WYZNACZANIE STAŁEJ RÓWNOWAGI KWASOWO ZASADOWEJ W ROZTWORACH WODNYCH

Transkrypt

1 Politehni Śląs WYDZIŁ CHEMICZNY KTEDR FIZYKOCHEMII I TECHNOLOGII POLIMERÓW WYZNCZNIE STŁEJ RÓWNOWGI KWSOWO ZSDOWEJ W ROZTWORCH WODNYCH Opieun: Miejse ćwizeni: Ktrzyn Kruiewiz Ktedr Fizyohemii i Tehnoii Polimerów, Sl LORTORIUM Z CHEMII FIZYCZNEJ

2 I. Wstęp teoretyzny Nietóre związi orgnizne o hrterze słbyh wsów lub słbyh zsd wyzują zróżniownie brwy formy wsowej i zsdowej. Zminy struturlne związu zhodząe w wyniu przyłązeni lub odszzepieni protonu, wywołują zminę hrterystyi spetrlnej odpowiedniej formy. Odszzepienie lub przyłązenie protonu powoduje nruszenie pierwotnej strutury eletronowej związu, o w onsewenji prowdzi do utworzeni pewnej lizby możliwyh form mezomeryznyh, hrteryzująyh się zupełnie odmienną brwą niż związe wyjśiowy. Dzięi temu, orzystją z odpowiednio przeprowdzonyh pomirów spetrofotometryznyh orz prw ouguer - Lmbert - eer możliwe jest doświdzlne bdnie równowg hemiznyh z udziłem tyh związów. Nietóre z nih znlzły szeroie zstosownie jo indytory wsowo - zsdowe, (wsźnii roztworu). Związe, tórego ząstezi mogą oddwć proton nzywmy wsem (H), zsdą zś związe (), tórego ząstezi mogą pobierć proton. Kżdemu wsowi odpowid wię pewn sprzężon z nim zsd i żdej zsdzie odpowid sprzężony z nią ws, zgodnie ze shemtem: ws zsd H () Kws H rozpuszzony w wodzie reguje z nią zgodnie z równniem: ztem dysojję wsu przedstwić możn równniem: H H O - H 3 O () H H - (3) pmiętją o tym, że: H w rzezywistośi jest uwodnionym protonem H 3 O. Termodynmizn stł równowgi reji (3) zwn jest stłą wsową: K. H H. (4) gdzie: - - tywność zsdy H - tywność wsu W roztworh wodnyh zsd wod dostrz protonu zsdzie, o zpisujemy równniem: H O H OH - (5) Stł dysojji zsdy, zwn stłą zsdową jest oreślon równniem: K b H OH (6)

3 gdzie: H - tywność wsu - tywność zsdy Związi regująe jednoześnie jo ws i jo zsd nzywmy mfolitmi. N przyłd wod jest mfolitem, tórego reję dysojji przedstwić możn równniem: lub w formie uproszzonej: H O H 3 O OH- (7) H O H OH - (8) Korzystją ze stłej równowgi dysojji wody K w oreślonej dl równni (8), orz n podstwie równń (4) i (6) możn stwierdzić, że dl tej smej sprzężonej pry wsowo - zsdowej ( -), zhodzi związe: K w K K b (9) rdzo zęsto istnieją trudnośi w oblizniu tywnośi wsu lub zsdy, szzegolnie wtedy, gdy nie jest znny dołdnie łdune eletryzny lub. dltego w prtye posługujemy się zęsto tzw. stłymi miesznymi (tywnośiowo - stężeniowymi) opisnymi równnimi:. H. ( ) b. OH. ( b) ( ) H. OH W. Logrytmują obustronnie równnie ( ) orz przyjmują oznzeni: -, - H, otrzymujemy równnie Hsselblh: () Poniewż sum stężeń równowgowyh formy wsowej i zsdowej jest zwsze stł i równ pozątowemu stężeniu () pry wsowo zsdowej:

4 wię równnie () możemy zpisć tże w innej posti: C C C () ( ) Równnie () lub ( ) stnowi teoretyzną podstwę doświdzlnego wyznzni stłej równowgi wsowo - zsdowej dl dnego związu, o jest elem niniejszego ćwizeni. Jeśli bowiem zmienić będziemy wrtość roztworu, to zminie ulegć będzie również stosune stężeń równowgowyh złonu rytmownego. Znją orz odpowidjąą mu wrtość równowgowego stężeni jednej z brwnyh form związu ( lub ), tże stężenie pozątowe () związu, możemy żdorzowo oblizyć wrtość, tym smym wyznzyć stłą równowgi wsowo - zsdowej. J już wspomnino wześniej, prwo ouguer - Lmbert - eer pozwl n brdzo dołdne wyznzenie stężeni substnji brwnej w roztworze przez pomir bsorbnji ( ) z pomoą spetrofotometru: ( ) ( ) l (3) gdzie: ( ) - molowy współzynni bsorpji (dm 3 / mol m) formy brwnej, zmierzony przy oreślonej długośi fli świtł, - stężenie (mol / dm 3 ) brwnej formy, l - grubość bdnej wrstwy roztworu (m) nizną zleżność j równnie (3) możn npisć dl formy brwnej, przy zym jej msimum bsorbnji znjduje się przy innej długośi fli świtł. Korzystją z powyższyh zleżnośi, równni () i () możn wyrzić bezopośrednio przez wielośi mierzone: ( ) ( ) ( ) ( ) (4) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) o umożliwi wyznzenie metodą rhunową w posti średniej rytmetyznej serii pomirowej. ( ) i ( ) oznzją bsorbnje roztworów pozątowyh zmierzone przy t wysoim lub (5)

5 t nisim, że w roztworze prtyznie istnieją odpowiednio: tylo form brwn lub tylo form brwn. Wyni to z równń (), (3) i (4). Wyznzenie jest tże możliwe metodą wyreślną. Przesztłją równni (4) i (5) otrzymujemy: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) p ( ) ( ) (7) Odłdją n przyłd n osi rzędnyh wrtośi lewej strony równni (6) lub (7), n osi odiętyh zdwne olejno wrtośi, otrzymujemy linię prostą o nhyleniu, tór odin n osi prostoątnego ułdu współrzędnyh odine o długośi. Wrto zwróić uwgę, że orzystją z równni (6) musimy wyonć pomiry przy dwu różnyh długośih fl, pondto musimy znć lub wyznzyć przy tyh długośih fl, wrtośi molowyh współzynniów bsorbnji formy i. W przypdu równni (7) nie jest to oniezne. Jeśli msim bsorbnji form brwnyh i leżą zbyt bliso siebie, wówzs nstępuje zęśiowe porywnie się psm bsorbnji form brwnyh. W tim przypdu zmierzon bsorbnj roztworu przy lub nie oreśl jednoznznie stężeni jednej z form brwnyh lub i równni (4), (5), (6) i (7) nie mogą być stosowne. Zznzyć nleży, że jest to przypde zęsto spotyny w prtye. Korzystją z prw ddytywnośi bsorbnji roztworów możemy npisć nstępująe ogólniejsze wyrżeni n bsorbnje mierzone przy długośih fl i : ( ) ( ) ( ) ( ) l ( ) l (8) ( ) ( ) ( ) ( ) l ( ) l (9) Jeżeli weżmiemy pod uwgę zleżnośi () orz związi: (6) to n podstwie równń (8) i (9) otrzymujemy: ( ) ( ) l () ( ) ( ) l () ( ) ( ) ( ) ( ) [ ]l () ( ) ( ) ( ) ( ) (3) [ ]l

6 Podstwiją () i (3) do równni () otrzymujemy: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) p (4) Jeżeli hemy prowdzić pomiry tylo przy jednej długośi fli ( lub ), niznie j w równniu (7), to do odpowiedniego równni musimy wyorzystć równnie () i (3) orz zleżnośi: ( ) ( ) l (5) ( ) ( ) l (6) Równnie przyjmuje wtedy postć: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) p (7) lub ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) p (8) II. Wyonnie ćwizeni prtur: spetrofotometr z wyposżeniem do pomirów bsorbnji w uweth szlnyh, -metr. z eletrodą. Odzynnii: bufor ritton - Robinson (.4 M CH 3 COOH.4 M H 3 PO 4.4 M H 3 O 3 ),. M NOH,. M HCl. Przed przystąpieniem do pomirów spetrofotometryznyh nleży przygotowć w olbh stożowyh serię roztworów buforowyh o wrtośih podnyh n rte z temtem ćwizeni w nstępująy sposób: do 5 ml buforu dodć podną ilość ml. M NOH i zmierzyć tego roztworu zgodnie z instrują n stnowisu pomirowym. Do pięiu zystyh olb mirowyh o poj. 5 ml wlć po ml

7 roztworu próbi i uzupełnić żdą do resi innym roztworem buforowym t, by otrzymć serię roztworów zwierjąyh w żdej olbie to smo stężenie pozątowe próbi, lez nrstjąe wrtośi. rw roztworu w żdej z olb powinn być różn od poprzedniej. Opróz tego, do dwóh innyh olb mirowyh o poj. 5 ml nleży wlć po ml roztworu próbi, le jedną z olb dopełnić do resi. M roztworem NOH, drugą. M roztworem HCl. W ten sposób otrzymmy dw roztwory bdnej substnji, z tóryh jeden zwier tylo formę zsdową drugi wyłąznie wśną. rwy tyh roztworów powinny być zdeydownie różne. Przygotowć spetrofotometr zgodnie z instrują obsługi. Przystępują do pomirów nleży dołdnie przepłuć obie uwety wodą destylowną, nstępnie jedną npełnić wodą destylowną i wyzerowć przyrząd, drugą po dołdnym przepłuniu roztworem próbi w buforze o dnym, npełnić tym roztworem i zmierzyć bsorbnję przy podnej w temie ćwizeni długośi fli świtł. Zerownie i pomir włśiwy przeprowdz się przy tej smej długośi fli świtł. Nstępnie nleży opróżnić uwetę z roztworu próbi i dołdnie przemyć ją wodą destylowną. Przed npełnieniem uwety olejnym roztworem buforowym próbi nleży ją przepłuć tym smym roztworem, przeprowdzić zerownie przyrządu i powtórzyć zynnośi pomirowe j poprzednio. N ońu wyonć pomiry bsorbnji przy dnej długośi fli dl roztworów próbi w. M HCl ( ) orz w. M NOH ( ), biorą jo roztwory odniesieni, odpowiednio. M HCl i. M NOH. Uzysne wynii nleży n bieżąo wpisywć do tbeli podnej w punie (3) niniejszej instruji. Po zońzeniu pomirów nleży ntyhmist wyłązyć przyrząd, nstępnie brdzo strnnie umyć uwety pomirowe orz szło lbortoryjne. III. Zsdy bezpiezeństw i utylizj odpdów Substnj Klsyfij Zgrożeni Środi bezpiezeństw Utylizj odpdów Wodorotlene sodu NOH Kws solny HCl Kws otowy CH 3COOH Kws fosforowy H 3PO 4 Kws borowy H 3O 3 Prób Substnj dziłją żrąo n sórę. Substnj dziłją żrąo n sórę. Substnj dziłją żrąo n sórę. Substnj dziłją żrąo n sórę. Substnj dziłją szodliwie n rozrodzość. Substnje dziłją tosyznie. Powoduje powżne oprzeni sóry orz uszodzeni ozu. Powoduje powżne oprzeni sóry orz uszodzeni ozu. Powoduje powżne oprzeni sóry orz uszodzeni ozu. Powoduje powżne oprzeni sóry orz uszodzeni ozu. Może dziłć szodliwie n płodność. Dził tosyznie po połnięiu. Dził drżniąo n ozy. Przy ontie ze sórą zdjąć zniezyszzoną Przy ontie z ozmi przepłuć dużą ilośią wody, ntyhmist sonsultowć się z oulistą. Przy spożyiu unić wymiotów, ntyhmist wezwć lerz. Przy ontie ze sórą zdjąć zniezyszzoną Przy ontie z ozmi: przepłuć wodą. Przy spożyiu: podć dużą ilość wody, unić wymiotów. Przy ontie ze sórą zdjąć zniezyszzoną Przy ontie z ozmi: przepłuć wodą. Przy spożyiu: unić wymiotów. Przy spożyiu: unić wymiotów. Przy ontie ze sórą zdjąć zniezyszzoną Przy ontie z ozmi: przepłuć wodą. Przy ontie ze sórą zmyć wodą. Przy ontie z ozmi: przepłuć wodą. Przy spożyiu: podć wodę, sonsultowć się z lerzem. Przy ontie ze sórą zdjąć zniezyszzoną Przy ontie z ozmi: przepłuć wodą. Przy spożyiu: podć wodę, wezwć lerz. Umieśić w pojemniu n odpdy S. Umieśić w pojemniu n odpdy S. Umieśić w pojemniu n odpdy O. Umieśić w pojemniu n odpdy S. Umieśić w pojemniu n odpdy S. Umieśić w pojemniu n odpdy O.

8 IV. Sposób oprowni wyniów Wynii pomirów, oblizeń i dne temtyzne zestwimy w posti poniższej tbeli:... nm...(dm 3 / mol m)... (dm3 / mol m) T...(K) l.p. bdnego roztworu bsorbnj roztworu Wrtość złonu rytmiznego Sprwozdnie powinno zwierć wynii oblizeń wrtośi metodą rhunową, tże strnnie wyonny wyres formtu 4, niezbędny do wyznzeni wrtośi bdnej substnji metodą wyreślną. V. Pytni ontrolne. Opisć równowgi wsowo - zsdowe w roztworh wodnyh.. Omówić wpływ tempertury n stłą równowgi reji. 3. Omówić prwo ouguer - Lmbert - eer i jego zstosowni. 4. Wyzć, że równni (6) i (7) stnowią szzególny przypde ogólniejszyh równń (7) i (8). 5. Wymienić njwżniejsze przyzyny powstwni błędów w pomirh spetrofotometryznyh. VI. Litertur. S. Glsstone - Podstwy eletrohemii, PWN, Wrszw Pr zbiorow - Zbiór zdń z hemii fizyznej, z. II. 3. J. Minzewsi, Z. Mrzeno, Chemi nlityzn. Dt modyfiji doumentu: 3..4