Кривая титрования представляет собой графическое отображение изменения концентрации ионного состава раствора в зависимости от объёма добавленного титранта. На практике чаще всего отображается зависимость pH раствора от объёма введённого раствора известной концентрации. Форма кривой зависит от природы титруемых веществ, силы кислот и оснований, а также их концентрации.
Кривые титрования дают возможность визуально определить точку эквивалентности, когда количество добавленного титранта стехиометрически соответствует количеству анализируемого вещества в растворе.
Титрование сильной кислоты сильным основанием Характеризуется резким скачком pH около точки эквивалентности. На начальном участке кривая имеет низкий pH, при постепенном добавлении щёлочи наблюдается умеренное повышение pH. Вблизи точки эквивалентности изменение pH происходит почти мгновенно, а после её достижения pH быстро возрастает и достигает значений щёлочного диапазона.
Титрование слабой кислоты сильным основанием Начальный pH выше, чем у сильной кислоты. На начальной стадии наблюдается образование буферного раствора, что приводит к медленному изменению pH. В точке эквивалентности pH превышает 7, поскольку образуется конъюгированная основа слабой кислоты.
Титрование сильной кислоты слабым основанием Кривая имеет характерный резкий спад pH вблизи точки эквивалентности. После добавления избытка кислоты pH постепенно снижается.
Титрование слабой кислоты слабым основанием Изменение pH происходит плавно, скачок в точке эквивалентности менее выражен. Определение точки эквивалентности затруднено и требует применения индикаторов с узкой зоной перехода или методов вычислительной обработки данных.
Точка эквивалентности определяется как момент, когда количество добавленного титранта полностью реагирует с титруемым веществом. На кривой титрования она соответствует резкому изменению pH. Для количественного анализа её определяют точными инструментальными методами или с помощью индикаторов, цветовая смена которых происходит вблизи эквивалентной точки.
Характерные особенности:
На кривой титрования слабой кислоты или слабого основания присутствует буферная зона, где pH изменяется медленно. Она обусловлена равновесием между слабой кислотой и её конъюгированной основой (или наоборот), описываемым уравнением Хендерсона–Хассельбаха:
$$ pH = pK_a + \log\frac{[A^-]}{[HA]} $$
Буферная зона полезна для предсказания устойчивости растворов к добавлению кислоты или основания, а также при расчёте индикаторов для определения точки эквивалентности.
Титрование с регистрацией pH Используются автоматические титраторы с pH-метрами, что позволяет получить детализированную кривую и точно определить точку эквивалентности.
Использование индикаторов Подбираются индикаторы с зоной перехода, совпадающей с ожидаемым pH в точке эквивалентности. Для титрования сильной кислоты сильным основанием применяют метиловый оранжевый или фенолфталеин, для слабой кислоты сильным основанием предпочтителен фенолфталеин.
Графический метод Определение точки эквивалентности проводится по точке максимального изменения наклона кривой (производная dpH/dV), что особенно важно при титровании слабых кислот и оснований.
Кривые титрования являются основой количественного анализа и позволяют:
Кривые титрования, сопровождаемые тщательным анализом точки эквивалентности и буферных областей, являются фундаментальным инструментом аналитической химии, обеспечивая высокую точность и надёжность количественного определения веществ.