Определение константы диссоциации 2,4-динитрофенола по спектроскопическим данным

Новосибирский государственный университет

Факультет Естественных наук

Кафедра физической химии

Лабораторная работа

На тему:

Определение константы диссоциации 2,4-динитрофенола по спектроскопическим данным

Выполнили: Гущина Т. А.

Боровикова Е. И.

Проверила: Волкова О.С.

Новосибирск 2006

Теория.

В данной работе исследуется кислотно-основное равновесие, устанавливающееся в растворе 2,4-динитрофенола (α-ДНФ). Схематично процесс диссоциации, протекающий в растворе ДНФ, можно представить следующим уравнением:

В случае достаточно разбавленных растворов константа диссоциации индикатора связана с его степенью диссоциации α и с pHрвствора соотношением

Значение степени диссоциации находится из измерений оптической плотности растворов ДНФ в буфере с известным значением рН по формуле

Для этогоже раствора по формуле Дебая-Хюккеля определяется коэффициент активности f_-

где

Для точности определения К_а необходимо выполнение следующих условий:

1.  концентрация ДНФ в кислых, щелочных и буферных ратворах должна быть выбрана так, чтобы максимальные значения оптических плотностей всех растворов находились в пределах рабо

Поглощение света зависит от природы вещества и от длины волны:

Д=lg(J^o_λ/J_λ),

где J^o_λ – интенсивность падающего света, J_λ – интенсивность выходящего света.

Д=ε_λ*c *l

Где ε_λ– мольный коэффициент экстинкции, с – молярная концентрация,

l толщина раствора в кювете. ε_λ зависит от свойств молекулы, природы растворителя, длины волны и температуры,  но как правило не зависит от концентрации.

Закон Бера:Поглощение света в тонком слое пропорционально концентрации поглощающих свет частиц:

ε_А^-=Д^щел./с₀*l;

ε_АH=Д^кисл./с₀*l;

 Где c₀ – аналитическая концентрация вещества.

α=с_A^-/с₀= Д^кисл.-Д/ Д^кисл.- Д^щел..

Константа диссоциации кислоты НА равна константе равновесия реакция:

К=( с_A^-* с_Н⁺/ с_AH)*( f_A^-* f_Н⁺/ f_AH).

lg f₊=-0,509*√I/(1+√I), где I=0,5∑с_i* z_i²

lg K=lg (α/1-α)-pH+lg f₊.

Экспериментальная часть.

1)       Приготовили буфер1 (СН₃СООН+СН₃СООNa):

pH=4,3 V=200 мл, с(NaOAc)=0,01М Мr(NaOAc*3H2O)=136,08,

 pH=4,0. m(NaOAc)=M*c*V=0,2722г

СН3СООН→СН3СОО-+Н+; Ka=[OAc-]*[H+]/[HOAc]=1,76*10-5, [H+]=10-4М.

[HOAc]=[OAc-]*[H+]/ Ka=0,05684 M. У нас же раствор 0,3 М, тогда необходимо его V0=0,05684*0,2/0,3=38 мл

2)       Из приготовленного буфера с помощью pH метра сделали еще 2:

буфер2 pH=3,8, буфер3 pH=3,6

3)Приготовили растворы:

№1 20 мл ДНФ+5 мл 0,1 М NaOH+25 мл H₂O

№2 50 мл ДНФ+10 мл 0,1 М NaOH+40 мл H₂O

№3 10 мл ДНФ+5 мл 0,1 М NaOH+35 мл H₂O

№4 5 мл ДНФ+5 мл 0,1 М NaOH+40 мл H₂O

№5 50 мл ДНФ+50 мл 0,1 М HCl

№6 20 мл ДНФ+25 мл буфер1

№7 20 мл ДНФ+25 мл буфер2

№8 20 мл ДНФ+25 мл буфер3

4)Записали спектры растворов№2, №5 и №6-8 в кювете на 3мм.

5)Колориметрировали раствор №5 в кюветах на 3 и 5 мм.

6)Записали спектры растворов №1-4 относительно дистиллированной воды в кювете 3 мм.

Обработка результатов.

№	Концентрация, М	Длина волны l, нм	Оптическая плотность, D	Коэффициент экстинкции e, М-1×см-1	e ср±sп
1	4*10-4	438	1.018	8483	8179±1202
2	5*10-4		1,36	9066
3	2*10-4		0,47	7833
4	10-4		0,22	7333
5, 1мм	5*10-4	355	0,24	4800	5200
5, 3мм			0,84	5600

ε_i = D/l*C_i, l=3 мм=0.3см,

ε₁=8483, ε₂ =9066, ε₃ =7833, ε₄ =7333.

В результате имеем среднее ε_А^- =8178 л*моль^-1*см^-1.

Рассчитаем ε_АН.

l₁=1 мм D₁=0,24 ε₁=4800.

l₂=3 мм D₂=0,84 ε₂=5600

ε_АН.=5200 л*моль^-1*см^-1

№	pH	D		a	I	lg f+	lg (α/1-α)	lg K
2	12,0		1,37	1	10-2	-0,05	-	-
5	1,3		0,84	0	5*10-2	-0,09	-	-
6	4,0		1.24	0,755	10-2	-0,05	0,49	-3,56
7	3,8		1.1	0,491	10-2	-0,05	-0.016	-3,86
8	3,6		0,51	0,434	10-2	-0,05	-0.115	-3,77

Среднее значение lg K=-3,73, К=1,86*10^-4.