TITRERING

Titrering innebär att man i en byrett har en lösning med en känd koncentration, som sätts till en kolv som innehåller en bestämd volym av en lösning vars koncentration skall bestämmas. Problemet kan också vara det omvända, det vill säga att man känner koncentrationen av titranden i kolven och skall bestämma titratorns styrka.

Metoden grundar sig på att en kemisk reaktion inträffar och att man till exempel med hjälp av en indikator eller något mätinstrument kan avgöra när ekvivalenta mängder har reagerat (när man nått ekvivalenspunkten). Genom att använda mätinstrument, till exempel en pH-meter, kan titreringen göras mer eller mindre automatiserad.

Titrand och titrator

Det viktigaste hjälpmedlet vid en titrering är byretten. Från en byrett låter man en lösning droppa ner till en annan lösning, som befinner sig i en bägare eller en erlenmeyerkolv (titrerkärlet). Mestadels är koncentrationen av lösningen i byretten känd. Lösningen i titrerkärlet innehåller då det ämne, vars mängd/koncentration man önskar bestämma och som reagerar med ämnet i byrettlösningen. Med hjälp av en så kallad indikator eller på annat sätt avgör man när den tillsatta mängden av ämnet i byrettlösningen svarar mot (är ekvivalent med) mängden av det reagerande ämnet i titrerkärlet. Om man känner den tillsatta lösningens koncentration och på byretten avläser den erforderliga volymen, kan man beräkna mängden av ämnet i titrerkärlet. 

Det ämne man har i byretten kallas titrator och ämnet i titrerkärlet titrand. Man bestämmer ofta titratorlösningens koncentration genom att utgå från en känd mängd titrand och tillsätta titratorlösning tills man uppnår ekvivalenspunkten. Om man avläser den erforderliga volymen av titratorlösningen, kan man beräkna dess koncentration (ofta kallad lösningens titer). Man säger att man ”ställer” titratorlösningen. 

Byretten

En byrett utgörs av ett graderat glasrör som nertill är försett med antingen en kran, vars kik kan vara av glas, teflon eller annat material. Kranar med kikar av glas skall före användningen smörjas med ett tunt lager kranfett. Man måste se till att man inte använder så mycket fett att hålet i kiken täpps till. Under titreringen bör man vid vridningen av krankiken samtidigt lindrigt trycka in den mot hylsan. Om den svagt konformade kiken aldrig så litet dras ut ur sin hylsa, uppkommer läckage. Man bör inte använda byretter med glaskran till starkt alkaliska lösningar, eftersom sådana vätskor kraftigt angriper framför allt slipade glasytor. På grund av karbonatbildning fastnar också kiken lätt. Byrettens innerväggar måste vara mycket rena. Om separata vätske-droppar stannar kvar på väggarna när vätskeytan sjunker, visar detta att byretten behöver diskas (befrias från fett). 

Fyllning av byretten

Byretten fylls lämpligen med hjälp av en tratt. Denna bör vara av plast. Då är risken liten att en bit av byrettens övre kant bräcks av. Tratten får inte sitta kvar i byretten under titreringen, eftersom en viss mängd vätska skulle då lätt kunna stanna kvar mellan trattens pip och byrettens insida och sedan långsamt rinna ner. Då byretten skall fyllas, får den givetvis inte innehålla droppar av vatten eller annan vätska, som kan förändra titratorlösningens koncentration. Om den inte är helt torr, sköljer man den ett par gånger med titratorlösningen, innan den definitivt fylls med denna. 

Utförande

Man häller så mycket lösning i byretten att den når ett stycke ovanför det översta skalstrecket. En bägare (slaskbägare) placeras under byrettens pip och man öppnar kranen så att pipen helt fylls med titratorlösningen. Ofta stannar några luftblåsor kvar i pipen. Dessa måste man avlägsna genom att låta vätskan rinna ut snabbt och stötvis. 

Avläsning av vätskeytans läge

Vid avläsningen skall ögat hållas på samma höjd som vätskemenisken. Synlinjen skall alltså träffa byretten vinkelrätt. På så sätt undviks parallaxfel. Om byrettens gradering löper runt hela röret, håller man ögat så att man just vid vätskeytan ser graderingslinjen på byrettens fram- och baksida sammanfalla. Vissa typer av byretter är baktill försedda med en lodrät blå rand, som avsevärt underlättar en korrekt avläsning. Avläsningen görs i allmänhet vid meniskens lägsta punkt. När det är fråga om mörka lösningar, till exempel permanganatlösningar, avläser man dock efter meniskens övre vågräta rand. Om byretten är graderad i 0,1 cm3, avläser man med en noggrannhet av 0,01 cm3, vilket innebär att man skattar mellan två närliggande skalstreck. Avläsningen underlättas om ett mörkt föremål hålls bakom byretten strax under menisken.

Omrörning

Själva titreringen måste alltid ske under effektiv omrörning av titrandlösningen. Bäst sker detta med hjälp av en magnetomrörare. Manuell omrörning i en erlenmeyerkolv åstadkommer man genom att svänga om kärlet. Byretten bör vara monterad så att dess pip inte befinner sig alltför högt upp. I annat fall skulle droppar av försökslösningarna kunna stänka ut. Vid titrering i en erlenmeyerkolv och alltid då man använder magnetomrörare kan man låta pipens spets befinna sig någon centimeter ner i bägaren respektive  kolven. 

Titreringshastighet

Titreringen bör inte utföras alltför snabbt. Vätska vid byrettens väggar skall hinna rinna ner. En hastighet av 1 cm3 på 5 sekunder är i allmänhet lagom. Då man närmar sig ekvivalenspunkten, tillsätter man titratorlösningen droppvis under kraftig omrörning efter varje droppe. Ifall droppar under titreringen stänkt upp på kolvens innerväggar, spolar man ner dessa med destillerat vatten. Om ekvivalenspunkten indiceras genom färgomslag, placerar man lämpligen titrerkärlet på ett vitt underlag.

Syra-bas titrering

Koncentrationen av en syra eller en bas kan bestämmas genom titrering där man tillsätter bas till syran eller omvänt. vanligen tillsätts natriumhydroxid. Vid tillsats sker följande allmänna formel:

H+  +  OH-  ⇒   H2  

När substansmängden hydroxidjoner som tillsatts är lika stor som substansmängden vätejoner i den starka syran är lösningen neutral. Vid syra-bastitreringar indiceras ekvivalenspunkten med en indikator med ett för analysen korrekt omslagsintervall. 
Titrering av svaga syror och baser och två- eller treprotoniga syror eller baser, kräver mer eftertanke vid behandlingen av mätresultaten.

Redoxtitrering

Ordet redoxtitrering säger oss att det sker en redoxreaktion. Även här indiceras ekvivalenspunkten av en indikator eller av instrument (potentiometer). De två vanligaste metoderna är titrering med permanganatjoner (MnO4-) och titrering med tiosulfatjoiner (S2O32-). Dessa kan användas för ett flertal analyser av olika joner och ämnen. Man använder lösningar av kaliumpermanganat respektive natriumtiosulfat med noggrant bestämda koncentrationer. Man kan bereda dem genom att väga upp det fasta saltet, men den färdiga lösningen måste ändå ”ställas”.  Detta innebär att man genom noggrann analys och beräkningar kontrollerar den mot en lösning av känd koncentration. Vid sådana analyser använder man rena, väl definierade föreningar. Det finns endast ett fåtal substanser som uppfyller dessa krav. Ett exempel är natriumoxalat (Na2C2O4). Man kan även bereda lösningar enkelt genom att använda en ampull som innehåller en noggrant bestämd mängd av ämnet i fråga.

Pergamanattitrering

Pergamanatjoner är bra oxidationsmedel. De har starkt violett färg. I sur lösning reduceras pergamanatjoner till mangan(II)-joner, som inte ger någon färg i utspädd lösning. Pergamanattitrering kan bland annat användas för att bestämma mängden järn(II)-joner i en lösning. Lösningen med järn(II)-joner är titrand och lösningen med pergamanatjoner, som har känd koncentration, är titrator. 
När ekvivalent substansmängd MnO4- tillsatts kommer nästa droppe med pergamanatjoner inte att ha några järn(II)-joner att reagera med. Lösningen färgas då svagt rosa. Man titrerar alltså tills man får en bestående svagt rosa färg. Ingen indikator behöver därför tillsättas. Man säger att titreringen är självindicerande.

Jodometrisk titrering

Vid jodometrisk titrering använder man natriumtiosulfatlösning. Jod reagerar med tiosulfatjoner och bildar jodidjoner och tetrationatjoner enligt formeln:

I2  +  2S2O32-   ⇒   2I-  +  S4O62-

Som indikator använder man stärkelselösning, som får blå färg med jod. Vid ekvivalenspunkten, det vill säga när all jod har förbrukats, försvinner den blå färgen. I praktiken används sällan metoden för att bestämma halten jod i ett prov. Däremot används den för astt analysera jonslag som kan oxidera jodidjoner till jod. Titreringen föregås alltså av en annan reaktion. Jodidjoner kan nämligen delta i många redoxreaktioner och då oxideras till jod. Denna jod titreras sedan med tiosulfatjoner. Här följer några exempel:

2Cu2+  +  4I-    ⇒   2CuI(s)  +  I2
Cr2O72-  +  6I + 14H+  ⇒   2Cr3+  +  3I2   +  7H2O
IO3-  +  5I + 6H ⇒   3I2   +  3H2O


(Kromatjoner och Winkler)

Fällningstitrering (Mohr-titrering)

Vi har tidigare sett att silverjoner reagerar med kloridjoner och bildar en vit fällning av silverklorid. Man kan analysera kloridinnehållet i ett prov genom att fälla ut, filtrera, torka och sedan väga silverklorid. Det är enklare att bestämma halten kloridjoner genom titrering. Problemet är att avgöra när ingen mer silverklorid fälls ut. Man använder då en indikator i form av kromatjoner (CrO42-). Tillsammans med silverjoner bildar kromatjoner en röd fällning av silverkromat (Ag2CrO4). Lösningen pH-värde måste ligga mellan 6,3 och 10,5. Om lösningen är för sur minskar indikatorns känslighet, om den är för basisk kan silverhydroxid (eller silveroxid) falla ut före silverkromatet.

Silverkromatet är mindre svårlösligt än silverkloriden. Först fälls därför silverklorid och sedan silverkromat. I praktiken upptäcker man inte den röda färgen förrän man tillsatt lite för mycket sivernitratlösning (övertitrering). Det värde man får kan man justera genom att att göra en så kallad blindtitrering. Man gör då en titrering under samma betingelser utan kloridjoner, men med till exempel lite kalciumkarbonat uppslammat i vatten. Den volym som då går åt för att få färgomslag subtraheras från den förra volymen silvernitrat.

Uträkning av salthalt i havsvatten
Diskussion om koncentrationer
Karta över salthalten längs vår kust

Kompleximetrisk titrering med EDTA

EDTA är en förkortning av etylendiamintetraacetic acid, en fyrprotonig syra med nedanstående formel och struktur. EDTA binds starkt till två- och trevärda metalljoner och så kallade EDTA-komplex bildas. Man kan antingen använda syran eller dess natriumsalt. Metalljoner som kan analyseras med EDTA-titrering är till exempel Ca2+, Mg2+, Zn2+ och Al3+.

Till varje EDTA-molekyl respektive jon binds en metalljon och det bildas ett metalljon-EDTA-komplex, kallat kelatkomplex (av grekiskans chele som betyder klo). Varje EDTA-molekyl har sex kontaktställen. Bilden visar hur molekylen slingar sig om metalljonen för att kunna utnyttja alla kontaktställena. Vid ett för varje metalljon bestämt pH-värde föreligger komplexet i så hög koncentration att fria metalljoner kan försummas. Man kan därför titrera metalljonlösningen vid detta pH-värde med EDTA-lösning av känd koncentration. 

Som indikator använder man en så kallad metallindikator, till exempel erikromsvart. Denna indikator bildar vinrött färgade komplex med kalcium- och magnesiumjoner. Då dessa komplex emellertid är svagare än EDTA-metalljon-komplexen, upplöses de vid tillsats av EDTA-lösning och lösningen får en blå färg. Indikatorn slår alltså om från vinrött till blått vid ekvivalenspunkten. Ekvivalenspunkten är något glidande för kalciumjoner men tydligare för magnesiumjoner. För att komplexbildningen och därmed titreringen skall fungera måste lösningens pH-värde vara cirka 9-10 och man tillsätter därför före titreringen en buffertlösning som har ett sådant pH-värde.

EDTA-titrering används för bestämning av vattenhårdhet. Vattnets hårdhet beror på dess koncentration av kalcium- och magnesiumjoner. Vattenhårdhet brukar anges i mmol Ca2+ eller i så kallade tyska hårdhetsgrader (°dH). En °dH motsvaras av 1 mg CaO per 100 cm3 vatten.

Du hittar mer information om vattnets hårdhet i den utmärkta boken Mäta vatten.