Τι είναι το σημείο ισοδυναμίας;

Το σημείο ισοδυναμίας είναι το σημείο σε μια χημική τιτλοδότηση —που σημαίνει μια διαδικασία προσδιορισμού της συγκέντρωσης μιας διαλυμένης ουσίας μέσω μιας επαγόμενης αντίδρασης — στο οποίο η ποσότητα της ουσίας που τιτλοδοτείται είναι αρκετά μεγάλη ώστε να αντιδράσει πλήρως με το δείγμα. Μερικές φορές αναφέρεται και ως στοιχειομετρικό σημείο. Το σημείο ισοδυναμίας μπορεί να προσδιοριστεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους χρησιμοποιώντας ενδείξεις όπως δείκτες pH, αλλαγή χρώματος, αγωγιμότητα ή κατακρήμνιση. Η συγκέντρωση ενός δεδομένου αντιδραστηρίου μπορεί να συναχθεί με την τιτλοδότηση μιας γνωστής ουσίας στο δείγμα του αντιδρώντος και την εύρεση του σημείου ισοδυναμίας της αντίδρασης.

Στη ρύθμιση τιτλοδότησης, ένα μακρύ, κυλινδρικό κομμάτι γυαλιού γνωστό ως προχοΐδα γεμίζεται σε ένα βαθμονομημένο σημάδι με έναν συγκεκριμένο όγκο του τιτλοδοτητή ή διαλύματος που πρόκειται να τιτλοδοτηθεί. Ένας συγκεκριμένος όγκος της αναλυόμενης ουσίας ή του διαλύματος στο οποίο θα στάξει ο τιτλοδοτητής, ρυθμίζεται παρακάτω. Η συγκέντρωση του τιτλοδοτητή είναι γνωστή, ενώ η συγκέντρωση της αναλυόμενης ουσίας είναι άγνωστη. Σταδιακά, η προχοΐδα αδειάζεται στο διάλυμα της αναλυόμενης ουσίας έως ότου συμβεί η αναμενόμενη αλλαγή στην αναλυόμενη ουσία, σηματοδοτώντας το σημείο ισοδυναμίας. Στο σημείο ισοδυναμίας, η ποσότητα του τιτλοδοτητή που προστέθηκε έχει πλήρως αντιδράσει με το αντιδρών στην αναλυόμενη ουσία και η συγκέντρωση του διαλύματος της αναλυόμενης ουσίας μπορεί τώρα να προσδιοριστεί.

Σε τιτλοδοτήσεις οξέος-βάσης, όπου ένα οξύ τιτλοδοτείται σε βάση ή αντίστροφα, μια ένωση δείκτη pH προστίθεται συχνά στο διάλυμα της αναλυόμενης ουσίας, έτσι ώστε το σημείο ισοδυναμίας να μπορεί να προσδιοριστεί οπτικά. Η φαινολοφθαλεΐνη είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος δείκτης pH που είναι άχρωμος σε χαμηλά επίπεδα pH αλλά γίνεται έντονο ροζ σε υψηλό pH. Το σημείο ισοδυναμίας σε μια ογκομέτρηση οξέος-βάσης που περιλαμβάνει φαινολοφθαλεΐνη θα σηματοδοτηθεί από μια ταχεία αλλαγή του χρώματος σε ροζ. Διαφορετικοί δείκτες pH χρησιμοποιούνται για την ένδειξη αλλαγών σε διαφορετικά εύρη pH ανάλογα με τις ανάγκες.

Μερικές φορές, το χρώμα της αναλυόμενης ουσίας θα αλλάξει κατά τη διάρκεια της τιτλοδότησης χωρίς τη χρήση δείκτη. Τα σημεία ισοδυναμίας των αντιδράσεων οξείδωσης-αναγωγής (οξειδοαναγωγής) μπορούν να προσδιοριστούν με αυτόν τον τρόπο, καθώς οι καταστάσεις οξείδωσης του προϊόντος και του αντιδρώντος παράγουν διαφορετικά χρώματα. Είναι επίσης πιθανό η αντίδραση τιτλοδότησης να προκαλέσει το σχηματισμό ενός ιζήματος ή στερεού. Ως εκ τούτου, η κατακρήμνιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης ισοδυναμίας, αν και το ακριβές σημείο βροχόπτωσης μπορεί να είναι δύσκολο να προσδιοριστεί.

Άλλες μέθοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό του σημείου ισοδυναμίας περιλαμβάνουν τη μέτρηση της αγωγιμότητας του διαλύματος, την απευθείας μέτρηση του pH μέσω ενός μετρητή pH και τη μέτρηση του ρυθμού μεταβολής της θερμοκρασίας. Αυτή η τελευταία διαδικασία είναι γνωστή ως θερμομετρική τιτλομέτρηση. Η θερμομετρική τιτλοδότηση κάνει χρήση του γεγονότος ότι η χημική αντίδραση μεταξύ του τιτλοδοτητή και της αναλυόμενης ουσίας θα είναι είτε εξώθερμη – απελευθερώνοντας θερμότητα – είτε ενδόθερμη – απορροφώντας θερμότητα. Ανάλογα με τη φύση της αντίδρασης, η θερμοκρασία είτε θα αυξηθεί είτε θα πέσει. Ο μέγιστος ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας στην αντίδραση είναι το σημείο ισοδυναμίας.