Data 26.10.1999

Wykonawcy:

Adam Maślanka

Mazur Jarosław

Grupa 5 E

Sprawozdanie 3

Temat: Wykładnik stężenia jonów hydroniowych.

Woda występująca w przyrodzie ma znaczne przewodnictwo elektryczne ze względu na obecność jonów rozpuszczonych w niej soli. Wielokrotna dysocjacja wody zmniejsza to przewodnictwo do pewnej wielkości stałej, charakterystycznej dla wody czystej. Z uwagi na właściwości chemiczne wody jest ona bardzo słabym elektrolitem amfoterycznym, ulegającym autodysocjacji według schematu

H₂O + H₂O H₃O⁺ + OH^-

Równowagę między jonami H₃O⁺ i OH^-, a niezdysocjonowaną wodą możemy wyrazić stałą równowagi autojonizacji wody

[H₃O⁺] ∙ [OH^-]

K_c =

[H₂O]²

Ponieważ stężenie czystej wody jest niewielką stałą, iloczyn

K_c[H₂O]² = K_w jest wielkością stałą i zwany jest iloczynem jonowym wody

K_w = K_c[H₂O]² = [H₃O⁺] ∙ [OH^-]

W temperaturze 298K stężenie jonów hydroniowych jest równe stężeniu jonów wodorotlenkowych i wynosi

[H₃O⁺] = [OH^-] = 1,00∙10^-7 mol/dm³

skąd

K_w = [H₃O⁺]∙[OH^-] = 1,00∙10^-14 mol/dm³

Skala pH obejmuje roztwory od pH = 0 ([H3O+] = 10 0 mol/dm3 ) do roztworów mocno alkalicznych o pH = 14 ([H3O+] = 10-14 mol/dm3), w roztworach obojętnych pH = 7. W bardziej stężonych roztworach mocnych kwasów i zasad skala pH może sięgać poza dane granice 0 i 14.

Dysocjacja elektrolityczna wody rośnie ze wzrostem temperatury.

Wskaźniki (indykatory)

Wskaźnikami nazywamy takie związki, które zmieniają swoją barwę w roztworze, w zależności od stężenia jonów hydroniwych. Wskaźniki dwubarwne zmieniają swój kolor tak w środowisku kwaśnym jak i alkalicznym, natomiast jednobarwne wskaźniki wykazują zmianę barwy tylko w jednym środowisku i do pewnej wartości pH ( np. fenoloftaleina).

Ze zmianą stężenia jonów hydroniowych w cząsteczce wskaźnika może następować przegrupowanie tautometryczne, któremu towarzyszy powstanie, lub zanik grup barwiących roztwór.

W świetle teorii Ostwalda, wskaźniki są to słabe kwasy lub zasady organiczne, których jony mają odmienną barwę niż część niezdysocjowana wskaźnika. Dal indykatora o charakterze kwasu należy zapisać proces dysocjacji w postaci równania

HInd + H₂O H₃O⁺ + Ind^-

Wzrost stężenia jonów hydroniowych przesuwa równowagę na lewo, natomiast wzrost stężenia jonów hydroksylowych przesuwa tą równowagę na prawo. Indykator o charakterze zasady będzie dysocjował według schematu

IndOH + H₂O IndH₂O⁺ + OH^-

i oczywiście forma niezdysocjowana wystąpi w środowisku alkalicznym, a forma zdysocjowana w środowisku kwaśnym.

Każdy indykator zmienia swą barwę po przekroczeniu charakterystycznych dla niego wartości pH. Zmiana ta nie występuje skokowo, lecz w pewnym przejściowym zakresie stężeń jonów hydroniowych.

Stosując różne wskaźniki można dość dokładnie wyznaczyć pH roztworu, w praktyce labolatoryjnej stosowane są często uniwersalne papierki wskaźnikowe, które po zanurzeniu w badanym roztworze zabarwiają się na odpowiedni kolor w zależności od pH roztworu. Barwę papierka porównujemy ze skalą barw znajdującą się na opakowaniu.

Część doświadczalna

Przyrządy i odczynniki: probówki w statywie, mikrołopatka; roztwory: 0,1M chlorek amonu NH₄Cl, 0,1M kwasu octowy CH₃COOH, 0,1M wodorotlenek amonu NH₄OH, 0,1M octanu sodu CH₃COONa; wskaźniki: uniwersalny papierek lakmusowy, papierki wskaźnikowe o wąskim zakresie pH, 0,1% roztwór czerwieni metylowej, 0,5% roztwór lakmusu, 0,1% alkoholowy roztwór fenoloftaleiny, 0,05% roztwór oranżu metylowego, alkoholowy roztwór wskaźnika uniwersalnego.

Doświadczenie 1

Do pięciu probówek wlać po 1/5 objętości kwasu octowego CH₃COOH, do następnych pięciu taką samą ilość roztworu wodorotlenku amonu NH₄OH. Ustawić probówki w statywie w taki sposób, aby za probówką z kwasem octowym umieszczona została probówka zawierająca roztwór wodorotlenku amonowego. Następnie do każdej pary probówek (z kwasem i zasadą) dodawać kolejno podane niżej wskaźniki:

• do pierwszej - 3 krople oranżu metylowego,

• do drugiej - 3 krople czerwieni metylowej,

• do trzeciej - 3 krople lakmusu,

• do czwartej - 3 krople fenoloftaleiny,

• do piątej - 3 krople wskaźnika uniwersalnego.

Opracowanie wyników

Nr Wskaźnik Obserwowane barwy wskaźników w probówkach Probówki z kwasem z zasadą 1 oranż metylowy czerwona pomarańczowa 2 czerwień metylowa pomarańczowa żółta 3 lakmus pomarańczowa niebieska 4 fenoloftaleina biała granatowa 5 uniwersalny pomarańczowa fioletowa

Doświadczenie 2

Do zlewki o poj. 100cm³ wlać chlorku amonowego i wodorotlenku amonowego w ilości podanej przez asystenta. Do drugiej zlewki wlać octan sodowy i kwas octowy (ilości również podaje asystent). Następnie w obu zlewkach określić pH otrzymanych roztworów za pomocą: papierków wskaźnikowych i wskaźnika uniwersalnego.

Opracowanie wyników

Roztwór kwaśny: NH₄Cl - 9,5 ml; NH₄OH - 0,5 ml

Roztwór zasadowy: CH₃COOH - 7 ml; CH₃COONa - 3ml

L.p. metody pomiarów roztwór kwaśny roztwór zasadowe

1. papierek lakmusowy obojętny różowy fioletowy

2. papierek uniwersalny o zakr. pH 1-10 4,0 8,0

3. papierki wskaźnikowe o wybr. zakr. 3,8 7,8

4. wskaźnik uniwersalny 8 4

4

---