Ćwiczenie 5

STĘŻENIE JONÓW WODOROWYCH. WSKAŹNIKI PH. ROZTWORY BUFOROWE

ODCZYNNIKI

• 0,01 M HCl

• 0,1 M HCl

• 0,1 M CH₃COOH

• 0,01 M NaOH

• 0,1 M NaOH

• 1 M NaCl

• 0,1 M NaCl

• 0,1 M NH₃ (aq)

• sok z czerwonej kapusty

• esencja herbaciana

• oranż metylowy

• błękit bromofenolowy

• lakmus

• żółcień metylowa

• czerwień metylowa

• czerwień obojętna

• błękit bromotymolowy

• błękit tymolowy

• fenoloftaleina

• tymoloftaleina

• papierki wskaźnikowe

• 0,2 M CH₃COONa

• 0,2 M CH₃COOH

• woda destylowana

APARATURA

• probówki

• bagietka

• płytka porcelanowa

• kolba 100 cm³

• kolba stożkowa 100 cm³

• zlewka 1 dm³

• szkiełko zegarkowe

• pipeta 25 cm³

• zlewki 25 cm³ x 7

• cylinder 10 cm³ x 2

• mikropipetka

• pH-metr

• czasza lub palnik

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobami określania odczynu roztworu oraz z roztworami buforowymi.

2. WSTĘP TEORETYCZNY

pH - ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych

pH = - log [H⁺]

pH jest miarą kwasowości roztworu:

Wartość pH	Roztwór
0<pH<7	Kwaśny
pH = 7	Obojętny
7<pH<14	Zasadowy

Wskaźniki pH (indykatory) - są to substancje, najczęściej organiczne, które posiadają inne zabarwienie w postaci cząsteczkowej oraz zdysocjowanej, a tym samym zmieniają barwę w roztworze o określonym odczynie (pH). Stosuje się je w postaci roztworów wodnych lub alkoholowych, które dodaje się do roztworu badanego lub też w postaci papierków wskaźnikowych, którymi są wysuszone kawałki bibuły filtracyjnej nasączone uprzednio roztworem wskaźnika.

W laboratoriach znalazły zastosowanie papierki uniwersalne - będące mieszaniną różnych wskaźników i zmieniających kilkakrotnie barwę ze zmianą pH środowiska, od mocno kwasowego do mocno zasadowego ( z dokładnością do 0,5 jednostek). Dokładne pH roztworu można zmierzyć za pomocą urządzenia zwanego pehametrem.

Najczęściej stosowane wskaźniki pH:

Wskaźniki	Zakres zmiany pH	Barwa w postaci
				kwasowej	zasadowej
Błękit tymolowy	1,2 - 2,8	Czerwona	Żółta
Żółcień metylowa	2,9 - 4,0	Czerwona	Żółta
Błękit bromofenolowy	3,0 - 4,6	Żółta	Niebieska
Oranż metylowy	3,1 - 4,4	Czerwona	Żółta
Czerwień metylowa	4,2 - 6,3	Czerwona	Żółta
Lakmus	5,0 - 8,0	Czerwona	Niebieska
Błękit bromotymolowy	6,0 - 7,6	Żółta	Niebieska
Czerwień obojętna	6,8 - 8,0	Czerwona	Żółta
Błękit tymolowy	8,0 - 9,6	Żółta	Niebieska
Fenoloftaleina	8,1 - 10,0	Bezbarwna	Malinowa
Tymoloftaleina	9,3 - 10,5	Bezbarwna	Niebieska
Nitramina	11,0 - 13,0	Bezbarwna	Pomarańczowa

Roztwory buforowe - nie zmieniają praktycznie odczynu (pH) podczas rozcieńczania lub po dodaniu pewnej ilości mocnej zasady lub mocnego kwasu. Charakteryzują się one określonym stężeniem jonów wodorowych i służą do utrzymania określonego odczynu roztworów. Roztwory buforowe są to najczęściej mieszaniny, składające się z roztworu słabego kwasu i jego soli z mocną zasadą lub roztworu słabej zasady i jej soli z mocnym kwasem:

• Bufor octanowy: CH₃COOH, CH₃COONa, pH = 3.5-6

• Bufor amonowy: NH₄OH, NH₄Cl, pH = 8-11

• Bufor fosforanowy: NaH₂PO₄, Na₂HPO_4, pH = 5.5-8

Cechą charakterystyczną roztworów buforowych jest brak zauważalnych zmian odczynu roztworu:

• podczas rozcieńczania roztworu

• po dodaniu do roztworu niewielkich ilości mocnego kwasu lub mocnej zasady

Roztwory buforowe odgrywają ważną rolę w procesach biochemicznych organizmów roślinnych i zwierzęcych, zapewniając ściśle określoną kwasowość środowiska, zmienną w bardzo wąskim zakresie. Wartość pH może ulegać w organizmie tylko nieznacznym zmianom. W pewnych przypadkach nawet niewielkie przekroczenie pH w kierunku kwasowości czy zasadowości może powodować groźne konsekwencje.

Wartości pH dla niektórych płynów ustrojowych:

- łzy, pot, ślina ok.7

- krew 7,36 - 7,43

- sok żołądkowy 0,8 - 0,98

Zdolność przeciwstawiania się zmianom pH nazywamy pojemnością buforową. Jej miarą jest najmniejsza liczba moli jonów H⁺ mocnego kwasu albo jonów OH^- mocnej zasady, które dodane do 1 dm³ roztworu buforowego zmienią wartość pH o jednostkę.

III. WYKONANIE ĆWICZENIA

Badanie zmiany barwy wskaźników w roztworach o różnych wartościach pH:

1. Do dziesięciu probówek wlać po około 2 cm³ 0,01 r-ru HCl.

2. Do każdej z nich dodać kilka kropli następujących wskaźników: błękit tymolowy, żółcień metylowa, błękit bromofenolowy, oranż metylowy, czerwień metylowa, lakmus, błękit bromotymolowy, czerwień obojętna, fenoloftaleina, tymoloftaleina.

3. Zanotować barwę otrzymanych roztworów. Wyznaczyć pH korzystając ze znajomości zakresu zmiany barwy wskaźnika.

4. Obliczyć pH ze wzoru.

5. Porównać otrzymane wartości pH.

6. Powyższe czynności powtórzyć dla r-rów: 0,01 M NaOH i 1 M NaCl.

Oznaczanie pH preparatu kosmetycznego (szamponu do włosów, mydła do rąk lub żelu pod prysznic):

1. Otrzymany kosmetyk rozcieńczyć wodą i wlać po około 2 ml do dziesięciu probówek.

2. Do każdej z nich dodać kilka kropli następujących wskaźników tak jak powyżej.

3. Zanotować barwę otrzymanych roztworów i przybliżoną wartość pH.

4. Wyznaczyć pH otrzymanego preparatu kosmetycznego.

Naturalne wskaźniki:

1. ¼ główki kapusty posiekać nożem i przełożyć do zlewki o pojemności 1 dm³.

2. Kapustę zalać wodą, nakryć szkiełkiem zegarkowym i zagotować.

3. Sok zlać do kolby stożkowej o pojemności 100 cm³.

4. Wlać po około 2 cm³ soku do sześciu probówek.

5. Do probówek z sokiem wprowadzić kolejno roztwory:

- 0,1 M HCl

- 0,1 M CH₃COOH

- 0,1 M NaCl

- H₂O (destylowana)

- 0,1 M NH₃ (aq)

- 0,1 M NaOH

1. porównać zmiany zabarwienia liści czerwonej kapusty w kwasach
   i zasadach.

2. ocenić czy liście czerwonej kapusty mogą być wskaźnikami mocy kwasów i zasad.

6. Esencja herbaciana

1. do trzech probówek wlać po około 2 cm³ esencji herbacianej

2. do jednej z nich dodać 4 krople 0,1 M CH₃COOH

3. do drugiej dodać 4 krople 0,1 M roztworu NaOH

4. zawartość trzeciej probówki pozostawić bez zmian

5. wyjaśnić zmiany zabarwienia esencji z herbaty po dodaniu kwasu i zasady.

Oznaczanie pH roztworów buforowych:

1. Sporządzić 100 cm³ buforu octanowego (CH₃COOH/CH₃COONa)
   o pH = 4,05:

a) do kolby o pojemności 100 cm³ odmierzyć 20 cm³ 0,2 molowego octanu sodu

b) dopełnić 0,2 molowym roztworem kwasu octowego

2. Do trzech zlewek wlać kolejno:

• 25 cm³ wody destylowanej

• 25 cm³ wody i 2,5 cm³ HCl o stężeniu 0,1 mol/dm³

• 25 cm³ wody i 2,5 NaOH o stężeniu 0,1 mol/dm³

1. W kolejnych trzech zlewkach przygotować roztwory w ten sam sposób co powyżej, używając zamiast wody destylowanej roztwór buforowy.

2. Do siódmej zlewki wlać 12,5 cm³ buforu i 12,5 cm³ wody destylowanej.

3. Zmierzyć pH-metrem pH otrzymanych roztworów.




IV. OPRACOWANIE WYNIKÓW

Badanie zmiany barwy wskaźników w roztworach o różnych wartościach pH:

Wskaźniki	Zakres zmiany pH	Barwa w postaci		Roztwór
				kwasowej	zasadowej	0,01 M HCl	1 M NaCl	0,01 M NaOH
Błękit tymolowy	1,2 - 2,8	Czerwona	Żółta
Żółcień metylowa	2,9 - 4,0	Czerwona	Żółta
Błękit bromofenolowy	3,0 - 4,6	Żółta	Niebieska
Oranż metylowy	3,1 - 4,4	Czerwona	Żółta
Czerwień metylowa	4,2 - 6,3	Czerwona	Żółta
Lakmus	5,0 - 8,0	Czerwona	Niebieska
Błękit bromotymolowy	6,0 - 7,6	Żółta	Niebieska
Czerwień obojętna	6,8 - 8,0	Czerwona	Żółta
Błękit tymolowy	8,0 - 9,6	Żółta	Niebieska
Fenoloftaleina	8,1 - 10,0	Bezbarwna	Malinowa
Tymoloftaleina	9,3 - 10,5	Bezbarwna	Niebieska

		Reakcja dysocjacji	Wyznaczona wartość pH
						Wskaźniki	Papierki wskaźnikowe	Ze wzoru
Roztwór

Oznaczanie pH preparatu kosmetycznego:

Wskaźniki	Zakres zmiany pH	Barwa w postaci		Kosmetyk
				kwasowej	zasadowej
Błękit tymolowy	1,2 - 2,8	Czerwona	Żółta
Żółcień metylowa	2,9 - 4,0	Czerwona	Żółta
Błękit bromofenolowy	3,0 - 4,6	Żółta	Niebieska
Oranż metylowy	3,1 - 4,4	Czerwona	Żółta
Czerwień metylowa	4,2 - 6,3	Czerwona	Żółta
Lakmus	5,0 - 8,0	Czerwona	Niebieska
Błękit bromotymolowy	6,0 - 7,6	Żółta	Niebieska
Czerwień obojętna	6,8 - 8,0	Czerwona	Żółta
Błękit tymolowy	8,0 - 9,6	Żółta	Niebieska
Fenoloftaleina	8,1 - 10,0	Bezbarwna	Malinowa
Tymoloftaleina	9,3 - 10,5	Bezbarwna	Niebieska

pH kosmetyku:

Naturalne wskaźniki:

1. Liście czerwonej kapusty

Nr probówki
Odczynnik
Kolor

Czy liście czerwonej kapusty mogą być wskaźnikami mocy kwasów i zasad?

2. Esencja herbaciana

Nr probówki
Odczynnik
kolor

Wyjaśnić zmiany zabarwienia esencji z herbaty po dodaniu kwasu i zasady

Oznaczanie pH roztworów buforowych:

Roztwór	1	2	3	4	5	6	7
Skład roztworu
pH

Jak obecność buforu wpływa na wartość pH i z czego to wynika?

9

---