L1- L2 Chimie

Calcule chimice. Calcularea concentraiei soluiilor C%, M; N, T.

Determinarea n, t, f pentru soluia de HCl

1 Notiuni teoretice: Soluiile reale sunt sisteme lichide, disperse, omogene formate din cel puin dou componente una

gsindu-se n cantitate mai mare numit dizolvant (disolut, solvent) iar alta n cantitate mai mic numindu-se dizolvat (solut, solvit).

Posibilitatea de amestecare a componentelor unei soluii este limitat. Soluia la care se atinge raportul maxim de amestecare (distribuire) a componentelor care este denumit soluie saturat.

Raportul dintre cantitatea de substan (solid, lichid, gazoas) dizolvat dintr-o unitate de mas sau unitate de volum (soluie) se numete concentraie.

Concentraia soluiilor se poate exprima n mai multe moduri dintre care n analiza cantitativ prezint importan urmtoarele:

concentraia procentual (c%) reprezint grame substan dizolvat la 100 g soluie; concentraia molar sau molaritatea (m) reprezint numrul de moli de substan

dizolvat ntr-un litru de soluie; concentraia normal sau normalitatea (n) reprezint numrul de echivaleni gram de

substan dizolvat ntr-un litru de soluie; concentraia exprimat prin titru (t) reprezint masa de substan msurat n grame

dizolvat ntr-un mL soluie. Soluiile procentuale sunt acele soluii n care concentraia procentual a substanei dizolvate se

poate raporta n procente de mas sau procente de volum. Este un mod de exprimare a unei concentraii aproximative ce se utilizeaz n practica analitic la prepararea soluiilor.

Se exprim cu relaia: 100m

mc

s

d% =

- procente de mas (c%) Ex. O soluie NaOH 3% se prepar din 3 g de NaOH la 100 g soluie (3 g de NaOH la 97g de

ap). - procente de volum (concentraie procentual n volum - % vol.)- se specific ntotdeauna

i se folosete cel mai adesea la soluiile de alcool.

Se folosete relaia: 100v

vc

s

dvol% =

Ex. O soluie C2H5OH 10% vol. se prepar din 10 mL alcool etilic la 100 mL soluie (10 mL alcool etilic diluat la un volum total de 100 mL soluie).

Soluii molare sunt acele soluii exprimate prin numrul de moli sau fraciuni de moli substan, coninut la litrul de soluie. Se noteaz prin m, M sau cu parantez ptrat, [ ]:

s

d

s VM

m

V

nm

==

n care: n=numrul de moli (n= md/M); md = masa de substan dizolvat, exprimat n grame sau miligrame; M = masa molecular; Vs = volumul soluiei (n L).

L1- L2 Chimie

Ex. O soluie care conine 4,9 g H2SO4 dizolvate n 250 mL are molaritatea soluiei egal cu 0,2 moli la litru (MH2SO4=98).

Pentru substanele parial disociate exprimarea concentraiei se face prin formularitate (F) care exprim o nsumare a tuturor formelor posibile n care se gsete substana dizolvat. Ex. CH3COOH datorit disocierii pariale poate exista n soluie sub 3 forme: H3O

+, CH3COO-,

CH3COOH. O soluie 10-1 moli/L este de fapt 0,1FCH3COOH.

Soluiile normale sunt soluiile care exprim numrul de echivaleni sau fraciuni de echivalent substan, la un litru de soluie. Se noteaz cu n sau N i se calculeaz cu relaia:

sg

d

s VE

m

V

en

==

n care: e = numrul de echivaleni gram (n= md/Eg); md = masa de substan dizolvat, exprimat n grame sau miligrame; Eg = echivalentul gram al substanei dizolvate; V = volumul soluiei (n L). Ex. O soluie care conine 4,9 g H2SO4 n 250 mL are normalitatea 0,4 echiv.g/L (EgH2SO4=

MH2SO4/2=98/2 g). Se folosesc ndeosebi soluii normale 10-1 n; 10-2 n; 510-1 n; 1n; 2n.

Echivalentul gram se definete ca fiind cantitatea dintr-o substan, exprimat n grame, care reacioneaz sau corespunde cu 1,008 grame de hidrogen sau 8 grame de oxigen.

Echivalentul gram al unui acid este egal cu masa molecular raportat la numrul ionilor de hidrogen cedai, n reacia de neutralizare.

Eacid = Macid / numrul de H+ cedai

Ex. H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O EgH2SO4= MH2SO4/2=98/2 g

Echivalentul gram al unei baze se calculeaz raportnd masa molecular la numrul gruprilor hidroxil neutralizate.

Ex. EgNaOH= MNaOH/1=40/1 g Al(OH)3 + 3HCl= AlCl3 + 3H2O EgAl(OH)3= MAl(OH)3/3=78/3 g

Echivalentul gram al unei sri se calculeaz raportnd masa molecular la produsul dintre numrul de atomi ai metalului i valena acestuia.

EgNa2CO3= MNa2CO3/2x1=106/2=53 g

Echivalentul gram pentru substane redox se calculeaz raportnd masa molecular la numrul electronilor implicai n schimbul electronic.

Ex:EgKmnO4= MKMnO4/5=158/5=31,6 (n mediu puternic acid)

n practica analitic se utilizeaz frecvent legea echivalenilor, att pentru calcule analitice ct i la diluarea unor soluii sau amestecarea a dou soluii care nu reacioneaz chimic.

Relaia exprim sensurile:

- numrul de echivaleni (miliechivaleni) de substan nainte de diluie este egal cu numrul de echivaleni (miliechivaleni) de substan dup diluie (utilizat la diluarea soluiilor);

- numrul de miliechivaleni de reactiv este egal cu numrul de miliechivaleni de component reacionat la punctul de echivalen (utilizat la calcule analitice i rezolvarea problemelor).

n1v1 = n2v2

L1- L2 Chimie

Legea echivalenei aplicat reaciilor de titrare arat c: substanele reactiv (r) i component analizat (c) ntr-o reacie chimic de titrare reacioneaz proporional cu echivalenii chimici ai acestora. Se poate astfel calcula cantitatea b grame de component cunoscnd a grame de reactiv.

Titrul soluie, simbolizat prin t sau T se aplic pentru soluii i exprim cantitatea de substan dizolvat ntr-un mililitru de soluie (g/mL). Dup natura substanei folosite deosebim tt i respectiv tr. O relaie uzual de calcul este urmtoarea:

mLgEgn

t /1000

=

Prin titrul teoretic (tt) se noteaz titrul unei soluii de normalitate exact, determinat de obicei prin calcul. Explicaie: O soluie H2C2O4 210

-1 n cu Eg = M/2= 126/2= 63 g are titrul:

tt= nEg10-3 = 0,263 10-3= 1,26 10-2 g H2C2O4/mL soluie

sau cunoscnd cantitatea de substan etalon cntrit (1,26 g H2C2O4) i volumul soluiei care trebuie preparat (100 mL); tt=1,26/100 = 1,26 10

-2 g H2C2O4/mL. Prin titrul real (tr) se noteaz titrul soluiei de normalitate aproximativ, calculat din rezultatele

practice ale titrrilor, utiliznd soluii etalon primar. Explicaie: 5 mL soluie etalon H2C2O4 consum la punctul de echivalen 4 mL NaOH.

mL/gNaOH105975,1463

1026,1540

V

V

Eg

Egt 3

2

r

etalon

etalon

rr

=

==

Ex. Pentru - titrul n raport cu reactivul (tc/r) exprim numrul de grame de reactiv coninute ntr-un mililitru soluie de reactiv. n exemplul anterior tNaOH=1,597510

-3 g NaOH /mL soluie reactiv, o soluie cu n= 0,12, sau altfel calculat:

tNaOH= nEg10-3= 0,124010-3 = 1,597510-3 g NaOH /mL soluie

Pentru - titru n raport cu componentul analizat (tr/c) care exprim grame de component de analizat care reacioneaz sau corespunde la 1 mL soluie de reactiv.

Ex: Se consider o soluie NaOH 0,12 n (tNaoH= 4,810-3 g/mL).

2 2 4 2 2 4

3 3 3/ 2 2 410 0,12 63 10 7,56 10 / solu ie NaOH NaOH H C O NaOH H C Ot n Eg gH C O mL

= = =

Un alt mod de exprimare:

Pentru evitarea unor erori stabilirea normalitii i titrul soluiilor volumetrice se face direct cu substane etalon, dup una din metodele de analiz cunoscute. Pentru soluiile cu o normalitate aproximativ este necesar s se cunoasc factorul de trecere la o soluie de normalitate exact.

Factorul unei soluii exprim volumul n mL soluie de reactiv de normalitate exact care revine la numrul de grame de reactiv coninute ntr-un mL soluie de normalitate practic. Este numrul care arat de cte ori o soluie de concentraie aproximativ este mai concentrat (f>1) sau mai diluat (f

L1- L2 Chimie

2,110401,0

108,4t

tf

3

3

t

pNaOH =

==

b) normalitatea practic a soluiei:

2,11,0

12,0

n

nf

t

pNaOH ===

Concluzie: 4,810-3 grame NaOH coninute n soluia de titru practic (1 mL soluie) va corespunde la 1,2 mL soluie NaOH exact 10-1 n.

Cu ajutorul factorului se corecteaz n general volumul de soluie de reactiv. Multiplicnd volumul de soluie ntrebuinat la titrare cu factorul de corecie se obine volumul de soluie de normaliate exact.

Vnormalitate exact=fsoluieVnormalitate practic

Pentru soluii, valoarea factorului se poate ncadra n unul din urmtoarele cazuri: f>1 - soluiile practice sunt mai concentrate dect cele de normalitate exact; f

L1- L2 Chimie

Se cltete sticla de ceas(pipeta) i plnia de filtrare cu ajutorul creia a fost adus substana n balonul cotat i apoi se adaug apa distilat pn la 2/3 din volumul balonului;

Se agit balonul pn la dizolvarea completa a solvitului; Se completeaz cu ap distilat, ajutndu-ne de piset, pn la cota balonului cotat; Se omogenizeaz ntreaga soluie prin rsturnri repetate.

4 Calcule 4CuSO 1%:

grammdV

md

sol

1100*1 == 4CuSO

42SOH 0,5M:

9842

=SOHM

xgm

gm

.............................5,0

98..............................1

gx 495,0*98 ==

gramemdVM

md

sol

9,41000**

5,0 == 42SOH

3/835,1,* cmgVmd ==

mlmd

V 67,2835,1

9,4 === 42

SOH

KOH 2,8%

gramemdV

md

sol

8,2100*8,2 == KOH

23 )(NONi 1n

5,912*1

)4814(259

*2)( 3 =++==

metalmetal

NONi

g zn

ME

gramemdmd

15,9100*100*5,91

1 == 23 )(NONi

5 Stabilirea normalitii, titrului i factorului soluiei de HCl~0,1 n

Principiul metodei Soluia de HCl se titreaz cu soluie etalon NaCO3 0,1n, n prezen de indicator metil oranj.

Indicatorul metil oranj are pH/s=3,1-4,4; la pH4,4 culoarea este galben, iar la punctul de echivalen virajul se prinde la trecerea culorii din galben n oranj.

Prepararea soluiei HCl0,1 n Se prepar 500 mL soluie HCl~0,1 n; EgHCl=M/1=36,45g, deci 0,136,5/2= 1,825 g HCl pur. Se

va utiliza soluie de HCl concentrat (37%) cu densitatea d=1,19 g/cm3 (n condiii normale HCl este gaz); se vor folosi tabele care prezint concentraia acidului funcie de densitatea soluiei. Sunt necesari 4,2 mL soluie HCl concentrat. Se vor msura cu o pipet 4,2 mL soluie HCl concentrat, se vor trece ntr-o sticl de reactiv, peste care se adaug 500 mL ap distilat i se agit pentru omogenizare. Soluia preparat este de normalitate aproximativ 0,1n.

Prepararea soluiei etalon Na2CO3 0,1n

L1- L2 Chimie

Na2CO3 este substan etalon. Soluia Na2CO3 0,1n este necesar pentru stabilirea titrului i

factorul soluiei de HCl0,1n. (Eg32CONa =M/2=106/2= 53g). Se cntresc la balana analitic

0,5300 g Na2CO3 p.a., se trec cu ap distilat ntr-un balon cotat de 100 mL, se completeaz la semn cu ap distilat i se omogenizeaz. Soluia preparat este etalon i este de normalitate 0,1n.

t32CONa= 0,153/1000=0,0053 = 5,310-3 g/mL

Reaciile care au loc: - pn la punctul de echivalen:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O IndOH + HCl = (Ind++Cl-) +H2O galben pic.exces oranj

- la punctul de echivalen, cu pictura exces de HCl se consum ultimile cantiti de Na2CO3 i ncepe reacia cu indicatorul, modificndu-se culoarea indicatorului, moment care marcheaz ntreruperea titrrii Se nregistreaz volumul de HCl consumat.

Domeniul de viraj al indicatorului metil oranj este: rou galben oranj 3,1 pH 4,4

Mod de lucru Se msoar 10 mL soluie Na2CO3 0,1n, se trec ntr-un vas Erlenmayer, se dilueaz cu ap

distilat (5-10 mL), se adaug 2-3 picturi indicator metil oranj i se titreaz cu soluia HCl0,1n, pn la viraj cu ultima pictur din galben oranj. Se vor executa mai multe determinri, astfel nct pentru 2-3 determinri s se nregistreze acelai volum consumat de soluie HCl, sau cu o diferen nu mai mare de 0,1 mL. Se nregistreaz numrul de mL consumai la titrare, V1, V2, ... Vn mL i se calculeaz Vm (volumul mediu).

Exprimarea rezultatelor ntre speciile chimice au loc reacii de la echivalent la echivalent.

Eg32CONa................................ EgHCl

- calcul pentru nHCl:

nHClVm = n32CONaV

32CONa

nHCl =0,110/Vm echiv./L HCl (npractic) - calcul pentru tHCl:

tHCl (g/mL) = npractic HCl EgHCl/1000 = 10-3 HClEg /Vm

- calcul pentru fHCl: fHCl = n practic HCl /nteoretic HCl = tpractic /t teoretic = tpractic /0,003646 =Vt/Vp

tteoretic = nteoretic HCl EgHCl/1000 = 0,1EgHCl/1000 = 0,003646 = 3,64610-3 g/mL