SPEKTROFOTOMETRYCZNE BADANIE RÓWNOWAG KWASOWO- ZASADOWYCH W ROZTWORACH WODNYCH, sprawozdanie równowagi


Kufelin Sandra

Inżynieria chemiczna i procesowa

Grupa 1

Sekcja 8

„SPEKTROFOTOMETRYCZNE BADANIE RÓWNOWAG KWASOWO- ZASADOWYCH W ROZTWORACH WODNYCH”

LABORATORIUM Z CHEMII FIZYCZNEJ

  1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest pomiar stałej dysocjacji roztworów o określonym pH, metoda spektrofotometryczną.

  1. WSTĘP TEORETYCZNY

Według teorii Bronsteda, kwasem nazywamy taki związek, który oddaje proton i tworzy zasadę. Takie reakcje, są reakcjami odwracalnymi i otrzymana zasada przyłączając powrotem proton tworzy kwas.

Dysocjacje kwasu można przedstawić jako:

0x01 graphic

0x01 graphic

Wielkością, która charakteryzuje moc kwasu jest stała dysocjacji lub inaczej stała kwasowa:

0x01 graphic

gdzie: a, jest aktywnością poszczególnych jonów lub samego kwasu.

Zasadą w myśl tej teorii jest związek, który pobiera protony z roztworu i reakcje z zasadami są również odwracalne tak jak w przypadku kwasów.

W takim razie dysocjacje zasady przedstawiamy jako:

0x01 graphic

0x01 graphic

Stałą dysocjacji zasady wyznacza się z równania:

0x01 graphic

gdzie: a, jest aktywnością zasady i poszczególnych jonów

Możemy również wyróżnić związki, które jednocześnie wykazują zachowania charakterystyczne dla kwasu i zasady, są to amfolity. Przykładem takiego związku jest woda.

0x01 graphic

Na podstawie równań stałych dysocjacji kwasu i zasady można wyznaczyć stałą dysocjacji wody.:

0x01 graphic

W roztworach wodnych dużą trudność sprawia wyznaczenie aktywności konkretnych jonów roztworu, dlatego często stosujemy tzw. stałe mieszane (aktywnościowo- stężeniowe). Opisane są one równaniami:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Kiedy zlogarytmujemy równanie na stałą mieszaną kwasu i przyjmiemy pKa = - log ka, natomiast pH= - log aH+ otrzymujemy równanie Hasselbacha. Mówi ono o zależności mocy kwasu i pH:

0x01 graphic

Dodatkowo, stężenie równowagowe jest wartością stałą i sumą stężeń początkowych kwasu i zasady. Dlatego też, powyższe równanie możemy przedstawić jako:

0x01 graphic

Równanie pozwala na doświadczalne wyznaczenie stałej równowagi kwasowo- zasadowej danego związku, ponieważ w chwili gdy zmieniamy wartość pH zmienia się również wartość członu logarytmowanego. Jeżeli znane jest nam pH i stężenie równowagowe jednej z form barwnych możemy wyznaczyć pKa związku. Dogodną metodą pomiaru stężenia jednego z reagentów rekcji jest pomiar spektrofotometryczny absorbancji A(λ1) roztworu przy określonej długości fali światła λ1.

W przypadku słabych kwasów i zasad występuje zróżnicowanie kolorów form kwasowych i zasadowych, co pozwala nam na doświadczalne wyznaczenie równowag chemicznych metodą spektrofotometryczną oraz korzystając z prawa Lamberta- Beera.

Prawo Bouguera- Lamberta- Beera opisuje pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego przy przechodzeniu przez ośrodek absorbujący i rozpraszający. W przypadku roztworów zależne od grubości warstwy, jej właściwości optycznych oraz stężenia czynnika powodującego pochłanianie.

0x01 graphic

gdzie: ε, jest molowym współczynnikiem absorpcji przy danej długości fali; l, grubością badanej warstwy roztworu; c, jest stężeniem badanego roztworu

Pomiary absorbancji zależą od długości fali, która w trakcie wykonywania pomiarów musi mieć stałą wartość . W przeciwnym razie absorbancja jest sumą absorbancji każdego z roztworów w różnych długościach fal.

0x01 graphic

Kiedy do wzoru Hasselbacha po równanie prawa Bouguera- Lamberta- Beera otrzymujemy:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Równanie te jednak nie może być stosowane w przypadku kiedy formy barwne A i B leżą zbyt blisko siebie, ponieważ występuje wtedy częściowe pokrywanie się pasm absorpcyjnych. Zmierzona w takim razie absorbancja nie określa jednoznacznie stężenia jednej z form barwnych roztworu, jest to przypadek bardzo często spotykany w praktyce.

  1. WYKONANIE ĆWICZENIA

Aparatura:

Odczynniki:

Wykonanie:

  1. OPRACOWANIE WYNIKÓW

Wykonanie roztworów, według instrukcji stanowiskowej w kolbach 50 ml. Wlewamy X ml NaOH i uzupełniamy do kreski buforem Brittona- Robinsona.

pH

X ml NaOH

5,72

20,00

6,09

21,25

6,37

22,50

6,59

23,75

6,8

25

Wyniki pomiarów i dane podane w temacie:

λ= 594 nm

εA= 58,21·103 [dm3·mol-1·cm-1]

εB= 0 [dm3·mol-1·cm-1]

T= 298 [K]

AoA= 0,007

AoB=0,921

pH

podane w temacie

pH

zmierzone

5,72

5,4

6,09

5,8

6,37

6,1

6,59

6,45

6,8

6,73

METODA OBLICZENIOWA

0x01 graphic

0x01 graphic

do obliczenia logarytmu bierzemy bezwzględne wartości członu logarytmowanego

pH zmierzone

A

X

Log X · 10-3

pKa

5,4

0,108

-0,9914

3,75

5,40375

5,8

0,244

-0,9897

4,49

5,80449

6,1

0,379

-0,9872

5,61

6,10561

6,45

0,534

-0,9826

7,64

6,45761

6,73

0,77

-0,9565

0,193

6,73019

pKa średnie= 6,10033 → Ka= 7,94 · 10-7

METODA WYKREŚLNA

Na osi rzędnych umieszczamy wartości log X, a na osi odciętych wartości pH.

0x01 graphic

Otrzymujemy wartość pKa= 5,29 z miejsca przecięcia linii trendu z osią 0, stąd Ka= 5,13 · 10-6.

  1. WNIOSKI

Ćwiczenie polegało na pomiarze absorbancji dla serii roztworów i obliczeniu stałej dysocjacji na podstawie otrzymanych danych. W trakcie wykonywania ćwiczenia jedyną trudność sprawiało odpowiednie sporządzenie roztworów buforowych oraz obsługa pH- metru. Błędy pomiarowe mogą mieć zatem przyczynę w złym sporządzeniu buforu (za duża lub za mała) i błędnych wskazaniach pH- metru. Większym błędem może być błąd z pH - metru, ponieważ był problem z jego wyzerowaniem przed wykonaniem pomiarów. Wartość stałej dysocjacji po wykonaniu obliczeń wyniosła 7,94 · 10-7, natomiast stała dysocjacji po wykonaniu metody wykreślnej różni się nieco od tego wyniku i wynosi 5,13 · 10-6.



Wyszukiwarka