Wykonujące ćwiczenie:
Beata Prociewicz
Anna Peplau

Sprawozdanie z ćwiczenia 1 :
Temat: Spektrofotometryczne wyznaczanie stałej dysocjacji błękitu bromotymolowego .

Prowadzący: dr Karol Krzymiński

Data wykonywania ćwiczenia : 03.12.2010r.

Podczas badania pochłaniania światła przez roztwór, ten ostatni umieszcza się w przezroczystym naczynku zwanym kuweta. Najczęściej kuweta ma przekrój prostokątny, a jej ścianki są do siebie równoległe. Jeżeli założymy, że na jedna ze ścianek kuwety pada strumień światła o natężeniu Io, to światło to zostaje częściowo odbite od powierzchni kuwety (Ir), częściowo zaabsorbowane przez substancje, rozpuszczona w roztworze znajdującym sie w kuwecie (Ia), a pozostała jego część przechodzi przez kuwetę z roztworem. Tak wiec możemy przyjąć, że:

Io = Ir + Ia + I (l)

Ponieważ kuwety są wykonane z bardzo przezroczystych materiałów (szkło lub kwarc), to odbicie światła od powierzchni kuwet jest bardzo małe i można założyć, że Ir = 0, wówczas równanie (l) można uprościć:

Io = Ia + I (2)

Z wielkości występujących w tym równaniu, zmierzyć można Io i I. Część światła, które zostało zaabsorbowane, można obliczyć z różnicy Io - I. Jest rzeczą oczywista, że pochłanianie światła zależy od grubości warstwy pochłaniającej. Podstawowym prawem formułującym te zależności jest prawo podane przez Lamberta. Zgodnie z tym prawem, warstwy takiego samego roztworu o jednakowej grubości w identycznych warunkach pochłaniają zawsze taka sama część padającego

na nie promieniowania. Prawo Lamberta wyrażamy wzorem:

I = I0 e^-al. (3)

gdzie: I - oznacza natężenie promieniowania przepuszczonego, I0 - natężenie promieniowania padającego, l - grubość warstwy absorbującej, a - współczynnik absorpcji charakterystyczny dla substancji pochłaniającej światło, e - podstawę logarytmów naturalnych.

Jednakże absorpcja światła zależy również od stężenia substancji absorbującej w roztworze. Beer, obserwując absorpcje światła przez roztwory barwne o różnym stężeniu, stwierdził, że absorpcja światła jest proporcjonalna do stężenia substancji pochłaniającej w roztworze. Zależność miedzy natężeniem światła padającego na warstwę roztworu o grubości l i stężeniu c można przedstawić wzorem:

I = I0 e^-e'cl (4)

W równaniu tym natężenie światła przechodzącego uzależnione jest od grubości warstwy pochłaniającej, od stężenia substancji pochłaniającej oraz od natężenia promieniowania padającego. Równanie to jest znane, jako prawo Lamberta- Beera.

Po przekształceniu powyższej zależności otrzymujemy:

Ln(0 I/I) = -e'cl (5)

Czyli ln( I / I o )= e'cl (6)

Wprowadzając logarytm dziesiętny otrzymujemy:

Log(I/I 0 )= ecl = A(E) (7)

Wielkość A(E) nazywamy absorpcja roztworu lub absorbancją, zaś współczynnik e - molowym współczynnikiem absorbancji, jeśli stężenie c wyrażone jest w molach/dm³.

Molowy współczynnik absorbancji można, zatem zdefiniować, jako absorpcje w warstwie 1cm roztworu o stężeniu 1 mol/dm³. Stosunek natężenia promieniowania przepuszczonego przez roztwór do natężenia promieniowania padającego nazywamy transmitancja (przepuszczalnością)

i oznaczamy przez T. Z definicji tej wynika, że:

A = -log T (8)

Prawo Lamberta-Beera odnosi sie do przypadku, gdy w roztworze znajduje sie jedna substancja absorbującą. Prawo addytywności absorpcji dotyczy przypadku, gdy w próbce znajduje sie

n różnych substancji, charakteryzujących sie odpowiednio stężeniami c1, c2, ..., cn

oraz molowymi współczynnikami absorpcji e1, e2, ..., en.

Absorpcja próbki jest wtedy równa sumie absorpcji poszczególnych składników:

A = e1lc1 + e2lc2 + ... + enlcn (9)

Prawa absorpcji w odniesieniu do roztworów są spełniane tylko wtedy, kiedy w tych roztworach nie zachodzą _żadne reakcje miedzy substancja absorbującą a rozpuszczalnikiem oraz miedzy cząsteczkami substancji absorbującej. Gdy układ absorbujący spełnia prawo Lamberta-Beera, zależność miedzy absorpcja A i stężeniem roztworu c przedstawia linia prosta, przechodząca przez początek układu współrzędnych . Odstępstwa od tego prawa mogą być spowodowane albo zmianami chemicznymi roztworu, zachodzącymi w miarę zmian stężenia, albo warunkami

pomiaru wykonanego za pomocą niedość precyzyjnego przyrządu. Chemiczne odstępstwa wynikają z reakcji przebiegających w roztworze absorbującym w miarę wzrostu stężenia składnika oznaczanego. Zachodzą wtedy reakcje polimeryzacji lub kondensacji cząsteczek lub jonów absorbujących (zmienia sie, zatem stężenie składnika), reakcje miedzy jonem (cząsteczka) absorbującym i rozpuszczalnikiem albo, w przypadku układów wieloskładnikowych, dodatkowe

reakcje miedzy poszczególnymi składnikami. Odstępstwa od prawa Lamberta-Beera wynikające ze sposobu przeprowadzania pomiaru absorpcji są spowodowane stosowaniem nie wystarczająco

monochromatycznego promieniowania. Współczynnik e zależy w istotny sposób od

monochromatyczności promieniowania, dlatego na ogół pomiary absorpcjometryczne

wykonane za pomocą fotokolorymetrów z filtrami są mniej czułe niż

pomiary za pomocą spektrofotometrów, w których wykorzystuje sie bardzo wąską,

praktycznie monochromatyczna wiązkę promieniowania.

^Długość ^fali [nm]pH	400	410,01	420,02	430,03	440,04	450,05	460,06	470,08	480,09	490,1	500,11
2	1,7740	1,9862	2,1300	2,2236	2,2014	2,0835	1,8826	1,6190	1,3281	1,0400	0,7783
4,8	0,8290	0,9335	1,0068	1,0406	1,0252	0,9637	0,8633	0,7376	0,6025	0,4709	0,3533
5,9	0,7040	0,7080	0,6739	0,6240	0,5767	0,5358	0,4972	0,4599	0,4279	0,4065	0,4013
6,9	0,5595	0,4860	0,3708	0,2588	0,1889	0,1656	0,1757	0,2077	0,2559	0,3199	0,4010
7,6	0,5479	0,4666	0,3433	0,2257	0,1538	0,1319	0,1464	0,1849	0,2406	0,3127	0,4018
8,6	0,5640	0,4806	0,3549	0,2351	0,1619	0,1402	0,1555	0,1953	0,2627	0,3265	0,4179
10	0,5721	0,4882	0,3623	0,2423	0,1688	0,1470	0,1622	0,2018	0,2591	0,3327	0,4237
^Długość ^fali [nm]pH	510,12	520,13	530,14	540,15	550,16	560,17	570,18	580,19	590,2	600,22	610,23
2	0,5586	0,3840	0,2524	0,1583	0,0949	0,0537	0,0281	0,0132	0,0045	-0,0001	-0,0026
4,8	0,2562	0,1809	0,1264	0,0902	0,0691	0,0593	0,0575	0,0612	0,0679	0,0770	0,0841
5,9	0,4154	0,4506	0,5071	0,5855	0,6844	0,8023	0,9336	1,0727	1,2201	1,3713	1,4849
6,9	0,4996	0,6178	0,7571	0,9202	1,1074	1,3184	1,5460	1,7819	2,0286	2,2763	2,4581
7,6	0,5056	0,6347	0,7823	0,9538	1,1499	1,3693	1,6063	1,8521	2,1083	2,3664	2,5538
8,6	0,5269	0,6556	0,8057	0,9801	1,1787	1,4021	1,6430	1,8931	2,1540	2,4184	2,6154
10	0,5324	0,6604	0,8097	0,9832	1,1812	1,4034	1,6429	1,8905	2,1489	2,4070	2,5976
^Długość ^fali [nm]pH	620,24	630,25	639,94	650,27	659,96	669,97	679,98	689,99	700
2	-0,0038	-0,0044	-0,0048	-0,0049	-0,0048	-0,0049	-0,0049	-0,0047	-0,0046
4,8	0,0841	0,0727	0,0529	0,0287	0,0096	-0,0043	-0,0129	-0,0169	-0,0184
5,9	1,4886	1,3295	1,0509	0,7132	0,4426	2,2482	0,1293	0,0639	0,0307
6,9	2,4631	2,2052	1,7467	1,1864	0,7359	0,4117	0,2136	0,1044	0,0479
7,6	2,5603	2,2916	1,8147	1,2319	0,7637	0,4264	0,2195	0,1051	0,0461
8,6	2,6185	2,3411	1,8543	1,2618	0,7862	0,4438	0,2346	0,1190	0,0590
10	2,6001	2,3321	1,8517	1,2626	0,7885	0,4469	0,2378	0,1225	0,0631

Tabela z pomiarami.

Obliczmy dziesiętny molowy współczynnik ekstynkcji dla wszystkich roztworów i dla wszystkich długości fali
A= ℇ∙ l∙ c
gdzie: ℇ- dziesiętny molowy współczynnik ekstynkcji; A -absorpcja; l- grubość warstwy; c- stężenie
Dzieląc A przez iloczyn lc otrzymujemy wzór:

ℇ =

^Długość ^fali [nm]pH	400	410,01	420,02	430,03	440,04	450,05	460,06	470,08	480,09	490,1	500,11
2	27675,51	30985,96	33229,32	34689,55	34343,21	32503,90	29369,73	25257,41	20719,19	16224,65	12141,97
4,8	12932,92	14563,18	15706,70	16234,01	15993,76	15034,32	13468,02	11507,02	9399,37	7346,33	5511,70
5,9	10982,84	11045,24	10513,26	9734,78	8996,88	8358,81	7756,63	7174,72	6675,50	6341,64	6260,53
6,9	8728,55	7581,90	5784,71	4037,44	2946,95	2583,46	2741,03	3240,25	3992,2	4990,64	6255,85
7,6	8547,58	7279,25	5355,69	3521,06	2399,37	2057,72	2283,93	2884,55	3753,51	4878,31	6268,33
8,6	8798,75	7497,66	5536,66	3667,70	2525,74	2187,20	2425,89	3046,80	4098,28	5093,60	6519,50
10	8925,11	7616,22	5652,10	3780,03	2633,38	2293,29	2530,42	3148,20	4042,12	5190,32	6609,98
^Długość ^fali [nm]pH	510,12	520,13	530,14	540,15	550,16	560,17	570,18	580,19	590,2	600,22	610,23
2	8714,50	5990,64	3937,59	2469,57	1480,49	837,75	438,37	205,92	70,20	-1,56	-40,56
4,8	3996,88	2822,15	1971,91	1407,17	1078,01	925,11	897,03	954,75	1059,28	1201,24	1312,01
5,9	6480,49	7029,64	7911,07	9134,16	10677,07	12516,38	14564,74	16734,79	19034,32	21393,14	23165,37
6,9	7794,07	9638,06	11811,23	14355,69	17276,13	20567,86	24118,56	27798,75	31647,43	35511,70	38347,89
7,6	7887,67	9901,71	12204,37	14879,88	17939,16	21361,93	25059,28	28893,92	32890,80	36917,32	39840,87
8,6	8219,96	10227,77	12569,42	15290,17	18388,46	21873,63	25631,83	29533,54	33603,74	37728,55	40801,87
10	8305,77	10302,65	12631,83	15338,53	18427,46	21893,92	25630,27	29492,98	33524,18	37550,70	40524,18
^Długość ^fali [nm]pH	620,24	630,25	639,94	650,27	659,96	669,97	679,98	689,99	700
2	-59,28	-68,64	-74,88	-76,44	-74,88	-76,44	-76,44	-73,32	-71,76
4,8	1312,01	1134,16	825,27	447,73	149,76	-67,08	-201,24	-263,65	-287,05
5,9	23223,09	20741,03	16394,70	11126,37	6904,83	35073,32	2017,16	996,87	478,93
6,9	38425,90	34402,50	27249,61	18508,58	11480,50	6422,77	3332,29	1628,70	747,26
7,6	39942,28	35750,39	28310,45	19218,41	11914,20	6652,10	3424,33	1639,62	719,18
8,6	40850,23	36522,62	28928,24	19684,87	12265,21	6923,55	3659,90	1856,47	920,43
10	8925,11	7616,22	5652,10	3780,03	2633,38	2293,29	2530,42	3148,20	4042,12

Współrzędne punktu izozbestycznego wynoszą : [ 500,11;6500]

Następnie korzystając z dziesiętnych molowych współczynników ekstynkcji dla długości fali 540 nm obliczamy wartości stałej dysocjacji błękitu bromotymolowego. Wartości ℇ_{HA i} ℇ_A^- obliczamy z absorpcji dla roztworów pH= 2,0 oraz pH= 10,0.

ℇ_HA = 2469,57 (pH 2 dla fali o długości 540nm)
ℇ_A- = 15338,53 (pH 10 dla fali o długości 540nm)
logK = -pH + log

K₁=1,58·10^-5
K₂=1,27·10^-6
K₃=1,30·10^-7
K₄=2,59·10^-8
K₅=2,82·10^-9
Średnia wartość stałej dysocjacji:

K_śr = 3,45·10^-6

Odchylenie standardowe:

S= 6,94·10^-6

---