2 Η ΕΡΓΑΣΗΡΙΑΚΗ ΑΚΗΗ ΡΤΘΜΙΣΙΚΑ ΔΙΑΛΤΜΑΣΑ

Transcript

1 2 Η ΕΡΓΑΣΗΡΙΑΚΗ ΑΚΗΗ ΡΤΘΜΙΣΙΚΑ ΔΙΑΛΤΜΑΣΑ

2 Α. ΘΕΩΡΗΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Ρυθμιστικά διαλύματα είναι μικτά ηλεκτρολυτικά διαλύματα (ασθενές οξύ + το άλας του με ισχυρή βάση ή ασθενής βάση + το άλας της με ισχυρό οξύ) ορισμένου. Η τιμή του ενός ρυθμιστικού είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την αραίωση του συστήματος και δεν επηρεάζεται σημαντικά από την προσθήκη μικρής ποσότητας οξέος ή βάσης. Παράδειγμα: το ρυθμιστικό διάλυμα οξικού οξέος / οξικού νατρίου υπάρχουν οι ισορροπίες: CH3COONa CH3COO - + Na + (1) CH3COOH CH3COO - + Η + (2) Προσθήκη μικρής ποσότητας οξέος δεσμεύεται από τα CH3COO- (βάση κατά Bronsted-Lowry) και δίνει μικρή ποσότητα οξικού οξέος. Σα Η+ που προκύπτουν από τη διάσταση αυτής της μικρής ποσότητας του οξικού οξέος (ασθενές οξύ) είναι ελάχιστα και συνεπώς η συγκέντρωση των συνολικών υδρογονοκατιόντων στο διάλυμα παραμένει πρακτικά η ίδια. Με προσθήκη μικρής ποσότητας βάσης δεσμεύονται Η+ από τη διάσταση του οξικού οξέος, τα οποία όμως με τη μετατόπιση της ισορροπίας (2) προς τα δεξιά αναπληρώνονται, έτσι ώστε το του να παραμένει περίπου σταθερό. το εργαστήριο χρησιμοποιούμε ρυθμιστικά διαλύματα που αποτελούνται συνήθως από ένα οξύ ΑΗ και την συζυγή του βάση Α- (ή από μία ασθενή βάση και το συζυγές της οξύ). Σα διαλύματα αυτά έχουν την ικανότητα να αντιστέκεται σε μικρές αλλαγές του στην περιοχή που αντιστοιχεί στην pkα του οξέος. τον άνθρωπο το κυριότερο ενδοκυττάριο ρυθμιστικό διάλυμα είναι το H2PO4-(οξύ)/HPO4 2- (βάση) και το κυριότερο εξωκυττάριο ρυθμιστικό σύστημα είναι το H2CO3(οξύ)/HCO3 - (βάση). Η μαθηματική σχέση που συνδέει το, την pκα και τις συγκεντρώσεις οξέος και βάσης είναι η εξίσωση των Henderson - Hasselbalch: - [A ] pκα + log [AH] 2

3 Η εξίσωση αυτή μας επιτρέπει να υπολογίσουμε το ενός όταν ξέρουμε την pκα και την συγκέντρωση οξέος και άλατος (συζυγούς βάσης) που περιέχει. Επίσης μπορούμε να υπολογίσουμε την συγκέντρωση οξέος και άλατος που πρέπει να έχουμε για να παρασκευάσουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα ορισμένου. Αν π.χ. έχουμε ένα διάλυμα που περιέχει ισομοριακές ποσότητες οξικού οξέος (pκα = 4,76) και οξικού νατρίου τότε εφαρμόζοντας την εξίσωση, βρίσκουμε ότι το του είναι 4,76. ΠΑΡΑΣΗΡΗΕΙ 1. Σο ενός ρυθμιστικού εξαρτάται από την τιμή της pka του δότη πρωτονίων και από τον λογάριθμο του λόγου των τιμών της συγκέντρωσης του δέκτη προς την συγκέντρωση του δότη των πρωτονίων και όχι από τις αριθμητικές τιμές των συγκεντρώσεών τους. 2. Όταν μέσα στο διάλυμα υπάρχουν ίσες συγκεντρώσεις του δότη και του δέκτη των πρωτονίων, τότε ο λόγος των συγκεντρώσεών τους είναι ίσος με την μονάδα, και κατά συνέπεια ο λογάριθμός τους είναι μηδέν. Επομένως η εξίσωση Henderson - Hasselbach παίρνει την μορφή =pka. Αυτό σημαίνει ότι η αριθμητική τιμή του του ρυθμιστικού ισούται με την τιμή του pka του δότη των πρωτονίων που συμμετέχει στο σύστημα. ε αυτή την περιοχή τιμών το ρυθμιστικό διάλυμα κατέχει και την μεγαλύτερη ρυθμιστική ικανότητα. Κατά γενικό τρόπο τα ζεύγη συζυγών βάσεων και οξέων εμφανίζουν ρυθμιστική δράση σε τιμές =pka ± 1 σντελεστής ρσθμιστικής ικανότητας ή τωρητικότητας Για την έκφραση της ρυθμιστικής ικανότητας ενός ρυθμιστικού, δηλαδή της ικανότητάς του να αντιστέκεται στη μεταβολή του κατά την προσθήκη ισχυρών οξέων ή βάσεων, χρησιμοποιείται ο συντελεστής ρυθμιστικής ικανότητας, β. Ο συντελεστής αυτός ορίζεται ως ο αριθμός των γραμμοϊσοδύναμων (greg) ή γραμμομορίων (mole) οξέος ή βάσης, που πρέπει να προσθέσουμε σε ένα λίτρο του ρυθμιστικού για να προκαλέσουμε μεταβολή του κατά μία μονάδα. c Όπου: Δc η αύξηση της συγκέντρωσης του οξέος ή της βάσης 3

4 και Δ η μεταβολή του που προκύπτει. Β. ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Άσκηση 1 η Παρασκευάζονται σε τρία ποτήρια ζέσεως τρία ρυθμιστικά διαλύματα με ανάμιξη των αναγραφόμενων ποσοτήτων διαλυμάτων οξικού οξέος και οξικού νατρίου 0,1Μ. Ρυθμιστικό διάλυμα Α: 10ml οξικού οξέος + 40ml οξικού νατρίου Ρυθμιστικό διάλυμα Β: 25ml οξικού οξέος + 25ml οξικού νατρίου Ρυθμιστικό διάλυμα Γ: 40ml οξικού οξέος + 10ml οξικού νατρίου Μετρήστε το κάθε και υπολογίστε την pka του οξικού οξέος. υγκρίνετε με την θεωρητική (4,76). Άσκηση 2 η Αρχίζοντας με το διάλυμα Α προσθέστε με την βοήθεια προχοϊδας διάλυμα NaOH 0,1Μ ανά 1,0ml, ανακινώντας συνέχεια και μετρώντας το μετά από κάθε προσθήκη. υνεχίστε μέχρι να σταθεροποιηθεί η τιμή του. Καταχωρίστε τα αποτελέσματα στον πίνακα 1. Επαναλάβετε με τα άλλα δύο διαλύματα Πίνακας 1 Μεταβολή του ρυθμιστικών διαλυμάτων με προσθήκη NaOH ml (0,1M) NaOH κλπ [OH-] Α Β Γ 4

5 1. ε ορθογώνιο σύστημα αξόνων σχεδιάστε την καμπύλη μεταβολής του κάθε ρυθμιστικού σε συνάρτηση με την συγκέντρωση της βάσης. Σι συμπεραίνετε; 2. Τπολογίστε τον συντελεστή ρυθμιστικής ικανότητας κάθε. χολιάστε τα αποτελέσματα σας. ΑΚΗΗ Σα περισσότερα βακτήρια δεν αναπτύσσονται σε pη μικρότερο του 5. Ποια είναι η αναλογία όγκων διαλυμάτων οξικού οξέος (0,1 Μ) και οξικού νατρίου (0,1Μ) που πρέπει να αναμιχθούν για να παρασκευασθεί 11t ρυθμιστικού οξικού οξέος - οξικού νατρίου που να έχει pη = 5,0; Είναι γνωστό ότι pκa οξικού οξέος = 4,76 5