Acetatpuffer - Ethansyre og Ethanoat - Forsøg i Kemi

Side 1

Acetatpuffer – ethansyre og ethanoat

Udført den:

Rapport afleveret:

Side 2

Kemi B

2.b 2

Indhold

Indledning .......................................................................................................................................................... 3 Teori ................................................................................................................................................................... 3 Puffer ............................................................................................................................................................. 3 pH .................................................................................................................................................................. 4 Sikkerhed ....................................................................................................................................................... 4 Natriumhydroxid ....................................................................................................................................... 4 Saltsyre ...................................................................................................................................................... 4 Reaktionsskemaer ......................................................................................................................................... 5 Materialer .......................................................................................................................................................... 5 Apparatur ...................................................................................................................................................... 5 Kemikalier ...................................................................................................................................................... 5 Metode .............................................................................................................................................................. 5 Forsøg A – symmetrisk puffer........................................................................................................................ 5 Forsøg B – ikke-symmetrisk puffer ................................................................................................................ 5 Forsøg C – fortynding .................................................................................................................................... 5 Resultater .......................................................................................................................................................... 6 Resultatbehandling ............................................................................................................................................ 6 Forsøg A ......................................................................................................................................................... 7 Forsøg B ......................................................................................................................................................... 8 Forsøg C ......................................................................................................................................................... 9 Diskussion .......................................................................................................................................................... 9 Konklusion ....................................................................................................................................................... 10

Side 3

Kemi B

2.b 3

Indledning

Vi skal undersøge nogle forskellige teorier omkring puffere. Når pufferne er fremstillet med en svag syre og dens korresponderende base i nogenlunde lige store mængder burde den være stærk mod pH virkning. En puffers pH skulle kun ændre sig ganske lidt når man tilsætter lidt syre eller base også skulle pH’en ikke ændres ved fortyndingen. Noget af dette har vi undersøgt og helt præcis har vi kigget på:

- pufferopløsningers pH-stabilitet ved tilsætning af syre eller base.

- det blandings forhold, der giver størst puffervirkning.

- pufferopløsningers pH-stabilitet ved fortynding.

Teori

Puffer

En puffer kan beskrives som en blanding af en svag syre og dens korresponderende base. Det kan kaldes med et lidt mere dansk ord en stødpudeblanding som betyder at man kan slå tid uden at der sker noget. Så det vil sige i kemien er det en stødpude mod ændringer i pH’en. Hvis man tilsætter stærk base vil pufferens

syre reagere med hydroxid OH^{-}. Hvis man tilsætter syre vil pufferens base reagere med oxonium H^{+}.
En puffers pH bestemmes af to led som er pK_{s} (S) for syren i pufferen og logaritmen til forholdet mellem

koncentrationerne af basen og den korresponderende syre. Denne hedder pufferligningen.

𝑝𝐻 = 𝑝𝐾_{𝑠} + 𝑙𝑜𝑔

[𝐵]

[𝑆]

pK er syrestyrkeeksponent for syren i pufferen som udregnes eller opslås i en tabel. En stor pK svarer til en
  s                                                                          s

svag syre. Man kan udregne pK_{s} ud fra K_{s} som er syrestyrkekonstanten for en ikke-stræk syre.
𝑝𝐾_{𝑠} = −𝑙𝑜𝑔𝐾_{𝑠}

𝐾_{𝑠} =

[𝐻_{3} 𝑂^{+}]^{2}
𝑐 − [𝐻_{3} 𝑂^{+}]

Dette er selvfølgelig også for basens vedkommende.

𝑝𝐾_{𝑏} = −𝑙𝑜𝑔𝐾_{𝑏}

𝐾_{𝑏} =

[𝑂𝐻^{−}]^{2}
𝑐 − [𝑂𝐻^{−}]

Når vi har et korresponderende syre-basepar hvor forskellen kun er et hydron har vi denne sammenhæng.

𝑝𝐾_{𝑠} + 𝑝𝐾_{𝑏} = 14,00
Sammenhængene mellem styrkekonstanterne er K_{s} * K_{b} = K_{.v} som også er vands ionprodukt (1,0*10^{-14} M^{2}).

Det kan igen omskrives fordi når styrken af basen vokser så aftager styrken af syren. På den måde så ender

det hele op i at K_{s} og K_{b} er omvendt proportionale.
𝐾_{𝑠} =

𝐾_{𝑣}
𝐾_{𝑏}

Side 4

Kemi B

2.b 4 pH

Vand og vandige opløsninger indeholder altid oxonium som følge af vands selvionisering.

𝐻_{2} 𝑂 ( 𝑙) + 𝐻_{2} 𝑂 ( 𝑙) ↔ 𝐻_{3} 𝑂^{+} ( 𝑎𝑞) + 𝑂𝐻^{−} ( 𝑎𝑞)

[ 𝐻_{3} 𝑂^{+}] ∗ [ 𝑂𝐻^{−}] = 1,0 ∗ 10^{−14} 𝑀^{2}

Dette kan vi så bruge til at udregne pH direkte med [H_{3} O^{+}].
𝑝𝐻 = − log [ 𝐻_{3} 𝑂^{+}]
Vi kan også bruge [OH^{-}] til det hvor vi så skal have en beregning mere med sammenhængen mellem pH
og pOH ved 25^{o} C.
𝑂𝐻 = − log [ 𝑂𝐻^{−}]
𝑝𝐻 + 𝑂𝐻 = 14,00
𝑝𝐻 = 14,00 − 𝑂𝐻

Sikkerhed

Natriumhydroxid

R-sætninger

• R35: Alvorlig ætsningsfare.

S-sætninger

• S26: Kommer stoffet i øjnene skylles straks grundigt med vand og læge kontaktes

• S45: Ved ulykkestilfælde eller ved ildebefindende er omgående lægebehandling nødvendig vis etiketten, hvis det er muligt.

• S37/39: Brug egnede beskyttelseshandsker og briller under arbejdet

Saltsyre

R-sætninger

• R35: Alvorlig ætsningsfare

S-sætninger

• S1: Opbevares under lås

• S2: Opbevares utilgængeligt for børn

• S26: Kommer stoffet i øjnene, skylles straks grundigt med vand og læge kontaktes

• S30: Hæld aldrig vand på eller i produktet

• S45: "Ved ulykkestilfælde eller ved ildebefindende er omgående lægebehandling nødvendig; vis etiketten, hvis det er muligt"

Ethansyre og natriumethanoat er ikke farlige i denne koncentration som vi arbejder med.

Side 5

Kemi B

2.b 5

Reaktionsskemaer

Reaktionsskema for ethansyres reaktion med vand

𝐶𝐻_{3} 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝐻_{2} 𝑂 ↔ 𝐶𝐻_{3} 𝐶𝑂𝑂^{−} + 𝐻_{3} 𝑂^{+}

Reaktionsskema for natriumethanoats opløsning i vand.

𝐶𝐻_{3} 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 + 𝐻_{2} 𝑂 → 𝐶𝐻_{3} 𝐶𝑂𝑂^{−} ( 𝑎𝑞) + 𝑁𝑎^{+} (𝑎𝑞)

Materialer

Apparatur

- pH-meter med kombielektrode.

- 6 stk. 100 mL bægerglas.

- 2 stk. 25 mL buretter.

- 50 mL og 100 mL målekolber

- 4 stk. 5 mL pipetter eller en fuldpipette som er mere præcis. Vi brugte en fuldpipette.

Kemikalier

- 0,10 M ethansyre

- 0,10 M natriumethanoat

- 0,10 M saltsyre

- 0,10 M natriumhydroxid

- pH 4 og pH 7 puffere

Metode

Forsøg A – symmetrisk puffer

1. Afmåle 25 mL 0,10 M ethansyre i en burette og det samme gøres med 0,10 M natriumethanoat.

2. Bland de to kemikalier ned i et bægerglas og resultatet af bliver en symmetrisk pufferopløsning med en pH på ca. 5. (puffer 1)

3. Kalibrer pH-meter

4. Mål pufferopløsningens pH og noter i tabel 1.

5. Tilsæt 5 mL 0,10 M saltsyre under omrøring, mål og noter pH. Gør dette 2 gange!

6. Gentag trin 1-5, hvor der i stedet skal tilsættes 0,10 M natriumhydroxid.

Forsøg B – ikke-symmetrisk puffer

1. Afmål 40 mL 0,10 M ethansyre og 10 mL 0,10 M natriumethanoat og bland til en ikke-symmetrisk puffer. (puffer 2)

2. Gentag trin 3-6 fra forsøg a

Forsøg C – fortynding

1. Afmål 5 mL 0,10 M ethansyre og 5 mL 0,10 M natriumethanoat og bland i et 50 mL målekolbe.

Fortynd blandingen med ionbyttet vand op til stregen og ryst ca. 20 gange. (puffer 3)

2. Hæld lidt ud i et bægerglas, mål og noter pH.

Side 6

Kemi B

2.b 6

3. Afmål 10 mL af puffer 3 og fortynd de 10 mL 10 gange i en målekolbe (puffer 4). Mål og noter pH.

4. Fortynd evt. mere hvis tiden er til det.

Resultater

Forsøg A

Syretilsætning HCl Basetilsætning NaOH

mL tilsat | 0,00 | 5,00 | 10,00 | 0,00 | 5,00 | 10,00
Målt pH | 4,46 | 4,35 | 4,17 | 4,54 | 4,67 | 4,81

Beregnet pH

Forsøg B

Syretilsætning HCl Basetilsætning NaOH

mL tilsat | 0,00 | 5,00 | 10,00 | 0,00 | 5,00 | 10,00
Målt pH | 4,10 | 3,68 | 2,82 | 4,11 | 4,32 | 4,56

Beregnet pH

Forsøg C

Puffer [CH COOH] [CH COO^{-}] Målt pH

3 3

1

2 | 4,75
3 | 4,73

Vi havde desværre overset tidspunktet vi skulle notere puffer 1 i tabel 3. Så det fik vi ikke gjort. Men det lignede ellers et meget godt forsøg. Da pH’en teoretisk ville være4,76 i første også ville vores kun være faldes 0,01 i pH og 0,02 selvom at vi fortyndede dem. Og dette ville have eftervist teorien PERFEKT!

Men har modtaget en anden gruppe resultater

Puffer [CH COOH] [CH COO^{-}] Målt pH

3 3

1 | 4,54
2 | 4,62
3 | 4,85

Resultatbehandling

Til at udregne pH for pufferne efter man har tilsat syre eller base skulle jeg bruge den aktuelle koncentration, men i dette forsøg siger vi at den aktuelle koncentration for baserne og syrerne er lig med

den formelle koncentration som står på flasken. [B] = C_{b} [S] = C_{s} Koncentrationerne var ved alle 0,10 M.
Så kan jeg finde stofmængden ud fra n = c * v. Stofmængden kan jeg så igen bruge i stedet for den aktuelle

koncentration i pufferligningen.

𝑝𝐻 = 𝐾_{𝑠} + 𝑙𝑜𝑔

𝑛_{𝑏}
𝑛_{𝑠}

Side 7

Kemi B

2.b 7

Så når jeg tilsætter fx en syre skal jeg udregne stofmængden for denne og lægge til det allerede tilstedeværende stofmængde af syre og trække for den tilstedeværende stofmængde base da det går 1:1.

Og det vil så blive omvendt ved tilsætning af base.

Forsøg A

Her er udregninger af pH og afvigelser før og efter tilsætning af syre (Venstre) og tilsætning af base (Højre).

Syretilsætning HCl Basetilsætning NaOH

mL tilsat | 0,00 | 5,00 | 10,00 | 0,00 | 5,00 | 10,00
Målt pH | 4,46 | 4,35 | 4,17 | 4,54 | 4,67 | 4,81

Fald/stigning -0,11 -0,18 0,13 0,14
Fald/stigning -2,466 % -4,138 % 2,863 % 2,998 %

Beregnet pH | 4,76 | 4,584 | 4,392 | 4,76 | 4,94 | 5,12
Afvigelser % | 6,303 % | 5,105 % | 5,055 % | 4,622 % | 5,387 % | 6,201%

Målt pH – beregnet pH

Side 8

Kemi B

2.b 8

Forsøg B

Her begynder jeg at skulle arbejde med ikke-symmetrisk puffer. Når jeg så skal udregne pH for pufferen har jeg valgt at bruge den med forholdet mellem stofmængden for at få det mest præcis når der nu er forskellige volumener af syre og base i pufferen. Her har jeg udregningerne for tilsætning af syre til en ikke-symmetrisk puffer

Her under kommer udregningerne for tilsætning af base til en ikke-symmetrisk puffer

Side 9

Kemi B

2.b 9

Syretilsætning HCl Basetilsætning NaOH

mL tilsat | 0,00 | 5,00 | 10,00 | 0,00 | 5,00 | 10,00
Målt pH | 4,10 | 3,68 | 2,82 | 4,11 | 4,32 | 4,56

Fald/stigning -0,42 -0,86 0.23 0,22
Fald/stigning -10,244 % -23,37 % 5,3 % 4,711 %

Beregnet pH | 4,158 | 3,806 | 2,88 | 4,76 | 4,94 | 5,12
Afvigelser % | 1,395 % | 3,311 % | 2,88 % | 1,154 % | 1,184 % | 0,524 %

Målt pH – beregnet pH

Forsøg C

Jeg skal indsætte den aktuelle koncentration, men som sagt før så må vi bruge den formelle koncentration.

Så puffer 1 har en koncentration som på flaskerne som er 0,10 M. Men når vi så fylder vand op til stregen på målekolben bliver basen og syren fortyndet 10 gange, selvom den samlet blanding kun bliver fortyndet 5 gange. Så puffers 2 koncentration er 0.01 M. Så tager vi 10 mL af det igen over i en 100 mL og fylder op til stregen, og det bliver igen fortyndet 10 gange.

Puffer [CH COOH] [CH COO^{-}] Målt pH

3 3

1 | 0,10 M | 0,10 M | 4,54
2 | 0,01 M | 0,01 M | 4,62
3 | 0,001 M | 0,001 M | 4,85

Diskussion

Forskellen på forsøg a og b er pufferens blandingsforhold i forhold til volumen. Forsøg a arbejde vi med en symmetrisk puffer og i forsøg b en ikke-symmetrisk puffer. Det viste også at der var en tydelig forskel og den symmetriske puffer var klart bedst til at modvirke pH-ændringerne.

Forsøg A Syretilsætning Basetilsætning

mL tilsat | 0,00 | 5,00 | 10,00 | 0,00 | 5,00 | 10,00

Fald/stigning -0,11 -0,18 0,13 0,14
Fald/stigning -2,466 % -4,138 % 2,863 % 2,998 %

Forsøg B Syretilsætning Basetilsætning

mL tilsat | 0,00 | 5,00 | 10,00 | 0,00 | 5,00 | 10,00

Fald/stigning -0,42 -0,86 0.23 0,22
Fald/stigning -10,244 % -23,37 % 5,3 % 4,711 %

Her kan man se de forskelliges forsøg fald og stigning alt efter om man tilførte syre eller base. Den mest tydelige forskel er med syren, hvor begge fald i pH-værdien ved ikke-symmetrisk puffer er 4 gange så stor som faldet ved den symmetriske puffer. Men det er også pga. den lille mængde base som er til stede og faktisk forsvinder helt ved 10 mL tilsætning af syre. Forskellen er stadig til at få øje på ved basetilsætningen.

Forsøg 3 havde vi desværre et mis, men som jeg skrev der oppe ville det have været et perfekt forsøg, hvis vores første puffer havde været omkring teorien. Men de andre resultater starter med en pH på under teorien også vokser den til sidst over et godt stykke i forhold til at man kun fortynder. Den stiger først med

Side 10

Kemi B

2.b 10

0,08 også 0,23, det er veldigt hop til sidst, men dette kan skyldes nogle unøjagtighed.

Fejlkilderne i dette forsøg angående apparaturet er pH-meteret som kan blive kalibreret skidt og hele tiden vil have en fejlmargin. Men ellers er der kun os mennesker som den store fejlkilde der kan mikse de forkerte ting eller afmåle forkerte mængder, men sys selv vi havde et okay resultat sammenlignet med teorien. Men det undrer mig dog at vores afvigelser med den symmetriske er på et højere niveau end med den ikke-symmetriske.

Konklusion

De tre ting som vi skulle undersøge i dette forsøg var:

- pufferopløsningers pH-stabilitet ved tilsætning af syre eller base.

- det blandings forhold, der giver størst puffervirkning.

- pufferopløsningers pH-stabilitet ved fortynding

Ud fra vores resultater passer teorien godt på vores resultater. En puffer kan modvirke pH-ændringer og det er helt klart den symmetriske puffer som modvirker bedst. Hvis vores ikke-symmetriske puffer havde haft størstedelen base i stedet for syre så ville resultaterne i forsøg b flytte side. Så når man tilsatte base ville syre delen blive meget lille og til sidst være helt væk og stigningen i pH ville være stor.

pH-stabiliteten ved fortynding vil jeg sige at vi har vist til et vist punkt med vores egen målinger. De to fortyndinger har ikke særlig stor forskel på pH’en. Så kan ikke helt forstå at pH’en stiger så meget ved bare en simpel fortynding med vand som er pH 7. Den har faktisk ligeså stor stigning i pH som ved tilsætning af 5 mL base. Men ellers passer teorien og praksis nogenlunde sammen.