Caricare documenti e articoli online 
INFtub.com è un sito progettato per cercare i documenti in vari tipi di file e il caricamento di articoli online.


 
Non ricordi la password?  ››  Iscriviti gratis
 

TITOLAZIONE POTENZIOMETRICA DI BASE FORTE CON ACIDO FORTE

chimica




A) TITOLAZIONE POTENZIOMETRICA DI BASE FORTE CON ACIDO FORTE


- Scopo dell'esperienza è eseguire la titolazione di una soluzione a concentrazione incognita per via potenziometrica, ovvero rilevando la variazione del pH della soluzione durante il processo.


- Tale operazione verrà eseguito con il pHmetro, uno strumento in grado di rilevare il pH della soluzione con  cui viene fatto interagire. Sostanzialmente, il pHmetro è composto da due elettrodi e da un rilevatore della differenza di potenziale tra questi.

Uno dei due elettrodi, detto elettrodo di riferimento, contiene una soluzione a Ph noto e stabile ( solitamente del tipo Ag | AgCl | Cl )ed è isolato dall'esterno, mantenendo così un potenziale costante.

L'altro elettrodo, detto elettrodo di misura, contiene a sua volta un elettrodo di riferimento interno chimicamente composto in maniera uguale all'elettrodo di riferimento esterno; In più tale elettrodo interno è immerso in una soluzione di HCl, che dona all'ambiente interno della struttura un pH costante. La zona limitante dell'elettrodo di misura non è però isolante come in quello di riferimento, bensì si tratta una sottile membrana vetrosa.



- Tale membrana presenta la tipica struttura vetrosa, ovvero un reticolo formato da tetraedri di silice in cui rileviamo anche una presenza seppur minore di Sodio e Calcio; in virtù della particolarità della struttura vetrosa, assimilabile più a un liquido che a un solido, tali cationi sono liberi di muoversi (ad esempio, quando ci si trova in ambiente idratato) e di creare quindi un potenziale su tale membrana. La soluzione nella quale si viene a trovare l'elettrodo, a concentrazione incognita di ioni H+, crea un certo potenziale sullo strato esterno della membrana vetrosa; a sua volta, tale potenziale è differente da quello creato dalla concentrazione, nota, di ioni idrogeno interni all'elettrodo, provenienti dalla soluzione di 111g63b HCl.

- Si creerà così una differenza di potenziale totale dell'elettrodo che, rapportata a quella nota dell'elettrodo di riferimento, sarà indicatrice del pH della soluzione in analisi. Tale valore di pH può essere sfruttato indirettamente per determinare la concentrazione della soluzione: mettendo a reagire un acido forte con una base forte il pH aumenterà gradualmente man mano che ci avviciniamo all'equivalenza; Intorno al punto di equivalenza anche un minimo eccesso di acido o base avrà effetti macroscopici sulla concentrazione di ioni H+ e registreremo quindi una brusca variazione, detta salto del pH, ben evidente nella curva di titolazione pH/Volume aggiunto che andremo a costruire.


TITOLAZIONE ACIDO FORTE / BASE FORTE


- Per la titolazione usiamo una soluzione di HCl 0,1 N, cui aggiungeremo gradualmente una soluzione di NaOH a titolo incognito (approssimativamente 0,1 N anch'essa) di cui determineremo la normalità tramite potenziometria.

- In un becher da 250ml diluiamo, con 60ml circa di acqua distillata, 10ml della soluzione di HCl prelevati tramite pipetta graduata; poniamo invece la soluzione di NaOH nella buretta, preceduta dalla solita procedura di avvinamento.

- Il pHmetro prima dell'uso viene opportunamente tarato, e lasciato sempre coi due elettrodi parzialmente immersi in acqua distillata quando non in uso (per garantire l'idratazione costante della membrana dell'elettrodo di misura). Poniamo il becher sotto la buretta e i due elettrodi immersi nel becher; a questo punto cominciamo la titolazione, aggiungendo unità di volume di soda via via più piccole e registrando il pH rilevato dopo ogni aggiunta, dopo aver leggermente agitato.

- Riportiamo in una tabella i valori, aumentando la precisione delle aggiunte in prossimità del punto di equivalenza e effettuando invece somministrazione più massicce nei punti lontani dall'equivalenza, dove il pH sale lentamente. Ripetiamo l'intera operazione due volte usando le stesse soluzioni campione, per poi infine rimuovere gli elettrodi dal becher e di nuovo sciacquarli e immergerli in acqua distillata.

- La curva risultante in un grafico pH/Volume aggiunto di tale tipo è una caratteristica sigmoide, la cui zona centrale di appiattimento della curva e inversione dell'andamento corrisponde al punto di equivalenza;  Notare che, anche nel caso in cui non avessimo conosciuto il potenziale di riferimento usato, sarebbe stato ugualmente possibile determinare il punto di equivalenza essendo rilevanti non tanto i valori assoluti di pH quanto l'andamento delle loro variazioni nell'unità di volume aggiunto; Graficando ΔpH/ΔV aggiunto si ottiene un'indicazione precisa del punto di massimo di tale curva, cioè dell'istante in cui relativamente al valore di soda unito all'HCl si è registrato in proporzione l'incremento di pH più marcato.





pH rilevato

NaOH aggiunto (ml)

ΔpH/ΔV














































































pH rilevato

NaOH aggiunto (ml)

ΔpH/ΔV











































































































- Sia graficamente che analiticamente è chiaro come il salto più brusco di pH avvenga al passaggio tra un volume aggiunto di NaOH pari a 8,3ml fino a un volume di 8,4ml; Un singolo ml di soluzione provoca un aumento di pH di circa due unità, ovvero ben due ordini di grandezza. Prendiamo quindi per valore medio 8,35ml come corrispondenti al volume di soda necessario a raggiungere il punto di equivalenza, calcolando di conseguenza la concentrazione:

N NaOH = (N Hcl * V HCl)/ V NaOH = (0,1*10)/8,35 = 0,119 N

- Come già aspettato dalle misurazione, la concentrazione di soda è risultata un po' più forte del previsto; Se l'approssimazione della molarità (è indifferente parlare di molarità o normalità essendo composti monoprotici) a 0,1 fosse stata precisa avremmo registrato, all'equivalenza, un volume aggiunto di NaOH proprio pari a quello iniziale di HCl, ovvero 10ml. Dai dati rilevati per potenziomentria concludiamo invece che la molarità della concentrazione di NaOH è equivalente a circa 0,12 mol/l.

B) PREPARAZIONE DI UNA SOLUZIONE TAMPONE E MISURA DEL POTERE TAMPONANTE PER VIA POTENZIOMETRICA

- Scopo dell'esperienza è preparare una soluzione tampone e, dopo averne rilevato il pH iniziale, registrare eventuali variazioni a seguito di aggiunta di acidi o basi e quindi verificare quale sia invece l'effetto di tali aggiunte su composti non a potere tamponante; ancora una volta, ci avvarremo del pHmetro nonché di alcune delle soluzioni utilizzate nell'esperienza precedente (NaOH come agente basico e HCl come agente acido, per verificare l'efficacia del tampone).

- Per prima cosa prepariamo la nostra soluzione tampone, che sarà composta da un acido debole e la sua base coniugata con un sale forte. Nel nostro caso utilizzeremo l'acido acetico come acido debole, cioè la cui dissociazione in acqua è relativa al suo Ka; Ne preleviamo 10ml con la pipetta graduata da una soluzione prefornitaci a concentrazione 0,1M, ponendoli in un becher da 250ml.

- Prepariamo ora la sua base coniugata, utilizzando come sale il sodio e quindi andando a preparare l'acetato di sodio, CH COONa. Per ottimizzare l'efficacia del tampone lo prepariamo alla stessa concentrazione dell'acido, ovvero 0,1M, dopo aver svolto adeguati calcoli e considerando che lo discioglieremo in un matraccio graduato da 100ml:

g CH COONa = PM*M*V(l) = 136*0,1*0,1 = 1,36g

- Preleviamo 10ml anche di questa soluzione e l'uniamo all'altra presente nel becher; tramite cilindor graduato misuriamo quindi 80ml di acqua distillata che andiamo anch'essa a aggiungere al becher, ottenendo così 100ml totali della nostra soluzione tampone. Nell'acqua l'acetato di sodio si dissocerà completamente, liberando gli ioni CH COO che rappresentano la base coniugata dell'acido acetico: conoscendo la costante di equilibrio dell'acido acetico e le concentrazione di sale e acido calcoliamo quindi il pH iniziale matematicamente:

       [CH3COO-]
pH = pK + log  ------- Ka = 1,8·10-5
pK = 4,74
       [CH3COOH]

- Con il pHmetro già acceso da qualche minuto e correttamente tarato, rileviamo il pH iniziale della nostra soluzione tampone che risulta 4,55. Pur non perfettamente preciso il valore è con buona approssimazione coerente con quello atteso, segno che la preparazione della soluzione è stata corretta. Dividiamo ora in due questa soluzione tramite cilindro graduato, ottenendo due becher contenenti ognuno 50ml di soluzione tamponante. In uno dei due tamponi aggiungeremo, prelevandoli con pipetta graduata, 2ml della soluzione precedentemente preparata di HCl 0,1M, fortemente acido; nell'altro la stessa quantità della soluzione (risultata 0,12M tramite potenziometria) di NaOH, ancora presente nella buretta e quindi facilmente aggiungibile al becher. Andiamo quindi a esaminare nuovamente i pH dei due tamponi a seguito dell'aggiunta di tali soluzioni:

- Aggiungendo ioni H+ tramite HCl, tali ioni si uniranno alla base CH3COO-, presente in abbondanza, formando molecole di CH3COOH e spostando l'equilibrio. Così facendo nella formula del pH il fattore [CH3COOH] aumenterà di una certa quantità pari agli ioni H+  aggiunti e parallelamente il fattore [CH3COO-] diminuirà di tale quantità; essendo però tali fattori molto maggiori della quantità di ulteriori H+ messi in circolo, la variazione totale del pH sarà blanda. Allo stesso modo, aggiungere una sostanza basica quale la soda aumenta gli ioni OH- in circolo; questi strapperanno gli H+ dall'acido trasformandolo in CH3COO- e quindi producendo uno spostamento dell'equilibrio. Come sopra, la quantità di ioni aggiunti sarà però trascurabile rispetto a quelle di [CH3COO-] e [CH3COOH] i quali stavolta, rispettivamente, aumenteranno e diminuiranno; l'effetto totale sul pH sarà così anche stavolta minimale.

- Per poter avere un'idea del potere tamponante esercitato dalla soluzione, prendiamo una stessa quantità di acqua distillata (100ml) e ne misuriamo il pH iniziale (debolmente acido per la presenza di anidride carbonica disciolta, che aumenta gli ioni H+); come per il tampone dividiamo in due parti da 50ml tale acqua e a ognuna aggiungiamo rispettivamente 2ml di HCl 0,1M e 2ml di NaOH 0,12M registrando poi i pH rilevati.

SOLUZIONE TAMPONE

-pH iniziale: 4,55   -pH con aggiunta di HCl: 4,13 - pH con aggiunta di NaOH: 5,06

ACQUA DISTILLATA

pH iniziale: 5,20  -pH con aggiunta di HCl: 2,36 - pH con aggiunta di NaOH: 11,65

- Come facilmente rilevabile, il potere tamponante del sistema preparato è evidente rispetto a un sistema che non presenti tali caratteristiche; Aggiunte di acido e base capaci di variare il pH dell'acqua di 3/5 ordini di grandezza non sono riuscite, per effetto del sistema tamponante, a modificare il pH della nostra soluzione nemmeno di una unità. Il sistema da noi utilizzato non è infatti un casuale tampone, bensì è stato preparato in modo che in soluzione vi fossero uguali quantità di sale e acido debole, cioè con un pH che fosse pari al pKa

In tale situazione la capacità tamponante, cioè la massima quantità di acido o base che il sistema è in grado di neutralizzare prima che il suo pH cambi in maniera apprezzabile, è al massimo delle sue possibilità.






Privacy




Articolo informazione


Hits: 15750
Apprezzato: scheda appunto

Commentare questo articolo:

Non sei registrato
Devi essere registrato per commentare

ISCRIVITI



Copiare il codice

nella pagina web del tuo sito.


Copyright InfTub.com 2024