Imię Nazwisko	Temat	Data wykonania	Ocena
Grupa 23, zespół 6	Równowaga pH w układach buforowych
Magdalena Klimek Marcelina Mądro Iwona Brandys Wojciech Trębacz			21.03.11

Wstęp teoretyczny.

Stała dysocjacji słabego jednozasadowego kwasu RH jest równa:

Dysocjację słabego kwasu możemy cofnąć wprowadzając do roztworu jego sól zawierającą kation mocnej zasady. Do ułatwienia obliczeń możemy przyjąć, ze stężenie anionów pochodzących z dysocjacji soli, jest całkowitą liczbą tych jonów w roztworze, ponieważ jest ono w porównaniu od ilości jonów pochodzących z dysocjacji kwasu wiele razy większe, zatem :

Natomiast stężenie wprowadzanego kwasu ze względu na bardzo mały stopień dysocjacji możemy przyjąć ze jest równe stężeniu kwasu w roztworze:

Stałą dysocjacji kwasu otrzymamy natomiast ze wzoru:

Po przekształceniu otrzymujemy:

Jak możemy zauważyć, wzór powyżej bez problemu umożliwia nam obliczenie stałej K przy znanym pH buforu i uwzględnionym stosunku
ponieważ wartość
wynosi wtedy 0 co upraszcza nasze obliczenia. Po dodaniu do buforu mocnego kwasu o stężeniu C_HCl , pH roztworu wyniesie:

Możemy zauważyć, ze przy niewielkim dodatku kwasu, pH buforu zmieni się w bardzo małym stopniu. Zawdzięczamy to cofnięciu się dysocjacji anionów kwasu, powstałych z dobrze rozpuszczalnej soli:

R^- + H⁺ = RH + H₂O

Zmianę pH po dodaniu HCl obliczymy z równania:

,

Roztwory buforowe w których stężenia C_sól=C_kwas mają najlepsze właściwości buforujące.

Wykonanie ćwiczenia.

1. Sporządzamy bufor octanowy korzystając z 0.1m CH₃COOH

i 0.1m CH₃COONa wg następującego przepisu:

Nr roztworu	CH3COOH [cm^3]	CH3COONa [cm^3]
1	1	19
2	2	18
3	3	17
4	5	15
5	7	13
6	9	11
7	10	10
8	11	9
9	13	7
10	15	5
11	17	3
12	18	2
13	19	1

2. Kalibrujemy pH - metr za wzorcowego roztworu buforowego o pH=7

3. Mierzymy pH sporządzonych roztworów buforowych.

Nr roztworu	zmierzone pH
1	3,16
2	3,39
3	3,59
4	3,98
5	4,25
6	4,49
7	4,61
8	4,71
9	4,90
10	5,16
11	5,44
12	5,63
13	5,94

Do każdego buforu dodajemy po 0,5ml 0,1 molowego roztworu kwasu solnego i mierzymy pH otrzymanych roztworów:

Nr roztworu	zmierzone pH
1	2,92
2	3,25
3	3,52
4	3,93
5	4,2
6	4,46
7	4,55
8	4,64
9	4,85
10	5,09
11	5,31
12	5,52
13	5,67

Opracowanie wyników.

Z równania linii trendu na wykresie odczytujemy wartość -lgK z którego obliczamy stała dysocjacji słabego elektrolitu CH3COOH:

-lgK = 4,5577

K = 2,77*10^-5

Obliczamy teoretyczne pH roztworów buforowych po dodaniu HCl i porównujemy z wartościami zmierzonymi oraz wykreślamy zależność pH_teor.=f(pH_dośw.).

Nr roztworu	pH teoretyczne z HCl	pH zmierzone z HCl
1	3,026841	2,92
2	3,522251	3,25
3	3,767322	3,52
4	4,07471	3,93
5	4,294205	4,2
6	4,480266	4,46
7	4,568065	4,55
8	4,654996	4,64
9	4,833424	4,85
10	5,032711	5,09
11	5,285454	5,31
12	5,457522	5,52
13	5,704425	5,67

Obliczamy ΔpH_teor. i wykreślamy ΔpH = f(-lgx)

Nr roztworu	ΔpH
1	-0,30524
2	-0,13434
3	-0,09018
4	-0,059
5	-0,04778
6	-0,04342
7	-0,04277
8	-0,04299
9	-0,04626
10	-0,05524
11	-0,07871
12	-0,10755
13	-0,18516

Wykreślamy zależność β=f(pH), gdzie

Nr roztworu	pH czystego buforu	Wartość β
1	3,16	0,00000803
2	3,39	0,000182
3	3,59	0,000272
4	3,98	0,000415
5	4,25	0,000513
6	4,49	0,000564
7	4,61	0,000573
8	4,71	0,00057
9	4,90	0,00053
10	5,16	0,000443
11	5,44	0,000311
12	5,63	0,000228
13	5,94	0,000132

Wnioski:

„Zdolność buforowania roztworu może być określona za pomocą wielkości zwanej

pojemnością buforową oznaczaną symbolem β. Pojemność buforowa jest to liczba moli

mocnej zasady lub kwasu, która musi być dodana do 1 litra roztworu, aby spowodować

zmianę pH o jednostkę. Pojemność buforowa wyraża się wzorem: β = ΔB/ΔpH”¹

Na podstawie doświadczenia możemy zauważyć, że największą pojemność buforową ma roztwór o równych stężeniach molowych kwasu i zasady, jest zatem on najlepszym buforem.

Różnice w warności pH teoretycznego a pH doświadczalnego, mogą wynikać z różnicy temperatur dla których były obliczane te wartości.

¹„MECHANIZM DZIAŁANIA ROZTWORÓW BUFOROWYCH”, Opracowała: mgr inż. Renata Gawron, Częstochowa 2005

---