Numer ćwiczenia: 13	Temat ćwiczenia: Wpływ pH na pęcznienie żelatyny. Pomiar ciepła pęcznienia	Data wykonania ćwiczenia: 24.02.2014r.
				Data oddania sprawozdania: 25.02.2014r.
Grupa: A2	Góralik Monika	Nazwisko sprawdzającego: dr Joanna Lewandowska-Łańcucka
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

Wykonane ćwiczenie miało na celu zbadanie wpływu na pęcznienie żelatyny ma pH roztworu przez nią pochłanianego oraz pomiar ciepła jej pęcznienia.

2. Wykonanie.

• Do pierwszej kolby na 50 cm³ wlano odpipetowane 25 cm³ wyjściowego 1 M roztworu HCl

• Do drugiej kolby wlano tą samą ilość kwasu i dolano wody do kreski, by uzyskać roztwór
  0,5 M

• Z drugiej kolby odpipetowano 5 cm³ roztworu, wlano do trzeciej kolby i uzupełniono wodą do kreski w celu uzyskania roztworu 0,1 M - w analogiczny sposób uzyskano roztwory o stężeniach 0,01 M, 0,001 M, 0,0001 M i 0,00001 M

• 8 płytek suchej żelatyny spożywczej zważono w naczynkach pomiarowych

• Każdą z płytek żelatyny umieszczono w zlewkach z roztworami o odpowiednich stężeniach (jedną z nich umieszczono w wodzie) i pozostawiono na ok. 40 minut do spęcznienia

• W czasie pęcznienia płytek żelatyny w odpowiednich roztworach wlano do kalorymetru (termosu) taką ilość wody, by czujnik temperatury był zanurzony w niej, zamknięto naczynie korkiem z umieszczoną w nim spiralą oporową i umieszczono na mieszadle magnetycznym

• Włączono czujnik temperatury i mieszadło

• Do szklanej rurki zamkniętej od dołu korkiem wsypano 2 g odważkę żelatyny w proszku, zamknięto korkiem z otworem i wprowadzono szklany pręcik

• Rurkę z żelatyną umieszczono w otworze korka ze spiralą oporową

• Dokonano pomiaru temperatury T₁, następnie wypchnięto pręcikiem korek z rurki z żelatyną
  i dokonano pomiaru temperatury T₂

• Przez spiralę przepuszczano prąd o natężeniu 0,5 A przez 10 minut, wyłączono źródło prądu, odczekano 5 minut i odczytano temperaturę T₃

• Po upływie 40 minut od zanurzenia płytek żelatyny w roztworach wyjęto je, osuszono kawałkiem papieru i ponownie zważono

3. Wyniki.

Tabela1.: masa suchej i spęczniałej żelatyny

Nr roztworu	CHCl [mol/dm^3]	msuchej żelatyny [g]	mnapęczniałej żelatyny [g]	mpochłoniętej wody [g]
1	1,0	0,343	0,529	0,186
2	0,5	0,424	0,687	0,263
3	0,1	0,332	0,700	0,368
4	0,01	0,312	0,723	0,411
5	0,001	0,377	0,596	0,219
6	0,0001	0,305	0,465	0,160
7	0,00001	0,351	0,519	0,168
8	H2O	0,376	0,565	0,189

Temperatura pomiaru: 22,5 °C

-pomiary temperatury - do ciepła pęcznienia żelatyny

T₁=23,01 °C=296,01 K

T₂=23,09 °C=296,09 K

T₃=23,42 °C=296,42 K

4. Opracowanie wyników.

-Zależność pęcznienia od pH roztworu.

Tabela2.: pH oraz wielkości pęcznienia w poszczególnych roztworach

Nr roztworu	cHCl [mol/dm^3]	pH	wielkość pęcznienia
1	1,0	0	0,54227
2	0,5	0,3	0,62028
3	0,1	1	1,10843
4	0,01	2	1,31731
5	0,001	3	0,58090
6	0,0001	4	0,52459
7	0,00001	5	0,47863
8	0,0	7	0,50266

pH roztworu mocnego kwasu, jakim jest HCl, obliczono ze wzoru:

pH=-log[c_H+]

gdzie c_H+ to stężenie jonów wodorowych (w molach/dm³).

Wielkość pęcznienia to wielkość bezwymiarowa, obliczana ze wzoru:

gdzie m₁ to masa suchej żelatyny, a m₂ - żelatyny spęczniałej.

Wykres1.: zależność wielkości pęcznienia od pH roztworu

-Ciepło pęcznienia żelatyny - do obliczenia jego wartości jest potrzebna znajomość pojemności cieplnej (stałej) kalorymetru ze wzoru:

gdzie:

T₂ - temperatura odczytana po wypchnięciu korka z rurki z żelatyną [K]

T₃ - temperatura odczytana po przepuszczeniu prądu przez kalorymetr [K]

Q_el - ciepło wydzielone przez prąd elektryczny [J], które można obliczyć ze wzoru:

Q_el=R*I²*t

gdzie:

R - opór grzałki [Ω]

I - natężenie prądu [A]

t - czas przepływu prądu [s]

Dla zastosowanej grzałki:

R=3,2 Ω

I=0,5 A

t=600 s

Q_el=3,2*0,5²*600=480 J

Ciepło pęcznienia 1 g żelatyny można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

K - stała kalorymetru [J/K]

T₁ - temperatura odczytana przed wypchnięciem korka z rurki z żelatyną [K]

T₂ - temperatura odczytana po wypchnięciu korka z rurki z żelatyną [K]

m - masa odważki żelatyny [g], w ćwiczeniu: 2 g

5. Wnioski.

Podczas wykonanego ćwiczenia zbadano, jaki wpływ ma pH roztworu na pęcznienie żelatyny. Zauważono charakterystyczny przebieg badanej zależności. Do wartości pH=2 rosła, po czym do pH=5 malała. Po osiągnięciu tej wartości znów zaczęła ona rosnąć. Takie zachowanie żelatyny można wytłumaczyć, opierając się na teorii Proctera-Wilsona, wykorzystującą teorię równowagi membranowej Donnana. Według niej w punkcie izoelektrycznym białka wspomniana zależność przybiera minimum (dla badanej w doświadczeniu żelatyny znajduje się ok. pH=5). Podczas dodawania jonów H⁺ lub OH^- rośnie ona do pewnego punktu, po osiągnięciu którego spada
(w doświadczeniu wspomniany punkt znajduje się ok. pH=2). Powierzchnię żelatyny można potraktować jako membranę, przez którą przechodzą jony elektrolitu. W roztworze o pH niższym od punktu izoelektrycznego białka, z których składa się żelatyna, przeszły do postaci kationową RH⁺. W cieczy zewnętrznej stężenie jonów H⁺ przybiera pewną wartość x (taką samą wartość przybiera stężenie jonów Cl^-). W galarecie stężenie jonów RH⁺ wynosi z, stężenie Cl^- to y+z, a stężenie H⁺ - y. Zgodnie z teorią równowagi membranowej stężenia muszą spełniać równanie:

x²=y(y+z)

a po przekształceniu

Wskutek różnic stężeń wspomnianych jonów w roztworze i w galarecie dochodzi do powstania ciśnienia osmotycznego opisanego wzorem

P=(2y+z-2x)RT

a po podstawieniu przekształconego wzoru na równowagę membranową:

Wzrost stężenia kwasu do pewnego momentu zwiększa wartość ciśnienia osmotycznego, za czym idzie wzrost wielkości pęcznienia, jednak przy przekroczeniu pewnej jego wartości białko dysocjuje zupełnie i rośnie stężenie jedynie jonów wodorowych i chlorkowych w roztworze - wartość wielkości pęcznienia zaczyna maleć.

Doświadczenie pozwoliło również na wyznaczenie ciepła pęcznienia żelatyny - jest to ilość energii cieplnej, jaką wydziela 1 g suchej żelatyny podczas pochłaniania pewnej ilości cieczy. Obliczone na podstawie wyników uzyskanych podczas ćwiczenia wynosi 58,182 J/g.

---