Построение кривых титрования в Excel

Обновлено: 05.07.2024

Построение кривой титрования
сильной кислоты и сильного основания

В этом упражнении вы создадите график изменения pH при добавлении сильной кислоты к сильному основанию. Эта кривая называется кривой титрования.

Титрование — это постепенное добавление измеренных объемов раствора известной концентрации к неизвестному веществу. Реакция достигает наблюдаемой конечной точки, где количество неизвестного рассчитывается по объему и концентрации. При кислотно-щелочном титровании химическое соотношение таково, что 1 моль H₃O + может нейтрализовать 1 моль OH - , и для определения конечной точки часто используются кислотно-основные индикаторные красители.

кислота представляет собой сильную монопротонную кислоту, подобную HCl, с молярной концентрацией = [кислота]
основание представляет собой сильное одноосновное основание, такое как NaOH, с молярной концентрацией = [Основание]
титрование проводят добавлением основания к кислоте

моль исходного H₃O + = [кислота] x L_{кислота}
моль добавленного OH - = [основание] x L_{основание}

[OH - ] = (моль добавленного OH - - моль исходного H₃O + )/л_всего
[H₃O + ] = 1 x 10 -14 /[OH - ]

Теперь пометьте ячейки в электронной таблице следующим образом:

<р>2. В столбец A введите количество добавленного основания, начиная с 0 мл и увеличивая его с шагом 5 мл до 100 мл.
3. В столбце B введите формулу для расчета pH (-log[H₃O + ]) из отрицательного логарифма столбца I.
4. В столбце C рассчитайте объем основания в литрах, создав формулу, связанную со значением в столбце A.
5. В столбце D рассчитайте объем использованной кислоты, создав формулу, связанную со значением в ячейке C4. Примечание. Эта формула не должна не изменяться при копировании в каждую ячейку столбца D.
6. В столбце E просуммируйте значения столбцов C и D.
7. В столбце F вычислите моль OH - , используя значение в ячейке C6 (которое не должно меняться при копировании в каждую ячейку) и объем (в литрах) в столбце C.
8. В столбце G рассчитайте исходный моль H₃O +, используя значение в ячейке C5 (которое не должно меняться при копировании в каждую ячейку) и объем (в литрах) в столбце D.
9. В столбце H рассчитайте исходный моль H₃O +, используя значение в ячейке C5 (которое не должно меняться при копировании в каждую ячейку) и объем (в литрах) в столбце D.
10. В столбце I рассчитайте [H₃O + ] путем деления количества молей H₃O + (столбец H) на общий объем (столбец E).
11. В столбце J рассчитайте [OH - ] по формуле K_w.
12. Скопируйте эти формулы в каждую колонку, пока не дойдете до строки, где мл основания = мл кислоты. В этот момент приведенные выше формулы больше не работают, потому что конечная точка достигнута. В полученных 100 мл нейтральной воды будет 1 x 10 -8 моль H₃O +, поэтому введите это значение вручную в ячейку H20.

добавить ряды между объемами 45 и 50, а также 50–55 мл.
добавление объемов базы с меньшим шагом, чем 5 мл.
копируя соответствующие формулы в ячейки.

Когда таблица вас устроит, распечатайте график.
19. Сравните свой график с кислотно-щелочными индикаторными красителями и определите, какие индикаторы будут приемлемыми, исходя из идеи, что индикатор должен изменить цвет вблизи точки эквивалентности реакции. Из-за быстрого изменения рН вблизи точки эквивалентности несколько индикаторов должны давать практически одинаковые результаты.

Люблянский университет, Факультет химии и химической технологии, Večna pot 113, Любляна 1000, Словения

История публикаций

Получено 31 августа 2020 г.
Пересмотрено 28 декабря 2020 г.
Опубликовано в Интернете 18 января 2021 г.
Опубликовано в выпуске от 9 марта 2021 г.

Просмотры статей

Альтметрия

Цитаты

Просмотры статей — это сумма загрузок полных текстов статей с ноября 2008 года (как в формате PDF, так и в формате HTML) в соответствии со СЧЕТЧИКОМ для всех организаций и частных лиц. Эти показатели регулярно обновляются, отражая использование за последние несколько дней.

Цитирование — это количество других статей, цитирующих эту статью, подсчитываемое Crossref и ежедневно обновляемое. Узнайте больше о подсчете цитирований Crossref.

Аннотация

Рабочая тетрадь Microsoft Excel была разработана для упрощения количественного анализа экспериментально измеренных кривых титрования дипротонных и трипротонных аминокислот, таких как глицин, аргинин, гистидин и глутамат. Учащиеся выполняют титрование, вводят данные в рабочий лист и вручную корректируют полученные значения pK_a для достижения наибольшего соответствия между экспериментальными и расчетными кривыми титрования. В то же время студенты могут наблюдать изменения на диаграмме видообразования, которая иллюстрирует переходы различных протонированных молекулярных частиц во время титрования. Благодаря сочетанию графической визуализации и анализа, поддерживаемого компьютерным программным обеспечением, студенты изучают наиболее важные аспекты равновесия протонирования растворов аминокислот. Полученные знания могут послужить основой для понимания поведения более сложных полипротонных кислот в водном растворе и величин pK_a аминокислотных остатков в белках.

Введение

Перенос протона в водных системах играет фундаментальную роль во многих биохимических процессах, таких как катализ ферментов, (1–3) конформационные изменения макромолекул, (4–6) поддержание градиентов рН в клеточных компартментах, (7) образование некоторые неканонические структуры ДНК, (8) и другие. Определение значений pK_a биологических молекул может быть выполнено экспериментально с использованием методов FTIR, ЯМР или рамановской спектроскопии. (9−15) В некоторых случаях значения pK_a могут быть получены с использованием различных математических моделей. (16−22) Все эти методы слишком сложны, чтобы их могли применять студенты программ бакалавриата и магистратуры. Концептуально и экспериментально более доступным подходом является выполнение титрования отдельных аминокислот (23,24) для определения значений pK_a их функциональных групп. Простые кривые титрования часто регистрируются во время исследования в большинстве химических и биохимических программ, но титрования аминокислот, считающихся слабыми кислотами, встречаются довольно редко. В отличие от монопротонных кислот количественное определение значений pK_a полипротонных аминокислот не является тривиальной задачей. По этой причине студентам обычно рекомендуется проводить полуколичественный анализ кривых титрования с использованием графического метода, когда они знакомятся с основными характеристиками кривых титрования, такими как области буферизации и изоэлектрические точки. Естественно, вторым, более продвинутым шагом является точный количественный анализ всей кривой титрования, который укрепит понимание учащимися равновесия протонирования. Такой количественный анализ связывает математическое описание и использование компьютерного программного обеспечения с экспериментальными данными и, следовательно, может значительно улучшить понимание этих тем. Доступны графическое моделирование кислотно-щелочного рН-титрования с использованием компьютерных таблиц и приложений для образовательных целей. (25−30) Теоретическое описание кривых титрования с помощью прямого одиночного выражения в замкнутой форме без допущений и сегментаций (разбиения кривой титрования на два или более сегментов) обычно проблематично, поскольку требует решения многочлена высокого порядка. (27,31) Были предложены менее сложные подходы к подгонке данных, основанные на косвенных методах с использованием упрощенных допущений или функций, не имеющих прямого физического значения. (32−35) Однако, насколько нам известно, в настоящее время нет простых инструментов для студентов, которые сочетали бы графическое моделирование, теоретическое описание и подбор данных для титрования аминокислот.

Здесь мы представляем лабораторный эксперимент, который включает титрование аминокислот с последующим количественным анализом кривых титрования с использованием макросов Excel VBA, реализованных в рабочей тетради, разработанной для этой цели. Вкратце, студенты сначала проводят рН-титрование глицина и одной трипротонной аминокислоты, например, глутаминовой кислоты, гистидина или аргинина. Затем экспериментальные данные вводятся в электронную таблицу, где учащиеся могут определить значения pK_a, выполнив «визуальную подгонку». Чтобы учащиеся связывали изменения состояния протонирования на молекулярном уровне с рН раствора, в рабочей тетради создаются диаграммы состава аминокислот, которые показывают, как различные состояния протонирования меняются в ходе титрования. Лабораторное задание и ожидания студентов перечислены во вспомогательной информации (SI), которая также обеспечивает возможную стратегию дальнейшего обсуждения результатов в контексте равновесий протонирования белка. Описанный эксперимент мы включаем в практический лабораторный курс для студентов первого года обучения в магистратуре по биохимии.

Теоретическая основа

Двуосновная аминокислота

Глицин является простейшей аминокислотой и ведет себя как слабая дипротонная кислота в водных растворах.Когда разница между значениями pK_a достаточно велика (более 2 единиц pK_a), можно предположить ступенчатую диссоциацию протонов от аминокислоты при титровании основанием. (23) Пошаговую модель нельзя применить ко всем аминокислотам; например, в случае цистеина и тирозина значения pK_a слишком похожи. (23,36,37) Упрощенное равновесие протонирования между частицами глицина можно представить, как показано на схеме 1. На этой схеме K₁ и K i>₂ представляют собой константы равновесия для каждой стадии диссоциации, а H₂G + , HG и G – обозначают частицы, участвующие в этой реакции. Когда аминокислоту получают в растворе сильной кислоты, например, HCl, исходное состояние является полностью протонированным, то есть H₂G + . В этом случае при последующих добавлениях титранта, например NaOH, вся кривая титрования глицина получается, как показано ниже. Каждая ступень или константа диссоциации связана со следующими выражениями равновесия (1)

Схема 1

a Константы равновесия K₁ и K₂ обозначают равновесия между частицами с разным протонированием, как показано их молекулярные структуры.

Теперь представлены наиболее важные уравнения из вывода окончательных явных выражений, используемых для расчета кривых титрования аминокислот. Полный вывод, выполненный по аналогии с работой де Леви (31), представлен в СИ. Общая концентрация глицина в растворе постоянна и может быть выражена как (2) Если мы заменим две последние концентрации выражениями из уравнения 1, получим (3) Теперь определим молярную долю H_{2< /sub>G + as (4) Аналогичным образом мы можем получить молярные доли для двух других соединений (5) (6) Выражение для электронейтральности раствора во время титрования имеет вид (7), которое также можно записать в виде (8 ), где c_NaOH — концентрация ионов натрия из титранта (NaOH), K_w — ионная произведение воды, а c_HCl — концентрация ионов хлора в растворе. Подставив выражения для дробей в уравнении 6 на уравнение 4 и изменив уравнение, мы получим окончательное выражение, которое представляет собой многочлен четвертой степени (9), где [H + ], K< sub>1} и K₂ — неизвестные. Затем необходимо определить корни полинома (значения [H + ] между 0 и 1) для каждого добавления титранта и с учетом предполагаемых значений K₁ и К₂. Это может быть достигнуто различными методами. В нашем случае мы используем деление пополам, которое было реализовано в коде VBA этой книги Excel (см. SI).

Трипротонная аминокислота

Здесь мы обсуждаем глутаминовую кислоту как пример аминокислоты с тремя титруемыми группами. В водном растворе глутаминовая кислота ведет себя как слабая трипротонная кислота. Равновесие между видами показано на схеме 2, где K₁, K₂ и K ₃ — константы равновесия для каждой стадии диссоциации. По аналогии с глицином мы можем получить окончательный полином, который теперь имеет пятую степень и может использоваться для аминокислот, несущих положительно заряженные группы боковой цепи (10), где K_{3< /sub> — дополнительное неизвестное. В случае отрицательно заряженной группы боковой цепи полином имеет немного другую форму, представленную в SI.}

Схема 2

a Константы равновесия K₁, K₂ и K< sub>3 обозначают равновесия между частицами с разным протонированием, как показано их молекулярными структурами.

Зарегистрированный пользователь Регистрация 27.01.2012 Местоположение Гонконг MS-Off Ver Excel 2010 Сообщения 5

Объединить 2 графика?

Мне нужно создать кривую титрования буфера с двумя наборами данных
как я могу объединить графики A и B, чтобы получить график C?

Участник форума Дата регистрации 24.01.2012 Расположение Лондон MS-Off Ver Excel 2007 Сообщений 552

Зарегистрированный пользователь Регистрация 27.01.2012 Местоположение Гонконг MS-Off Ver Excel 2010 Сообщения 5

Гуру форума Дата регистрации 13 апреля 2005 г. Местоположение Северная Америка MS-Off Ver 2002/XP и 2007 Сообщений 14 052

Сколько бы я ни построил кривых титрования, я должен верить, что это возможно. К сожалению, я не могу загрузить файл примера, поэтому не вижу, с чего вы начинаете.

Я предполагаю, что вы начинаете с двух таблиц, соответствующих двум кривым титрования. Обычно самый простой способ объединить два графика — это построить третью таблицу, которая добавляет второй набор данных к первому набору данных, а затем использовать эту третью таблицу для построения графика.

Участник форума Дата регистрации 24.01.2012 Расположение Лондон MS-Off Ver Excel 2007 Сообщений 552

Зарегистрированный пользователь Регистрация 27.01.2012 Местоположение Гонконг MS-Off Ver Excel 2010 Сообщения 5

Гуру форума Дата регистрации 10.05.2004 Расположение Эссекс, Великобритания MS-Off Ver O365 Сообщений 20 038

Построить ряд 2 в виде разброса xy, а не в виде линии

Вам нужно будет изменить значения x на отрицательные.

Зарегистрированный пользователь Регистрация 27.01.2012 Местоположение Гонконг MS-Off Ver Excel 2010 Сообщения 5

Спасибо за помощь, Энди, мне нужен именно этот график.
но есть большая проблема, моя ось абсцисс - нет. мл добавленного химиката, которые никогда не могут быть отрицательными значениями,
поэтому можно ли не изменять значения x, чтобы получить этот график?

и у меня есть дополнительный вопрос. Могу ли я настроить некоторые пунктирные линии, как показано в приложении, чтобы найти соответствующие значения x, y?
Задача 2.jpg

Гуру форума Дата регистрации 13 апреля 2005 г. Местоположение Северная Америка MS-Off Ver 2002/XP и 2007 Сообщений 14 052

Я согласен с Энди использовать точечную диаграмму. Однако, поскольку оба набора данных начинаются с 0, их невозможно построить так, как вы хотите, без изменения значений x хотя бы для одного из наборов. Похоже, что одно титрование проводилось с добавлением кислоты, другое — с добавлением основания. Поскольку данные «начинаются» в «середине» и работают с обоими концами, идея Энди сделать один набор отрицательным имеет для меня смысл. Если вы предпочитаете не иметь отрицательных значений, вам нужно изменить x-данные, чтобы окончательный набор данных больше выглядел так, как будто кто-то начал с одного конца и титровал с другого. Не должно быть сложнее, чем функция сложения.

Обычно, когда я устанавливаю такого рода "прицелы" для определения точки на графике, я обычно просто наношу дополнительный ряд с тремя точками:
0 y
xy
x 0

Свяжите ячейки x и y с парой ячеек, где я могу вручную ввести x и y, а перекрестие можно разместить там, где я хочу.

Хорошо структурированный урок, включающий начальное задание, рабочие задания AfL и общее задание с ответами, включенными в кривые нейтрализации и титрования. К концу этого урока учащиеся должны уметь: Интерпретировать кривые титрования сильных и слабых кислот, сильных и слабых кислот. основанияПостроение кривых титрования сильных и слабых кислот, сильных и слабых оснований

Индикаторы рН и кривые титрования

Хорошо структурированный урок, включающий начальное задание, рабочие задания AfL и общее задание с ответами, включенными в индикаторы pH и кривые титрования. К концу этого урока учащиеся должны уметь:1. Объяснить изменение цвета индикатора смещением равновесия между HA и А-формами индикатора2. Объяснить выбор подходящих индикаторов с учетом диапазона рН индикатора3. Чтобы описать эксперимент по построению кривой титрования

Построение кривой титрования: ДВЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ для расчета pH (для AP Chem)

Эти рабочие листы требуют, чтобы учащиеся рассчитали pH слабой кислоты в четырех точках во время титрования сильным основанием (начало титрования, в точке полуэквивалентности, в точке эквивалентности и после точки эквивалентности). и используйте эти точки для построения графика.Уникальное преимущество этих рабочих листов заключается в том, что они позволяют учащимся практиковать сложные математические операции, а также концептуально связывают математику с кривой титрования. Они также помогают учащимся понять эквивалент

Практика кривых титрования

31 практическая задача и 8 графиков с кривыми титрования. Учащиеся будут использовать различные кривые титрования комбинаций сильных и слабых кислот и оснований, чтобы ответить на вопросы, касающиеся концентрации, типа реакции, отношения pKa и pH, концентрации ионов и т. д. Документ можно редактировать, добавляя, удаляя или изменяя вопросы в соответствии с требованиями. ваш урок. Даются ответы и решения. Графики были созданы в Excel с использованием данных титрования, а некоторые из них были нарисованы вручную с использованием MS Word. Рисованная гра

Кривые кислотно-щелочного титрования с помощью pH Meter Labs

В этих лабораториях, основанных на зондовом оборудовании, студенты будут выполнять титрование с помощью бюреток и датчиков pH, чтобы наблюдать различия в кривых титрования между сильными и сильными, сильными и слабыми кислотами и основаниями. Учащимся также поручено наблюдать за кривой титрования дипротоновой кислоты H2OS4. Необходимые материалы: HCl, H2SO4, KHP, NaOH, уксус, фенолфталеин, бюретки, pH-зонды с компьютерным интерфейсом, градуированные цилиндры, стаканы на 100 мл и 250 мл. Электронные колбы и магнитные мешалки делают лабораторию намного лучше

Химия — интерпретация кривых титрования в PowerPoint

Это оригинальная программа PowerPoint, разработанная для удовлетворения потребностей учащихся на моих уроках химии в интерпретации кривых рН. Я не вдаюсь в математику производных, но показываю, почему первая и вторая производные более точны, чем графический метод интерпретации результатов титрования.

Кривая титрования в Google Формах

31 практическая задача и 8 графиков с кривыми титрования с использованием Google Forms. Учащиеся будут использовать различные кривые титрования комбинаций сильных и слабых кислот и оснований, чтобы ответить на вопросы, касающиеся концентрации, типа реакции, отношения pKa и pH, концентрации ионов и т. д. Форму можно редактировать, добавляя, удаляя или изменяя вопросы в соответствии с требованиями. ваш урок. Графики являются установленными изображениями и не могут быть изменены. Даются ответы. Графики были созданы в Excel с использованием данных титрования и

Расчеты титрования и кривые с ключом

Целью этого задания является определение концентрации и крепости неизвестного раствора HCl. Студентам будет предоставлена справочная информация о титровании. Учащимся будут представлены данные титрования 0,10 М раствора NaOH неизвестной концентрацией HCl. Они будут использовать предоставленные данные для построения кривой титрования, расчета концентрации HCl и написания заключительного абзаца на основе своей гипотезы. Предоставляется ключ для расчетов и кривая

Читайте также:


Как выделить треугольную область в фотошопе

Программа для перепрошивки Subaru

Как разблокировать пользователя на сервере разногласий

Как рассчитать сложные проценты в Excel

Что такое запись биографии