bufory asia

Zespół 6 Grupa 34 Smuła Joanna Makara Joanna Piotr Nylecki

Sprawozdanie 4

Data: 16.11.2000

Równowagi w roztworach buforowych

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. Wzory do obliczania pH buforów są następujące: - pH buforu octanowego i fosforanowego wg wzoru c A pH= pKHA + lg cHA - pH buforu amonowego wg wzoru cB pH = 14 – pKB +lg c BH  W obu wzorach występuje stężenie zasady (cA-,cB) do stężenia kwasu (cHA,cBH+). 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 + ClPodczas dodawania wodorotleneku sodu reaguje kwas octowy i powstaje słaba zasada (jon octanowe) CH3COOH + NaOH  CH3COO- + H2O + Na+ Zdolność przeciwstawiania się wpływom zmieniającym pH charakteryzuje pojemność buforowa. Przyjmijmy, że zmiana stężenia mocnej zasady w roztworze dcz powoduje zmianę pH o wartość dpH. Wyrażenie, które określa związek między ilością wprowadzonej zasady i zmianą pH nazywa się pojemnością buforową roztworu

dc z dpH Zgodnie z podaną definicją  jest zawsze dodatnia, gdyż jeśli dcz > 0, to do dpH>0 (ze wzrostem stężenia zasady pH wzrasta). Jeżeli do roztworu wprowadzi się kwas, to stężenie zasady zmaleje, a więc dcz<0, pH również zmaleje, więc dpH<0 i >0. Pojemność buforową wyrażało się dotąd w gramorównoważnikach na litr. Roztwór ma pojemność buforową równą 1, jeżeli po dodaniu 1l roztworu gramorównoważnika zasady lub kwasu zmieni pH o1.



2. Cel ćwiczenia. Badanie pH roztworów buforowych oraz ich pojemności buforowej.

3. Wyniki pomiarów. a) Sporządzono 10 roztworów buforowych przez zmieszanie w różnych stosunkach objętościowych 0,2 m. CH3COOH i CH3COONa W tabeli zestawiono wyniki pomiarów pH r-r buforowych . Lp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CH3COOH : CH3COONa 18,5 : 1,5 17,6 : 2,4 16,4 : 3,6 14,7 : 5,3 12,6 : 7,4 10,2 : 9,8

pH (zmierzone) 3,34 3,76 3,80 3,95 3,82 4,09 4,20 4,25 4,32 4,61

b) 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 2 4 6

pH

buforu 3,76 3,95 4,09

c) Mierzymy pH wody destylowanej.

pH ( Po dodaniu pH ( Po dodaniu 0,2 ml 0,1m HCL ) 0,2 ml 1m HCL ) 3,38 3,00 3,55 3,10 3,79 3,20

Do dwóch próbek z wodą destylowaną dodajemy kolejno 0,2 ml 0,1m HCL, oraz 0,2 ml 0,1m HCL pH wody dest. 5,00

pH ( Po dodaniu 0,2 ml 0,1m HCL ) 3,47

pH ( Po dodaniu 0,2 ml 1m HCL ) 2,88

3.1 Wyznaczenie stałej dysocjacji K kwasu CH3COOH dla roztworów buforowych na podstawie wykresu pH = f (lgx), Cs,Vs – stężenie, objętość CH3COONa

x = Cs/Ckw = VH/Vs gdzie

Ckw,Vkw – stężenie,objętość CH3COOH

Lp

pH

lgx

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3,34 3,76 3,80 3,95 3,82 4,09 4,20 4,25 4,32 4,61

1,091 0,8653 0,6585 0,4430 0,2311 0,0174

pH = f (lgx) y = -1,0755x + 4,4544

6 5

lg (x)

4 3 2 1 0 -1

-0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1

0

0,1

pH

Wartość odciętej dla lgx = 0 daje wartość stałej K = 10 -4,4544 3.2 pH roztworu H2O z HCl Dla wody destylowanej : pH= 5,00 ; pH (po dodaniu kwasu 0.1M) = 3.47 - wartość zmierzona (po dodaniu kwasu 1M ) = 2,88 - wartość zmierzona

3.3 Obliczenie teoretycznego pH roztworów buforowych po dodaniu HCl

pH  lg

C s  C HCl  lg K C kw  C HCl

Lp.

pH(dośw.)

pH(teor.)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3,34 3,76 3,80 3,95 3,82 4,09 4,20 4,25 4,32 4,61

Wykres zależności pH teoretycznego od pH doświadczlnego.

pH (teor)

Zależność pH (dośw) od pH (teor) y = 0,979x - 0,0841

5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6 4,4 4,2 4 4,4

4,6

4,8

5

5,2

5,4

pH (dośw)

3.4 Obliczenie pHteor(zmiana pH buforu po dodaniu HCl)

pH  lg

x(C  C HCl )  C HCl x(C  C HCl )  x 2 C HCl

Lp.

pHdośw

pHteor

-lgx

5,6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-0,0087 -0,00873 -0,0090 -0,0095 -0,010 -0,011 -0,0129 -0,0156 -0,0172 -0,0195

0,19 0,15 0,15 0,15 0,13 0,14 0,2 0,13 0,13 0,13

Wykres zależności pH od –lgx.

Zależność dpH (teor) od lg(x) 1 dpH (teor)

0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,2 0

0,2

0,4

0,6

0,8

lg(x) 3.5 Dla stosunku Cs/Cz = uzyskano minimalną (pHmin) wartość pH.

3.6 Obliczenie pojemności buforowej . =CHCl / pH gdzie : CHCl - stężenie HCl po dodaniu do roztworu buforowego pH – zmiana pH Lp 1

pH 4,41

 0,0165

1

2 3

4,96 5,54

0,0495 0,0198

Wykres zależności pojemności buforowej  od pH.

pojemność buforu

Zależność pojemnośći buforowej od pH 0,06 0,04 0,02 0 4

4,5

5

5,5

6

pH

Wartości pH dla buforów wzorcowych Wartości początkowe: pH = 2,00 i pH = 7,00 Wartości końcowe: pH = 2,10 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, ale jest stała pomimo rozcieńczania.W przypadku wody destylowanej dodanie mocnego kwasu powoduje wyraźną zmianę pH o kilka jednostek.Czysta woda destylowana (bez dodatku kwasu) ma pH =5, co odbiega od wartości teoretycznej (pH=7).Przypuszczamy,że spowodowane jest to zakwaszeniem w pewnym stopniu wody destylowanej dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu.