Grupa Zespół	Ć w i c z e n i e n r 7	DATA:
	Równowagi pH w układach buforowych	OCENA:

Bufor - roztwór buforowy, jest to mieszania słabego kwasu lub słabej zasady i soli hydrolizującej słabego kwasu lub słabej zasady. Cecha charakterystyczna roztworu buforowego jest stałość jego pH przy dodatku niewielkiej ilości mocnego kwasu lub mocnej zasady.

Bufory charakteryzują dwie wielkości; pojemność buforowa oraz maksimum pojemności buforowej dla określonej wartości pH

Pojemność buforowa - jest to ilość moli mocnego kwasu lub mocnej zasady jaką należy dodać do 1 dm³ roztworu buforowego aby mienić jego pH o jednostkę. Pojemność buforową można określić wzorem:

(1)

Maksymalną pojemność buforową posiada roztworów o pH = pK kwasu (zasady) - stosunek stężenia soli do stężenia kwasu (zasady) wynosi 1. Pojemność buforowa zależy również od stężenia roztworu buforowego, im wyższe jest stężenie buforu, tym większa jest jego pojemność buforowa. Wynika to ze wzoru van Slyke'a:

K - stała dysocjacji kwasu

C - ogólne stężenie buforu ([HA] + [A^-])

Dla danego stężenia C maksymalna wartość pojemności buforowej (przy pH=pK_K) wyraża się uproszczonym wzorem:

(3)

Zależność pH od stężeń soli i kwasu (zasady) przedstawia poniższe równanie:

(4)

W przypadku wykreślenia zależności pH w funkcji log(C_s/C_k) otrzymamy prostą której przecięcie z osią OY da nam wartość pK kwasu

W przypadku dodania do roztworu buforowego mocnego kwasu o stężeniu C_HCL to pH roztworu buforowego wyniesie:

(5)

Zatem ΔpH po dodaniu HCl do roztworu buforowego wyniesie:

(6)

Cel ćwiczenia.

Celem niniejszego ćwiczenia jest wyznaczenie stałej dysocjacji słabego kwasu, pomiar pH roztworów buforowych, oraz określenie pojemności buforowej.

Sposób wykonania ćwiczenia:

- przygotować pehametr do pomiarów, wykalibrować go na bufor o pH 7 i pH 3

- przygotować 0,1 M roztwór CH₃COOH i 0,1 M CH₃COONa

- ze sporządzonych roztworów przygotować 12 roztworów buforowych o różnym pH

• przygotować 0,1 M roztwór HCl

• wykonać pomiary pH przygotowanych roztworów (po każdym pomiarze dokładnie opłukać elektrodę wodą destylowaną i osuszyć)

• do każdego z roztworów dodać 1 cm³ 0,1 M HCl i ponownie zmierzyć pH

• zmierzyć wartość pH dla wody destylowanej

Opracowanie wyników:

Zad. 1. Wyznaczanie stałej dysocjacji kwasu octowego.

Lp.	Cs/Ck	Vs [ml]	Vk [ml]	pH1	pH2	pH	log(Cs/Ck)
1.	1:15	2,50	37,50	3,20	3,10	3,15	-1,176
2.	1:6	5,70	34,30	3,39	3,45	3,42	-0,779
3.	1:5	6,70	33,30	3,48	3,46	3,47	-0,696
4.	1:4	8,00	32,00	3,65	3,63	3,64	-0,602
5.	1:3	10,00	30,00	3,63	3,70	3,67	-0,477
6.	1:2	13,30	26,70	3,75	3,76	3,76	-0,303
7.	1:1	20,00	20,00	4,30	4,30	4,30	0
8.	2:1	26,70	13,30	4,50	4,47	4,49	0,303
9.	3:1	30,00	10,00	4,56	4,57	4,57	0,477
10.	4:1	32,00	8,00	4,65	4,65	4,65	0,602
11.	5:1	33,30	6,70	4,71	4,68	4,70	0,696
12.	15:1	37,50	2,50	5,20	5,18	5,19	1,176

Poniższy wykres przedstawia zależność pH = f[lg(C_S/C_Kw)].

Wartość współczynnika b (przesunięcia) jest wartością pK słabego kwasu wchodzącego w skład buforu. Wartość współczynnika b oraz jego średnie odchylenie standardowe liczone jest na podstawie regresji liniowej:

b = pK = 4,1398 S_b = 0,0224

Błąd względny wynosi 0,5 %.

Na podstawie wartości pK można wyznaczyć stałą dysocjacji kwasu :

pK = -lgK

Stała dysocjacji kwasu octowego:

K = (7,25 ± 0,04)⋅10^-5

Wartość tablicowa wynosi 1,75⋅10^-5

Zad.2. Wyznaczanie teoretycznych i praktycznych wartości pH.

Lp.	Cs/Ck	pH (Bufor) dośw.	pH (Bufor) teoret.	pH1 (Bufor+HCL) dośw.	pH2 (Bufor+HCL) dośw.	pH (Bufor+HCL) dośw.	pH (Bufor+HCL) teoret.
1.	1:15	3,15	3,58	2,80	2,90	2,85	3,35
2.	1:6	3,42	3,98	3,31	3,29	3,30	3,88
3.	1:5	3,47	4,06	3,30	3,33	3,32	3,98
4.	1:4	3,64	4,15	3,45	3,44	3,45	4,08
5.	1:3	3,67	4,28	3,52	3,70	3,61	4,22
6.	1:2	3,76	4,45	3,70	3,70	3,70	4,40
7.	1:1	4,30	4,76	4,18	4,15	4,16	4,71
8.	2:1	4,49	5,06	4,37	4,37	4,37	5,01
9.	3:1	4,57	5,23	4,45	4,44	4,45	5,18
10.	4:1	4,65	5,36	4,50	4,50	4,50	5,29
11.	5:1	4,70	5,45	4,61	4,61	4,61	5,38
12.	15:1	5,19	5,93	4,95	4,97	4,96	5,78

Wartości teoretyczne pH wyznaczono korzystając ze wzorów (4) i (5).

Zad. 3. Wyznaczanie teoretycznych i praktycznych wartości ΔpH.

Lp.	Cs/Ck	pH dośw.	pH teor.
1.	1:15	0,30	0,23
2.	1:6	0,12	0,10
3.	1:5	0,16	0,08
4.	1:4	0,20	0,07
5.	1:3	0,05	0,06
6.	1:2	0,05	0,05
7.	1:1	0,14	0,04
8.	2:1	0,12	0,05
9.	3:1	0,12	0,06
10.	4:1	0,15	0,06
11.	5:1	0,09	0,07
12.	15:1	0,23	0,16

Poniższy wykres przedstawia zależność zmiany pH w zależności od składu (stosunku C_s/C_k) buforu. Jak widać minimum zmiany pH jest przesunięte nieznacznie co wskazuje iż bufor największą pojemność posiada przy nierównomolowej ilości soli i kwasu. Takie odchylenie może być spowodowane faktem, iż do przygotowania roztworów buforowych użyto kwas octowy przygotowany przez poprzedni zespół (kwas nie był dobrze zabezpieczony - brak szczelnego korka), miano kwasu mogło być inne niż podane.

Aby bufor wykazywał się minimalną zmianą pH musi spełniać warunku:

• Jak największe stężenie całkowite

• Stosunek C_s/C_K musi wynosić 1

• Wartość pH buforu musi być równa pK kwasu

W przypadku badanego buforu najmniejszą zmianę pH bufor posiada w okolicy pH = 4,5

Zad. 4. Wyznaczanie zależności pojemności buforowej od pH buforu.

Lp.	Cs/Ck	 dośw.	 teoret.
1.	1:15	0,0081	0,0105
2.	1:6	0,0203	0,0253
3.	1:5	0,0157	0,0294
4.	1:4	0,0125	0,0342
5.	1:3	0,0444	0,0407
6.	1:2	0,0444	0,0489
7.	1:1	0,0177	0,0561
8.	2:1	0,0212	0,0508
9.	3:1	0,0203	0,0435
10.	4:1	0,0163	0,0376
11.	5:1	0,0287	0,0331
12.	15:1	0,0106	0,0155

Zad. 5. Zmierzyć pH wody destylowanej.

Wartość pH wody destylowanej wynosiła 4,5, a po dodaniu 1 cm³ 0,1 M HCL - 2,75.

Wnioski

Dość znaczne odchylenia wartości doświadczalnych zarówno stałej dysocjacji jak i pojemności buforowej mogą wynikać z kilku powodów; niewłaściwego przygotowania roztworów, nienominalnego stężenia użytych kwasów (HCl), oraz błędnych wskazań urządzenia (pH-metru) pracującego przez dość krótki czas. Pewne odchylenia mogą być spowodowane zużyciem elektrody.

-1-

Wyk 2

---