Zespół 6 Grupa 34	Sprawozdanie 4	Data: 16.11.2000
Smuła Joanna Makara Joanna Piotr Nylecki	Równowagi w roztworach buforowych

1. Wstęp teoretyczny.

Roztworami buforowymi nazywa się roztwory słabego kwasu i jego soli z mocną zasadą oraz słabej zasady i jego soli z mocnym kwasem, wykazujące stałe stężenie jonów wodorowych, które praktycznie nie ulega zmianie podczas rozcieńczania lub po dodaniu niewielkich ilości mocnych kwasów lub zasad (mniejszych od ilości stechiometrycznych w stosunku do składników buforu). Roztworami mogą być również roztwory soli kwasów wieloprotonowych (K₂HPO₄, Na₂HPO₄). Według teorii protonowej, roztwory buforowe są to układy zawierające sprzężoną parę kwas - zasada, których stężenie analityczne są wystarczająco duże i mogą być zmieniane niezależnie od siebie.

Roztwory buforowe zachowują podczas rozcieńczania stałe pH, ponieważ zależy ono od stosunku stężeń składników roztworu buforowego, a nie od ich względnych stężeń. Wzory do obliczania pH buforów są następujące:

• pH buforu octanowego i fosforanowego wg wzoru

pH= pK_HA + lg

• pH buforu amonowego wg wzoru

pH = 14 - pK_B +lg

W obu wzorach występuje stężenie zasady (c_A-,c_B) do stężenia kwasu (c_HA,c_BH+).

Roztwory buforowe wykazują działanie obustronne, tj. zabezpieczają przed zmianą pH zarówno na skutek dodania mocnych kwasów, jak i zasad. Podczas dodawania mocnego kwasu lub mocnej zasady pH roztworu buforowego powstaje słaby kwas lub słaba zasada. Jeżeli np. do buforu octanowego dodać kwasu solnego, to jony octanowe wiążą jony wodorowe na słabo zdysocjowany kwas octowy

CH₃COO^- + HCl ⇒CH₃COOH + Cl^-

Podczas dodawania wodorotleneku sodu reaguje kwas octowy i powstaje słaba zasada (jon octanowe)

CH₃COOH + NaOH ⇒ CH₃COO^- + H₂O + Na⁺

Zdolność przeciwstawiania się wpływom zmieniającym pH charakteryzuje

pojemność buforowa.

Przyjmijmy, że zmiana stężenia mocnej zasady w roztworze dc_z powoduje zmianę pH o wartość dpH. Wyrażenie, które określa związek między ilością wprowadzonej zasady i zmianą pH nazywa się pojemnością buforową roztworu

Zgodnie z podaną definicją β jest zawsze dodatnia, gdyż jeśli dc_z > 0, to do dpH>0 (ze wzrostem stężenia zasady pH wzrasta). Jeżeli do roztworu wprowadzi się kwas, to stężenie zasady zmaleje, a więc dc_z<0, pH również zmaleje, więc dpH<0 i β>0.

Pojemność buforową wyrażało się dotąd w gramorównoważnikach na litr. Roztwór ma pojemność buforową równą 1, jeżeli po dodaniu 1l roztworu gramorównoważnika zasady lub kwasu zmieni pH o1.

2. Cel ćwiczenia.

Badanie pH roztworów buforowych oraz ich pojemności buforowej.

3. Wyniki pomiarów.

1. Sporządzono 10 roztworów buforowych przez zmieszanie w różnych stosunkach objętościowych 0,2 m. CH₃COOH i CH₃COONa

W tabeli zestawiono wyniki pomiarów pH r-r buforowych .

Lp	CH3COOH : CH3COONa	pH (zmierzone)
1	18,5 : 1,5	3,34
2		3,76
3	17,6 : 2,4	3,80
4		3,95
5	16,4 : 3,6	3,82
6		4,09
7	14,7 : 5,3	4,20
8		4,25
9	12,6 : 7,4	4,32
10	10,2 : 9,8	4,61

2. Do trzech wybranych próbek dodajemy 0,2 ml 0,1 m HCL i mierzymy pH , pomiar wykonujemy ponownie po dodaniu do próbek 0,2 ml 1m HCL.

Numer buforu	pH buforu	pH ( Po dodaniu 0,2 ml 0,1m HCL )	pH ( Po dodaniu 0,2 ml 1m HCL )
2	3,76	3,38	3,00
4	3,95	3,55	3,10
6	4,09	3,79	3,20

3. Mierzymy pH wody destylowanej.

Do dwóch próbek z wodą destylowaną dodajemy kolejno 0,2 ml 0,1m HCL,

oraz 0,2 ml 0,1m HCL

pH wody dest.	pH ( Po dodaniu 0,2 ml 0,1m HCL )	pH ( Po dodaniu 0,2 ml 1m HCL )
5,00	3,47	2,88

3.1 Wyznaczenie stałej dysocjacji K kwasu CH₃COOH

dla roztworów buforowych na podstawie wykresu pH = f (lgx), x = C_s/C_kw = V_H/V_s gdzie Cs,V_s - stężenie, objętość CH₃COONa

C_kw,V_kw - stężenie,objętość CH₃COOH

Lp	pH	lgx
1	3,34	1,091
2	3,76
3	3,80	0,8653
4	3,95
5	3,82	0,6585
6	4,09
7	4,20	0,4430
8	4,25
9	4,32	0,2311
10	4,61	0,0174

Wartość odciętej dla lgx = 0 daje wartość stałej K = 10 ^-4,4544

3.2 pH roztworu H₂O z HCl

Dla wody destylowanej :

pH= 5,00 ; pH (po dodaniu kwasu 0.1M) = 3.47 - wartość zmierzona

(po dodaniu kwasu 1M ) = 2,88 - wartość zmierzona

1. Obliczenie teoretycznego pH roztworów buforowych po dodaniu HCl

Lp.	pH(dośw.)	pH(teor.)
1	3,34
2	3,76
3	3,80
4	3,95
5	3,82
6	4,09
7	4,20
8	4,25
9	4,32
10	4,61

Wykres zależności pH teoretycznego od pH doświadczlnego.

3.4 Obliczenie ΔpH_teor(zmiana pH buforu po dodaniu HCl)

Lp.	ΔpHdośw	ΔpHteor	-lgx
1	0,19	-0,0087
2	0,15	-0,00873
3	0,15	-0,0090
4	0,15	-0,0095
5	0,13	-0,010
6	0,14	-0,011
7	0,2	-0,0129
8	0,13	-0,0156
9	0,13	-0,0172
10	0,13	-0,0195

Wykres zależności ΔpH od -lgx.

3.5 Dla stosunku C_s/C_z = uzyskano minimalną (ΔpH_min) wartość pH.

1. Obliczenie pojemności buforowej β.

β=ΔC_HCl / ΔpH

gdzie : ΔC_HCl - stężenie HCl po dodaniu do roztworu buforowego

ΔpH - zmiana pH

Lp	pH	β
1	4,41	0,0165
2	4,96	0,0495
3	5,54	0,0198

Wykres zależności pojemności buforowej β od pH.

Wartości pH dla buforów wzorcowych

Wartości początkowe: pH = 2,00 i pH = 7,00

Wartości końcowe: pH = 2,10 i pH = 7,11

4. Wnioski.

Pomimo wprowadzenia do roztworów buforowych niewielkiej ilości mocnego kwasu nie nastąpiły wyraźne zmiany wartości pH,co jest własnością charakterystyczną roztworów buforowych.Analizując wykonane pomiary można zauważyć,że wartość pH sporządzonych roztworów buforowych nieznacznie maleje na skutek dodania mocnego kwasu, ale jest stała pomimo rozcieńczania.W przypadku wody destylowanej dodanie mocnego kwasu powoduje wyraźną zmianę pH o kilka jednostek.Czysta woda destylowana (bez dodatku kwasu) ma pH =5, co odbiega od wartości teoretycznej (pH=7).Przypuszczamy,że spowodowane jest to zakwaszeniem w pewnym stopniu wody destylowanej dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu.

---