Работа № 7 потенциометрическое определение ph буферных систем
Цель работы: изучить свойства буферных растворов (на примере ацетатного буфера), определить его буферную емкость.
Аппаратура и реактивы: pH-метр; хлоридсеребряный и стеклянный электроды; 5 стаканчиков на 100 мл для приготовления буферных смесей; пипетки на 10 мл; 0,1 н растворы: уксусной кислоты, ацетата натрия, гидроксида натрия и соляной кислоты.
На практике часто применяют растворы, способные сохранять постоянные значения рН при разбавлении, а также при добавлении небольших количеств сильной кислоты или сильного основания. Такие растворы называются буферными.
Буферные системы могут состоять:
1)
из
слабой кислоты и соли этой кислоты с
сильным основанием
(например,
ацетатный буфер;
бикарбонатный буфер);
2)
из
слабого основания и соли этого основания
с сильной кислотой
(например,
аммиачный буфер);
3)
из
смеси двух солей
(например,
фосфатный буфер). В этом случае соль
выполняет
роль слабой кислоты, а
роль соли.
рН буферных растворов можно рассчитать по уравнению Гендерсона – Гассельбаха. Для буферных систем, образованных слабой кислотой и ее солью, рН рассчитывают по уравнению
|
|
(4.26) |
где
[соль]
и [кислота]
концентрации соли и кислоты. Их
рассчитывают исходя из концентрации и
объемов исходной кислоты и соли, взятых
для приготовления буферной смеси.
Для буферных растворов, состоящих из слабого основания и его соли, уравнение для расчета рН будет иметь иной вид:
|
|
(4.27) |
Из уравнений (4.26) и (4.27) видно, что pH буферного раствора зависит от величины константы диссоциации слабой кислоты или слабого основания, а также от соотношения концентраций компонентов буферных смесей.
Разбавление
буферного раствора приведет к уменьшению
концентрации его компонентов в одинаковое
число раз, а отношение концентраций не
изменится, поэтому pH буферных растворов
при разбавлении остается постоянным.
Сохранение постоянства pH буферного
раствора при добавлении к нему небольшого
количества сильной кислоты или щелочи
объясняется тем, что вводимые ионы H+
или OH–
“связываются” в малодиссоциированные
соединения (
и
).
Однако буферная смесь поддерживает pH
постоянным при условии, что количество
добавляемой кислоты или щелочи не
превышает определенной величины.
Интервал,
в котором проявляется буферное действие,
называется буферной емкостью (B). Она
равна количеству сильной кислоты или
основания (а, моль), которое надо добавить
к 1 л буферного раствора, чтобы изменить
pH на единицу, т. е.
|
|
(4.28) |
где
водородный показатель исходного
буферного раствора;
водородный показатель буферного раствора
после добавления кислоты или щелочи;
Величина буферной емкости зависит от природы и общих концентраций компонентов буферной смеси, а также от соотношения между этими концентрациями. При данной концентрации наибольшей емкостью обладает раствор, в котором отношение количеств кислоты и соли равно единице. Разведение буферных растворов уменьшает величину буферной емкости.
Значения рН буферных растворов определяют колориметрическим, кондуктометрическим и потенциометрическим методами. Для мутных и окрашенных биологических жидкостей (кровь, лимфа, растительные соки) наиболее распространен потенциометрический метод определения рН растворов, в котором нашли широкое применение электронные потенциометры, получившие название pH-метров (ЛПУ-01, ЛПУ-58, РН-340 и др.).
В данной работе в качестве исследуемого раствора используют ацетатный буфер. Для определения рН исследуемого раствора потенциометрическим методом составляют гальванический элемент, в котором в качестве индикаторного электрода используют стеклянный, а в качестве электрода сравнения – хлоридсеребряный электроды.
Схема данного гальванического элемента имеет вид
(–) Ag | AgCl | HCl (0,1 моль/л) | стеклянная | H+ || KCl (нас) | AgCl | Ag (+) мембрана стеклянный исследуемый хлоридсеребряный электрод раствор электрод
|
ЭДС цепи определяют по уравнению
|
(4.29) |
В потенциометрическом методе значение рН среды рассчитывают по величине ЭДС гальванического элемента. Если бы величина стандартного потенциала стеклянного электрода была известна, то значение рН можно было бы рассчитать по уравнению
|
|
(4.30) |
Поскольку эта величина неизвестна, то значение рН не рассчитывают, а находят по шкале рН-метра, градуированной в единицах рН.
Методика проведения эксперимента.
1. Измерение pH растворов в зависимости от состава буферной смеси. В пяти нумерованных стаканчиках готовят буферные смеси, состоящие из 0,1 н растворов уксусной кислоты и ацетата натрия (содержание компонентов указано в табл. 4.3).
Таблица 4.3