SPRAWOZDANIE Z BIOFIZYKI NR 5 – ćw. 3.

Wyznaczanie entalpii swobodnej reakcji dysocjacji p-nitrofenolu.

1. Wykreślić krzywą wzorcową zależności absorbancji roztworu p-nitrofenolu od jego stężenia w warunkach całkowitej dysocjacji dla długości fali 455 nm. Z wykresu krzywej wzorcowej odczytać stężenie p-nitrofenolu w poszczególnych buforach i obliczyć stopień dysocjacji dla różnych pH.

Dane do krzywej wzorcowej:

Stężenie p-nitrofenolu (mM)	Pomiar 1 (nm)	Pomiar 2 (nm)	Pomiar 3 (nm)	Średnia(nm)
0,05	0,126	0,122	0,130	0,126
0,1	0,179	0,228	0,174	0,194
0,2	0,269	0,252	0,272	0,264
0,3	0,362	0,351	0,350	0,354
0,4	0,412	0,446	0,454	0,437
0,5	0,558	0,518	0,567	0,548

Absorbancja p-nitrofenolu w buforach fosforanowych w różnym pH:

pH buforu	Pomiar 1 (nm)	Pomiar 2 (nm)	Pomiar 3 (nm)	Średnia (nm)
6,0	0,024	0,016	0,026	0,022
6,5	0,049	0,044	0,043	0,045
7,0	0,104	0,074	0,078	0,085
7,5	0,108	0,136	0,128	0,124
8,0	0,141	0,148	0,136	0,142

Za pomocą średniej odczytujemy z krzywej wzorcowej wartość stężenia p-nitrofenolu w buforach i wyliczamy stopień dysocjacji.

pH=6.0 [A-]: 0,015 mM

pH=6.5 [A-]: 0,040 mM

pH=7.0 [A-]: 0,075 mM

pH=7.5 [A-]: 0,110 mM

pH=8.0 [A-]: 0,125 mM

Obliczanie

stopnia dysocjacji:

α = $\frac{\left\lbrack A - \right\rbrack}{C}$

C = 0,5 mM (w instrukcji):

Dla pH=6.0 α = 0,015/0,5 α = 0,03

Dla pH=6.5 α = 0,040/0,5 α = 0,08

Dla pH=7.0 α = 0,075/0,5 α = 0,15

Dla pH=7.5 α = 0,110/0,5 α = 0,22

Dla pH=8.0α = 0,125/0,5 α = 0,25

1. Obliczyć stężenie jonów wodorowych w roztworach o różnym pH.

C_n= 0,5 mM roztwór p-nitrofenolu

V_n= 1 ml

pH_I= 6.0

pH_II = 6,5 pH = -log [H⁺]

pH_III = 7,0 [H⁺] = 10 ^–pH

pH_IV = 7,5

pH_V = 8,0

1. [H⁺] = 10^-6$\frac{\text{mmol}}{\text{ml}}$

2. [H⁺] = 10^-6,5$\frac{\text{mmol}}{\text{ml}}$ = 3,16 * 10^-7$\frac{\text{mmol}}{\text{ml}}$

3. [H⁺] = 10^-7$\frac{\text{mmol}}{\text{ml}}$

4. [H⁺] = 10^-7,5$\frac{\text{mmol}}{\text{ml}}$ = 3,16 * 10^-8$\frac{\text{mmol}}{\text{ml}}$

5. [H⁺] = 10^-8$\frac{\text{mmol}}{\text{ml}}$

1. Obliczyć wartość K i ΔG⁰ dla roztworów o danym pH.

T_[K]= t_[˚C] + 273,15

t= 25ºC = 298,15K

R = 8,314 $\frac{J}{mol*K}$

K = $\ \frac{\ \lbrack H + \rbrack\alpha}{1 - \alpha}$

K_6,0 = 10^-6*0,03/1-0,03 = 3,093*10^-8

K_6,5 = = 3,16 * 10^-7 * 0.08/1-0.08 = 2,748 * 10^-8

K_7,0 = 10^-7 * 0.15/1-0.15 = 1,765 * 10^-8

K_7,5 = 3,16 * 10^-8 * 0,22/1-0.22 = 8,913 * 10^-9

K_8,0 = 10^-8 * 0,25/1-0,25 = 3,333 * 10^-9

ΔG⁰= -RTlnK

ΔG⁰6,0 = -8,314 $\frac{J}{mol*K}$ * 298,15K *ln(3,093*10^-8) = 42862,598

ΔG⁰6,5 = = -8,314 $\frac{J}{mol*K}$ * 298,15K *ln(2,748*10^-8 ) = 43155, 763

ΔG⁰7,0 = = -8,314 $\frac{J}{mol*K}$ * 298,15K *ln(1,765*10^-8 ) = 44253,192

ΔG⁰7,5 = = -8,314 $\frac{J}{mol*K}$ * 298,15K *ln(8,913*10^-9 ) = 45941,257

ΔG⁰8,0 = = -8,314 $\frac{J}{mol*K}$ * 298,15K *ln(3,333*10^-9 ) = 48385,044

pH	[H^+] (mM)	[A-] (mM)	Α	K	ΔG^0
6,0	10^-6	0,015	0,03	3,093*10^-8	42862,598
6,5	10^-6,5= 3,16 * 10^-7	0,040	0,08	2,748 * 10^-8	43155, 763
7,0	10^-7	0,075	0,15	1,765 * 10^-8	44253,192
7,5	10^-7,5= 3,16*10^-8	0,110	0,22	8,913 * 10^-9	45941,257
8,0	10^-8	0,125	0,25	3,333 * 10^-9	48385,044

1. Określić zależność α i ∆G⁰ od pH.

Z powyższej tabeli wyraźnie widać zależność pomiędzy α i ∆G⁰ a pH polegającą na tym, że wraz ze wzrostem wartości pH (im pH bardziej zasadowe), α także wzrasta. Jest to skutkiem tego, że p-nitrofenol dysocjuje całkowicie w środowisku zasadowym, toteż im wyższa wartość pH, tym stopień dysocjacji trównież jest wyższy. Wzrost zasadowości środowiska wpływa na tej samej zasadzie na ∆G⁰ – im środowisko bardziej alkaliczne, tym wyższa wartość standardowej entalpii swobodnej.

1. Wnioski.

Na podstawie otrzymanych wyników ćwiczenia można wysnuć następujące wnioski:

• Roztwory przygotowane do wyznaczenia krzywej wzorcowej stosują się do prawa Lamberta-Beera, gdyż ów krzywa jest linią prostą.

• Stopień dysocjacji p-nitrofenolu przyjmuje większą wartość, im wyższa jest wartość pH środowiska (środowisko jest bardziej alkaliczne).

• Nie istnieje zależność między wartością pH a ∆G⁰ - wzrost zasadowości środowiska nie powoduje wzrostu wartości entalpii swobodnej.

• Wszystkie wartości ∆G⁰ są ujemne, co oznacza, że proces tworzenia produktów przebiega samorzutnie.

• Nie istnieje zależność między wartością pH a K - wzrost zasadowości środowiska nie powoduje wzrostu wartości stałej równowagi reakcji dysocjacji.