ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗ - ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ

Ογκομέτρηση Εξουδετέρωσης - Εικονικό Εργαστήριο

 Αντικείμενο: Θεωρητική αντιμετώπιση των ογκομετρήσεων εξουδετέρωσης και του καθορισμός του τελικού σημείου με δείκτες και με την χρήση καμπύλης ογκομέτρησης. Πραγματοποίηση πειράματος στο εικονικό εργαστήριο με σκοπό την μελέτη της επίδρασης της συγκέντρωσης του τιτλοδότη στον καθορισμό του τελικού σημείου.

 Γενικά περί ογκομέτρησης

Όπως είναι γνωστό, στην ογκομετρική ανάλυση, μετράμε τον όγκο ενός διαλύματος αντιδραστηρίου, γνωστής συγκέντρωσης με μεγάλη ακρίβεια, ο οποίος χρειάζεται για την πλήρη αντίδραση με ορισμένο όγκο διαλύματος που περιέχει την προσδιοριζόμενη ουσία (άγνωστο).
Η τεχνική της ογκομέτρησης λέγεται και τιτλοδότηση, διότι με την μέθοδο αυτή προσδιορίζεται ο τίτλος, δηλαδή η περιεκτικότητα ενός διαλύματος.
Όταν σαν βάση της μεθόδου χρησιμοποιηθεί μια αντίδραση εξουδετέρωσης, τότε η ογκομέτρηση χαρακτηρίζεται ως «ογκομέτρηση εξουδετέρωσης». Οι ογκομετρήσεις εξουδετέρωσης μπορούν αν ταξινομηθούν σε 2 μεγάλες κατηγορίες, ανάλογα με το αν το άγνωστο δείγμα είναι κάποιο οξύ ή κάποια βάση. Έχουμε λοιπόν:Οξυμετρία
Με την οξυμετρία προσδιορίζονται οι βάσεις. Μετράμε δηλαδή τον όγκο ενός πρότυπου διαλύματος οξέος που χρειάζεται για την πλήρη αντίδραση με ένα διάλυμα άγνωστης περιεκτικότητας σε μια αλκαλική (βασική) ουσία.
Αλκαλιμετρία
Με την αλκαλιμετρία προσδιορίζονται τα οξέα. Μετράμε δηλαδή τον όγκο ενός πρότυπου διαλύματος βάσης που χρειάζεται για την πλήρη αντίδραση με ένα διάλυμα άγνωστης περιεκτικότητας σε μια όξινη ουσία.

Χαρακτηριστικό μιας ογκομέτρησης εξουδετέρωσης είναι η καμπύλη ογκομέτρησης. Πρόκειται για την γραφική παράσταση της τιμής του pH του ογκομετρούμενου διαλύματος σε συνάρτηση με τον όγκο του τιτλοδότη (το διάλυμα γνωστής συγκέντρωσης που βρίσκεται στην προχοΐδα) που προσθέτουμε. Το Ι.Σ. της αντίδρασης, σαν τελικό σημείο πλέον (Τ.Σ.) προσδιορίζεται γραφικά, είτε με την χρήση δείκτη είτε με την χρήση πεχαμέτρου.

Καθορισμός τελικού σημείο με την γραφική μέθοδο
1.
Χαράζουμε ευθείες γραμμές, οι οποίες συμπίπτουν με τα σχεδόν ευθύγραμμα τμήματα της καμπύλης ογκομέτρησης πριν και μετά το ισοδύναμο σημείο.

2. Χαράζουμε ευθεία γραμμή, η οποία συμπίπτει με το μεγαλύτερο τμήμα της κατακόρυφης γραμμής της καμπύλης.
3. Βρίσκουμε το μέσον του ευθύγραμμου τμήματος ΑΒ. Το σημείο αυτό λαμβάνεται ως το τελικό σημείο της ογκομέτρησης.
Η γραφική μέθοδος δεν είναι ο καταλληλότερος τρόπος καθορισμού του τελικού σημείου μιας ογκομέτρησης, αφού οι περισσότερες ογκομετρήσεις γίνονται χειρωνακτικά και η συλλογή δεδομένων για την κατασκευή της καμπύλης είναι διαδικασία επίπονη και χρονοβόρα
Καθορισμός του τελικού σημείου με χρήση δεικτών
Ο καθορισμός του τελικού σημείου γίνεται συνήθως με αλλαγή του χρώματος του ογκομετρούμενου διαλύματος. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιούνται κατάλληλες ουσίες που καλούνται δείκτες. Οι δείκτες που χρησιμοποιούνται στην οξυμετρία και την αλκαλιμέτρια είναι συνήθως οργανικές ουσίες που το χρώμα τους εξαρτάται από το pH του διαλύματος στο οποίο βρίσκονται. Η μεταβολή του χρώματος των ουσιών αυτών δείχνει περίπου την τιμή του pH του διαλύματος. Οι δείκτες μπορεί να είναι οργανικά οξέα ή και οργανικές βάσεις.
Επίσης ανάλογα με την μεταβολή του χρώματος διακρίνονται σε δείκτες που εμφανίζουν δυο διαφορετικά χρώματα ή σε δείκτες του τύπου άχρωμος – έγχρωμος. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε κάθε ογκομέτρηση εξουδετέρωσης χρησιμοποιείται και ο κατάλληλος δείκτης, ανάλογα με την τα όρια του pH στα οποία ο δείκτης μεταβάλλει το χρώμα του.

Πραγματοποίσηση πειράματος στο εικονικό εργαστήριο.
Κάντε χρήση του εικονικού εργαστηρίου που υπάρχει ως παραπομπή στο: «Εικονικά Εργαστήρια – Καμπύλες Ογκομέτρησης».
Ας προσπαθήσουμε να εξάγουμε κάποια συμπεράσματα από την καμπύλη ογκομέτρησης ισχυρού οξέος με κάποια ισχυρή βάση (περίπτωση αλκαλιμετρίας).

Σκοπός:

Ένα βασικό ζήτημα που μπορούμε να διερευνήσουμε είναι πως επιδρά η συγκέντρωση της ογκομετρούμενης ουσίας στον ακριβέστερο καθορισμό του τελικού σημείου της ογκομέτρησης. Με άλλα λόγια, πότε είμαστε περισσότερο ακριβείς στην μέτρηση μας; Όταν χρησιμοποιούμε διαλύματα μεγάλων ή μικρών συγκεντρώσεων;
Ας πραγματοποιήσουμε λοιπόν τις παρακάτω ογκομετρήσεις και ας μελετήσουμε τις αντίστοιχες καμπύλες ογκομέτρησης.

Μετρήσεις:

Θα πραγματοποιήσουμε την ακόλουθη σειρά μετρήσεων, εξάγοντας τις αντίστοιχες καμπύλες ογκομέτρησης:

Προσοχή: Το συγκεκριμένο πρόγραμμα δεν αναγνωρίζει ως υποδιαστολή το κόμμα (,) αλλά την τελεία (.). Λαμβάνουμε τις ακόλουθες καμπύλες ογκομέτρησης για κάθε μέτρηση:

Παρατηρήσεις:

Από την μορφή των καμπυλών γίνεται σαφές όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του τιτλοδότη (διάλυμα στην προχοΐδα), τόσο μεγαλύτερο είναι το κατακόρυφο τμήμα της καμπύλης ογκομέτρησης, οπότε και το ισοδύναμο σημείο είναι πιο σαφές, άρα ακριβέστερα προσδιορισμένο.
Επίσης, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του τιτλοδότη, τόσο πιο απότομη είναι η κλήση του κατακόρυφου τμήματος της καμπύλης. Αυτό σημαίνει πως με την προσθήκη ακόμη και ελάχιστης ποσότητας τιτλοδότη, η μεταβολή στην συγκέντρωση του προσδιοριζόμενου διαλύματος είναι μεγάλη, συνεπώς είναι μεγάλη και η μεταβολή της τιμής του pH του. Το παραπάνω φαινόμενο τείνει να γίνει εντονότερο, όσο πιο κοντά φτάνουμε στο ισοδύναμο σημείο. Όταν λοιπόν οι μεταβολές αυτές είναι πολύ έντονες, η αλλαγή του χρώματος του δείκτη γίνεται απότομα και το γεγονός αυτό προσθέτει μεγαλύτερη ακρίβεια και αξιοπιστία στην μέτρησή μας. Δηλαδή, το Τελικό σημείο Τ.Σ. και το ισοδύναμο σημείο Ι.Σ. τείνουν να συμπέσουν.
Σε ανάλογα συμπεράσματα μπορούμε να καταλήξουμε και στην περίπτωση που ογκομετρούμε κάποια άγνωστη ισχυρή βάση με την χρήση κάποιου ισχυρού οξέος ως τιτλοδότη. Η μόνη διαφορά είναι η μορφή της καμπύλης, η οποία θα ξεκινά από πάνω αριστερά και θα καταλήγει κάτω δεξιά.Παρατηρήστε ότι το pH του Ι.Σ. είναι σε όλες τις περιπτώσεις ίσο με 7 (ή τουλάχιστον πάρα πολύ κοντά στο 7). Αυτό είναι ένα γενικότερο συμπέρασμα για τις ογκομετρήσεις ισχυρού οξέος και ισχυρής βάσης με τους αντίστοιχους ισχυρούς τιτλοδότες!

Βιβλιογραφία

1. «Ποσοτική Ανάλυση», Θ. Π. Χατζηϊωάννου, Α. Κ. Καλοκαιρινού, Μ. Τιμοθέου – Ποταμιά, 1998

2. «Ποσοτική Ανάλυση», Δ. Γάκης, Γ. Κοτονιάς, Σ. Μακανίκα, 2001

Posted in ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ and tagged .

One Comment

  1. Συνάδελφοι καλησπέρα. Ελπίζω να αρέσει στους μαθητές το βίντεο με το πείραμά μου που αναπαριστά το θέμα των επαναληπτικών πανελλαδικών εξετάσεων 2015 στη Χημεία όσον αφορά την επιλογή του κατάλληλου δείκτη.
    Χρονάκης Αντώνης
    Απλός Χημικός

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *