background image

Grupa nr 2 

Inne reakcje 

Zaliczenie 

Potencjometryczne pomiary pH 
20.10.2011r. 

Kijak Magdalena 
Kaczorek Kamila 
Kowalik Kinga 

 

Tabela I 

 

c [mol/l] 

pH 

[H

+

[OH

-

teor. 

obl. 

H

2

5,35 

 

 

 

 

HCl 

0,1 

1,01 

9,78 · 10

-2

 

1,02 · 10

-13

 

0,98 

CH

3

COOH

 

0,1 

2,41 

3,89 · 10

-3

 

2,57 · 10

-12

 

1,34 · 10

-2

 

1,89 · 10

-2

 

H

3

PO

4

 

0,1 

2,19 

6,46 · 10

-3

 

1,55 · 10

-12

 

7,84 · 10

-2

 

6,46 · 10

-2

 

HCl – 1ml + 40ml 
wody

 

2,44 · 10

-3

 

2,62 

2,39 · 10

-3

 

4,16 · 10

-12

 

0,99 

CH

3

COOH – 1ml 

+ 40ml wody

 

2,44 · 10

-3

 

3,13 

7,41 · 10

-4

 

1,34 · 10

-11

 

8,59 · 10

-2

 

7,24 · 10

-2

 

 

Tabela II 

 

H

2

NaCl 

NH

4

Cl 

NaHCO

pH 

5,35 

6,24 

5,51 

8,92 

 

Tabela III 

 

bufor 

H

2

O + HCl 

Bufor + HCl 

Bufor + H

2

O

 

pH 

4,84 

2,23 

4,80 

4,81 

 

 

II opracowanie wyników 

Ad 1) 

a) 

Obliczenie stężenia HCl  i CH

3

COOH 

1000 cm

3

   -  0,1 mol 

1 cm

3

         -   x 

 
x = 10

-4

 mol 

c = 10

-4

/0,041 [mol/dm

3

  0,0024 mol/dm

3

 

b) 

Obliczanie stężenia jonów H

+

 w roztworach 

pH = - log[H

+

[H

+

] = 10

-pH 

 

Np. Dla HCl 
pH = 1,01 
[H

+

] = 10

-1,01

 = 

9,78 · 10

-2

 

 
Do obliczeń wykorzystujemy wartości uprzednio zmierzonego pH 

background image

c) 

Obliczanie stężenia jonów H

+

 w roztworach 

Wykorzystujemy, wartość iloczynu jonowego wody 
10

-14

 = [H

+

  [OH

-

]  

[OH

-

] = 10

-14

 /[H

+

 
Np. Dla HCl 
[OH

-

] = 10

-14

 /[H

+

] = 10

-14

 /

9,78 · 10

-2

 = 1,02 · 10

-13

 

 

d) 

Teoretyczną wartość stopnia dysocjacji  
Korzystając z uproszczonego prawa Ostwalda obliczono stopień dysocjacji roztworów 
CH

3

COOH oraz H

3

PO

 = 

 

 

 

  

 
Np. Dla HCl 
Jest to stężony mocny kwas więc za teoretyczny stopień dysocjacji przyjmujemy 1. 
 

e) 

Obliczeniowa wartość stopnia dysocjacji 

 = [H

+

]/c 

 
Np. Dla HCl 

 = [H

+

]/c = 

9,78 · 10

-2

/0,1 = 0,978 

 

Ad 2 

a) 

Zmierzone pH wody destylowanej wynosi 5,35. Woda czysta jest lekko kwaśna a 
woda destylowana ma pH około 5.8. Wynika to z faktu, że w wodzie destylowanej jest 
rozpuszczany dwutlenek węgla z powietrza. Jest on rozpuszczany do momentu aż 
jego stężenie osiągnie równowagę z jego zawartością w powietrzu. Oznacza to, że 
ilość rozpuszczona równoważy ilość przechodzącą do roztworu. Całkowita zawartość 
w wodzie zależy od stężenia w powietrzu atmosferycznym. Rozpuszczony dwutlenek 
węgla reaguje z wodą tworząc kwas węglowy. 

2 H

2

O + CO

2

 

   H

2

O + H

2

CO

3

 

  (H

3

0

+

)  + (HCO

3

-

 

Jedynie niedawno zdestylowana woda ma wartość pH około 7, ale pod 
wpływem rozpuszczanego dwutlenku węgla osiąga ona lekko kwaśne pH w 
przeciągu kilku godzin. Dodatkowo, warto wspomnieć, że pH wody ultra 
czystej jest trudne do pomiaru. Wynika to z faktu, że woda ta szybko wyłapuje 
zanieczyszczenia, np. takie jak CO

2

, co wpływa na zmianę pH; ale również ma 

on niską przewodność, co może wpływać na dokładność pomiaru pH. Na 
przykład, absorpcja tylko kilku ppm dwutlenku węgla może spowodować 
spadek pH ultra czystej wody 

do 4.5, chociaż woda ta ma nadal wysoka 

jakość.

 

b)  NaCl 

jest solą pochodzącą od mocnego kwasu i mocnej zasady. Tego typu sole 

dysocjuja na jony, których ilość nie jest ograniczona niskim stopniem dysocjacji, 
dlatego nie ulegają reakcji hydrolizy i odczyn tych roztworów jest obojętny. W naszym 
przypadku pH jest 

równe 6,24. 

background image

NaCl 

  Na

+

 + Cl

-

 

c)  NH

4

Cl jest solą słabej zasady i mocnego kwasu. 

Chlorek ten w roztworze wodnym zostaje zdecydowanie zdysocjowany na jony 
NH

4

Cl 

  NH

4

 

+

 + Cl

-

 

Nadmiar jonów amonowych z soli wchodzi w reakcję proteolityczną z wodą 
NH

4

 

+

 + H

2

  NH

3

 + H

3

0

+

 

W roztworze ustala się stan równowagi : c

H30+

 

  c

OH-

 

i odczyn roztworu będzie 

kwaśny ( w naszym przypadku 5,51). 
Obecne w roztworze jony H

3

0

+

 i Cl

-  

niełączą się ze sobą ponieważ HCl to mocny 

elektrolit i równowaga reakcji jest całkowicie przesunięta w prawą stronę. 
HCl + H

2

  H

3

0

+

 + Cl

-

 

 

d)  NaHCO

3

 

jest to wodorosól słabego kwasu i mocnej zasady. 

Sól ta ulega hydrolizie w roztworze wodnym na skutek reakcji z jonami HCO

3

-

 

spełniającymi rolę zasady a rozpuszczalnikiem (wodą), która odgrywa rolę kwasu. 
HCO

3

-

 + H

2

  H

2

CO

3

 + OH

-

 

Rolę kwasu mogą przejąć też jony HCO

3

-

 

HCO

3

-

 + H

2

  H

3

0

+

 + CO

3

2-

 

Powstające w ten sposób H

3

0

+

 

mogą się wiązać z HCO

3

-

 na niezdysocjowane 

cząsteczki kwasu H

2

CO

3

 

Wartość pH wodnego roztworu wodorosoli zależy od stały dla poszczególnych stopni 
dysocjacji kwasu. 
pH = ½ pK

1

 

+ ½ pK

2

 

Dla naszej wodorosoli: 
pH = ½ p(4,5 

  10

-7

) + ½ p(4,7 

  10

-11

) = ½ (6,35 + 10,33) = 8,34 

Tym 

czasem wynik z pomiarów to 8,92. 

Ad 3 

Roztwory buforowe to mieszaniny utrzymujące stałe pH mimo dodawania niewielkich ilości 
kwasów i zasad lub rozcieńczania roztworu wodą. 

Bufor octowy składa się z roztworu CH

3

COOH i CH

3

COONa.  

W skutek obecności duzej ilości jonów CH

3

COO

pochodzących praktycznie całkowitej 

dysocjacji octanu sodu. Równowaga dysocjacji słabego kwasu octowego jest silnie 
przesunięta w lewo. 

CH

3

COOH + H

2

  H

3

0

+

 + CH

3

COO

-

 

Dodanie do roztworu jony H

3

O

+

 

są natychmiast wiązane przez aniony octanowe działające 

jako zasada. 

H

3

0

+

 + CH

3

COO

-

 

  CH

3

COOH + H

2

(np. jony hydroniowe mogą pochodzić ze 

zdysocjowanego HCl) 

Natomiast dodanie do roztworu zasady powoduje wiazanie, w reakcji zobojętniania jonów 
OH

-

 przez obecny w roztworze kwas octowy 

CH

3

COOH + OH

-

 

  CH

3

COO

-

 + H

2

background image

Dwie ostanie reakcje w szczególności zachodzą gdy roztwór buforowy rozcieńczamy woda. 
Dlatego róznica w pH buforu na początku (4,84) nieznacznie się zmienił po dodaniu wody 
(4,81). W kontr

aście do roztworu HCl który z  1,01 (tabela I) po rozcieńczeniu pH wzrosło do 

2,23. 

Ad 4 

Zdolność substancji do dysocjacji zależy od jej polarności oraz polarności rozpuszczalnika. Im silniej 
jest spolaryzowana cząsteczka tym łatwiej  ulega ona rozpadowi na jony w rozpuszczalniku polarnym. 
Chlorowodór jest cząsteczką bardzo silnie spolaryzowaną. W wodzie praktycznie całkowicie rozpada 
się na jony i stąd w równaniu dysocjację HCl przedstawiono jako reakcję nieodwracalną, zachodzącą 
tylko w jednym kierunku, w 

kierunku tworzenia jonów H

3

O

+

 i Cl

-

 

Wysokie steżenie jonów wiąże się z 

niskim 

pH, oraz bliskiemu jedności stopniowi dysocjacji. Kwas octowy jest slabo spolaryzowaną 

cząsteczką, niewielka część cząsteczek rozpada się na jony, dlatego w przeciwieństwie do HCl kwas 
ten ma wyższe pH, oraz znacznie mniejszy od jedności stopień dysocjacji. 

Dysocjacja kwasów wieloprotonowych przebiega stopniowo. 

Poszczególnym etapom można 

przypisać cząstkowe stałe równowagi K

1

, K

2

, K

3

.....K

i

, każdy kolejny o mniejszej wartości. 

Stała 

dysocjacji pierwszego stopnia jest największa. Odłączający sie atom wodoru z dysocjacji I 
stopnia prawie całkowicie cofa dysocjacje drugiego stopnia. 

Stała równowagi całkowitej 

dysocjacji K 

jest iloczynem cząstkowych stałych równowagi K

i

.  

Dla mocnyc

h elektrolitów przyjęliśmy 

teor.

 

równe 1 (100%) . Dla tak przyjętego stopnia dysocjacji 

równowaga reakcji dysocjacji całkowicie jest przesunięta w stronę tworzenia jonów. Różnica między 

teor.

(1) i  

obl.

 (0,98) 0,1 M HCl 

oznacza, że przy danym stężeniu chlorowodór nie został całkowicie 

zdysocjowana. Lecz ilość niezdysocjowanego HCl jest nieznaczna.  

Przy spadku stężenia roztworu rozcieńczonego 

 rosnie. 

obl.

 

Co widać w przypadku nie 

rozcieńczonego (0,99) i stężonego (0,97) HCl.

 

 

Ad 4 

Roztwory i ich stałość mają duże znaczenie w procesach biochemicznych 
organizmów żywych, gdyż zachodzące procesy chemiczne wymagają ściśle 
określonych warunków. Dlatego wszystkie płyny ustroju są odpowiednio 
zbuforowane. Układami buforującymi w organizmie są układy soli węglanowych, 
fosforowych oraz ciała białkowe.  
Bardzo silnie zbuforowana jest krew, która przeciwstawia się wszelkim zmianom pH 
przy zwiększeniu w niej zawartości substancji o charakterze kwaśnym. 

Normalne pH krwi waha się w wąskich granicach pomiędzy 7,36 a 7,43. Zmiana 
stężenia jonów wodorowych poza te granice, zwłaszcza w kierunku kwaśnego 
oddziaływania prowadzi do bardzo ciężkich zaburzeń, nawet zejść śmiertelnych. 

Buforujący układ węglanowy H

2

CO

3

 / NaHCO

3

 

występujący we krwi przy pH = 7,4, 

posiada stosunek kwasu węglowego do wodorowęglanów jak 1 : 20. 

H

2

CO

3

 / NaHCO

3

 = 1 / 20 

background image

Rola buforu węglanowego w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej jest ściśle 
związana z czynnością narządu oddychania, a powstający w wyniku reakcji kwas 
węglowy jest łatwo wydalany przez płuca w postaci CO

2

 i H

2

O. 

Buforujący układ węglanowy składający się z H

2

CO

3

 i NaHCO

3

 

możemy przedstawić 

następująco; 

NaHCO

3

 

dysocjuje stosunkowo dobrze wg. równania  

NaHCO

3

 

  HCO

3

-

 + Na

+

 

natomiast kwa

s węglowy H

2

CO

3

, jako bardzo słaby kwas, dysocjuje nieznacznie, 

zgodnie z reakcją; 

H

2

CO

3

 

  H

+

 + HCO

3

-

 

Powstający w organizmie w następstwie wysiłku fizycznego kwas mlekowy jest 
silniejszym kwasem (posiada większy stopień dysocjacji) aniżeli kwas węglowy i 
dlatego w środowisku zajdzie następująca reakcja: 

CH

3

CH(OH)COOH + HCO

3

-

 + Na

+

 

  CH

3

CH(OH)COONa + H

2

CO

3

 (H

2

O + CO

2

W reakcji powstaje mleczan sodu. 

A to oznacza, że kation wodorowy pochodzący od kwasu mlekowego łączy się z 
anionem wodorowęglanowym na kwas węglowy, który praktycznie jako słaby kwas 
nie dysocjuje (rozpada się na H

2

O i CO

2

). 

H

2

CO

3

 

  CO

2

 + H

2

 

Dlatego pH środowiska się zmienia albo ulega nieznacznym zmianom. 

Nieznaczne podniesienie pH krwi (zakwaszenie) podrażnia ośrodek oddechowy i w 
następstwie obserwuje się wzmożenie oddychania. Równocześnie następuje 
usuwanie powstałego nadmiaru kwasu węglowego z krwi. Bezwzględne wartości 
kwasu węglowego i wodorowęglanu we krwi zmniejszają się, lecz nie stwierdza się 
zmiany stosunku tych związków do siebie (1 : 20) i dlatego też nie może zmienić się 
pH krwi, ponieważ; 

pH = pK

HA

 - lg(C

kw

 / C

soli

W przypadku działania substancji zasadowych reakcja zachodzi miedzy jonem 
wodorotlenowym zasady a jonem wodorowym kwasu, wskutek czego powstaje 
cząsteczka niedysocującej wody. W tej reakcji zwiększa się bezwzgledna zawartość 
wodorowęglanu, lecz do równowagi między H

2

CO

3

 / NaHCO

3

 dochodzi po pewnym 

czasie. Powstawanie z dodawanych jonów wodorotlenowych cząsteczek wody 
powoduje, że jony zasadowe nie zmieniają pH ośrodka zgodnie z reakcją; 

Na

+

 + OH

-

 + H

+

 + HCO

3

-

 

  NaHCO

3

 + H

2

background image

albo 

CO

2

 + OH

-

 

  HCO

3

-