Stanovení disociační konstanty acidobazického indikátoru

Transkript

1 Stnovení disociční konstnty cidobzického indikátoru Teorie: cidobzické indikátory se chovjí buď jko slbé kyseliny nebo slbé báze disociují ve vodných roztocích omezeně. Kvntittivní mírou disocice je hodnot disociční konstnty. Pro slbou jednosytnou kyselinu pltí: H (solv) H + (solv) + - (solv) (1) K H + ( solv) H ( solv) ( solv) = (2) ph + log = ( solv) pk (3) H ( solv) Hodnotu kyselé disociční konstnty lze tedy vypočítt ze změřených ktivit solvtovného protonu, niontu kyseliny nedisociovné formy kyseliny. bsorbuje-li solvtovná form niontu, či nedisociovné kyseliny elektromgnetické záření ve vhodné oblsti vlnových délek, je možno k měření jejich ktivit použít spektrofotometrii. Se změnou ph se rovnováh popsná rovnicí (1) posouvá dolev nebo doprv. V silně kyselém prostředí je tedy ktivit - (solv) velmi mlá, ztímco v zásditém prostředí je znedbtelná ktivit H(solv). Intenzit zbrvení při vlnové délce odpovídjící bsorpci - (solv) se zvyšuje se zvyšujícím se ph, ztímco pro H (solv) se snižuje (Obr. č. 1). Vlnová délk λ iso, při které je hodnot bsorbnce nezávislá n míře disocice (tedy n poměrném zstoupení jednotlivých forem) látky, se nzývá isosbestický bod. V tomto bodě se všechny křivky závislosti bsorbnce n vlnové délce protínjí (Obr. č. 1). Závislost bsorbnce kterékoliv formy ( - (solv), H (solv) ) n ph (Obr. č. 2) je sigmoidní křivk symetrická podle bodu inflexe, ve kterém je pk = ph, neboť log ( - (solv) / H(solv) ) = 0, viz rovnice (3). Obr. č. 1: bsorpční spektr roztoků methylové ornže při různých hodnotách ph roztoku 1

2 Stnovení disociční konstnty cidobzického indikátoru 1,600 1,400-1,200 1,000 H bsorbnce 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 Obr. č. 2: Závislost bsorbnce disociovné formy (měřeno při λ mx ( - ) ) nedisociovné formy (měřeno při λ mx (H) ) cidobzického indikátoru n hodnotě ph roztoku Prktická část: Úkol: Zjistěte hodnotu kyselé disociční konstnty vzorku cidobzického indikátoru orientčně vlstním zrkem porovnejte s výsledky získnými pomocí spektrofotometru. Určete hodnotu molárních bsorpčních koeficientů obou forem tohoto indikátoru. Chemikálie: kyselá složk stndrdní Brittonův - Robinsonův pufr (0,04 mol l 1 H 3 PO 4, 0,04 mol l 1 CH 3 COOH 0,04 mol l 1 H 3 BO 3 ; ph = 1,81) zásditá složk (0,2 mol dm 3 NOH) destilovná vod vzorek indikátoru stndrdní klibrční roztoky o ph 4,01 7,01 Přístroje: Lbortorní ph metr phm 82 (Rdiometer, Dánsko) s kombinovnou skleněnou elektrodou, klibrovný stndrdními klibrčními roztoky o ph 7,01 4,01. Dosženou hodnotu ph pufru vždy kontrolujeme ph metrem! Při práci s ph metrem dejte pozor, by nedošlo k rozbití bničky měrné elektrody je z tenkého skl. Spektrofotometr Pye-Unicm PU 8800 (Philips-Unicm, nglie) připojený k řídícímu počítči ovládný vytvořeným softwre (Lbview, Ntionl Instruments, US). Skleněné kyvety s tloušťkou bsorpční vrstvy 10,00 mm. Odměrné nádobí. ph 2

3 Stnovení disociční konstnty cidobzického indikátoru Prcovní postup: 1. Orientční určení pk :. Zjistěte zbrvení disociovné nedisociovné formy indikátoru pomocí roztoku pufru hydroxidu. Do jedné kádinky odlijte cc 20 ml kyselé složky Brittonov-Robinsonov pufru do druhé cc 20 ml 0,2 M NOH. Do obou kádinek přidejte cc 10 kpek indikátoru, roztoky promíchejte pozorujte jejich zbrvení. b. Nklibrujte si ph-metr pomocí stndrdních roztoků. Zjistěte přibližnou hodnotu ph pro brevný přechod indikátoru: Do kádinky, která se vejde pod hlvici ph-metru, odměřte odměrným válcem cc 80 ml kyselé složky Brittonov-Robinsonov pufru přidejte cc 1 ml vzorku indikátoru. K tkto připrvenému roztoku přidávejte z byrety roztok NOH sledujte změny zbrvení roztoku. Změní-li indikátor zbrvení tk, že tto brv bude odpovídt přibližnému zstoupení disociovné nedisociovné formy v poměru 1 : 1, odečtěte hodnotu ph, která přibližně odpovídá hodnotě pk, viz rovnice (3). Během tohoto experimentu sledujte, zd váš vzorek indikátoru nejeví dv brevné přechody. V přípdě dvoupřechodového indikátoru se dále zbývejte pouze druhým přechodem (tj. tím, při vyšší hodnotě ph). 2. Spektrofotometrické stnovení pk :. Připrvte do 50ml odměrných bněk sdu lespoň 10-ti roztoků vzorku indikátoru o vždy stejné nlytické koncentrci indikátoru (ředění je uvedeno n lhvičce se vzorkem indikátoru) proměnné hodnotě ph: Odměrné bňky s indikátorem doplňte po rysku připrvenými roztoky Brittonov-Robinsonov pufru o zvolených hodnotách ph. Hodnoty ph pufrů volte tk, byste obsáhli brevný přechod indikátoru (± 1 jednotk ph od orientčně určené hodnoty pk) dále ph disociovné - (solv) nedisociovné H (solv) formy indikátoru. b. Proměřte pečlivě spektr všech připrvených roztoků ve viditelné oblsti. Ovládání spektrofotometru řídícího softwre je popsáno v smosttném oddílu n dlší strně. 3. Vyhodnocení výsledků:. Ze všech digitlizovných spekter zkonstruujte jeden jediný grf. (Jko n Obr. č. 1.) b. Odečtěte pečlivě polohy mxim bsorbnce pro disociovnou (λ mx ( - ) ) nedisociovnou (λ mx (H) ) formu polohu isosbestického bodu (λ iso ) všeho vzorku indikátoru. c. Odečtěte příslušné hodnoty bsorbncí při λ mx ( - ) λ mx (H) vyneste je opět do jednoho grfu v závislosti n ph. (Jko n Obr. č. 2.) d. Pro tyto dvě závislosti zkonstruujte ještě derivční křivky, opět do společného grfu. e. Odečtěte hodnoty pk z inflexních bodů sigmoidních křivek extrémů (mxim minim) jejich derivcí porovnejte je. Odpovězte n otázky ve výsledkovém listu. f. Z limitních hodnot (bsorbnce) sigmoidních křivek vypočítejte podle Lmbertov- Beerov zákon přibližnou hodnotu molárních bsorpčních koeficientů disociovné nedisociovné formy všeho vzorku indikátoru. g. Získná dt přehledně zprcujte spolu s výsledky uveďte do protokolu. 3

4 Stnovení disociční konstnty cidobzického indikátoru Ovládání spektrofotometru řídícího softwre: Registrční spektrofotometr PU 8800 může prcovt smosttně bez nutnosti připojení řídícího počítče, kdy jsou výstupem křivky n milimetrovém ppíře ze zpisovče. Spektrofotometr je vybven sériovým rozhrním RS-232C, přes které je možné ho řídit, nstvovt podmínky, spouštět měření tké sbírt nměřená dt. Připojením k řídícímu počítči bylo docíleno možnosti zisku dt (spekter) v elektronické podobě. Postup: Zpněte spektrofotometr hlvním vypínčem počkejte n proběhnutí testovcího progrmu. Zpněte řídicí počítč spusťte progrm Měření spekter.vi. Inicilizujte spojení spektrofotometru s počítčem postupným stlčením těchto tlčítek: *, MODIFY, ENTER, ENTER otočte klíčkem do polohy LOCK/REMOTE. Tímto je spektrofotometr přepnut do modu řízení počítčem; to se projeví pípnutím přístroje, když kliknete n bílou šipku zákldního ovládání Lbview v levé horní části obrzovky. N čelním pnelu progrmu nvolte prmetry měření: Počáteční vlnová délk: 700 nm, Konečná vlnová délk: 400 nm, Rychlost snímání spektr: 2 nm s 1, Šířk spektrálního intervlu: 1 nm, Krok digitlizce spektr: 2 nm, zpněte Overly Vynulování spektrometru potvrďte tlčítkem Potvrdit prmetry. Dále postupujte dle dilogových oken progrmu. Po skončení měření se výsledné spektrum objeví n obrzovce počítče zároveň je uloženo n hrddisk počítče v podobě textového dokumentu se sloupcem vlnových délek sloupcem hodnot bsorbnce. Již v průběhu měření lze odečítt hodnoty bsorbncí vlnových délek z nměřených spekter. Způsob odečtu ukáže n požádání dozor prktik. 4

5 VÝSLEDKOVÝ LIST Spektrofotometrie Stnovení disoc. konst. cidobzického indikátoru Příjmení, jméno: Turnus číslo: Studijní obor: Přeprcovt doplnit (+ dtum): Úloh vyprcován dne: Dtum odevzdání protokolu: V pořádku dne: Úkol: Určení důležitých nlytických vlstností cidobzického indikátoru pomocí spektrofotometru porovnt s vlstním pozorováním chování vzorku. Chemikálie, přístroje, pomůcky prcovní postup: Viz návod k úloze. 1. Tb. 1 Orientční určení pk : form indikátoru ph brv nedisociovná první rovnováh disociovná do I. stupně druhá rovnováh disociovná Odhdnutá hodnot pk =. 2. Vlstnosti indikátoru určené ze spektrofotometrických měření: λ iso = nm ε (H) = ε ( - ) = Tb. 2 bsorbnce indikátoru v mximech pro zvolené hodnoty ph: ph H (λ mx (H) = nm) - (λ mx ( - ) = nm) Grfy vynesených závislostí včetně grfu derivčních křivek spekter n zvláštním listu přiložte k tomuto výsledkovému listu. Do grfů vyznčte vlnové délky bsorpčních mxim, isosbestický bod způsob odečtení hodnoty pk cidobzického indikátoru. Výsledek, závěr diskuze: Použitá koncentrce vzorku č. indikátoru mol l 1 Hodnot pk cidobzického indikátoru odečtená ze sigmoidních křivek je. Hodnot pk cidobzického indikátoru odečtená z derivčních křivek je. Která z metod určení pk je vhodnější proč? Z jkého důvodu se liší odhdnutá hodnot pk od té nměřené? 1/1