PK WIiTCh GR. 34 Zespół nr 1	Ćwiczenie: 10	Data: 04.01.2001
1. Mielnik Michał 2. Mierzwa Rafał 3. Rynduch Zygmunt	Temat: Równowagi w roztworach buforowych.	Ocena:

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.

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 wodorotlenku sodu reaguje kwas octowy i powstaje słaba zasada (jony octanowe):

CH₃COOH + NaOH ⇒ CH₃COO^- + H₂O + Na⁺

POJEMNOŚĆ BUFOROWA - zdolność przeciwstawiania się czynnikom zmieniającym pH.

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 1litra roztworu gramorównoważnika zasady lub kwasu zmieni pH o 1.

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 0,2 M CH₃COONa

W tabeli zestawiono wyniki pomiarów pH roztworów buforowych .

Lp	CH3COOH : CH3COONa	pH (zmierzone)
1	18,50 : 1,50	3,26
2	17,60 : 2,40	3,51
3	16,40 : 3,60	3,68
4	14,70 : 5,30	3,90
5	12,60 : 7,40	4,27
6	10,20 : 9,80	4,34
7	8,00 : 12,00	4,59
8	5,90 : 14,10	4,79
9	4,20 : 15,80	4,98
10	1,90 : 18,10	5,42

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 )
1	3,26	3,205	2,41
5	4,27	4,19	4,04
10	5,42	5,36	5,15

1. Wyznaczenie stałej dysocjacji K kwasu CH₃COOH

Dla roztworów buforowych na podstawie wykresu pH = f (lgx),

x = C_S/C_kw = V_kw/V_S

gdzie:

C_S,V_S - stężenie, objętość CH₃COONa

C_kw,V_kw - stężenie, objętość CH₃COOH

Lp	pH	logx
1	3,26	-1,0911
2	3,51	-0,9664
3	3,68	-0,8653
4	3,90	-0,7533
5	4,27	-0,6585
6	4,34	-0,5434
7	4,59	-0,4430
8	4,79	-0,3324
9	4,98	-0,2311
10	5,42	-0,0174

Wartość odciętej dla lgx = 0 daje wartość stałej K = 10 ^-4,3986

1. Obliczenie teoretycznego pH i ΔpH_teor roztworów buforowych po dodaniu HCl

	pH		ΔpH
		wartość teoretyczna	wartość zmierzona	wartość teoretyczna	wartość zmierzona
roztwór 1
Bez HCl	3,60	3,26	-	-
0.2 cm^3 0.1m HCl	3,28	3,205	-0,0323	-0,055
0.2 cm^3 1m HCl	2,76	2,41	-0,59912	-0,795
roztwór 5
Bez HCl	4,40	4,27	-	-
0.2 cm^3 0.1m HCl	4,17	4,19	-0,00934	-0.08
0.2 cm^3 1m HCl	4,14	4,04	-0,10624	-0.15
Roztwór 10
Bez HCl	5,60	5,42	-	-
0.2 cm^3 0.1m HCl	5,40	5,36	-0,02468	-0.06
0.2 cm^3 1m HCl	5,13	5,15	-0,2256	-0.21

2. Obliczenie pojemności buforowej β.

β=ΔC_HCl / ΔpH

gdzie:

ΔC_HCl - stężenie HCl po dodaniu do roztworu buforowego

ΔpH - zmiana pH

Lp	pH	β dla 0,1 M HCl	β dla 1,0 M HCl
1	3,26	0,03065	0,01800
5	4,27	0,10598	0,10151
10	5,42	0,04011	0,04780

3. Wartości pH dla buforów wzorcowych

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

Wartości końcowe: pH = 1,95 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. Własność ta, czyli pojemność buforowa jest największa dla buforów sporządzonych ze słabego kwasu i jego soli w równym stosunku molowym. Odchylenia od wartości teoretycznych były spowodowane m.in. błędami pomiarowymi, niedoskonałością sprzętu pomiarowego oraz stosowanymi uproszczeniami w obliczeniach (np. nie uwzględniania aktywności zamiast stężenia).

---