورت، یک قیف، یک فلاسک یا بشر و یک نشانگر نیاز دارد. این تنظیم اولیه هم برای آزمایشات شیمی مدارس و هم برای آزمایشگاه‌های بزرگ صنعتی کاربرد دارد.

برای انجام آزمایش، شما فقط به یک نمونه از محلول شناخته شده، غلظت نامعلوم نیاز دارید و آن را تحت فرآیند تیتراسیون قرار دهید. به عنوان مثال، اگر دسته بزرگی از روغن گیاهی دارید که کارخانه شما باید آن را به سوخت زیستی تبدیل کند، ممکن است لازم باشد غلظت لیمو (قلیایی) را تنظیم کنید تا به درستی تبدیل شود. در این مورد، برای آزمایش غلظت آن نیازی به متر مکعب نمونه ندارید. در عوض، فقط باید چند لیتر یا حتی میلی لیتر نمونه بگیرید تا تیتر شوند.

صابون سازی بخش دیگری است که از آزمایش های تیتراسیون برای بدست آوردن محاسبات دقیق مواد مورد نیاز برای تولید انبوه انواع صابون استفاده می کند. تعیین شماره صابون سازی هنگام محاسبه مقدار لیمو ضروری است. این عدد مقدار پایه مورد نیاز برای هیدرولیز مقدار خاصی از چربی برای تولید اسیدهای چرب آزاد در مخلوط صابون است.

تعیین آزمایشی عدد صابون سازی ضروری است زیرا همه مواد خام چربی و روغن دارای عدد دقیق صابونی شدن یکسان نیستند. بنابراین، مقدار پایه در محلول باید متناسب با آن تنظیم شود.

هدف از آزمایش تیتراسیون چیست؟

تمام آزمایش های تیتراسیون، صرف نظر از نوع، مواد شیمیایی درگیر، پیچیدگی یا مقیاس، یک هدف اصلی دارند: تعیین غلظت آنالیت. این از طریق افزودن تدریجی تیترانت (که غلظت مشخصی دارد) و اندازه گیری دقیق حجم آن تا رسیدن به نقطه پایانی حاصل می شود.

با بازگشت به مثال صابونی سازی، می توانید از نتیجه آزمایش تیتراسیون برای تعیین غلظت باز مورد نیاز برای هیدرولیز اسیدهای چرب استفاده کنید. این فقط یک موضوع نسبت است، و دانستن حجم و غلظت یک محلول (تیتر کننده). دانستن حجم محلول دیگری با غلظت ناشناخته به شما امکان می دهد اعداد را وصل کنید و محاسباتی را انجام دهید.

به یاد بیاور مولاریته یک محلول را می توان با تقسیم مول یا مقدار مولی ماده حل شده بر لیتر محلول محاسبه کرد. بنابراین، با تنظیم مجدد فرمول ما، مول های یک املاح برابر است با مولاریته یک محلول ضرب در حجم در لیتر:

مول املاح = M x V

این فرمول زمانی که نتایج آزمایش تیتراسیون را وصل کنید بسیار مفید است. شما به راحتی می توانید مولاریته یا غلظت آنالیت را محاسبه کنید. برای مثال، در آزمایش تیتراسیون اسید-باز، می‌توانیم فرمول مولاریته واکنش متعادل یا نقطه پایانی بین اسیدها و بازها را به صورت زیر بنویسیم:

م_(آ) x V_(آ) = م_(ب) x V_(ب)

زیرنویس (a) نشان دهنده اسید است در حالی که زیرنویس (b) نشان دهنده باز است.

نحوه انجام تیتراسیون ردوکس

تیتراسیون ردوکس تنها یکی از این موارد است چهار نوع اصلی آزمایش تیتراسیون. انواع دیگر عبارتند از تیتراسیون اسید-باز، رسوبی و کمپلکس سنجی. همانطور که از نام آن پیداست، تیتراسیون ردوکس شامل واکنش بین یک عامل کاهنده و یک عامل اکسید کننده است.

بسیاری از ما با تیتراسیون اسید-باز که شامل واکنش های بین اسیدها و بازها می شود، بسیار آشنا هستیم. نکته کلیدی در این نوع واکنش این است که یون های هیدروژن بین واکنش دهنده ها منتقل می شوند. در مقایسه، تیتراسیون ردوکس شامل تغییر عدد اکسیداسیون حداقل یک عنصر در حین انتقال الکترون ها است.

برخی از رایج ترین تیتراسیون های ردوکس عبارتند از:

• تیتراسیون پرمنگنات
• تیتراسیون دی کرومات
• تیتراسیون یدومتری و یدومتری

مراحل دقیق تیتراسیون ردوکس بسته به مواد درگیر متفاوت است. با این حال، مراحل کلی وجود دارد که می توانید دنبال کنید:

1. شما باید نصف معادله متعادل را برای سمت کاهش و نصف معادله متعادل دیگر را برای سمت اکسیداسیون بنویسید.
2. سپس دو معادله را با هم جمع کنید تا یک معادله واکنش ردوکس داشته باشید
3. آزمایش را برای جمع آوری داده ها انجام دهید. بسیاری از آزمایش‌های تیتراسیون ردوکس نیاز به نشانگر دارند، اما برخی از آنها نیازی ندارند
4. پس از جمع‌آوری داده‌ها، اکنون می‌توانید نسبت‌های مولی واکنش‌دهنده‌ها را محاسبه کنید

نحوه انجام تیتراسیون برگشتی

تیتراژ برگشتی تیتراژ معکوس است. این شامل افزودن تیتر اضافی به غلظت مولی استاندارد به یک آنالیت است. در این آزمایش مازاد به جای نمونه اصلی تیتر می شود.

این روش زمانی به خوبی کار می کند که نقطه پایانی تیتراسیون معکوس به راحتی قابل شناسایی باشد، مانند تیتراسیون بارش. اگر واکنش بین تیترانت و آنالیت کند باشد یا زمانی که آنالیت در آب نامحلول باشد، تیتراسیون برگشتی نیز خوب است.

نحوه انجام یک محاسبه تیتراسیون برگشتی

افزودن یک تیتر کننده اضافی به آنالیت و سپس تیتر کردن محلول جدید به طور غیر مستقیم غلظت اصلی آنالیت را تعیین می کند. برای تعیین غلظت اصلی آنالیت، یک محاسبه دو قسمتی لازم است. این مثال از سقراط مراحل و محاسبات اساسی برای تیتراسیون برگشتی را به شما نشان می دهد:

مشکل: 50.00 میلی لیتر HCl 0.1000 mol/L به 25.00 میلی لیتر یک پاک کننده تجاری مبتنی بر آمونیاک اضافه می شود. برای خنثی کردن اسید کلریدریک اضافی به 21.50 میلی لیتر از 0.1000 مول در لیتر NaOH نیاز داشت.

غلظت اصلی آمونیاک در پاک کننده چقدر است؟

راه حل: باید فرض کنیم که مقداری HCl با اضافه شدن به محلول آمونیاک خنثی شده است. با این حال، از آنجایی که غلظت اسید بیش از حد است، محلول جدید اسیدی است و باید با استفاده از هیدروکسید سدیم خنثی شود.

بخش 1 – محاسبات برای اسید

1. مول های HCl اضافه شده به محلول را محاسبه کنید. بر اساس غلظت های داده شده در میلی لیتر، می توانیم آن را به L تبدیل کرده و غلظت مربوطه 0.005 مول را بدست آوریم.
2. مول های هیدروکسید سدیم مصرفی را محاسبه کنید. باز هم، از طریق تبدیل های ساده، 0.00215 مول NaOH به دست می آوریم
3. مول HCl اضافی را محاسبه کنید. به طور مشابه، 0.00215 مول HCL دریافت می کنیم
4. محاسبه کنید که چه مقدار مول HCL با آمونیاک واکنش داده است. شما فقط باید مول های اسید را از مول های آمونیاک کم کنید: 0.00500 مول – 0.00215 مول = 0.002850 مول

بخش 2 – محاسبات برای آمونیاک

1. مول های آمونیاک را محاسبه کنید. شما باید آن را به واحد مناسب تبدیل کنید که 0.002 850 mol NH است₃
2. مولاریته آمونیاک را محاسبه کنید

نحوه نوشتن تیتراسیون

درست مانند سایر انواع گزارش های علمی که معلم یا کارفرمای شما از شما درخواست می کند، باید مختصر، دقیق، دقیق و مبتنی بر داده ها باشید. نوشتن در مورد آزمایش تیتراسیون. بیان مشکل باید واضح باشد.

شما باید مقدمه ای داشته باشید که آزمایش را توضیح دهد و چرا آن روش را انتخاب کردید. در مورد روش و ابزار خود شفاف باشید. نحوه تهیه محلول ها را توضیح دهید. مهمتر از آن، روی ارائه داده ها، توصیف واکنش ها و اندازه گیری هایی که انجام داده اید تمرکز کنید.