1 Potenciometrie a konduktometrie Jméno: ………………………………………………………………… Skupina: ………… Jméno spolupracovníka: ………………………………………………………………… Datum: …………………… Úvod Vaši výzkumné skupině nestačilo v minulé stechiometrické úloze zkoumání počtu kyselých vodíků v molekule, na základě čehož jste vyčíslili acidobazickou reakci. Rozhodli jste se tento experiment ověřit pomocí konduktometrické a potenciometrické titrace. A proč zrovna kombinace těchto dvou metod? Vyzkoušíte si odvozování bodů ekvivalence a stanovení pKa pomocí obou metod pro porovnání jejich vhodnosti a využitelnosti. Cíle - Pomocí potenciometrické a konduktometrické titrace stanovte pKa vybrané slabé kyseliny. Než začneme s laborováním 1. Disociační konstanta je rovnovážnou konstantou disociační reakce. Pokud se jedná o disociaci kyseliny, značíme disociační konstantu Ka a nazýváme ji konstanta acidity. Disociace kyselin v roztocích vede k ustálení protolytické rovnováhy. Pro disociaci kyselin platí následující obecná rovnice: HA + H!O ⇌ H"O# + A$ Zapiš vztah pro výpočet konstanty acidity: 2. Obvykle u slabých kyselin a zásad vychází hodnota disociační konstanty velmi malá. Používá se proto místo číselné hodnoty, záporné vzatý dekadický logaritmus této hodnoty (pKa). Napište tento vztah pomocí matematické rovnice: 3. Při stanovení pKa slabé kyseliny lze vyjít z Handerson–Hasellbachovy rovnice: 𝑝H = p𝐾% + log 𝑐&! 𝑐'& kde 𝑐'& je koncentrace nedisociované kyseliny v roztoku 𝑐&! je koncentrace vzniklé soli v roztoku. Pokud se 𝑐&! = 𝑐'&, pak bude platit: 4. Lze si všimnout, že pKa kyseliny má stejnou hodnotu jako pH roztoku v určitém bodě při alkalimetrické titraci kyseliny. Tento bod nastane tehdy, kdy koncentrace vzniklé soli bude stejná jako koncentrace kyseliny v titrační baňce. Z rovnice reakce je možné jednoduchým výpočtem určit, že 𝑐&! = 𝑐'& v roztoku nastane v polovině spotřeby odměrného roztoku NaOH potřebné k nastavení bodu ekvivalence. Platí: 𝑝H = p𝐾% ↔ 𝑉()*+ = 1 2 · 𝑉,-. Doplň popisky titrační křivky do vynechaných polí: / ! · 𝑉,-. 𝑉,-. 2 Pomůcky kádinka 250ml, byreta 25ml, nedělená pipeta 20ml, elektromagnetická míchačka, magnetické míchadlo, Vernier pH čidlo, Vernier konduktometrické čidlo, notebook s programem Graphical Analysis Chemikálie vodný roztok slabé kyseliny (……………………………………), odměrný roztok NaOH (c = 0,1 mol dm–3 ) Postup práce Připojení čidla a nastavení měření 1. Čidla zapněte delším stiskem vypínače. Zapnutí je indikováno blikáním červené diody. 2. Na počítači spusťte program Graphical Analysis. Na úvodním okně kliknete na „Měření pomocí senzoru“. 3. Program vyhledá dostupná čidla a zobrazí jejich seznam, případně také automaticky připojí naposledy použité čidlo. Připojte obě čidla k počítači. Identifikační číslo konkrétního čidla najdete na jeho štítku. 3 4. Proveďte kalibraci pouze pH čidla. Čidlo ponořte do prvního kalibračního roztoku. V programu Graphical Analysis klikněte na ikonu v pravém dolním rohu, která ukazuje hodnotu pH. Zvolte „Kalibrovat“. 5. V horním rozbalovacím seznamu zvolte, zda budete provádět kalibraci se dvěma, nebo třemi kalibračními pufry. Do aktivního okna vložte hodnotu pH pufru a kliknete na „Zachovat“. 6. Čidlo vyjměte, opláchněte demineralizovanou vodou a ponořte do dalšího pufru. Postup opakujte. Kalibraci ukončete kliknutím na „Ukončit“. 7. V levém spodním rohu kliknete na ikonu nastavení režimu měření. 8. V horním rozbalovacím seznamu zvolte „Události a hodnoty“. 4 9. V okně označte položku „Události a hodnoty“. Do pole „Jednotky“ můžete doplnit informaci o veličině na ose y (v našem případě objem odměrného roztoku). Provedení měření 1. Do kádinky o objemu 150 cm3 napipetujte 20 cm3 roztoku vámi zvolené slabé kyseliny. 2. Sestavte aparaturu pro titraci. Na stojan připevníme byretu. Pod byretu umístíme na elektromagnetickou míchačku kádinku s roztokem kyseliny. Obě čidla upevněte ke stojanu tak, aby byla měřící část čidla vždy pod hladinou roztoku v kádince a zároveň bylo možné kádinkou míchat. 3. Byretu naplňte odměrným roztokem hydroxidu sodného a hladinu nastavte na nulu. 4. V programu Graphical Analysis spusťte experiment kliknutím na ikonu „Zahájit měření“ na horní lište okna. 5 5. Zaznamenejte první bod titrační křivky – kliknete na „Zachovat“ na horní lište okna. 6. Do aktivní buňky v prvním sloupci tabulky zapište celkový přidaný objem odměrného roztoku NaOH, což je v prvním bodě 0 cm3 . Hodnotu pak potvrďte („Zachovat hodnotu“). 7. K roztoku kyseliny v kádince přidejte z byrety 0,5 cm3 roztoku NaOH a roztok promíchejte. Následně uložte bod pomocí tlačítka „Zachovat“ na horní lište okna. Do buňky zadejte celkový přidaný objem odměrného roztoku NaOH. 8. Postup opakujte až do okamžiku, kdy bude celkový přidaný objem roztoku NaOH o cca 5 cm3 vyšší, než je hodnota Vekv. 9. Měření ukončete kliknutím na tlačítko „Zastavit“ na horní lište okna. Naměřená data uložíme kliknutím na „Nepojmenováno“ a volbou „Uložit jako“. 10. Čidla vyjměte a opláchněte demineralizovanou vodou. 11. Čidlo pH uchovávejte ponořené v roztoku KCl o pH = 4. Vyhodnocení 1. Do grafu vyneste vámi naměřenou titrační křivku. – přiložit online 2. Uveďte stanovené hodnoty pKa vámi vybrané slabé kyseliny a srovnejte jejich hodnotu s tabelovanými hodnotami. 3. Při titraci slabé kyseliny roztokem NaOH vzniká tlumivý roztok, který brání dalšímu rychlému růstu pH. Ukažte na titrační křivce, která její část leží v tzv. pufrační oblasti. – přiložit online 4. Uvažujte pufr složený z vodného roztoku kyseliny octové a octanu sodného. Při jakém poměru koncentrací soli a kyseliny bude mít pufr největší kapacitu, tedy bude nejlépe bránit změnám pH po přidání silné kyseliny nebo silné báze? Jaká bude teoretická hodnota pH této směsi? 5. Hodnota pH lidské krve je udržována jiným pufrem na bázi slabé kyseliny a její soli. Uveďte o jakou kyselinu a sůl se jedná. Závěr Zformulujte závěr z tohoto cvičení: 6 Doplňující otázky Které kyselině pravděpodobně patří který z následujících grafů? Nabídka: kyselina octová, kyselina citronová, kyselina šťavelová potenciometrie konduktometrie Graf Kyselina Graf Kyselina Graf Kyselina