Определение константы диссоциации метилового оранжевого по спектроскопическим данным, страница 3

Константа кислотности одноосновной кислоты задаётся уравнением  (3). Для диссоциации кислоты в водном растворе данное уравнение можно преобразовать к виду (4), где α – степень диссоциации кислоты, а f_± - средний ионный коэффициент активности.

Далее поступают так. Оптическая плотность раствора определяется только поглощением аниона А^- и молекулами кислоты НА. Тогда  (5).

Оптическая плотность является функцией степени диссоциации кислоты и зависит от pH среды. Добавив к раствору исследуемой кислоты сильную кислоту, получим спектр поглощения недиссоциированных молекул кислоты НА. При добавлении щёлочи можно получить спектр поглощения аниона А^-.

Получим значения для молярных коэффициентов экстинкции: (6). Тогда степень диссоциации кислоты можно определить по формуле (7).

Хорошие результаты определения константы кислотности получают для буферных растворов с известными значениями pH. При этом ликвидируется ошибка, связанная с наличием в растворе какого-либо конкурирующего равновесия с участием протонов, которое могло бы повлиять на точное значение pH раствора. Для расчёта K_a используют формулу:  (8). Величина I_c – ионная сила раствора, рассчитываемая как (9). C_i – концентрация в растворе иона i, а Z_i – заряд этого иона.

Экспериментальная часть.

В данной работе исследуется кислотно-основное равновесие, устанавливающееся в растворах метилового оранжевого (натриевой соли 4’-диметиламиноазабензол-4-сульфокислоты).

Схематично процесс диссоциации, протекающий в растворе данного индикатора, можно представить следующим уравнением:

Цель лабораторной работы:

1. Регистрация спектров поглощения растворов метилового оранжевого с различными значениями рН в видимой и ультрафиолетовой областях спектра;
2. Определение рабочих длин волн для кислой и основной форм исследуемого индикатора, нахождение изобестической точки;
3. Проверка закона Бугера-Ламберта-Бэра. Определение коэффициентов экстинкции кислой и основной форм индикатора на выбранных длинах волн;
4. Определение константы диссоциации метилового оранжевого.

Экспериментальная часть.

В работе используются следующие растворы:

• Исходные готовые растворы:

Растворенное вещество	Концентрация
Метиловый оранжевый	1 г/л
HCl	0,1 M
NaOH	0,1 M
CH3COOH	0,3 M

• Буферные растворы с рН=3,9; рН=3,7; рН=3,5.
• Рабочие растворы, готовят в мерных колбах на 50 мл:

Номер раствора	Раствор метилового оранжевого 0,2 г/л	Раствор кислоты или щелочи 0,1 г/л
1	2,0 мл	5 мл HCl
2	1,5 мл	5 мл HCl
3	1,0 мл	5 мл HCl
4	0,5 мл	5 мл HCl
5	2,5 мл	5 мл NaOH
6	2,0 мл	5 мл NaOH
7	1,5 мл	5 мл NaOH
8	1,0 мл	5 мл NaOH
9	2,0 мл	25 мл буфера 1
10	2,0 мл	25 мл буфера 2
11	2,0 мл	25 мл буфера 3

В данной работе исследуется кислотно-основное равновесие, устанавливающееся в растворах метилового оранжевого.

1.  Приготовление буфера 1 (СН₃СООН+СН₃СООNa) с pH=3,9:

V=200мл; C(NaOAc)=0,02М; Мr(NaOAc*3H₂O)=136,08г/моль;

m(NaOAc)=M*C*V=0,5443г. (нужно взять), m_{навески}=0,5447г.

СН₃СООН→СН₃СОО^-+Н⁺;

Концентрация HOAc рассчитывается по формуле:

С(HOAc)=0,1439M

У нас готовый раствор 0,3 М HOAс тогда необходимый объем: V(HOAc)=0,1439*0,2*1000/0,3=95,93 мл

2.  Приготовление буфера 2 и 3:

Буферные растворы готовят на откалиброванном ионометре «Анион-4100». Корректируют значение рН приготовленного буфера 1, добавляя в него ацетат натрия или уксусную кислоту.

буфер 2 - pH=3,7

буфер 3 - рН=3,5

3. Запись спектров:

      Спектры поглощения приготовленных растворов индикатора снимают в области 300-600 нм. Для этого используют кюветы с длиной оптического пути l =1 см. В качестве раствора сравнения или раствора для корректировки базовой линии используют дистиллированную воду.

a.  Снимают спектры поглощения растворов № 1, 6, 9-11. Определяют рабочие длины волн (λ₁ и λ₂) для каждой формы индикатора и поглощение D_λi. Находят изобестическую точку, определяют ее характеристики (λ=468 нм, ε=0,64 М^-1×см^-1)