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

O

-

5,35

HCl

0,1

1,01

9,78 · 10

-2

1,02 · 10

-13

1

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

1

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

O

NaCl

NH

4

Cl

NaHCO

3

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

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

4



=

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.

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

O

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

O

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

O

H

2

CO

3

+ OH

-

Rolę kwasu mogą przejąć też jony HCO

3

-

HCO

3

-

+ H

2

O

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

O

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

O

(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

O

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

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

O

albo

CO

2

+ OH

-

HCO

3

-