Ćwiczenie nr 10

Temat: Wyznaczanie stałej dysocjacji błękitu bromotymolowego metodą spektrofotometrii absorbcyjnej.

WPROWADZENIE:

Absorpcja światła, czyli pochłanianie-jest to osłabienie wiązki światła przechodzącej przez ośrodek materialny, będące wynikiem pochłaniania energii światła przez ośrodek. W wyniku absorbcji świetlnej część energii ulega zamianie na energię innego rodzaju tzn. wzrasta energia ośrodka. Miarą zdolności ośrodka do absorbcji świetlnej jest współczynnik absorbcji świetlnej (współczynnik pochłaniania światła, stała absorbcji światła) μ, który określa się jako względne zmniejszenie natężenia światła podczas przejścia drogi o jednostkowej długości:

μ =(1/I)∙(∆I/∆x), gdzie I-natężenie światła przed przejściem warstwy ośrodka o bardzo małej grubości ∆x, natomiast ∆I-to spadek natężenia światła przy przejściu przez tę warstwę.

Współczynnik absorbcji świetlnej zależy nie tylko od własności ośrodka, ale także od długości fali światła w ośrodku. W przypadku ośrodków jednorodnych tzn. takich, dla których μ ma w każdym punkcie ośrodka taką samą wartość, osłabienie wiązki światła podlega prawu Bouguera-Lamberta:

I=I_o∙e^-μd, gdzie I_o- natężenie światła przed przejściem przez ośrodek , I- natężenie światła po przejściu przez warstwę ośrodka o grubości d, natomiast e=2,1782…podstawa logarytmów naturalnych.

Odwrotność 1/μ współczynnika absorpcji μ jest równa grubości warstwy osłabiającej natężenie światła e razy. Zależność μ od częstości drgań fali świetlnej nazywa się widmem absorpcyjnym (promieniowania).

II prawo Lamberta -Beera dotyczy rozcieńczonych roztworów substancji pochłaniających światło w nie pochłaniającym rozpuszczalniku: I=I_o∙e^-kbc , gdzie k jest stałą zależną od rodzaju substancji rozpuszczonej i od długości fali, niezależną zaś -jeśli stężenie c jest dostatecznie małe-od samego stężenia. Związek ten wynika z tego, że współczynnik pochłaniania roztworu jest tym większy, im więcej znajduje się w nim cząsteczek substancji pochłaniającej światło, czyli im większe jest stężenie roztworu.

W myśl tego prawa zależność absorbancji od stężenia powinna mieć charakter liniowy. Niestety nie zawsze tak jest i często mamy do czynienia z różnego rodzaju odchyleniami, które wywołane są przez :

1.podstawowe ograniczenia praw:

-prawo spełnione jest dla roztworów rozcieńczonych, c<10^-2mol/dm³,wtedy molowy współczynnik absorpcji  nie zależy od współczynnika załamania światła n;

-można założyć, że jedynym oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego z substancją rozpuszczoną jest absorpcja promieniowania;

2.czynniki chemiczne, które powodują odchylenia od prostoliniowego przebiegu absorbancji są związane z reakcjami chemicznymi zachodzącymi w analizowanym roztworze. Zmianie pH jak również zmianie stężenia roztworu mogą towarzyszyć: dysocjacja, polimeryzacja, solwatacja, asocjacja czy reakcje kompleksowania;

3.czynniki aparaturowe, które powodują odchylenia od prostoliniowości związane z brakiem monochromatyczności czy występowaniem promieniowania rozproszonego.

OPIS ĆWICZENIA:

Błękit bromotymolowy przybiera różne barwy w zależności od pH, co można łatwo zaobserwować wykonując ćwiczenie. Przy pH<4 występuje kwasowa forma prawie niezdysocjowana zabarwiona na żółto, natomiast przy pH>10 forma praktycznie dysocjowanej soli o barwie niebieskiej. Przy pośrednich wartościach pH obecne są obydwie formy w roztworze, a ich stosunek ilościowy zależy od wartości pH roztworu.

Dysocjację błękitu bromotymolowego, który jest kwasem słabym można przedstawic:

HA ^  ^ ,

a stałą dysocjacji można wyrazić:

K=c_Ac_H/c_HA

Absorpcja promieniowania przez roztwór jak już wcześniej wspominałam od długości fali przechodzącej przez roztwór. Zatem miarą absorpcji promieniowania jest ekstynkcja E:

E=lg(I_o/I)

Ekstynkcja powiązana jest ze stężeniem substancji absorbującej:

E= ∙c∙d , gdzie c-stężenie substancji absorbującej , d-grubość warstwy , molowy współczynnik absorpcji .U nas d=1 zatem mamy :

E= ∙c.

Wartość  zmienia się wraz ze zmianą długości fali, toteż zależność E =f( nazywa się widmem absorpcyjnym. Wraz ze zmianą pH roztworu zmienia się charakter widma absorpcyjnego barwnika w związku ze zmianą stężeń jego formy kwasowej i zasadowej. Dla błękitu bromotymolowego pomiędzy wartościami pH 4-10 współistnieją obie formy. Wobec czego ekstynkcja tego roztworu równa jest sumie ekstynkcji formy kwasowej i zasadowej:

E= E_HA + E_A- =_c_HA + _-∙c_A-

Wartości _ i _ wylicza się z zależności: E= ∙c i z pomiarów ekstynkcji roztworów pH=2,02 (wartość _ i pH=10,17(wartość _, bo w roztworach tych istnieje tylko 1 forma barwnika.

Otrzymane z pomiarów wartości ekstynkcji o różnym pH są równe:

E= _r∙ c , gdzie c to stężenie błękitu bromotymolowego , natomiast _r to molowy współczynnik absorpcji .

Ostatecznie można przedstawić z wyżej wymienionych wzór na stałą dysocjacji:

log K = -pH + log [(__r )/( _r  _-)]

Aby wyznaczyć punkt izobestyczny krzywe widm absorpcji musza się przeciąć w jednym punkcie.

OBLICZENIA:

W ćwiczeniu należało przygotować 7 roztworów błękitu bromotymolowego zgodnie z tabelą poniżej:

Nr roztworu	Objętość wyjściowego roztworu błękitu bromotymolowego [cm^3]	Objętość roztworu buforowego[cm^3]	pH roztworu buforowego
1 2 3 4 5 6 7	2 2 2 2 2 2 2	18 18 18 18 18 18 18	2,02 4,80 5,90 6,90 7,60 8,68 10,17

Dla tak przygotowanych roztworów przeprowadziłem pomiary ekstynkcji w zakresie długości fali 440-700nm w celu uzyskania widma absorpcji dla roztworów o danym pH oraz w celu wyznaczenia punktu izobestycznego.

Wyniki pomiarów ekstynkcji roztworów o określonym pH w danych zakresach fali przedstawiłam w tabeli zamieszczonej poniżej:

Długość fali [nm]	pH=2,02		pH=4,80		pH=5,90		pH=6,90		pH=7,60		pH=8,68		pH=10,17
	E	r	E	r	E	r	E	r	E	r	E	r	E	r
440	0,548		0,685		0,690		0,499		0,184		0,123		0,092
450	0,501		0,650		0,653		0,464		0,167		0,111		0,079
460	0,447	697,3	0,588	917,3	0,590	920,4	0,420	655,2	0,158	246,5	0,119	185,6	0,084	131,0
470	0,387	603,7	0,502	783,2	0,505	787,8	0,372	580,3	0,164	255,8	0,136	212,2	0,110	171,6
480	0,322	502,3	0,417	650,5	0,425	663,0	0,331	516,4	0,177	276,1	0,168	262,1	0,147	229,3
490	0,255	397,8	0,331	516,4	0,341	532,0	0,289	450,9	0,191	298,0	0,205	319,8	0,187	291,7
500	0,195	304,2	0,246	383,8	0,261	407,2	0,253	394,7	0,216	337,0	0,253	394,7	0,242	377,5
520	0,105	163,8	0,122	190,3	0,145	226,2	0,229	357,3	0,300	468,0	0,384	599,1	0,387	603,7
540	0,055	85,8	0,050	78	0,087	135,7	0,263	410,3	0,438	683,3	0,581	906,4	0,597	931,4
560	0,028		0,019		0,072		0,341		0,479		0,817		0,850
580	0,020		0,011		0,093		0,456		0,835		1,104		1,156
600	0,017		0,006		0,103		0,580		1,064		1,404		1,476
620	0,016		0,008		0,115		0,636		1,074		1,534		1,618
640	0,015		0,007		0,076		0,442		0,814		1,072		1,128
660	0,016		0,004		0,024		0,179		0,339		0,454		0,472
680	0,015		0,003		0,010		0,043		0,099		0,135		0,137
700	0,014		0,001		0,009		0,000		0,023		0,030		0,026
Stężenie błękitu bromotymolowego =C=0,000641mol/dm^3

Wartości _r dla długości fali punktu izobestycznego _i równego w tym przypadku 500nm oraz w zakresie od _ +40 do _

obliczyłam ze wzoru : E =_r · c → _r =E/c

Stężenie c obliczyłem w sposób zamieszczony poniżej :

200mg/500cm³

200mg=0,2g

500cm³=0,5dm³,zatem mamy: 0,2g--------0,5dm³

x g----------1dm³

x=0,4g

obliczam liczbę moli n :

n=m/M , gdzie M błękitu bromotymolowego =624,39g/mol

podstawiając otrzymuję:

n=0,4[g]/624,39[g/mol]=0,000641mola ,

stąd mogę stwierdzić, że stężenie roztworu wynosi

c=0.000641mol/dm³.

Punkt izobestyczny to punkt przecięcia się wszystkich krzywych widm absorpcyjnych zmierzonych dla różnych wartości pH. Świadczy to o tym, że pomiędzy obydwoma komponentami układu absorpcyjnego ustala się prosta równowaga, tzn. powstaje tylko jeden punkt końcowy.

Obliczam wartości ε_HA i ε_A przy długości fali 500nm dla roztworów o określonym pH:

pH=2.02 ε_HA=E/c=0,195/0,000641=304,2

....

pH=10,17 ε_A=E/c=0,242/0,000641=377,5

obliczam K przy dlugosci fali równej 500 nm

=

---