Equivalence point: Difference between revisions

Revision as of 20:53, 17 December 2022

Graph of change in concentration and pH showing equivalence point at pH=7

In chemistry, the equivalence point refers to the end of the titration - the point at which the amount of the titrant (its concentration multiplied by the volume consumed in the titration) is equivalent to the amount of the substance being determined.

Methods of equivalence point indication

Visual indication - subjectively observable change in the titrated sample solution, colour change, precipitate formation, fluorescence. Most often it is a change in colour of a suitable dye, indicator, added to the titrated solution, which occurs just when the equivalence point is reached.
Instrumental indication - measured by an instrument, where one of the physical quantities of the titrated solution (e.g. conductivity of the solution, pH, etc.) is measured as a function of the volume of titrant added - again, the titration curve. The quantity is chosen so that at the equivalence point there is a significant change in this curve (e.g. a break), so that from some point in this change we determine the consumption of titrant.

Indicators are substances that react either with the substance to be determined or with excess titrant, and the reacted and unreacted forms are different colours. At the equivalence point, one form is then converted to the other. These are substances of a similar nature to the titrant or the titrated substance. According to the nature of the titrations, there are a number of different kinds of indicators.

Acid-base indicators (for acid-base titrations). These are weak organic acids or bases. The acidic form (HInd), which exists at a higher H+ concentration (lower pH), has a different color than the basic form (Ind-). The indicator acid and base form a conjugated pair with an ionization constant K_HInd.

HInd Template:Vratná reakce H⁺ + Ind^-

According to the concentration of ions in the titrated solution, the ratio of the concentrations of the two forms is established - protolytic equilibrium

K_{HInd}={\frac {[H^{+}]\cdot [Ind^{-}]}{[HInd]}}

{\frac {[Ind^{-}]}{[HInd]}}={\frac {K_{HInd}}{H^{+}}}

By mathematical modification (negative logarithm of these relations) we get the expression

pH=pK_{HInd}-log{\frac {[HInd]}{[Ind^{-}]}}

In a titration determination, e.g. of an acid by a volumetric alkaline solution, the acidic form is present in the titrated solution. In fact, both forms are present directly at the equivalence point. Just beyond the equivalence point, the acidic form disappears completely (reacts with the excess of basic titrant into the basic form). This shows that the colour of the indicator usually changes gradually over a small range around the equivalence point. The log HInd/Ind- ratio can take values from approximately -1 to +1 during the titration, therefore the pH range of the colour transitions of acid-base indicators (functional range) is usually within 2 pH units.

Examples of acid-base indicators:

Methyl orange, pH functional range 3.0-4.4; red - orange;

Sodium 4-[4-(dimethylamino)phenylazo]benzene sulphonate

Methyl red, functional pH range 4.4-6.2; red - yellow;

2-(4-Dimethylaminophenylazo)benzoic acid

Phenolic red, functional pH range 6.8-8.4; yellow - red;

Phenolsulfophthalein, 3,3-bis(4-hydoxyphenyl)-sulfophthalide

Phenolphthalein, functional pH range 8.2-10.0; colourless - reddish-purple;

3,3-bis(4-hydroxyphenyl)-1(3H)-isobenzofuranone

Indicators of complexometric titrations - metallochromic, are substances forming a complex with the metal ion to be determined. The complex with the metal is coloured differently from the free form of the indicator. Only the metal complex form is present before the equivalence point. Just before the equivalence point, when free ions of the metal to be determined are no longer present in the solution, the complexing titrant begins to react with the metal ion that has been bound into the complex with the indicator, thereby displacing the free form indicator.

Examples of metallochromic indicators: eriochromic black T (going from purple to blue), xylenol orange (from red or purple to yellow), murexide (from yellow or red to purple).

Precipitation titration indicators form coloured precipitates or soluble coloured complexes just after the equivalence point with the first excess of titrant, or may cause a change in colour of the precipitate or solution at the equivalence point as a result of adsorption on the precipitate particles or, conversely, desorption (see argentometry, solubility product).

Indicators of redox reactions. Substances whose reduced form is different in colour from the oxidized form are very often used. The first excess of oxidizing titrant just beyond the equivalence point converts the reduced form to the oxidized form, (examples benzidine or diphenylamine - they go from colourless to blue). A number of redox indicators work irreversibly, like some of the coloured substances (e.g. methyl red), which become oxidised by the first excess of oxidising agent, resulting in decomposition of the substance, manifested by decolouration. However, the reduced colour form cannot be recovered by reduction.

@@ Line 1: / Line 1: @@
-[[File:Ekvivalence.PNG|thumb|Graph of change in concentration and pH showing [[equivalence point]] at pH=7]] Jako bod ekvivalence se v chemii označuje konec titrace – stav, kdy látkové množství titračního činidla (jeho látková koncentrace vynásobená spotřebovaným objemem při titraci) je ekvivalentní látkovému množství stanovované látky.
+[[File:Ekvivalence.PNG|thumb|Graph of change in concentration and pH showing [[equivalence point]] at pH=7]] In chemistry, the equivalence point refers to the end of the titration - the point at which the amount of the titrant (its concentration multiplied by the volume consumed in the titration) is equivalent to the amount of the substance being determined.
-===Způsoby indikace bodu ekvivalence===
+===Methods of equivalence point indication===
-*'''Vizuální indikace''' – subjektivně pozorovatelná změna titrovaného roztoku vzorku, změna barvy, vznik sraženiny, fluorescence. Nejčastěji je to změna barvy vhodného barviva, '''indikátoru''', přidaného do titrovaného roztoku, ke které dojde právě při dosažení bodu ekvivalence.
+*'''Visual indication''' - subjectively observable change in the titrated sample solution, colour change, precipitate formation, fluorescence. Most often it is a change in colour of a suitable dye, indicator, added to the titrated solution, which occurs just when the equivalence point is reached.
-*'''Instrumentální indikace''' – měřená přístroji, kdy se měří některá z fyzikálních veličin titrovaného roztoku (např. vodivost roztoku, pH atd.) v závislosti na objemu přidávaného titračního činidla – opět titrační křivka. Veličina je vybrána tak, aby v bodu ekvivalence došlo k podstatné změně na této křivce (např. zlom), takže z určitého bodu této změny určíme spotřebu titračního činidla.
+*'''Instrumental indication''' - measured by an instrument, where one of the physical quantities of the titrated solution (e.g. conductivity of the solution, pH, etc.) is measured as a function of the volume of titrant added - again, the titration curve. The quantity is chosen so that at the equivalence point there is a significant change in this curve (e.g. a break), so that from some point in this change we determine the consumption of titrant.
-'''Indikátory''' jsou látky, které reagují buď se stanovovanou látkou nebo s přebytečným titračním činidlem a forma zreagovaná a nezreagovaná mají různé barvy. V bodu ekvivalence pak dochází k přeměně jedné formy na druhou. Jsou to látky podobné povahy jako titrační činidlo nebo titrovaná látka. Podle charakteru titrací, existuje celá řada různých druhů indikátorů.
+'''Indicators''' are substances that react either with the substance to be determined or with excess titrant, and the reacted and unreacted forms are different colours. At the equivalence point, one form is then converted to the other. These are substances of a similar nature to the titrant or the titrated substance. According to the nature of the titrations, there are a number of different kinds of indicators.
-'''Indikátory acidobazické''' (pro titrace kyselin a zásad). Jsou to slabé organické kyseliny nebo zásady. Forma kyselá (''HInd''), která existuje při vyšší koncentraci H<sup>+</sup> (nižším pH) má jinou barvu než forma zásaditá (''Ind<sup>-</sup>''). Indikátorová kyselina a zásada tvoří spolu konjugovaný pár s ionizační konstantou K<sub>HInd</sub>.
+'''Acid-base indicators''' (for acid-base titrations). These are weak organic acids or bases. The acidic form (HInd), which exists at a higher H+ concentration (lower pH), has a different color than the basic form (Ind-). The indicator acid and base form a conjugated pair with an ionization constant K<sub>HInd</sub>.
 :::HInd {{vratná reakce}} H<sup>+</sup> + Ind<sup>-</sup>
-Podle koncentrace iontů titrovaného roztoku se ustaluje poměr koncentrací obou forem – protolytická rovnováha
+According to the concentration of ions in the titrated solution, the ratio of the concentrations of the two forms is established - protolytic equilibrium
 :::<math>K_{HInd} = \frac{[H^+] \cdot [Ind^-]}{[HInd]}</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <math>\frac{[Ind^-]}{[HInd]} = \frac{K_{HInd}}{H^+}</math>
-Matematickou úpravou (záporným zlogaritmováním těchto vztahů) dostaneme výraz
+By mathematical modification (negative logarithm of these relations) we get the expression
 :::<math>pH = pK_{HInd} -log \frac{[HInd]}{[Ind^-]}</math>
-Při titračním stanovení, např. kyseliny odměrným zásaditým roztokem, je v titrovaném roztoku forma kyselá. Přímo v bodu ekvivalence jsou vlastně přítomny obě formy. Těsně za bodem ekvivalence kyselá forma zcela vymizí (zreaguje s přebytkem zásaditého titračního činidla na formu zásaditou). Z toho je zřejmé, že se barva indikátoru obvykle postupně mění v určitém malém rozmezí kolem bodu ekvivalence. Poměr log HInd/Ind<sup>-</sup> může nabývat během titrace hodnot přibližně od &minus;1 do +1, proto rozmezí pH barevných přechodů acidobazických indikátorů (funkční oblast) bývá do 2 jednotek pH.
+In a titration determination, e.g. of an acid by a volumetric alkaline solution, the acidic form is present in the titrated solution. In fact, both forms are present directly at the equivalence point. Just beyond the equivalence point, the acidic form disappears completely (reacts with the excess of basic titrant into the basic form). This shows that the colour of the indicator usually changes gradually over a small range around the equivalence point. The log HInd/Ind- ratio can take values from approximately -1 to +1 during the titration, therefore the pH range of the colour transitions of acid-base indicators (functional range) is usually within 2 pH units.
-Příklady acidobazických indikátorů:
+Examples of acid-base indicators:
-*'''[[Methyloranž]], funkční oblast pH 3,0–4,4; červená – oranžová;'''
+*'''Methyl orange, pH functional range 3.0-4.4; red - orange;'''
-::4-[4-(dimethylamino) fenylazo]benzen-sulfonát sodný
+::Sodium 4-[4-(dimethylamino)phenylazo]benzene sulphonate
-*'''[[Methylčerveň]], funkční oblast pH je 4,4–6,2; červená – žlutá;'''
+*'''Methyl red, functional pH range 4.4-6.2; red - yellow;'''
-::2-(4-dimethylaminofenylazo)benzoová kyselina
+::2-(4-Dimethylaminophenylazo)benzoic acid
-*'''[[Fenolová červeň]], funkční oblast pH je 6,8–8,4; žlutá – červená;'''
+*'''Phenolic red, functional pH range 6.8-8.4; yellow - red;'''
-::Fenolsulfoftalein, 3,3-bis(4-hydoxyfenyl)-sulfoftalid
+::Phenolsulfophthalein, 3,3-bis(4-hydoxyphenyl)-sulfophthalide
-*'''[[Fenolftalein]], funkční oblast pH je 8,2–10,0; bezbarvá – červenofialová;'''
+*'''Phenolphthalein, functional pH range 8.2-10.0; colourless - reddish-purple;'''
-::3,3-bis(4-hydroxyfenyl)-1(3H)-isobenzofuranon
+::3,3-bis(4-hydroxyphenyl)-1(3H)-isobenzofuranone
-Indikátory komplexometrických titrací – '''metalochromní''', jsou látky tvořící komplex se stanovovaným iontem kovu. Komplex s kovem je odlišně zbarvený než forma volného indikátoru. Před bodem ekvivalence je přítomna jen forma komplexu s kovem. Těsně před bodem ekvivalence, kdy se již v roztoku nedostávají volné ionty stanovovaného kovu, začne komplexující titrační činidlo reagovat s iontem kovu, který byl vázán do komplexu s indikátorem, a tím vytěsňuje indikátor ve volné formě.
+Indicators of complexometric titrations - '''metallochromic''', are substances forming a complex with the metal ion to be determined. The complex with the metal is coloured differently from the free form of the indicator. Only the metal complex form is present before the equivalence point. Just before the equivalence point, when free ions of the metal to be determined are no longer present in the solution, the complexing titrant begins to react with the metal ion that has been bound into the complex with the indicator, thereby displacing the free form indicator.
-Příklady metalochromních indikátorů: '''[[eriochromová čerň T]]''' (přechází z fialové na modrou), '''[[xylenolová oranž]]''' (z červené či fialové na žlutou), '''[[murexid]]''' (ze žluté či červené na fialovou).
+Examples of metallochromic indicators: '''eriochromic black T''' (going from purple to blue), '''xylenol orange''' (from red or purple to yellow), '''murexide''' (from yellow or red to purple).
-'''Indikátory srážecích titrací''' tvoří těsně za bodem ekvivalence s prvním přebytkem titračního činidla barevné sraženiny popř. rozpustné barevné komplexy, nebo mohou v důsledku adsorpce na částicích sraženiny či naopak desorpce způsobovat změnu zbarvení sraženiny nebo roztoku v bodě ekvivalence (viz [[argentometrie]], [[součin rozpustnosti]]).
+'''Precipitation titration indicators''' form coloured precipitates or soluble coloured complexes just after the equivalence point with the first excess of titrant, or may cause a change in colour of the precipitate or solution at the equivalence point as a result of adsorption on the precipitate particles or, conversely, desorption (see argentometry, solubility product).
-'''Indikátory redoxních reakcí'''. Používají se velmi často látky, jejichž redukovaná forma je barevně odlišná od oxidované formy. První přebytek oxidujícího titračního činidla těsně za bodem ekvivalence převede redukovanou formu na formu oxidovanou, (příklady '''[[benzidin]]''' nebo '''[[difenylamin]]''' – přecházejí z bezbarvé na modrou). Řada redoxních indikátorů funguje nevratně, jako některé z barevných látek (např. '''[[methylčerveň]]'''), které se prvním přebytkem oxidačního činidla zoxidují, což má za následek rozklad látky, projeví se to odbarvením. Redukcí však už nelze získat zpět redukovanou barevnou formu.
+'''Indicators of redox reactions'''. Substances whose reduced form is different in colour from the oxidized form are very often used. The first excess of oxidizing titrant just beyond the equivalence point converts the reduced form to the oxidized form, (examples '''benzidine''' or '''diphenylamine''' - they go from colourless to blue). A number of redox indicators work irreversibly, like some of the coloured substances (e.g. '''methyl red'''), which become oxidised by the first excess of oxidising agent, resulting in decomposition of the substance, manifested by decolouration. However, the reduced colour form cannot be recovered by reduction.
-===Související články===
-*[[Odměrná analýza]]
+===Related articles===
-[[Kategorie:Vložené články]] [[Kategorie:Chemie]]
+*[[Volume measurement]]
+[[Category:Inserted articles]] [[Category:Chemistry]]