Zuur-base titraties – principe, soorten, toepassingen en procedures

Leer meer over het principe van zuur-base titraties, de classificatie van zuur-base titraties, indicatoren bij zuur-base titraties, toepassingen van zuur-base titraties en procedures van zuur-base titraties.

Een titratie is een typische kwantitatieve chemische analysemethode die in laboratoria wordt gebruikt om de concentratie van een bepaalde analyt te bepalen. Titratie, ook bekend als titrimetrie of een volumetrische analyse, is een methode waarbij een titrant vanuit een buret wordt toegevoegd tot de reactie volledig is. Er wordt vaak een indicator gebruikt om het eindpunt van de titratie te bepalen.

Er zijn verschillende soorten titraties zoals zuur-base, redox, neerslag en complexometrische titraties. In de kwantitatieve chemische analyse worden redox titraties en zuur-base titraties het meest toegepast.

Wat is een zuur-base titratie?

Een zuur-base titratie is een kwantitatieve analysemethode die wordt gebruikt om de concentratie van aan zuur of base te bepalen door het zuur of de base nauwkeurig te neutraliseren met een standaardoplossing met een bekende concentratie. De reactie wordt gecontroleerd met behulp van een pH-indicator.

De concentratie van een oplossing (molariteit) van een analyt-oplossing kan worden bepaald als de zuurdissociatieconstante (pKa) van het zuur of de basedissociatieconstante (pKb) van de base bekend is. Als de opgeloste oplossing een bekende oplossingsconcentratie heeft, kan de pKa worden berekend door een titratiecurve te genereren.

Principe van een zuur-base titratie

Zoals beschreven in de theorie van de zuur-base titratie, omvat het principe het gebruik van een buret en pipet samen met een pH-indicator om de concentratie van een zuur of base te bepalen. Gewoonlijk vindt, net als bij een titratie, een neutralisatiereactie plaats tussen zuur en base, hydroxide ionen en waterstofprotonen, en wordt er water gemaakt. Een indicator is een kleurstof die wordt toegevoegd om van kleur te veranderen en waarvan de kleur afhangt van de pH van de oplossing.

De indicator wordt opgelost in de monsteroplossing en wordt vaak gebruikt om het eindpunt van de titratie te detecteren, ook wel het equivalentiepunt genoemd, waar de kleurverandering plaatsvindt.

Indicatoren die in zuur-base titraties worden gebruikt

Het pH-bereik van een indicator is de meest essentiële eigenschap, die afhankelijk is van de zuursterkte van de indicator. Het pH-bereik van een indicator is het bereik van pH-waarden waarover de indicator van kleur verandert van zuur naar base.

Het varieert van de hoogste pH, waar alleen de zure vorm te zien is, tot de laagste pH, waar alleen de basische vorm is te zien. Omdat de indicator bij bepaalde pH-waarden niet van kleur verandert is hij niet gevoelig voor pH-veranderingen buiten zijn bereik.

Zuur-base indicatoren worden over het algemeen ingedeeld in de onderstaande 3 groepen:

• De phtaleïnen en sulphotaleïnen, bijvoorbeeld phenolphthaleïne
• Azo indicatoren zoals methyloranje
• Triphenylmethaan indicatoren zoals bijvoorbeeld malachietgroen

Selectie van de indicator in een zuur-base titratie

Bij zuur-base titraties worden verschillende indicatoren gebruikt. De selectie van indicatoren hangt af van het type titratie en waarvan het pH-bereik binnen de pH-verandering van de reactie valt.

• Sterk zuur – sterke base: de fenolftaleïne heeft over het algemeen de voorkeur omdat kleurverandering gemakkelijker te zien is.
• Zwak zuur – sterke base: fenolftaleïne is geschikter voor deze titratie omdat de kleurverandering sterk is op het equivalentiepunt.
• Sterk zuur – zwakke base: methyloranje is meer geschikt voor deze titratie omdat het sterk van kleur verandert op het equivalentiepunt.
• Zwak zuur – zwakke base: omdat een verticaal deel van de curve boven twee pH-eenheden vereist is, is er geen indicator die geschikt is voor deze titratie.

Soorten zuur-base titraties

Zuur-base titraties worden in vier klassen ingedeeld, zoals sterk zuur – sterke base, zwak zuur – sterke base, sterk zuur – zwakke base en zwak zuur – zwakke base.

Sterk zuur – sterke base

Als een experimenteel probleem is het van de vier soorten, een van de gemakkelijkst uit te voeren titraties. Het omvat de volledige dissociatie van een sterk zuur en een sterke base in water. Dit resulteert in een sterk zuur – sterke base-neutralisatiereactie. Wanneer de molen zuur en base hetzelfde zijn en de pH 7,00 is, bereikt de titratie zijn equivalentiepunt.

Zwak zuur – sterke base

Bij dit type titratie worden de protonen rechtstreeks overgedragen van het zwakke zuur naar het hydroxide-ion. Bij de reactie van een zwak zuur (bijvoorbeeld azijnzuur) met een sterke base (bijvoorbeeld NaOH) reageren het zuur en de base in een één-op-één verhouding. Op het equivalentiepunt van een zwak zuur-sterke basetitratie is de pH groter dan 7,00.

Sterk zuur – zwakke base

Bij dit type titratie zullen het zuur en de base reageren om een zure oplossing te vormen. Tijdens de titratie wordt een geconjugeerd zuur gevormd dat vervolgend reageert met water om hydroniumionen te vormen. Op het equivalentiepunt van een sterk zuur – zwakke basetitratie is de pH lager dan 7,00.

Zwak zuur – zwakke base

In tegenstelling tot sterke zuren en basen hangt de vorm van de titratiecurve van een zwak zuur of base aanzienlijk af van de identiteit van het zuur of de base en de bijbehorende zuurionisatieconstante (Ka) of base-ionisatieconstante (Kb). Bij de titratie van een zwak zuur of een zwakke base verandert de pH ook veel geleidelijker rond het equivalentiepunt. Dit is respectievelijk groter of kleiner dan 7,00.

Voorbeelden

• Zoutzuur (HCl) en zwavelzuur (H₂SO₄) zijn voorbeelden van sterke zuren.
• Azijnzuur (CH₃COOH) en mierenzuur (CH₂O₂) zijn voorbeelden van zwakke zuren.
• Natriumhydroxide (NaOH) en kaliumhydroxide (KOH) zijn voorbeelden van sterke basen.
• Ammoniak (NH₃) en methylamine(CH₃NH₂) zijn voorbeelden van zwakke basen.

Toepassingen van zuur – base titraties

Zuur- base titraties worden meestal toegepast om de onbekende zuur- of baseconcentratie van het analyt te bepalen.

• Het wordt gebruikt als een kwantitatieve chemische analyse.
• Het heeft het potentieel om in farmaceutische toepassingen te worden gebruikt.
• Het kan worden gebruikt in milieu-analyses.
• Het wordt gebruikt om barbituraten, aspirine en aminozuren te bepalen.

Experimentele opzet van zuur – base titraties

Benodigdheden: erlenmeyer, trechter, beker, pipet, buret, spatel, wasfles, indicator, onbekende oplossing en standaardoplossing.

Titratieprocedure:

• Reinig en droog al het glaswerk met gedestilleerd water en spoel de buret met de standaardoplossing.
• Vul de buret met een gestandaardiseerde oplossing, meet nauwkeurig het volume van het analyt en voeg toe aan de erlenmeyer. Voeg ook een paar druppels indicator toe met behulp van de pipet.
• Titreer de oplossing met de gestandaardiseerde oplossing totdat de indicator van kleur verandert. Wanneer de indicator permanent van kleur verandert is het eindpunt bereikt.
• Herhaal de titratie nog minstens drie keer en noteer de begin- en eindwaarden in een tabel en bereken de gemiddelde waarde.

Veel gestelde vragen

Het concept van Arrhenius over zuren en basen, het concept van Bronsted-Lowrey en het concept van Lewis zijn de drie theorieën die een enkelvoudig kenmerk identificeren dat een zuur en een base definieert.

Waarom wordt fenolfthaleïne gebruikt in zuur – base titraties?

In een sterk zuur – sterke base titratie wordt fenolftaleïne als indicator gekozen omdat de kleurverandering zich in het pH-bereik van 8,3 – 10 bevindt.

Waarom zijn zuur – base titraties belangrijk?

Het doel van een zuur – base titratie is het bepalen van de concentratie van een zure oplossing door die te titreren met een bekende concentratie van een basische oplossing (of omgekeerd) tot de oplossing neutraal is.

Welke indicatoren worden gebruikt in zuur – base titraties?

Fenolftaleïne, thymolblauw, methyloranje, methylgeen, methylrood en fenolrood, etc. zijn allemaal voorbeelden van indicatoren die in zuur – base titraties kunnen worden gebruikt.

Eerste publicatie: 11 maart 2023