Titolazione di un acido poliprotico

Informazioni su questo esperimento

Titolare l’acido fosforico con idrossido di sodio, aggiungendolo in gocce controllate. Seguire i tre volumi di equivalenza stechiometrici misurando il pH e tutte e quattro le frazioni di protonazione del fosfato.

Obiettivi di apprendimento

Calcolare gli equivalenti di base dalle quantità di acido e titolante.
Mettere in relazione le regioni della titolazione con la distribuzione delle specie fosfatiche.
Distinguere un punto di equivalenza da un punto finale visivamente netto.

Come si usa

1Aggiungere una goccia da 0,05 ml ed esaminare la risposta iniziale.
2Aggiungere NaOH fino ad avvicinarsi ai volumi della prima e della seconda equivalenza, registrando il pH e le frazioni delle specie.
3Confrontare le regioni di semi-equivalenza con i corrispondenti valori di pKa, tenendo conto della sovrapposizione degli equilibri e dell’acqua.
4Esaminare la terza equivalenza e spiegare perché il suo punto finale in soluzione acquosa è poco definito.

Il modello

D = [H^{+}]^{3} + K_{1} [H^{+}]^{2} + K_{1} K_{2} [H^{+}] + K_{1} K_{2} K_{3}

Il denominatore normalizza tutte e quattro le frazioni di protonazione del fosfato.

[H^{+}] + [N a^{+}] = [O H^{-}] + C_{T} (α_{1} + 2 α_{2} + 3 α_{3})

L’elettroneutralità viene calcolata senza ricorrere a un’approssimazione di Henderson-Hasselbalch a tratti.

V_{e q, n} = n C_{a} V_{a} / C_{b}, n = 1, 2, 3

I volumi di equivalenza dipendono dagli equivalenti stechiometrici di protoni, non dai cambiamenti di colore.

Ipotesi

I valori di pKa sono 2,15, 7,20 e 12,35; Kw è pari a dieci alla meno quattordici a 25 °C. Si utilizzano le concentrazioni al posto delle attività.
Tutto il volume di titolante aggiunto contribuisce alla diluizione. Il sistema è chiuso all’anidride carbonica; non si considerano la precipitazione del fosfato né altre reazioni secondarie.
Il serbatoio è una rappresentazione schematica dell’erogazione, non una buretta calibrata da 50 ml. Il timer di erogazione controlla il volume aggiunto e non calcola la velocità di neutralizzazione.
Il colore dell’indicatore virtuale è illustrativo; il pH è indicato dal misuratore numerico. Non si presume che la terza equivalenza in soluzione acquosa produca un punto finale pratico netto.

Provalo in classe

Q1Perché la specie predominante del fosfato cambia nelle successive regioni di equivalenza?
Q2Perché può esistere un terzo volume di equivalenza stechiometrica senza che il punto finale dell’indicatore sia chiaramente distinguibile?

Domande frequenti

Ogni equivalente converte istantaneamente tutte le molecole nello stato di protonazione successivo?

No. Ogni punto corrisponde a una distribuzione di equilibrio. Anche al volume di equivalenza possono coesistere più stati di protonazione.

I volumi di equivalenza restano fissi quando cambiano le concentrazioni dell’acido o della base?

No. Variano in proporzione alla quantità di acido divisa per la concentrazione della base. La curva viene tracciata di nuovo usando i corrispondenti volumi fisici di aggiunta.