Что показывает кривая титрования
Кривая титрования — это график pH раствора в колбе в зависимости от объёма добавленного титранта. По ней видно, как меняется среда на каждом этапе: сначала раствор почти не меняет pH, около точки эквивалентности происходит резкий скачок, а затем кривая снова выходит на плато.
Положение точки эквивалентности зависит от силы кислоты и основания. При титровании сильной кислоты щёлочью эквивалентность лежит при pH 7, слабой кислоты — выше 7, слабого основания сильной кислотой — ниже 7, потому что образующаяся соль гидролизуется.
Как рассчитывается pH на каждом участке
Вместо набора упрощённых формул для начала, буфера, эквивалентности и избытка титранта калькулятор решает одно точное уравнение электронейтральности. В него входят ионы водорода и гидроксида, анион слабой кислоты или катион слабого основания и противоион титранта с учётом разбавления.
Поэтому результат корректен во всех точках, в том числе рядом с эквивалентностью, где упрощённые формулы расходятся с точным решением. Для сильных электролитов уравнение сводится к квадратному, для слабых — к кубическому, корень которого находится однозначно.
Буферная область и точка полуэквивалентности
Для слабой кислоты участок кривой до эквивалентности соответствует буферному раствору HA/A⁻. В точке, где добавлена половина эквивалентного объёма, концентрации кислоты и её соли равны, а значит pH ≈ pKa. Этим пользуются, чтобы определить pKa неизвестной кислоты по экспериментальной кривой.
Чем ближе pKa к 7 и чем меньше концентрации, тем короче и пологее скачок. Для очень слабых кислот с pKa выше 9 титровать щёлочью в воде уже нельзя: скачок настолько мал, что индикатор не даст чёткого перехода.
Как выбрать индикатор
Хороший индикатор меняет окраску внутри скачка титрования, то есть между pH раствора при 99,9 % и 100,1 % титранта. Калькулятор сравнивает показатель титрования pT выбранного индикатора с границами скачка и отдельной таблицей оценивает сразу четыре популярных индикатора.
Фенолфталеин подходит для слабых кислот и щёлочей, метиловый оранжевый — для слабых оснований, а метиловый красный и бромтимоловый синий удобны для сильных электролитов. Если ни один индикатор не подходит, применяют потенциометрическое титрование с pH-метром.
Типичные ошибки при подготовке расчёта
Самая частая ошибка — перепутать концентрации раствора и титранта или использовать разные единицы: моль/л и ммоль/л. В калькуляторе единица выбирается один раз для обоих растворов. Вторая ошибка — вводить pKb слабого основания в поле pKa: у аммиака pKb 4,75, а pKa сопряжённой кислоты NH₄⁺ равна 9,25.
Не забывайте, что расчёт выполнен для идеального разбавленного раствора без поправок на ионную силу, поглощение CO₂ из воздуха и погрешность бюретки. Для аналитических методик результат используют как ориентир для планирования, а не как замену градуировки pH-метра.
Формула расчёта
[H⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [A⁻]; [A⁻] = C(HA)·Ka / (Ka + [H⁺])
Проверенные примеры
pKa = 4,76, индикатор фенолфталеин.
Эквивалентность при 25 мл, pH 8,73; скачок 7,75–9,70, фенолфталеин подходит; в полуэквивалентности pH = 4,76.
Сильная кислота и сильное основание, индикатор метиловый красный.
В эквивалентности pH 7,00, скачок около 4,3–9,7, метиловый красный подходит.
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Выберите, что титруете и чем: сильные или слабые электролиты.
- Введите концентрации, объём аликвоты и, для слабого электролита, значение pKa или pKb.
- Выберите индикатор для проверки и, при необходимости, включите дополнительные параметры: pKw и свой объём титранта.
- Посмотрите ключевые точки кривой, таблицу pH и оценку индикаторов.