Arkadiusz Kasprzyk, Artur Kostrzewski

IMCa

Ćwiczenia laboratoryjne z chemii.

Temat: Mieszaniny buforowe.

W celu wytworzenia i utrzymania właściwego stężenia jonów hydroniowych w roztworze stosujemy mieszaniny buforowe: są to mieszaniny słabych zasad lub kwasów z ich solami np. CH­_3­COOH i CH₃COOHNa lub NH₄OH i NH₄CL oraz mieszaniny soli słabych kwasów wieloprotonowych o różnych stopniach neutralizacji np. NaH₂PO₄ i Na₂HPO₄ lub Na₂HPO₄ i Na₃PO₄.

Mieszaniny buforowe mają określone pH, którego wartość zmienia się nieznacznie po wprowadzeniu do roztworu pewnego nadmiaru jonów H₃O­^- lub OH^-. Inaczej mówiąc, mieszaniny te wykazują „działanie buforujące”, tzn. uniemożliwiają gwałtowną zmianę pH roztworu. Podobnie rozcieńczanie czy zwiększanie stężenia roztworów buforowych nie ma wpływu na wartość ich pH. Dla buforu o charakterze kwaśnym np. CH₃COONa+CH₃COOH, stężenie jonów hydroniowych [H₃O⁺] oblicz się ze wzoru

gdzie:

K_k- stała dysocjacji słabego kwasu,

C_k- stężenie kwasu,

C_s- stężenie soli.

Mechanizm działania roztworu buforującego jest taki: po dodaniu do mieszaniny buforowej kwasu anion soli zawartej w buforze tworzy z jonem H₃O⁺ słabo zdysocjowany kwas, natomiast po dodaniu zasady jon hydroniowy kwasu zawartego w mieszaninie tworzy z jonem OH^- słabo zdysocjowane cząsteczki wody. W skutek powstania słabo zdysocjowanych cząstek kwasu i wody, pH roztworu zmienia się nieznacznie. Po dodaniu do buforu octanowego CH₃COOH i CH₃COONa kwasu solnego anion CH₃COO^- z octanu sodu tworzy z jonem H₃O⁺ kwas octowy

Po dodaniu np. wodorotlenku sodowego NaOH następuje reakcja zobojętnienia między jonami hydroniowymi z kwasu octowego a jonami hydroksylowymi z zasady

Wprowadzenie kwasu do mieszaniny buforowej powoduje wzrost stężenia słabego kwasu, wprowadzenie zasady wzrost stężenia odpowiedniej soli. Zmiany stężenia składników mieszaniny buforowej wpływają w nieznacznym stopniu na pH roztworu.

Miarą pojemności buforowej jest stosunek dodanej do roztworu ilości kwasu HCl₄ lub zasady NaOH wyrażanej w molach jonów wodorowych na 1dm³ do uzyskanej przez to zmiany pH.

Pojemność buforowa wyraża się ułamkiem. W miarę zwiększania ilości dodawanego kwasu lub zasady pojemność buforowa zmniejsza się i staje się równa zero, gdy cała zawarta w roztworze sól zmieni się w słaby kwas lub też cały słaby kwas zostanie przeprowadzony w sól.

Doświadczenie 1.

Związek chemiczny	Stosunek objętościowy roztworu
0,1 chlorek amonowy	1	1	16
0,1 wodorotlenek amonowy	16	1	1
Wartość pH	8,0	7,4	6,2
0,2 chlorek amonowy	1	1	16
0,2 wodorotlenek amonowy	16	1	1
Wartość pH	8,0	7,4	6,2

Doświadczenie 2.

Kwas octowy	1	4
Octan sodowy	4	1
Wartość pH	5,2	4,8

Doświadczenie 3.

Do probówki wlaliśmy 1/5 objętości chlorku baru i dodaliśmy 5-10 kropli kwasu solnego, a następnie wlewaliśmy małymi porcjami roztwór dwuchromianu(VI) potasu do momentu wytrącenia się osadu. Wymieszaliśmy zawartość probówki i podzieliliśmy na dwie części - pozostawiając jedną jako wzorzec. Do drugiej dodaliśmy 5 cm³ octanu sodowego. Otrzymany osad należało porównać z probówką wzorcową.

pH<7

- barwa pomarańczowa

pH>7

- barwa żółta

Pod działaniem dwuchromianu(VI) potasu na rozpuszczone sole baru wydzieliły się żółte osady: chromianu barowego
rozpuszczalnego w kwasie solnym, a nierozpuszczalnego w kwasie octowym.

Dwuchromian potasowy
z roztworów soli barwnych strącił nie dwuchromian, lecz chromian baru(VI). Wyjaśniamy to tym, że
jest bardziej rozpuszczalny od
, który rozpuszcza się bardzo trudno.

W środowisku kwasu solnego osad nie strąca się, ponieważ nadmiar jonów hydroniowych zapobiega hydrolizie dwuchromianu potasowego i wówczas stężenie jonów chromianowych jest za małe, aby nastąpiło strącenie
. Wprawdzie kwas octowy również obniża stężenie jonów
, ale nie w tym stopniu, aby przeszkodzić wydzielaniu się osadu
. Przy dużych stężeniach kwasu octowego pewne straty baru są możliwe.

Doświadczenie 4.

W zlewce o pojemności 25cm³ przygotowaliśmy bufor octanowy o składzie:CH₃COOH i CH₃COONa w składzie 1:1. Następnie rozlaliśmy go do 3 próbówek po 2cm³ i rozcieńczyliśmy je (1-dwukrotnie; 2-trzykr; 4-bez zmian). Zawartość próbówek wymieszaliśmy, a następnie dodaliśmy do każdej 5 kropli wskaźnika uniwersalnego.

Wartość pH w każdej próbówce otrzymaliśmy jednakowy.

Doświadczenie 5

Do zlewki z przygotowanym roztworem buforowym pobraliśmy po 2cm³ roztworu do czterech próbówek. Następnie dodaliśmy po 5 kropli wskaźnika uniwersalnego. Dodaliśmy do każdej próbówki kolejno po: 2,4 i 6 kropli 0,1M HCL. Wartość pH także nie ulega zmianie.

Doświadczenie 6

Do zlewki z przygotowanym roztworem buforowym pobraliśmy po 2cm³ roztworu do czterech próbówek. Następnie dodaliśmy po 5 kropli wskaźnika uniwersalnego. Dodaliśmy do każdej próbówki kolejno po 2,4 i 6 kropli 0,1M NaOH. Wartość pH także nie ulega zmianie.

---