Titrering av svaga syror/baser

En titrering av en svag syra eller bas påminner mycket om en titrering av en stark syra eller bas. Den stora skillnaden är att pH vid ekvivalenspunkten inte kommer vara neutralt. Innan du går vidare kan det vara en bra idé att repetera titrering av starka syror och basersamt avsnittet om syrakonstanten.

Tireringsreaktion och titrator

Precis som när man titrerar en stark syra eller bas är målet att bestämma en okänd koncentration genom att utföra en neutralisationsreaktion. Vill man bestämma koncentrationen av en svag syra använder man en stark bas som titrator, och vill man bestämma koncentrationen av svag bas använder man en stark syra som titrator.

Som exempel kan vi föreställa oss att vi vill bestämma koncentrationen av en lösning av den svaga syran ättiksyra (CH3COOH, förkortat HAc). En typisk titrering skulle kunna gå till så här:
Försöksuppställning för titrering av stark syra med stark bas.

  • En prov med en bestämd volym (t.ex. 10 ml) av den okända ättiksyralösningen placeras i en e-kolv.
  • En lösning av en stark bas med känd konc.
    (t.ex. 0.5 M NaOH) placeras i byretten.
  • Basen tillåts droppa ner ättiksyralösningen tills all ättiksyra har reagerat.

Reaktionsformeln för neutralisationen blir

\[\mathrm{\overbrace{CH3COOH}^{HAc}(aq) + NaOH(aq) \longrightarrow \overbrace{CH3COONa}^{NaAc}(aq) + H_2O(l)}\,,\]

och saltet som bildas kallas natriumacetat, där acetatjonen är korresponderande bas till ättiksyran.

pH vid ekvivalenspunkten

Ekvivalenspunkten (EP) är den punkten där man har tillsatt precis så mycket titrator att molförhållandet i reaktionsformeln har uppfyllts. Vid titrering av starka syror eller baser är pH alltid 7 vid EP, men vid titrering av svaga syror kommer pH ligga över 7 vid EP och vid titrering av svaga bas kommer pH ligga under 7.

I fallet med ättiksyran betyder EP att man tillsatt precis lika mycket NaOH som det fanns HAc i provet från början. Om reaktionen hade skett fullständigt hade vi då haft en ren lösning av natriumacetat. Men reaktionen sker inte fullständigt, eftersom acetatjonerna är basiska och därför kommer ta upp vätejoner och reagera tillbaka till ättiksyra och hydroxidjoner. Titreringsreaktionen är alltså reversibel:

\[\mathrm{HAc+NaOH\rightleftharpoons NaAc + H_2O}\]

och vid den jämvikt ställer in sig kommer vi ha ett överskott av hydroxidjoner, detta trots att vi har tillsatt precis lika mycket bas som vi hade syra från början. pH kommer alltså att vara över 7 vid EP. Detta gäller för alla svaga syror, och ju svagare syra, desto högre kommer pH ligga vid EP, eftersom den korresponderande basen blir mer basisk, desto svagare syran är.

Att pH blir precis neutralt när man titrerar en stark syra såsom saltsyra beror på att den korresponerande basen då är så svag att titrerreaktionen är (så gott som) fullständigt förskjuten åt höger:

\[\mathrm{HCl + NaOH \longrightarrow NaCl + H_2O}\,.\]

Om det är en svag bas (t.ex. ammoniak), som titreras med en stark syra som titrator (t.ex. saltsyra), gäller motsvarande. Titrerreaktionen blir reversibel:

\[\mathrm{NH_3 + H^+ \rightleftharpoons NH_4^+}\]

eftersom den korresponderande syran kan avge vätejoner. Vid EP får vi därför ett överskott av vätejoner trots att vi har tillsatt lika mycket syra som det fanns bas från början, och pH hamnar därför under 7.

Titrerkurva

Vi har nedan ritat in en titrerkurva för en titrering av en svag syra (t.ex. HAc) tillsammans med en precis likadan titrering av en stark syra (t.ex. HCl). Den okända syrakoncentrationen var samma vid båda experimenten, och provet man titrerade på var lika stort.

stark-bas-svag-syra

Vi kan göra följande iakttagelser:

  • Precis i början är pH mindre än 7 för båda kurvorna. Den svarta kurvan ligger över den orange, eftersom den svaga syran bara avger en del av sina vätejoner.
  • När basen börjar tillsättas stiger pH eftersom syrorna förbrukas.
  • EP nås samtidigt för båda syrorna (eftersom den okända koncentrationen och provvolymen råkade vara densamma för båda syrorna). pH-värdet vid EP var större än 7 för den svaga syran och precis 7 för den starka syran.
  • Om vi fortsätter tillsätta bas efter EP fortsätter kurvorna att stiga. Den svarta kurvan beter sig på nästan samma sätt som den orange. Detta beror på [OH] nu är så hög att protolysjämvikten som spelade roll i början av titreringen är kraftigt förskjuten åt höger.
  • Kurvan ändras alltid som snabbast vid ekvivalenspunkten. Det beror på att buffertförmågan (förmågan att motstå pH-ändringar) är som sämst vid EP, vilket bland annat beror på att pH-skalan är logaritmisk.
  • Punkten som ligger halvägs till EP kallas för halvtitrerpunkten och går att läsa mer om i en särskild artikel.

Om vi i stället undersöker en lösning av en svag bas (säg ammoniak) och en lösning av en stark bas (säg kaliumhydroxid) och använder saltsyra som titrator får kurvan ett omvänt utseende.

stark-syra-svag-bas

Den svarta kurvan ligger till att börja med under den orange, eftersom en svag bas bara delvis protolyseras och bildar hydroxidjoner. EP nås samtidigt, men vid ett pH<7  för den svarta kurvan. Efter EP beter sig kurvorna på ungefär samma sätt.

Identifiera ekvivalenspunkten

Två vanliga sätt att identifiera EP vid titrering av en svag syra eller bas är dessa:

  • Använd en pH-meter och avläs pH-värde och volym med jämna mellanrum under titreringen. Plotta pH mot volym och få en kurva som de ovan. Uppskatta var kurvan lutar som mest och läs av volymen.
  • Använd en pH-indikator som ger ett tydligt färgomslag runt ekvivalenspunktens pH. Vid färgomslaget avbryter du titreringen och avläser byretten.

Vid titrering av en stark syra eller bas gör pH ett mycket kraftigt "hopp" vid EP. Det spelar därför inte så stort roll vilken indikator man väjer såvida den slår om runt 4-10. Vid titrering av en svag syra eller bas är pH-ändringen vid EP mindre, och det blir därför viktigare att välja rätt indikator.  I bilderna nedan har omslagsintervallen för fenolftalein (slår om från färglöst till rosa mellan 8.2 och 10) och metylrött (slår om från gult till rött mellan 4.4 och 6) ritats ut tillsammans med typiska titrerkurvor.

Som du ser är fenolftalein lämplig för titrering av en svag syra, och metylrött lämpligt för titrering av en svag bas.

Artikeln skriven av Oskar Henriksson. Lämna feedback / ställ en fråga.
Publicerad 24 juni 2015. Senast uppdaterad 17 juni 2016.

Comments are closed