Sprawozdanie z laboratorium

1) SPEKTROFOTOMETRYCZNE BADANIE

RÓWNOWAG KWASOWO - ZASADOWYCH

W ROZTWORACH WODNYCH

Przemysław Stempor, sekcja 1, grupa 1, Biotechnologia, AIiE 2006-03-12

1. WSTĘP

Celem wyznaczenia stałych dysocjacji elektrolitów potrzebne są stężenia substancji będących w równowadze w roztworze. Jedną z metod jest pomiar stężenia cząstek naładowanych a następnie ze stechiometrii znalezienie wartości pozostałych stężeń. Można wówczas stosować takie techniki analityczne, jak: konduktometria, potencjometria, amperometra itd.

Inną metoda jest spektrofotometryczny pomiar absorbancji roztworu:

Spektrofotometria to technika spektroskopowa polegająca na ilościowym pomiarze absorbcji, emisji lub odbicia światła. Od zwykłej fotometrii, różni się tym, że pomiar światła obejmuje całe lub wybrane fragmenty widma elektromagnetycznego, a nie tylko pojedynczą długość światła.

W technikach spektrofotometrycznych mierzy się i porównuje intensywność poszczególnych sygnałów w kolejnych widmach spektroskopowych, natomiast w technikach spektroskopowych nie zaliczanych do spektrofotometrii pomiar wartości intensywności światła ma drugorzędne znaczenie, a ważne jest raczej występowanie i kształt sygnałów w widmach.

Pomiary spektrofotometryczne można wykonywać w całych obszarze widma świetlnego, zwykle jednak wykonuje się je w zakresie światła widzialnego i ultrafioletowego, gdyż liczba sygnałów w widmach w podczerwieni dla większości substancji jest na tyle duża, że ustawienie aparatu na dokładnie określony sygnał jest bardzo trudne.

Pomiary spektrofotometryczne wykonuje się za pomocą spektrofotometrów. Są to przyrządy pełniącę jednocześnie funkcję spektrometru i fotometru, tzn. służące do wytwarzania widm optycznych i dokonywania pomiarów fotometrycznych dla ściśle określonych długości fali światła. Zwykle spektrofotometr składa się z monochromatora z obracanym pryzmatem, co pozwala uzyskać światło monochromatyczne o danej długości fali w danym zakresie, oraz z detektora światła (fotokomórka, fotopowielacz), za pomocą którego mierzy się natężenie światła monochromatycznego wytwarzanego przez monochromator. Między monochromatorem i detektorem, na drodze światła umieszcza się przezroczystą celkę z próbką analizowanej substancji.

Źródło: http://pl.wikipedia.org

W przypadku gdy zmiana barwy zachodzi wewnątrz jednego przedziału analitycznego fal, na przykład fal widzialnych , to pomiary możemy prowadzić za pomocą jednego urządzenia np. kalorymetru. Miarą pochłaniania fal świetlnych jest absorbancja będąca z definicji logarytmem z ilorazu natężenia promieniowania przechodzącego przez roztwór gdy nie ma tam substancji absorbującej przez natężenie promieniowania jakie przeszło przez roztwór z substancją. Absorbancja powiązana jest ze stężeniem poprzez prawo Lamberta- Beera-Bouguera.

Korzystając z tych informacji i urządzenia laboratoryjnego Spektrol 11 możemy obliczyć wartości pK_a (ujemny logarytm ze stałej kwasowej) następującymi metodami:

Metoda wykreślna

log
= log
= pK_a- pH

A^o(λ₁)_A i A^o(λ₂)_B -oznaczają absorbancję roztworów początkowych zmierzone przy tak wysokim lub tak niskim pH, że w roztworze istnieją odpowiednio; tylko forma barwna A lub tylko forma barwna B

-absorbancja roztworu B przy

absorbancja roztworu A przy

Metoda rachunkowa:

Podstawiając dane uzyskane eksperymentalnie do wzoru, a następnie przekształcając go uzyskujemy wartości członu logarytmicznego oraz pK_a:

.

pK_a= -log K_a

pH= a_H⁺

2. WYKONANIE ĆWICZENIA

Przygotowujemy 5 kolb stożkowych (50ml), wlewamy za pomocą pipety 50cm³ buforu Brittona - Robinsona, a następnie dodajemy odpowiednią ilość 0,2M NaOH w celu uzyskania następujących wartości pH:

1. pH = 5,72

2. pH = 6,09

3. pH = 6,37

4. pH = 6,59

5. pH = 7,00

Przygotowujemy pH-metr w celu wyznaczenia rzeczywistej wartości pH przygotowanych wcześniej próbek:

- Uruchamiamy pH - metr i wyciągamy elektrodę zanurzoną w KCL

- Omywamy elektrodę wodą destylowana i dokładnie ją osuszamy

- Skalujemy pH-metr buforem fabrycznym

- Obmywamy elektrodę wodą destylowaną i osuszamy ją

- Po każdym pomiarze pH próbki obmywamy elektrodę wodą destylowana i osuszamy ją

Odczytujemy wyniki pomirów:

1. pH rzeczywiste pierwszej próbki pH = 6,11

1. pH rzeczywiste drugiej próbki pH = 6,31

1. pH rzeczywiste trzeciej próbki pH = 6,63

1. pH rzeczywiste czwartej próbki pH = 6,85

1. pH rzeczywiste piątej próbki pH = 7,18

Kończymy pracę z pH-metrem - elektrodę powrotem zanurzamy w KCL, wyłanczamy urządzenie

Do 5 kolb (25ml) wlewamy za pomocą pipety 1 ml próbki, a następnie uzupełniamy je do kreski buforami Brittona - Robinsona z pięciu kolejnych kolb stożkowych (50 ml) z przygotowanymi wcześniej buforami o wyznaczonych wartościach pH.

Charakter przygotowanych przez na roztworów zmiena się od kwasowego do zasadowego (pH w kolejnych kolbach jest większe) - kolor w 5 kolbach narasta od „jasnego” filetu do „ciemniego” fioletu.

Dodatkowo do 2 kolb miarowych (25ml) wlewamy za pomocą pipety 1ml próbki:

- Jedną z kolb dopełniamy zasadą (NaOH) do kreski kolby (fioletowy kolor roztworu)

- Drugą z kolb dopełniamy kwasem (HCL) do kreski kolby (słomkowy kolor roztworu)

Dokonujemy pomiaru absorbancji przygotowanych przez nas roztworów za pomocą urządzenia Spekol 11. Długości fali dla tego pomiaru wynosi λ=571 nm, próbką odniesienia jest woda. Zarówno kuwetę z wodą ( próbka pomiarową) jak i te z próbkami roztworów ustawiamy tak aby promień przechodził przez ściany przeźroczyste. Przepłukujemy drugą kuwetę wodą destylowaną i osuszamy, a następnie przepłukujemy ją roztworem z kolejnych kolb miarowych (25ml) (po każdym pomiarze). W dalszym ciągu wlewamy roztwór do kuwety, ustawiamy w przyrządzie Spektrol 11, zerujemy urządzenie dla prubki odniesienia (wody), a następnie odczytujemy absorbancje dla kolejnych próbek (czynności te powtarzamy piąć razy):

1. Dla roztworu z 1 kolby (25 ml) absorbancja wynosi 0,253

2. Dla roztworu z 2 kolby (25 ml) absorbancja wynosi 0,281

3. Dla roztworu z 3 kolby (25 ml) absorbancja wynosi 0,361

4. Dla roztworu z 4 kolby (25 ml) absorbancja wynosi 0,417

5. Dla roztworu z 5 kolby (25 ml) absorbancja wynosi 0,473

Mierzymy także absorbancje 2 przygotowanych przez nas wcześniej roztworów o charakterze kwasowym i zasadowym w taki sam sposób, jak opisano powyżej:

1. Wartość absorbancji dla roztworu kwaśnego wynosi 0,003

2. Wartość absorbancji dla roztworu zasadowego wynosi 0,622

Odnotowujemy wyniki pomiarów , wyłanczamy urządzenia i sprzątamy sprzęt laboratoryjny.

3. WYNIKI DOŚWADCZEŃ

λ = 555nm

ε_A = 48,10*10³

ε_B = 0,50*10³

Roztwór kwaśny - A = 0,003

Roztwór zasadowy - A = 0,622

T= 293,15 K

L.p.	pH badanego roztworu	Absorbancja roztworu	Wartość członu logarytmicznego	pKa
1	6,11	0,253	0,684	5,945
2	6,31	0,281	0,824	6,226
3	6,63	0,361	1,390	6,773
4	6,85	0,417	2,054	7,163
5	7,18	0,473	3,229	7,689

Wartość średnia ujemnego logarytmu stałej kwasowej wynosi : pK_{a śr=} 6,759

Wynikiem obliczeń metoda wykreślną jest wykres dołączony do sprawozdania.

4. WNIOSKI

Dzięki zastosowanu nowoczesnego sprzętu spektrofotometrycznego oraz wykorzystanu prawa Lamberta-Beera-Bouguera możliwe jest spektrofotometryczne badanie równowag kwasowo - zasadowych w roztworach wodnych. Badanie to pozwala wyznaczyć nam w sposób doświadczalny wartość stałej kwasowej. Ta metoda badania jest dosyć dokłada jednak możliwe są pewne błędy wynikające z niedokładności przygotowania roztworów.

---