Bufory ph. Pojemność buforowa i zakres buforowania

Podobne dokumenty
Wyznaczanie stałej dysocjacji i masy molowej słabego kwasu metodą potencjometryczną

Porównanie precyzji i dokładności dwóch metod oznaczania stężenia HCl

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Inżynieria Środowiska

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU ORGANICZNEGO

Roztwory buforowe (bufory) (opracowanie: dr Katarzyna Makyła-Juzak)

HYDROLIZA SOLI. ROZTWORY BUFOROWE

ĆWICZENIE 2 KONDUKTOMETRIA

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Adsorpcja kwasu octowego na węglu aktywnym. opracowała dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Ćwiczenie 8 (studenci biotechnologii) Potencjometria Potencjometryczne wyznaczanie PK miareczkowania słabego kwasu

6. ph i ELEKTROLITY. 6. ph i elektrolity

Miareczkowanie potencjometryczne

Sporządzanie roztworów buforowych i badanie ich właściwości

Wyznaczanie stałej dysocjacji pk a słabego kwasu metodą konduktometryczną CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA. Tabela wyników pomiaru

KONDUKTOMETRIA. Konduktometria. Przewodnictwo elektrolityczne. Przewodnictwo elektrolityczne zaleŝy od:

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

PEHAMETRIA I ROZTWORY BUFOROWE

dla której jest spełniony warunek równowagi: [H + ] [X ] / [HX] = K

III A. Roztwory i reakcje zachodzące w roztworach wodnych

PRZEWODNOŚĆ ROZTWORÓW ELEKTROLITÓW

RÓWNOWAŻNIKI W REAKCJACH UTLENIAJĄCO- REDUKCYJNYCH

OCENA CZYSTOŚCI WODY NA PODSTAWIE POMIARÓW PRZEWODNICTWA. OZNACZANIE STĘŻENIA WODOROTLENKU SODU METODĄ MIARECZKOWANIA KONDUKTOMETRYCZNEGO

ĆWICZENIE 13. ANALIZA INSTRUMENTALNA Miareczkowanie Potencjometryczne

A4.05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

TWARDOŚĆ WODY. Ca(HCO 3 ) HCl = CaCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2. Mg(HCO 3 ) 2 + 2HCl = MgCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2

RÓWNOWAGI KWASOWO-ZASADOWE W ROZTWORACH WODNYCH

Oznaczanie zawartości fluorków w naparze herbacianym z wykorzystaniem potencjometrii bezpośredniej

Mechanizm działania buforów *

ĆWICZENIE 2 WSPÓŁOZNACZANIE WODOROTLENKU I WĘGLANÓW METODĄ WARDERA. DZIAŁ: Alkacymetria

K1. KONDUKTOMETRYCZNE MIARECZKOWANIE STRĄCENIOWE I KOMPLEKSOMETRYCZNE

Kwas HA i odpowiadająca mu zasada A stanowią sprzężoną parę (podobnie zasada B i kwas BH + ):

- w nawiasach kwadratowych stężenia molowe.

K05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI p-nitrofenolu METODĄ SPEKTROFOTOMETRII ABSORPCYJNEJ

Maria Bełtowska-Brzezinska, Tomasz Węsierski

Metody Badań Składu Chemicznego

Miareczkowanie potencjometryczne Na 2 CO 3 roztworem HCl

ODCZYN WODY BADANIE ph METODĄ POTENCJOMETRYCZNĄ

Równowagi w roztworach elektrolitów

SEMINARIUM Z ZADAŃ ALKACYMETRIA

PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA ZADAŃ

Instrukcja obsługi Pehametru FE20 Mettler Toledo

Oznaczanie kwasu fosforowego w Coca-Coli

ĆWICZENIE 1: BUFORY 1. Zapoznanie z Regulaminem BHP 2. Oznaczanie ph 2.1. metoda z zastosowaniem papierków wskaźnikowych

Reakcje utleniania i redukcji Reakcje metali z wodorotlenkiem sodu (6 mol/dm 3 )

Instrukcja obsługi Pehametru Schott Lab 850

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wpływ stężenia kwasu na szybkość hydrolizy estru

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

Chemiczne metody analizy ilościowej (laboratorium)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Skład zespołu (imię i nazwisko): (podkreślić dane osoby piszącej sprawozdanie):

STĘŻENIE JONÓW WODOROWYCH. DYSOCJACJA JONOWA. REAKTYWNOŚĆ METALI

Właściwości elektrolityczne i buforowe wodnych roztworów aminokwasów

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW.

Roztwory buforowe modyfikacja wykonania ćwiczenia.

Spektrofotometryczne wyznaczanie stałej dysocjacji czerwieni fenolowej

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Materiały dodatkowe do zajęć z chemii dla studentów

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

Spis treści. Wstęp. Roztwory elektrolitów

10. ALKACYMETRIA. 10. Alkacymetria

Temat 7. Równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, stała dysocjacji, ph

MIANOWANE ROZTWORY KWASÓW I ZASAD, MIARECZKOWANIE JEDNA Z PODSTAWOWYCH TECHNIK W CHEMII ANALITYCZNEJ

Chemia Nieorganiczna ćwiczenia CHC012001c Powtórzenie materiału II

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA. Arkusz zawiera informacje prawnie chronione do momentu rozpoczęcia egzaminu

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Równowagi jonowe - ph roztworu

ĆWICZENIE NR 4 PEHAMETRIA. Poznanie metod pomiaru odczynu roztworów wodnych kwasów, zasad i soli.

LICEALIŚCI LICZĄ PRZYKŁADOWE ZADANIA Z ROZWIĄZANIAMI

Ć W I C Z E N I E 5. Kinetyka cementacji metali

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2017 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Roztwory elekreolitów

Celem dwiczenia są ilościowe oznaczenia metodą miareczkowania konduktometrycznego.

Zad: 5 Oblicz stężenie niezdysocjowanego kwasu octowego w wodnym roztworze o stężeniu 0,1 mol/dm 3, jeśli ph tego roztworu wynosi 3.

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Laboratorium Podstaw Biofizyki

Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności acetonu

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI MANGANU W GLEBIE

Część laboratoryjna. Sponsorzy

ANALIZA MIARECZKOWA. ALKACYMERIA

Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr letni, rok akademicki 2012/2013

ELEMENTY ANALIZY INSTRUMENTALNEJ. Ćwiczenie 2 Temat: Potencjometria bezpośrednia i pośrednia (miareczkowanie potencjometryczne) POTENCJOMETRIA

13. TERMODYNAMIKA WYZNACZANIE ENTALPII REAKCJI ZOBOJĘTNIANIA MOCNEJ ZASADY MOCNYMI KWASAMI I ENTALPII PROCESU ROZPUSZCZANIA SOLI

PRACOWNIA ANALIZY ILOŚCIOWEJ. Analiza substancji biologicznie aktywnej w preparacie farmaceutycznym kwas acetylosalicylowy

Równowagi w roztworach wodnych

Obliczanie stężeń roztworów

CHEMIA BUDOWLANA ĆWICZENIE NR 2

OZNACZANIE MASY MOLOWEJ SUBSTANCJI NIELOTNYCH METODĄ KRIOMETRYCZNĄ

Pracownia analizy ilościowej dla studentów II roku Chemii specjalność Chemia podstawowa i stosowana. Argentometryczne oznaczanie chlorków w mydłach

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW

LABORATORIUM Z PODSTAW BIOFIZYKI ĆWICZENIE NR 4 1. CEL ĆWICZENIA

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2017 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Instrukcja obsługi AQA therm

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 9

Ćwiczenie 1. Ćwiczenie Temat: Podstawowe reakcje nieorganiczne. Obliczenia stechiometryczne.

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 ZASADY OCENIANIA

roztwory elektrolitów KWASY i ZASADY

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

RÓWNOWAGI REAKCJI KOMPLEKSOWANIA

Transkrypt:

Bufory ph. Pojemność buforowa i zakres buforowania 1. Wstęp Roztworami buforowymi nazywane są roztwory wodne, składające się z mieszaniny słabego kwasu i sprzężonej z nim zasady (protonodawca protonobiorca), bądź odwrotnie. Istotną właściwością roztworów buforowych jest zdolność do utrzymywania względnie stałej wartości ph, w odpowiedzi na dodatek niewielkich ilości kwasów lub zasad. Wartość ph roztworów buforowych pozostaje względnie stabilna również podczas ich rozcieńczania. Z tego względu, roztwory buforowe znajdują zastosowanie przede wszystkim jako czynniki pozwalające na utrzymanie praktycznie niezmiennej wartości ph w szerokim zakresie zastosowań chemicznych (np. przy produkcji barwników, w procesach fermentacyjnych, jak również do ustalania ph produktów spożywczych, kosmetyków oraz leków). Wartość ph buforu jest uzależniona od pka użytego kwasu (bądź pkb użytej zasady), jak również stosunku stężeń kwasu (zasady) i sprzężonej z nim zasady (kwasu). Zależność tę opisuje równanie Hendersona-Hasselbalcha, ukazujące korelację między mocą kwasu oraz wartością ph. Rozważając reakcję przebiegającą w następujący sposób (w przypadku, gdy do sporządzenia buforu wykorzystano słaby kwas): równanie Hendersona-Hasselbalcha ma postać: HA + H 2 O H 3 O + + A ph = pk a + log 10 [A ] [HA] gdzie: [A - ] stężenie molowe sprzężonej zasady [mol dm -3 ], [HA] stężenie molowe niezdysocjowanego kwasu, pka ujemny logarytm z Ka (stała równowagi reakcji dysocjacji kwasu). Przykład dla kwasu octowego: CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO ph = pk a + log 10 [CH 3 COO ] [CH 3 COOH] Wartość pka jest miarą mocy kwasu. Przyjmuje się, że słabe kwasy to te, które odznaczają się wartościami pka większymi od 3 (-log(0,001) = 3), a im większa wartość pka tym słabszy kwas. Na podstawie równania Hendersona-Hasselbalcha, można zauważyć, że ph roztworu buforowego jest równe wartości pka kwasu, gdy stosunek stężenia wolnego (niezdysocjowanego) kwasu do stężenia anionu powstałego na skutek dysocjacji tego kwasu, równy jest 1 (bo log(1)=0). 1

ph W przypadku miareczkowania słabego kwasu mocną zasadą, sytuacja taka ma miejsce po dodaniu ilości zasady, równej połowie ilości potrzebnej do całkowitego zobojętnienia kwasu, czyli w momencie, gdy stopień zmiareczkowania wynosi 50% (rys. 1). Dodatkowo, warto zauważyć, że wartość ph roztworu zmienia się stosunkowo wolno w regionie buforowym, czyli przy ph = pka ± 1. 12 10 8 6 ph = pk a (na podstawie równania linii regresji z 6-ciu punktów) 4 obszar buforowy 2 0 ½V PK V PK - punkt końcowy miareczkowania 0 2 4 6 8 10 12 Objętość titranta, V t [cm 3 ] Rys. 1. Przykład krzywej miareczkowania słabego kwasu (kwas octowy, pka = 4,7) mocną zasadą (0,1 M NaOH). Należy jednak pamiętać, że zbyt duża ilość dodanego kwasu lub zasady może spowodować przekroczenie, tzw. pojemności buforowej, czego efektem są znaczące zmiany ph roztworu. Pojęcie pojemność buforowa (β) określa w sposób ilościowy zmianę ph tegoż roztworu wywołaną dodatkiem mocnego kwasu lub zasady. Wyznacza się ją w odniesieniu do 1 dm 3 roztworu buforowego. β n ph β pojemność buforowa, Δn ilość moli mocnego kwasu/zasady po dodaniu do roztworu buforowego [mol], ΔpH zmiana ph podczas dodawania objętości mocnego kwasu/zasady do roztworu buforowego. 2

Wartość pojemności buforowej jest silnie związana ze stężeniami składników i wzrasta wraz z ich zwiększeniem. Największą pojemność buforową wykazują roztwory buforowe, o ph równym pka kwasu, użytego do ich sporządzenia. Istotnym czynnikiem, podczas miareczkowania kwasów oraz zasad jest określenie miana titranta, czyli jego dokładnego stężenia. W przypadku miareczkowania słabych kwasów, jak ma to miejsce w niniejszym ćwiczeniu, jako titrant wykorzystywany jest wodny roztwór wodorotlenku sodu. Jednakże, NaOH nie jest substancją podstawową, tak więc nie możliwe jest przygotowanie roztworu o dokładnie znanym mianie przez bezpośrednie rozpuszczenie odważki tej substancji (stały NaOH zawsze zawiera pewną ilość wody i węglanu sodu). Podczas zajęć studenci wykonają kalibrację ph-metrów, miareczkowanie próbek słabego kwasu organicznego oraz wyznaczą wartości pka oraz pojemności buforowej. Szczegółowe informacje, dotyczące przebiegu ćwiczenia oraz wykonania obliczeń znajdują się na stronie: https://pg.edu.pl/documents/1109389/68480433/pka_pot1.pdf 2. Przebieg ćwiczenia a) kalibracja ph-metrów Aparatura: ph-metr 1 szt. kombinowana elektroda szklana 1 szt. mieszadło magnetyczne z mieszadełkiem 1 szt. zlewka 250 cm 3 1 szt. tryskawka 1 szt. ręcznik papierowy 1 szt. Odczynniki: roztwór buforowy o ph = 4,01 roztwór buforowy o ph = 7,00 Zamocować elektrodę szklaną w uchwycie. Dokładnie opłukać elektrodę wodą destylowaną a następnie delikatnie osuszyć ją kawałkiem ręcznika papierowego. Zdjąć niebieski kapturek osłaniający wlot elektrolitu. Fiolkę z roztworem buforowym o ph=4,01 ustawić na mieszadle. Opuścić elektrodę szklaną do roztworu buforowego tak aby klucz elektrolityczny był zanurzony. Włączyć mieszanie (umiarkowana prędkość). Włączyć ph-metr i przełączyć go w tryb pomiaru ph (nacisnąć klawisz ph). Odczekać do momentu ustalenia się wskazań ph-metru. Przejść do trybu kalibracji ph-metru przytrzymując naciśnięty klawisz ph, aż do momentu gdy na wyświetlaczu ukaże się migający napis CAL. Nacisnąć klawisz Enter. Przez krótką chwilę na wyświetlaczu będzie widoczny napis P1oznaczający pierwszy punkt kalibracyjny. Po chwili napis P1 zastąpiony zostanie wartością liczbową. Wartość ta, to ph odpowiadające pierwszemu roztworowi kalibracyjnemu. Za pomocą klawiszy (+) i (-) ustawić ph pierwszego roztworu buforowego (4,01). Nacisnąć klawisz Next. Wyświetlacz zacznie 3

pokazywać SEM ogniwa pomiarowego. Należy odczekać, aż wartość ta ustabilizuje się, po czym zatwierdzić ją naciskając klawisz Enter. Po naciśnięciu tego klawisza ph-metr przejdzie do pomiaru SEM dla drugiego roztworu buforowego. Na wyświetlaczu pojawi się na chwilę napis P2. Po chwili napis P2 zastąpiony zostanie wartością liczbową. Wartość ta, to ph odpowiadające drugiemu roztworowi kalibracyjnemu. Za pomocą klawiszy (+) i (-) ustawić ph drugiego roztworu buforowego (7,00). Zanim dokona się pomiaru dla drugiego roztworu buforowego, należy wyjąć elektrodę z pierwszego roztworu buforowego, dokładnie opłukać ją wodą destylowaną i delikatnie osuszyć kawałkiem ręcznika papierowego po czym umieścić we fiolce z drugim roztworem buforowym. Nacisnąć klawisz Next. Wyświetlacz zacznie pokazywać SEM ogniwa pomiarowego. Należy odczekać, aż wartość ta ustabilizuje się, po czym zatwierdzić ją naciskając klawisz Enter. Po naciśnięciu tego klawisza ph-metr powtarza procedurę kalibracji (tj. przechodzi do pomiaru SEM dla pierwszego roztworu buforowego). Aby przerwać tę pętlę należy nacisnąć klawisz ph. Po zakończeniu kalibracji ph-metru wyjąć elektrodę z roztworu buforowego i dokładnie opłukać ją wodą destylowaną. b) miareczkowanie słabego kwasu Aparatura: ph-metr 1 szt. kombinowana elektroda szklana 1 szt. mieszadło magnetyczne z mieszadełkiem 1 szt. suchy i czysty pojemnik polietylenowy 2 szt. zlewka 250 cm 3 1 szt. tryskawka 1 szt. titrator lub pipeta automatyczna 0,5 cm 3 1 szt. zlewka ok. 50 cm 3 1 szt. Odczynniki: roztwór NaOH (0,1 mol dm -3 ), monokarboksylowy, słaby kwas organiczny. Do pojemników polietylenowych odważyć po około 100 oraz 150 mg kwasu. Zanotować dokładną masę kwasu. Do każdego z pojemników, delikatnie dodać taką ilość wody destylowanej, aby całkowicie rozpuścić kwas. Końcowa objętość roztworu powinna wynosić 100 cm 3. Podczas rozpuszczania kwasu należy uważać aby go nie rozpylić w powietrzu np. przez zbyt gwałtowne dodanie wody z tryskawki. Pojemnik z kwasem ustawić na mieszadle magnetycznym, delikatnie umieścić wewnątrz mieszadełko, a następnie zanurzyć elektrodę szklaną (klucz elektrolityczny musi być zanurzony). Włączyć mieszanie, odczekać do ustalenia się wskazań ph-metru, po czym 4

zanotować je. Rozpocząć miareczkowanie próbki porcjami roztworu NaOH o objętości 0,5 cm 3. Po dodaniu każdej porcji titranta odczekać aż wskazania ph-metru ustabilizują się, po czym zanotować wyświetloną wartość ph. Miareczkowanie kontynuować, aż do momentu zaobserwowania gwałtownego skoku ph. Po stwierdzeniu tego faktu dodać jeszcze 4 porcje titranta (notując oczywiście wskazania przyrządu). Miareczkowaniu poddać każdą z trzech próbek, dokładnie myjąc elektrodę i mieszadełko magnetyczne po zakończeniu każdego z miareczkowań. Każda grupa przygotuje jedno sprawozdanie, które należy dostarczyć najpóźniej tydzień po zajęciach. Sprawozdanie powinno zawierać krótki wstęp teoretyczny (przykłady wykorzystania roztworów buforowych w chemii analitycznej, na podstawie artykułów naukowych), wyniki (obliczenia, krzywe miareczkowania, odniesienie uzyskanych wyników do wartości literaturowych), wnioski. 5