praoví list studeta Aidobaziké rovováhy dměrá aalýza aidobaziká titrae ýstup RP: Klíčová slova: Marti Krejčí experimet umožňuje žákům pohopit hováí slabýh protolytů (kyseli a zásad ve vodýh roztoíh; žái se detailěji sezámí s ph-metrikou detekí bodu ekvivalee jako jedou se základíh istrumetálíh tehik kvatitativí odměré aalýzy během výpočtové části se žái aučí základím vztahům výpočtů ph slabýh protolytů tlumivýh roztoků osvojí si termíy kostata aidity či baziity a pohopí jejih výzam pro posouzeí hováí slabýh protolytů ve vodýh roztoíh; dle použitého protolytu případě jeho koetrae či koetrae odměrého roztoku titračí křivka variuje a při iterpretai si žák osvojuje podstatá fakta o vlivu koetrae roztoků a průběh staoveí. Žái se sezámí s aparaturou pro titrai a priipem titračí tehiky jako metody odměré aalýzy Alkalimetrie slabá kyselia kostata aidity stupeň disoiae silá zásada ph bod ekvivalee titračí křivka Kvita Laboratorí práe Doba a přípravu: mi Doba a realizai: mi Doba a zpra. dat: mi btížost: středí Alkalimetriká titrae slabé kyseliy ( silou zásadou (NaH s ph-metrikou detekí bodu ekvivalee Ůkol Cíl Teoretiký úvod Pomůky ph-metriké staoveí kyseliy otové odměrým roztokem hydroxidu sodého NaH. Pomoí přesé odměré aalytiké metody s istrumetálí detekí bodu ekvivalee staovit přesou árí koetrai vodého roztoku kyseliy otové (. Z aměřeýh měííh se hodot ph v důsledku přidaého objemu odměrého roztoku silé zásady (NaH v průběhu staoveí sestavit titračí křivku zobrazujíí průběh titrae. Povšimout si tvaru a iterpretovat rozdíly mezi titračími křivkami při stejém typu titrae ale s jiými koetraemi jak kyseliy otové ( tak i případě s rozdílou koetraí odměrého roztoku hydroxidu sodého (NaH. Grafiké zpraováí a aalýza titračíh křivek (deteke bodu ekvivalee. yužití prví a druhé derivae při zázorěí a deteki bodu ekvivalee. ýpočet přesé árí koetrae kyseliy otové ( a základě objemu odměrého roztoku NaH zjištěého při titrai. Použití aidobazikýh idikátorů jako způsobu pro vizuálí deteki bodu ekvivalee. Fukčí oblast idikátoru (oblasti barevýh přehodů jedotlivýh strukturíh forem idikátorů jako fuke ph vodýh roztoků kyseli a zásad. Sezámit se s aparaturou pro prováděí odměré aalýzy titračí tehikou. (viz aidobaziké rovováhy Přístrojové vybaveí: datalogger LABQUEST počítač s aistalovaým programem Logger Pro ph-elektroda erier magetiká míhačka magetiké míhadlo Laboratorí tehika: laboratorí stoja držák a byrety byreta ( ml odměrá pipeta ( ml ml ml titračí baňka ( ml odměrá baňka ( ml ml držák ph elektrody (eí podmíkou střička pipetovaí baloek Chemikálie: roztok kyseliy hlorovodíkové HCl L - odměrý roztok hydroxidu sodého NaH L - poz.: Pro dosažeí vyšší přesosti staoveí je ezbytostí stadardizae odměrého roztoku NaH. 9
obr.č praoví list studeta dměrá aalýza aidobaziká titrae Iformae o ebezpečosti použitýh hemikálií : H-věty H4 Způsobuje těžké poleptáí kůže a poškozeí očí. H6 Hořlavá kapalia a páry. R-věty R Hořlavý. R Způsobuje těžké poleptáí S-věty S/ Uhovávejte uzamčeé a mimo dosah dětí. S Nevdehujte plyy/dýmy/páry/aerosoly (příslušý výraz speifikuje výrobe. S6 Při zasažeí očí okamžitě důkladě vypláhěte vodou a vyhledejte lékařskou pomo. S4 případě ehody ebo eítíte-li se dobře okamžitě vyhledejte lékařskou pomo (je-li možo ukažte toto ozačeí NaH: H-věty H4 Způsobuje těžké poleptáí kůže a poškozeí očí. R-věty R Způsobuje těžké poleptáí. S-věty S/ Uhovávejte uzamčeé a mimo dosah dětí. S6 Při zasažeí očí okamžitě důkladě vypláhěte vodou a vyhledejte lékařskou pomo. S7/9 Používejte vhodé ohraé rukavie a ohraé brýle ebo obličejový štít. S4 případě ehody ebo eítíte-li se dobře okamžitě vyhledejte lékařskou pomo (je-li možo ukažte toto ozačeí. odměrá pipeta 4 Postup práe Do čisté titračí baňky ( ml odpipetujeme odměrou pipetou ml roztoku kyseliy otové o přibližé koetrai L - (obr. ásledě přidáme ml destilovaé vody aby byla měříí část ph-elektrody elá poořea do staovovaého roztoku. K roztoku lze přidat kapky zvoleého aidobazikého idikátoru (feolftalei bromthyová modř apod. Poz.: Pro prái s aidobazikými idikátory je lepší provést samostatý experimet v rámi jiého laboratorího vičeí s širší škálou aidobazikýh idikátorů. Sestavíme aparaturu pro titrai (obr. a. Přes filtračí álevku aplíme byretu odměrým roztokem NaH L - Před vlastím plěím je třeba byretu pečlivě propláhout destilovaou vodou a ásledě zbytek vody spláhout malým možstvím připraveého odměrého roztoku (íl miimalizae hyby staoveí způsobeé pozměěím koetrae odměrého roztoku destilovaou vodou poházejíí z počátečího výplahu byrety. 4 Meiskus vytvořeý hladiou odměrého roztoku astavíme a ulovou hodotu odpuštěím přebytečého možství odměrého roztoku. obr. Do titračí baňky s aalyzovaým roztokem kyseliy otové vložíme magetiké míhadlo. 6 Do držáku a elektrodu upeme ph elektrodu (eí podmíkou elektroda může být umístěa i volě potom dbáme a to aby míhadlo zbytečě earáželo do měříí části ph-elektrody. 7 ph metrikou elektrodu je ezbyté před experimetem kalibrovat. Kalibrai provádíme dvoubodově za pomoi roztoků pufrů o defiovaém ph (při dvoubodové kalibrai používáme roztoky o ph 4 a o ph 7. (místo pufru o ph 4 lze použít i roztok o ph. obr. obr.
praoví list studeta dměrá aalýza aidobaziká titrae 8 Nyí je ezbyté astavit režim měřeí v programu LoggerPro pro sběr dat. rozbalovaím sezamu Experimet zvolíme abídku Sběr dat po které se ám objeví dialogové oko pro astaveí (obr. 4. Zde astavíme variatu Události se vstupy (obr.. Následě doplíme iformae o ázvu sloupe zače a jedote mauálě zadávaé veličiy (obr. 6. Potvrzeím Hotovo máme základí astaveí režimu měřeí a můžeme přistoupit k vlastí realizai měřeí. Lze překotrolovat astaveí grafu hlavě měřítko os ebo formát zobrazovaýh bodů apod. Neí to však ezbyté poěvadž s tímto astaveím lze praovat i po sběru dat ve fázi zpraováí aměřeýh hodot. (viz kapitola zpraováí dat obr. 4 obr. 4 obr. obr. 6 obr. obr. 6 9 S takto připraveou aparaturou můžeme začít vlastí titrai. ph-elektrodu pooříme do aalyzovaého roztoku. táčky magetiké míhačky astavíme tak aby se aalyzovaý vzorek erozstřikoval po stěáh titračí baňky (ežádouí zkresleí výsledků měřeí. lastí měřeí zahájíme příkazem Sběr dat (zeleá šipka a moitoru. Současě se zahájeím sběru dat se vedle zeleé šipky objeví symbol modrého kroužku Zahovat využívaý k mauálímu zadáváí objemu přidaého odměrého roztoku. Během titrae volíme objem odměrého roztoku dle potřeby tak abyhom získali dostatečé možství hodot pro vykresleí titračí křivky. Jako ideálí se jeví objemy v itervalu ml (závisí a koetrovaosti roztoků. Po každém přídavku je ezbyté počkat až se a měříím přístroji ová hodota změěého ph ustálí. Následě za pomoi tlačítka Zahovat potvrdíme aměřeou hodotu a mauálě zadáme objem a potvrdíme tlačítkem K. Celou operai opakujeme tak abyhom získali dostatek hodot a to jak před bodem ekvivalee tak i za ím aby výsledá titračí křivka byla úplá s dobře patrými body zlomu v elém svém průběhu. Po aměřeí dostatečého počtu hodot ukočíme sběr dat tlačítkem Ukočit. Zpraováí dat Na ásledujíím obrázku je zobraze graf zobrazujíí průběh titrae. Z takto aměřeýh hodot již lze odečíst (H - v bodě ekvivalee. Nejprve klikeme a tlačítko dečet hodot a základí liště a v rozbalovaím sezamu Aalýza zatrheme abídku Iterpolae která ám zajistí dopočítáváí hodot i mimo hodot aměřeýh dataloggerem. 4
iformae pro učitele dměrá aalýza aidobaziká titrae 4 bjem (H: 89 ph: 88 9 8 ph 7 6 4 4 6 7 8 9 4 6 7 8 9 bjem (H (ml Pro vlastí idetifikai bodu ekvivalee potom můžeme volit jedu z ásledujííh tehik: Idetifikae bodu ekvivalee metodou oskulačíh kruži Idetifikae bodu ekvivalee metodou teče programu LoggerPro je možo idetifikovat bod ekvivalee metodou prví ebo druhé derivae ph v závislosti a změě (H -. Realizae je utá ásledujíím postupem: ejprve v abíde Data avolíme možost Nový dopočítávaý sloupe. bjeví se dialogové oko pro ový dopočítávaý sloupe (obr. 7. yplíme oko Název Začka a a závěr vybereme z abídky fuki kde volíme v sezamu alulus (matematiké fuke (obr. 8 a v ih derivae (obr. 9. tabule se ám objeví ový sloupe s hodotami prví derivae. Současě lze vykreslit graf zobrazujíí průběh fuke. Bod ekvivalee se ahází v maximu křivky. Stejým způsobem lze provést i druhou derivai ph v závislosti a změě (H -. 4 obr. 7 obr. 8
d ( H 4 Na ásledujííh obrázíh lze vidět výsledé grafy derivaí s dph vyzačeými body ekvivalee pro graf prví i druhé derivae ph. d ph d ( H Pokud se podíváme a grafy. i. derivae ph je vidět proložeí částí grafu křivkou u. d a přímkou u. d. Touto tehikou dostáváme NaH iformai HCl o objemu odměrého NaCl H roztoku NaH v bodě ekvivalee. (H H H (l obr. 9 iformae pro učitele dměrá aalýza aidobaziká titrae H H H H H ( ( H 4 bjem (H: 774 ml. derivae: 94. derivae: 8886 ( ( ( ( ( H ( H ( H H (. derivae ( HCl w HCl HCl M ρ HCl ( HCl ( HCl 64 7 Automatiky proložit křivku pro: Měřeí I ( HCl. derivae 89 ml 9 ml Automatiky proložit křivku pro: Měřeí I. derivae 4 6 7 8 9 4 6 7 8 9 bjem (H (ml bjem (H: 484946 ml. derivae: 877. derivae: -44. derivae: 68 Proložeí přímky pro: Měřeí I. derivae. derivae Automatiky proložit křivku pro: Měřeí I. derivae - Automatiky proložit křivku pro: Měřeí I. derivae 4 6 7 8 9 4 6 7 8 9 bjem (H (ml 4
ýpočty iformae pro učitele dměrá aalýza aidobaziká titrae ýsledky objemů NaH v bodě ekvivalee: (H - ml ekv. (H- ml ekv. (H- 48 ml ph bodu ekvivalee ekv. bylo odečteo jako 89. ph ekv v baziké oblasti je pro titrai slabé kyseliy silou zásadou harakteristiká protože se tvoří hydrolyzovatelá sůl ota sodý ( CNa z které otaový aio podléhá hydrolýze a do roztoku se při í geerují (H - ioty které posouvají hodotu ph do baziké oblasti.. Přesá koetrae Z hemiké rovie je zřejmé že hemiká reake probíhá při jedotkové stehiometrii. NaH NaH CNa CNa H H NaH NaH (H (H (H (H H H CNa CNa H H H NaH (H (H (H CNa H Zameá to že v bodě ekvivalee se (H (H H rovají ( H látková možství H ( H (H ( H titrovaý roztok a NaH H ( H odměrý roztok. Platí (H tedy H ásledujíí relae: ( ( H H ( H ( H ( H ( H ( H ( H ( ( H H ( ( H ( H H ( H ( H ( H ( H ( H ( H ( H ( H ( ( H ( H ( ( H H H ( H ( H ( H při harakteristikáh odměrého roztoku ( H NaH (árí ( H ( H koetrae L - a objem (H - odečteý z grafů v bodě ekvivalee (H - ekv. ml lze sado určit látkové možství (H NaH oxoiového katiotu. bodě ekvivalee pt musí platit ( H ( relae: H CNa H NaH ( (H CNa. Lze H tedy spočítat počátečí koetrai ( (H (H ( H (H H (H H ( ( ( H ( ( ( H ( H L L ( ( H ( H ( ( ( ( H ( H L ( H ( H ( ( ( H ( ( H ( H ( H L ( ( ( ( H M ( M ( (. Příprava roztoků pro L realizai experimetu ( ( H ( ( w( w ( ( a ýpočet avážky NaH r r M ( (s pro přípravu odměrého roztoku NaH ( o koetrai L - a objemu ml w ( r M ( ( m NaH. w NaH. NaH M ( ( 6 NaH r 6 ( ( 7mL 7mL 6 ml HC HC M Po dosazeí: ( 7 ( 6 ( H w 7 ( m ( ( 7mL r r( 6 ( ml HC NaH.. 4 g ( 7 6 H ( 7mL HC (poz: zhledem k ežádouím reakím NaH 7 se vzdušým C je doporučeo před staoveím stadardizovat odměrý ( roztok. ( L ( ( ( 6 6 L (( ml HC 7mL HC ( b ýpočet ( který je třeba odpipetovat 7 7 ze zásobí lahve pro přípravu roztoku o přibližé koetrai L - a objemu ml. M ( M ( w( r( w r Po dosazeí: ( ( ( 7mL HC 6 ( 7 7mL HC 6 7 44
Iterpretae titračí křivky iformae pro učitele dměrá aalýza aidobaziká titrae Titračí křivka titrae slabé kyseliy silou zásadou má harakteristiký tvar s mohem mělčím bodem zlomu ež je harakteristiké pro titrae silýh kyseli stejou bází. Typikým zakem je posu ph bodu ekvivalee do baziké oblasti který je vyvolá hydrolýzou aiou poházejíího ze slabé kyseliy. Rozpětí hodot ph pro dosažeí bodu ekvivalee je mohem užší ež u titraí silýh kyseli silými zásadami. Zajímavý a harakteristiký je počátek titrae kdy s prvími přídavky odměrého roztoku silé zásady se prvotě elkem výrazě měí i aktuálí hodota ph která však vzápětí zače setrvávat téměř a stejé hodotě. tomto úseku titračí křivky či v tomto stádiu titrae se v titrovaé soustavě ahází soustava tvořeá jak slabou kyseliou tak i její kojugovaou zásadou. Takové soustavy ozačujeme za ústojé roztoky (sy. tlumivé roztoky či pufry. ýzamým bodem a titračí křive je okamžik kdy je slabá kyselia vytitrováa právě z. Hodota ph tohoto okamžiku se shoduje s pk HA (kostatou aidity titrovaé slabé kyseliy. Je velmi prospěšé srovat průběh titračí křivky s průběhy titraí stejé slabé kyseliy při jiýh koetraíh případě s titraemi jiýh slabýh kyseli. 4