1. Ρύθµιση πεχαµέτρου. 2. Προσδιορισµός της κλασικής σταθεράς διάστασης

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HΛΕΚΤΡOXHMEIAΣ-ΧΗΜΙΚΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ Σωτήρης Σωτηρόπουλος, Πάνος Γιαννακουδάκης Εργαστήριο Φυσικής Χηµείας, Tµήµα Χηµείας ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1. Ρύθµιση πεχαµέτρου Πεχαµετρικός προσδιορισµός της σταθεράς διάστασης οξέος Ρύθµιση µε πρότυπο διάλυµα γνωστής τιµής. 2. Προσδιορισµός της κλασικής σταθεράς διάστασης ασθενούς µονοπρωτικού οξέος (pk c ) σε υδατικό διάλυµα. Πεχαµετρική ογκοµέτρηση 50 ml υδατικού διαλύµατος Ν CH 3 COOH µε τιτλοδότη 0.05 Ν υδατικού διαλύµατος ΝaΟΗ (~20 προσθήκες των 0.5 ml). Απαραίτητα αντιδραστήρια Προχοΐδα: υδατικό διάλυµα NaOH 0,05 M (20 προσθήκες των 0,5 ml κάθε µία) Ποτήρι: 50 ml υδατικού διαλύµατος CH 3 COOH ή HCOOH συγκέντρωσης 0,005 Μ Πειραµατικό: Κάνουµε 20 διαδοχικές προσθήκες διαλύµατος NaOH (τιτλοδότη) όγκου 0,5 ml η κάθε µία µε τη βοήθεια της προχοΐδας στο ποτήρι που περιέχει 50 ml υδατικού διαλύµατος CH 3 COOH ή HCOOH συγκέντρωσης 0,005 Μ. Μετά από κάθε προσθήκη NaOH µετράµε την τιµή του και κατασκευάζουµε τον παρακάτω πίνακα και από αυτόν το διάγραµµα όγκος προστιθέµενης βάσης δηλ. την καµπύλη πεχαµετρικής τιτλοδότησης: Όγκος προστιθέµενου NaOH σε ml = pk üãêïò âüóçò (óå ml) óçìåßï ìéóïý üãêïõ åîïõäåôýñùóçò éóïäýíáìï óçìåßï Þ óçìåßï åîïõäåôýñùóçò

2 Υπολογισµός του pk c Προσδιορίζουµε το ισοδύναµο σηµείο ή σηµείο ολικής εξουδετέρωσης και από αυτό το σηµείο µισής εξουδετέρωσης όπου =pk c. T pk c µπορεί να υπολογιστεί επίσης από το διάγραµµα που δείχνει την εξάρτηση του από το lg όπου V C V-C υ οξεος βασης ΠΡΟΣΟΧΗ: για την κατασκευή του διαγράµµατος λαµβάνονται σηµεία γύρω από το σηµείο της µισής εξουδετέρωσης είναι ο αρχικός όγκος του οξέος και υ ο ολικός όγκος της βάσης που έχει προστεθεί στο οξύ µέχρι το συγκεκριµένο σηµείο της ογκοµέτρησης. Η γραφική παράσταση βασίζεται στη σχέση: = pk + lg C V-C υ c οξεος βασης lg C âüóçò õ C ïîýïò V - C âüóçò õ 3. Προσδιορισµός των σταθερών διάστασης διπρωτικού οξέος σε υδατικό διάλυµα. Προσδιορισµός των pk του CH 2 (COOH) 2. Απαραίτητα αντιδραστήρια Προχοΐδα: υδατικό διάλυµα NaOH 0,025 M (30 προσθήκες των 0,5 ml κάθε µία) Ποτήρι: 50 ml υδατικού διαλύµατος CH 2 (COOH) 2 συγκέντρωσης 0,0025 Μ Πειραµατικό: Κάνουµε 30 διαδοχικές προσθήκες διαλύµατος NaOH όγκου 0,5 ml η κάθε µία µε τη βοήθεια της προχοΐδας στο ποτήρι που περιέχει 50 ml υδατικού διαλύµατος CH 2 (COOH) 2 συγκέντρωσης 0,0025 Μ. Μετά από κάθε προσθήκη NaOH µετρά- µε την τιµή του και κατάσκευάζουµε τον πίνακα και από αυτόν το διάγραµµα όγκος προστιθέµενης βάσης. óçìåßï ìéóïý üãêïõ åîïõäåôýñùóçò ôçò äåýôåñçò ïìüäáò Όγκος προστιθέµενου NaOH σε ml = pk 1 = pk 2 óçìåßï åîïõäåôýñùóçò ôçò äåýôåñçò ïìüäáò üãêïò âüóçò (óå ml) óçìåßï ìéóïý üãêïõ åîïõäåôýñùóçò ôçò ðñþôçò ïìüäáò óçìåßï åîïõäåôýñùóçò ôçò ðñþôçò ïìüäáò

3 Υπολογισµός του pk 1 Προσδιορίζουµε το σηµειο εξουδετέρωσης της πρώτης οµάδας και από αυτό το σηµείο µισής εξουδετέρωσης όπου =pk 1. T pk 1 µπορεί να υπολογιστεί επίσης από το διάγραµµα που δείχνει την εξάρτηση του από το lg όπου V είναι ο C V-C υ οξεος βασης αρχικός όγκος του οξέος και υ ο ολικός όγκος της βάσης που έχει lg C âüóçò õ C ïîýïò V - C âüóçò õ ΠΡΟΣΟΧΗ: για την κατασκευή του διαγράµµατος λαµβάνονται σηµεία γύρω από το σηµείο της µισής εξουδετέρωσης προστεθεί στο οξύ µέχρι το συγκεκριµένο σηµείο της ογκοµέτρησης. Η γραφική παράσταση βασίζεται στη σχέση: = pk + lg C V-C υ c οξεος βασης Υπολογισµός του pk 2 Προσδιορίζουµε το σηµειο εξουδετέρωσης της δεύτερης οµάδας και από αυτό το σηµείο µισής εξουδετέρωσης της δεύτερης οµάδας όπου =pk 2. T pk 2 µπορεί να υπολογιστεί επίσης από το διάγραµµα που Ά δείχνει την εξάρτηση του από το lg C οξεος V-C βασης υ Ά όπου C âüóçò õ lg V είναι ο αρχικός όγκος του οξέος και υ = υ ολικό -υ πρώτης βαθµίδας, δηλ.ο επιπλέον όγκος της βάσης που έχει προστεθεί στο οξύ µέχρι το συγκεκριµένο σηµείο της ογκοµέτρησης µετά από τον όγκο που απαιτήθηκε για την πρώτη οµάδα. Η γραφική παράσταση βασίζεται στη σχέση: Ά = pk + lg C V-C υ Ά c οξεος βασης C ïîýïò V - C âüóçò õ 4. Προσδιορισµός της κλασικής σταθεράς διάστασης ασθενούς µονοπρωτικού οξέος σε διαλύµατα στα οποία ο βαθµός επιδιαλύτωσης είναι ο ίδιος και διαφέρει η διηλεκτρική σταθερά. Πεχαµετρική ογκοµέτρηση 50 ml υδατµεθανολικών διαλυµάτων Ν CH 3 COOH σε 20% µεθανόλη + 80% νερό ή 50% µεθανόλη + 50% νερό, µε τιτλοδότη 0.05 Ν υδατοµεθανολικών διαλυµάτων ΝaΟΗ (σε 20% µεθανόλη + 80% νερό ή 50% µεθανόλη + 50% νερό αντίστοιχα, ~20 προσθήκες των 0.5 ml).

4 Απαραίτητα αντιδραστήρια Προχοΐδα: διάλυµα NaOH 0,05 M σε 20% ή 50% V / V MeOH/H 2 O (20 προσθήκες των 0,5 ml κάθε µία) Ποτήρι: 50 ml διαλύµατος CH 3 COOH συγκέντρωσης 0,005 Μ σε 20% ή 50% V / V MeOH/H 2 O Πειραµατικό: Κάνουµε 20 διαδοχικές προσθήκες διαλύµατος NaOH όγκου 0,5 ml η κάθε µία µε τη βοήθεια της προχοΐδας στο ποτήρι που περιέχει 50 ml υδατικού διαλύµατος CH 3 COOH ή HCOOH συγκέντρωσης 0,005 Μ. Όταν το πεχάµετρο ρυθµίζεται σε υδατικά πρότυπα, αλλά η µέτρηση γίνεται σε µικτούς διαλύτες τότε πρέπει να διορθωθεί το µετρούµενο κατά δ λόγω διαφορετικών παράσιτων δυναµικών στα δυο µέσα: πραγµ = µετρ δ Στα µέσα αυτά, οι ακτίνες επιδιαλύτωσης των ιόντων είναι παρόµοιες και οι τιµές της διηλεκτρικής σταθεράς ε είναι 71,72 και 60,05 αντίστοιχα ενώ οι τιµές της διόρθωσης δ είναι (20% MeOH/H 2 O) και (50% MeOH/H 2 O) αντίστοιχα. Υπολογισµός του pk c Κατασκευή πινάκων προστιθέµενου όγκου τιτλοδότη υ, µετρ, πραγµ για τα διαλύµατα CH 3 COOH σε 20% µεθανόλη + 80% νερό και 50% µεθανόλη + 50% νερό. Κατόπιν ακολουθούµε την διαδικασία που εφαρµόσαµε στα µονοπρωτικά οξέα σε αµιγώς υδατικά διαλύµατα. Ερµηνεύστε ποιοτικά τις διαφορετικές τιµές pk που λαµβάνονται. 5. Προσδιορισµός της κλασικής σταθεράς διάστασης ασθενούς µονοπρωτικού οξέος σε διαλύµατα στα οποία διαφέρει ο βαθµός επιδιαλύτωσης,ενώ η διηλεκτρική σταθερά είναι ίδια Πεχαµετρική ογκοµέτρηση 50 ml υδατµεθανολικού και υδατοδιοξανικού διαλύµατος Ν CH 3 COOH σε 24% µεθανόλη + 76% νερό και 10% διοξάνιο + 90% νερό, µε τιτλοδότη 0.05 Ν υδατοµεθανολικού και υδατοδιοξανικού διαλύµατος ΝaΟΗ (24% µεθανόλη + 76% νερό και 10% διοξάνιο + 90% νερό αντίστοιχα, ~20 προσθήκες των 0.5 ml). Απαραίτητα αντιδραστήρια Προχοΐδα: διάλυµα NaOH 0,05 M σε υδατοµεθανολικό ή υδατοδιοξανικό διάλυµα Στα δύο αυτά µέσα η τιµή της διηλεκτρικής σταθεράς είναι ή ίδια (ε = 70,25), αλλά οι (20 προσθήκες των 0,5 ml κάθε µία) ακτίνες επιδιαλύτωσης των ιόντων είναι Ποτήρι: 50 ml διαλύµατος CH 3 COOH διαφορετικές, ενώ οι τιµές δ διόρθωσης του συγκέντρωσης 0,005 Μ σε υδατοµεθανολικό ή υδατοδιοξανικό διάλυµα πραγµ = µετρ δ Πειραµατικό: Κάνουµε 20 διαδοχικές προσθήκες είναι 0,025 (υδατοµεθανολικό διάλυµα) και διαλύµατος NaOH όγκου 0,5 ml η κάθε µία µε 0,011, (υδατοδιοξανικό διάλυµα). τη βοήθεια της προχοΐδας στο ποτήρι που περιέ-

5 χει 50 ml υδατικού διαλύµατος CH 3 COOH ή HCOOH συγκέντρωσης 0,005 Μ. Υπολογισµός του pk c Κατασκευή πινάκων προστιθέµενου όγκου τιτλοδότη υ, µετρ, πραγµ για τα υδατοµεθανολικά ή υδατοδιοξανικά διάλυµατα του CH 3 COOH. Κατόπιν ακολουθούµε την διαδικασία που εφαρµόσαµε στα µονοπρωτικά οξέα σε αµιγώς υδατικά διαλύµατα. Ερµηνεύστε ποιοτικά τις διαφορετικές τιµές pk που λαµβάνονται. Θεωρητικό µέρος Συνιστώµενο περιεχόµενο του θεωρητικού τµήµατος της εργασίας σας 1. Ποια η αρχή λειτουργίας του ηλεκτροδίου υάλου και ο µηχανισµός ανάπτυξης δυναµικού µεµβράνης υάλου. 2. Περιγράψτε συνοπτικά το συνδυασµένο ηλεκτρόδιο υάλου. 3. Σχέσεις διάστασης µονοπρωτικού και διπρωτικού οξέος, καµπύλη ιονισµού, καµπύλη πεχαµετρικής εξουδετέρωσης και γραφικός προσδιορισµός pk. 4. Επίδραση διηλεκτρικής σταθεράς και φύσης διαλύτη στον ιονισµό οξέος. Ερωτήσεις 1. Σε ποια περιοχή και λόγων συγκεντρώσεων άλατος/οξέος διατηρεί το περίπου σταθερό (±1) και άρα ρυθµίζει έαν ρυθµιστικό σύστηµα ασθενούς µονοπρωτικού οξέος και άλατος του. 2. Το H 3 PO 4 έχει pk 1 =1.96, pk 2 =6.80, pk 3 =12. Tα σηµεία εξουδετέρωσης των δύο πρώτων βαθµίδων του αντιστοιχούν σε τιµές 4.38 και 9.40 ( εξ1 = (pk 1 + pk 2 )/2 και εξ2 = (pk 2 + pk 3 )/2 ). Με βάση τις καµπύλες ιονισµού και εξουδετέρωσης του, ποιά µορφή του οξέος βρίσκεται στο διάλυµα σε αυτά τα σηµεία εξουδετέρωσης; 3. Με βάση τις τιµές pk του CH 3 COOH που βρήκατε για το νερό (ε=78.54) και τα τρία υδατο- µεθανολικά διαλύµατα (20%, 50%, 24% σε µεθανόλη, µε ε= 71.72, 60.05, αντίστοιχα) και χρησιµοποιώντας την εξίσωση του Brn, υπολογείστε την ακτίνα κατανοµής του φορτίου του επιδιαλυτωµένου καρβοξυλιόντος, δεχόµενοι ότι η ακτίνα του επιδιαλυτωµένου πρωτονίου είναι η ίδια σε όλα τα υδατοµεθανολικά διαλύµατα και ίση µε 1.7Å. 4. Με βάση τις τιµές pk του CH 3 COOH που βρήκατε για το υδατοµεθανολικό διάλυµα (24% σε µεθανόλη, µε ε= 70.25) και για το υδατοδιοξανικό διάλυµα (10% σε διοξάνιο, µε ε= επίσης) και δεχόµενοι ότι η ακτίνα του φορτίου του επιδιαλυτωµένου καρβοξυλιόντος είναι περί-

6 που η ίδια στα δυο µέσα ενώ η ακτίνα του επιδιαλυτωµένου πρωτονίου στο υδατοµεθανολικό διάλυµα είναι1.7å, υπολογίστε την τελευταία στο υδατοδιοξανικό µέσο. 4. Βιβλιογραφία Σηµειώσεις Πειραµατικής Ηλεκτροχηµείας, Α.Αναστόπουλος, Ν.Παπαδόπουλος, Ι.Πούλιος,.Σαζού, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη Πειραµατική Φυσική Χηµεία, Ι.Α.Μουµτζής, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1994, Σελ , Φυσική Χηµεία Ιονικών και Ηλεκτροδιακών ράσεων,.α.γιαννακουδάκης, A.Π.Θ., Θεσσαλονίκη, 1986, Σελ , Ηλεκτροχηµεία, Ι.Α.Μουµτζής και.π.σαζού, Eκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 1997, Σελ ,