Aneta Jurkiewicz

Biotechnologia I rok

Ćwiczenie nr 13: Wyznaczanie stałej dysocjacji p-nitrofenolu metodą spektrofotometrii absorpcyjnej.

1. Część teoretyczna:

Cel ćwiczenia: metodą spektroskopową wyznaczenie stałej dysocjacji słabego kwasu, którego anion i forma niezdysocjowana absorbują światło w innym zakresie oraz zbadanie zależności stopnia dysocjacji kwasu od pH roztworu.

Elektrolity dysocjują zgodnie z równaniem:

HA ↔ A^- + H⁺

Podczas dysocjacji p-nitrofenolu powstaje anion, który ma żółtą barwę. Forma niezdysocjowana p-nitrofenolu jest bezbarwne.

Stała dysocjacji na powyższą reakcję dysocjacji słabego kwasu wyraża się wzorem:

K = [A^-][H⁺] / [HA],

natomiast stopień dysocjacji:

α = [A^-] / c₀

Związek między tymi wartościami można przedstawić za pomocą wzoru:

K = (c₀ * α²) / (1-α)

Do wyznaczenia stałej dysocjacji konieczna jest znajomość stężeń jonów wodorowych oraz odpowiadającym im wartościom stopnia dysocjacji α. Jeżeli do wykonania roztworów jako rozpuszczalnika użyjemy buforów to wartość stężenia jonów wodorowych można będzie obliczyć z wartości jego pH.

Prawo Lamberta-Beera opisuje pochłanianie światła przy przechodzeniu przez częściowo absorbujący i rozpraszający ośrodek. Zgodnie z tym prawem stopień atenuacji światła jest proporcjonalny do grubości warstwy i jej własności optycznych. Prawo to jest spełnione dla monochromatycznej i skolimowanej wiązki światła. Przedstawia się wzorem:

A = ε * c * d

A - wartość absorbancji; ε – molowy współczynnik absorbancji; c – stężenie molowe substancji absorbującej; d – droga światła przez ciało

Odstępstwa od tego prawa mogą być spowodowane albo zmianami chemicznymi roztworu, zachodzącymi w miarę zmian stężenia albo warunkami pomiaru wykonanego za pomocą nie dość precyzyjnego przyrządu.

2. Część doświadczalna.

a) sprawdzenie prawa Lamberta-Beera: aby sprawdzić prostoliniowa zależność między absorbancją a stężeniem anionu należy przygotować serię roztworów p-nitrofenolu o odpowiednich stężeniach i zmierzyć ich ekstynkcję;

b) wyznaczanie stałej dysocjacji p-nitrofenolu: należy przygotować roztwory p-nitrofenolu w buforach i zmierzyć ich absorbancję.

3. Wyniki i wnioski.

L. p.	Stężenie jonu fenolanowego cA-*10^4 [mol/dm^3]	Absorbancja A
1	0,5	0,113
2	1	0,196
3	1,5	0,310
4	2	0,401
5	2,5	0,491
6	3	0,586
7	3,5	0,677
8	4	0,764
9	4,5	0,856
10	5	0,926

L. p.	pH	Absorbancja A	[H^+]mol/dm^3	α	1-α / α
1	6	0,081	0,000001	0,10	9
2	6,5	0,204	0,0000003162	0,26	2,85
3	7	0,250	0,0000001	0,32	2,13
4	7,5	0,602	0,0000000316	0,77	0,3
5	8	0,670	0,00000001	0,86	0,16
A0 = 0,782

Wykres jest względnie linią prostą, więc istnieje prostoliniowa zależność pomiędzy absorbancją a stężeniem jonu fenolanowego. Spełnia ona prawo Lamberta-Beera.

Obliczanie stopni dysocjacji α dla zbuforwanych roztworów:

α = A / A₀

Dla pH 6: α = 0,081 / 0,782

α = 0,10

Obliczanie wartości wyrażenia 1-α / α:

Dla pH 6: 1-α / α = 1- 0,10 / 0,10

1-α / α = 9

Wraz ze wzrostem stężenia jonów wodorowych stopień dysocjacji p-nitrofenolu maleje wykładniczo. Jest to spowodowane wzrostem stężenia jonów wodorowych pochodzących z roztworu, które cofają reakcję dysocjacji.

Obliczanie stałej dysocjacji p-nitrofenolu:

1/K = y₂-y₁ / x₂-x₁

f(x) = ax + b

y = 1-α / α

a = 1/K = 8622065,68

x = [H⁺]

1/K = 8622065,68

K = 1,16 * 10^-7