5.2 Titraties

schets van een erlemeyer           schets van een buret           titratie-opstelling           de kleur slaat om van blauw naar geel


In de klas wordt dit onderwerp meestal gestart door een demonstratie en bespreking van een eenvoudige zuurbasetitratie + berekening.
Je zou het als volgt kunnen doen:
  1. Eerst wordt die titratie uitgevoerd m.b.v. een pH-meter en een schrijver, waarbij de titreervloeistof in een constant tempo wordt toegedruppeld uit de buret en wel tot ruim voorbij het eindpunt.
  2. Vervolgens wordt de titratie gedaan m.b.v. een indikator om precies in het eindpunt te stoppen.
  3. Tenslotte wordt de bijbehorende berekening uitgevoerd en besproken.
Zie voor een aardige inleidende beschrijving ook: Titraties op wikipedia

Opdracht 48
25 ml kaliloog met onbekende concentratie wordt getitreerd met 16 ml 0,27M zoutzuur.
Bereken de [KOH].

Een titratie is een vrij snelle methode om concentraties van opgeloste stoffen te bepalen.
Daarbij maken we graag gebruik van apparatuur waarop volumes van vloeistoffen nauwkeurig af te lezen zijn, zoals: pipetten, maatkolven en buretten.
Je spreekt daarom ook van volumetrie.

Aan een reactievergelijking kun je zien in welke molverhouding de reactanten met elkaar moeten reageren.
Als de reactanten precies in dié molverhouding worden samengevoegd, spreekt men van equivalente hoeveelheden.

Opdracht 49
Bereken de equivalente hoeveelheid NaOH voor 0,3 mol zwavelzuur.

Meestal laat men bij een titratie twee opgeloste stoffen voorzichtig met elkaar reageren en stopt men de reactie meteen op het moment dat equivalente hoeveelheden van de stoffen zijn samengevoegd.

Opdracht 50
10 ml tri-jodideoplossing (I3-) wordt getitreerd met 23,9 ml 0,1M thiosulfaat(S2O32-).
Hoeveel gram jodium (I2) bevatte de oorspronkelijke oplossing per liter?

De concentratie van de titreervloeistof (meestal in de buret) moet nauwkeurig bekend zijn.
De concentratie van de andere stoffen kan daaruit dan berekend worden.

Op het moment dat equivalente hoeveelheden stoffen zijn samengevoegd moet je de reactie stoppen, dus ophouden met toevoegen uit de buret.

Meestal stopt men de reactie iets te laat; met de laatste druppel titreervloeistof wordt iets teveel toegevoegd.
Het praktische eindpunt van de titratie valt dan dus niet voor 100% samen met het theorethische equivalentiepunt. Je voegt dus automatisch iets te veel toe.
Voor een betrouwbare bepaling mag de fout niet groter zijn dan 0,5%. In de praktijk betekent dit dat je hoogstens één druppel teveel mag toevoegen op 200 druppels.

Opdracht 51
Bij een titratie was 3 ml titreervloeistof (uit de buret) nodig (= ± 60 druppels); stel dat je een halve druppel teveel toevoegt, is je titratie dan nauwkeurig genoeg?


Om het omslagpunt te kunnen waarnemen, is meestal een indicator nodig
Bij een zuurbasetitratie: een zuurbase-indicator
Bij een redoxtitratie: een redox-indicator


Een indicator is meestal....:
een zwak organisch zuur
een zwakke organische reduktor
HIn H+ + In-
RedIn n e- + OxIn
HIn andere kleur dan In-
RedIn andere kleur dan OxIn
De kleur van het HIn of In-
De kleur van RedIn of OxIn
is pas duidelijk te zien als het evenwicht voldoende links of rechts ligt.
De kleur die een indicator aanneemt hangt af van de omgeving:
In een zuur milieu(of in een reducerend milieu) liggen bovenstaande evenwichten naar links en overheerst dus de kleur van het HIn (of RedIn).
Per indicator kan dit sterk verschillen.




Voor gegevens over nog meer indicatoren moet je tabel VIII opvragen.

Opdracht 52
Leg uit welke kleur fenolrood heeft in kaliloog; is het indicatormolecuul dan neutraal of negatief?

Opdracht 53
Leg uit welke kleur methyleenblauw heeft in een oplossing van natriumsulfiet; heeft het indicatormolecuul dan de Red- of de Ox-vorm?

Bij zuurbasetitraties hoeft de pH van de eindoplossing niet altijd 7 te zijn; de eind-pH is namelijk afhankelijk van de eigenschappen van de producten.
Deze producten kunnen op hun beurt weer zwakke zuren of basen bevatten.

De volgende vuistregels kunnen worden toegepast:

titratie van sterk zuur met sterke base: pH = 7
titratie van sterk zuur met zwakke base: pH < 7
titratie van zwakzuur met sterke base: pH > 7


Opdracht 54
Leg uit waarom bij de titratie van azijnzuur met loog de eind-pH > 7 is.

De juiste indicatorkeuze hangt af van de eigenschappen van de producten én van het omslagtraject van de indicator(tabel VIII).
Je moet de indicator en de titratie op elkaar afstemmen.

Opdracht 55
Leg uit of methyloranje geschikt is als indicator voor de titratie van azijnzuur met loog.


indirecte titraties

Soms is het niet mogelijk de concentraties van een bepaalde stof direct door titratie te bepalen; bijvoorbeeld als zo'n stof gasvormig is, onstabiel of slecht oplosbaar.
In zulke gevallen voert men een zgn. indirecte of terugtitratie uit.
De stof waar het dan eigenlijk om gaat moet je van te voren al laten reageren met iets anders, een vervangende stof. De stof waar het om gaat doet dan aan de eigenlijke titratie niet mee.
De vervangende stof wordt wél getitreerd en het aantal mol daarvan moet je uitrekenen.
Daarna kun je, door terug te rekenen, toch bepalen hoeveel van die oorspronkelijke stof aanwezig was.

voorbeeld:
Marmer bevat een hoog gehalte aan calciumcarbonaat en dat gehalte wil je bepalen.
Je zou een stof kunnen toevoegen die alleen met het calciumcarbonaat reageert en zo dat carbonaat verwijderen.
Stel dat je daarvoor Salpeterzuur gebruikt; je moet er dan wel voor zorgen dat je heel nauwkeurig weet hoeveel salpeterzuur je in het begin hebt toegevoegd. Een deel van dat zuur reageert dan met het carbonaat en de rest blijft over.
Als je dus precies weet hoeveel salpeterzuur je oorspronkelijk hebt toegevoegd en ook precies hoeveel je over hebt, dan is het verschil precies die hoeveelheid salpeterzuur die met het carbonaat heeft gereageerd.
De rest, dus die hoeveelheid die overbleef, die bepaal je door titratie, bijvoorbeeld met Natronloog.

Opdracht 56
Je weegt precies 10 gram marmer af en brengt dit in 150 ml 1M salpeterzuur. Het gas dat daarbij ontstaat wordt door verwarming verwijderd.
Daarna titreer je de rest salpeterzuur met 10 ml 0,2M natronloog.
Bereken het gehalte aan calciumcarbonaat in het marmer.

Een veelgebruikte redoxtitratie is een titratie met het koppel: I3/S2O32-(jodium met thio).
Deze titratie wordt meestal toegepast bij een indirecte titratie waarbij de te onderzoeken stof vervangen wordt door jodium of door thio, afhankelijk van de vraag of die onbekende stof een reduktor dan wel een oxidator is.
Bij deze zogenaamde jodometrische titraties maakt men gebruik van de goedkope en goedwerkende indicator: zetmeel(aq), een stijfseloplossing.
Vers zetmeel heeft spiraalvormige moleculen (zie ook module 12, biochemie) waarin de tri-jodideionen precies passen en zorgen voor een donkerblauwe kleur.
Het tri-jodide zelf heeft ook een kleur (geelbruin), maar het verdwijnen of ontstaan daarvan is veel minder duidelijk waar te nemen dan die donkerblauwe kleur.

Opdracht 57
Schrijf op wat je kunt zien als je een jodiumoplossing titreert met thio en je gebruikt wel/geen stijfsel als indicator.

Als je een zuurbasetitratie wil uitvoeren zonder indicator, dan kun je een pH-meter gebruiken en op die meter gedurende de titratie voortdurend het pH-verloop aflezen: in het equivalentiepunt is de pH-verandering het grootst, een plotselinge pH-sprong treedt op.
Van het verloop van die pH kun je eventueel m.b.v. een plotter een grafiek laten maken (zie hieronder een voorbeeld).

Steeds na toevoeging van bijv. 0,5 ml lees je de waarde van de zuurtegraad of van de potentiaal af op de meter en noteert die; je kunt dan zelf op grafiekenpapier een titratiekromme tekenen (of de plotter doet dat automaisch) en daaruit de plaats van het equivalentiepunt afleiden.

Ook voor redoxtitraties is iets dergelijks mogelijk, maar dan gebruik je geen pH-meter, maar een potentiaalmeter.

Opdracht 58
Welke eindpuntsbepaling is volgens jou nauwkeuriger: met indicatoren of met afleesbare meters.

Opdracht 59
Wat voor zuurbasetitraties horen bij de vier titratiekrommen? titratiekromme (18K)

Er zijn vele titratiemethoden die deels al besproken zijn of die later nog behandeld zullen worden in een aanvulling van deze module.
Hieronder worden enkele genoemd:





terug naar start