Симулятор кривой титрования
Уравнения этой модели
| C_a | Концентрация анализируемого вещества C_a (моль/л) | то, что титрование должно найти; здесь оно задано, чтобы можно было проверить результат | |
|---|---|---|---|
| V_a | Объём анализируемого вещества V_a (мл) | отмерено в колбу пипеткой | |
| C_b | Концентрация титранта C_b (моль/л) | раствор в бюретке: NaOH для кислоты, HCl для основания | |
| n | протонов, отдаваемых одной молекулой | 1 для HCl и уксусной кислоты; у фосфорной кислоты их три, и первые две видны на кривой как отдельные ступени | |
| V_e | объём эквивалентности | добавленный титрант, когда он ровно нейтрализовал анализируемое вещество |
При текущих значениях:
| [H₃O⁺] | концентрация ионов гидроксония | находится на каждой капле решением уравнения баланса зарядов ниже | |
|---|---|---|---|
| [OH⁻] | концентрация гидроксид-ионов | вода держит их произведение равным 10⁻¹⁴ при 25 °C | |
| pH | pH в колбе | кривая растёт медленно, затем круто около точки эквивалентности, затем выравнивается |
При текущих значениях:
| [A⁻] | анионы слабой кислоты | C × Ka ÷ (Ka + [H₃O⁺]) для каждого протона; раствор должен оставаться электронейтральным, что однозначно задаёт [H₃O⁺] | |
|---|---|---|---|
| [Na⁺], [Cl⁻] | ионы сильного основания и кислоты | они никогда не реагируют, поэтому это просто добавленные моли, делённые на общий объём |
| pKa | константа диссоциации кислоты, как −log₁₀ Ka | при половине объёма эквивалентности [A⁻] = [HA], поэтому pH там равен pKa — так титрование его и измеряет | |
|---|---|---|---|
| [A⁻] ÷ [HA] | отношение основной и кислотной формы | уравнение Хендерсона — Хассельбаха выполняется в буферной области, на пологом участке кривой слабой кислоты |
При текущих значениях:
| pK_In | собственная pKa индикатора | середина его интервала перехода; хороший индикатор меняет цвет на крутом участке кривой | |
|---|---|---|---|
| переход | доля индикатора в основной окраске | конечная точка — где он изменился наполовину; разница между конечной точкой и точкой эквивалентности — ошибка титрования |
При текущих значениях:
Как пользоваться симулятором титрования
- Выберите анализируемое вещество в колбе, его концентрацию и объём и концентрацию титранта в бюретке: гидроксид натрия для кислоты, соляную кислоту для основания. Выберите индикатор. Кран открывается сразу, и титрант капает в колбу, а мешалка его перемешивает.
- Следите за pH-метром и цветом колбы. График по ходу рисует кривую титрования поверх полной кривой серым; красные линии отмечают объём эквивалентности, а розовая — середину интервала перехода индикатора. С отмеченным «Закрыть кран, когда индикатор меняет цвет» кран закрывается в конечной точке; нажмите «Воспроизвести», чтобы продолжить дальше, или добавляйте у конца по одной капле.
- Сравните конечную точку с точкой эквивалентности, чтобы увидеть ошибку титрования, и прочитайте pH в точке полуэквивалентности, равный pKa слабой кислоты. Калькулятор pH и Калькулятор молярности делают те же расчёты для одного раствора, а Калькулятор буферов рассчитывает буферную область.
Частые вопросы
Что такое точка эквивалентности?
Момент, когда титрант ровно нейтрализовал анализируемое вещество: моли добавленного основания равны молям имеющейся кислоты, C_a V_a = C_b V_e. Для сильной кислоты с сильным основанием pH там равен 7. Для слабой кислоты он выше 7, потому что оставшееся сопряжённое основание слабо щелочное; для слабого основания — ниже 7.
Чем конечная точка отличается от точки эквивалентности?
Точка эквивалентности — факт химии; конечная точка — то, что вы видите, момент смены цвета индикатора. Хорошо подобранный индикатор меняет цвет на крутом участке кривой, поэтому они расходятся на долю капли. Фенолфталеин подходит для слабых кислот с сильными основаниями; метиловый оранжевый — для сильных кислот со слабыми основаниями; для сильной кислоты с сильным основанием годится почти любой, потому что скачок идёт примерно от pH 3 до 11.
Как титрование находит pKa?
На полпути к точке эквивалентности половина слабой кислоты превращена в сопряжённое основание, поэтому [A⁻] = [HA], и по уравнению Хендерсона — Хассельбаха pH = pKa. Прочитайте pH при половине объёма эквивалентности — и у вас есть pKa. Этот пологий участок кривой — буферная область.
Почему у фосфорной кислоты два скачка?
У неё три протона, которые отщепляются при очень разных pH (pKa 2,15, 7,20 и 12,35). Каждый даёт свою ступень на кривой — при одном и двух объёмах первой эквивалентности. Третий протон слишком слаб, чтобы дать скачок в воде.
Как рассчитывается pH?
Точно, на каждой капле: симуляция решает уравнение электронейтральности раствора [H₃O⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [Cl⁻] + [A⁻] с константами диссоциации кислоты и ионным произведением воды 10⁻¹⁴. Это одно уравнение охватывает начало, буферную область, точку эквивалентности и избыток титранта без переключения между приближениями.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.