Bjerrumdiagram for syre-baseindikatoren bromthymolblåt | Rapport

Side 1

Bjerrumdiagram for en

syrebase-indikator
Kemi A

Dato for øvelsens udførelse: 1. og 3. februar 2011

Stedet hvor øvelsen er udført: Frederiksberg Tekniske Gymnasium

HTX 2. år

Side 2

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 2

Indholdsfortegnelse

Formål ................................................................................................................................................................ 3 Hypotese ............................................................................................................................................................ 3 Teori ................................................................................................................................................................... 3 Styrkekonstanter og styrkeeksponenter ....................................................................................................... 3 Korresponderende syre-basepar ................................................................................................................... 5 Amfolytter ..................................................................................................................................................... 5 pH i amfolytopløsninger ............................................................................................................................ 5 Pufferligning .................................................................................................................................................. 7 Bjerrumdiagrammer ...................................................................................................................................... 8 Spektrofotometri ........................................................................................................................................... 9 Syrebase-indikator og princip bag forsøg .................................................................................................... 10 Materialer ........................................................................................................................................................ 10 Fremgangsmåde .............................................................................................................................................. 11 Resultater ........................................................................................................................................................ 11 Fejlkilder og måleusikkerheder ....................................................................................................................... 12 Diskussion ........................................................................................................................................................ 12 Konklusion ....................................................................................................................................................... 17

Side 3

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 3

Formål

Formålet med denne øvelse er at udmåle et Bjerrumdiagram for en syrebase-indikator, i dette tilfælde bromthymolblåt. Herunder belyses vigtige emner indenfor kemi, såsom spektrofotometri,

dybere stof i syrer/baser, pufferligningen, osv.

Hypotese

Jeg forventer, at forsøget vil blive udført uden de store problemer samt med tilfredsstillende resultater. Forhåbentlig vil kurven i Bjerrumdiagrammet være nogenlunde symmetrisk.

Teori

For at opnå tilfredsstillende resultat i dette forsøg og forstå, hvad der sker undervejs, er det vigtigt at få den grundlæggende teori på plads.

Styrkekonstanter og styrkeeksponenter

Vi kan tage et kig på syrens reaktion med vand for at definere syrens styrke, hvor S vil være en benævnelse for en vilkårlig syre og B for en vilkårlig base:

S + H_{2} O ⇌ B + H_{3} O^{+}

Syre-baseligevægte indstiller sig lynhurtigt, eftersom syren er ivrig efter at afgive sin proton til basen, der ligeledes søger at optage protonen. Vi ser, at reaktionen er skrevet op med ligevægtspile, hvorved vi kan skrive følgende ligevægt op (vi kan sætte vands molbrøk til 1, da vi arbejder med meget fortyndede opløsninger):

[ B] ∙ [H_{3} O^{+}]

[S]

= 𝐾_{𝑆}

Denne ligevægtskonstant, som vi betegner K

S

, syrens styrkekonstant, bruges i kemiens verden som mål for en vilkårlig syres styrke. Har syren en lille K

S

-værdi, vil den næsten ikke reagerer med vand, i og med syren vil være ”uvillig” til at afgive sin proton, hvilket også kendetegner svage syrer. Et eksempel på en svag syre, er eddikesyre. Endvidere vil sådanne ligevægte ligge langt mod venstre. Ligeledes betyder det, at hvis der er tale om en syre med høj K -værdi, vil den reagere S fuldstændigt med vand, dvs. syren afgiver alle sine protoner til den base, som syren reagerer med.

En ligevægt af denne type vil ligge langt mod højre. Af eksempler kan vi bl. a. nævne de tre karakteristiske stærke syrer i kemiens terminologi, som er salpetersyre, saltsyre og svovlsyre.

Side 4

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 4

Herudover betragtes oxoniumionen også som en ganske stærk syre.

Herudover er K

S blevet anset for at være en kvantitativ [1] metode til at bestemme styrken i en syre.

Det vil sige, at der fremkommer mange størrelsesordener af K

S

-værdierne. For at gøre det nemmere at bestemme syrens styrke og med færre værdier og derved mere overskuelighed, fandt man frem til en logaritmisk måling af styrkekonstanten, og denne form for måling er også mere anvendt i praksis. Vi kalder den for pK

S

, styrkeeksponenten. Formlen for denne er angivet herunder:

𝑝𝐾_{𝑆} = −log𝐾_{𝑆}

I relation til dette, findes der ligeledes et begreb som basestyrke. På samme måde som vi anførte syrens reaktion med vand, kan vi skrive basens reaktion med vand op. B står for base og S for syre:

H_{2} O + B ⇌ OH^{−} + S

Ligevægten for denne reaktion ser således ud (vands molbrøk sættes igen til 1):

[ OH^{−}] ∙ [S]

[B]

= 𝐾_{𝐵}

Denne ligevægtskonstant er samtidig også styrkekonstanten for baser. Men som sagt er målinger af styrkekonstanter uoverskuelige, derfor anvendes styrkeeksponenten for base oftere end styrkekonstanten. Formlen for denne ser således ud:

𝑝𝐾_{𝐵} = −log𝐾_{𝐵}

Eksempelvis, kan vi tage udgangspunkt i ammoniak og følgende reaktion:

H_{2} O + NH_{3} ⇌ OH^{−} + NH_{4}^{+}

Styrkekonstanten for ammoniak er 1,78 ∙10^{−5} M, hvilket ikke er besynderligt højt. Ligevægten for

reaktionen ligger betydeligt langt mod venstre. Desuden er ammoniak en svag base, hvilket dens lave styrkekonstant også bekræfter. I en fortyndet opløsning af ammoniakvand med en koncentration af 0,1 M, bliver omkring 1 % af ammoniakmolekylerne dannet om til ammoniumioner.

Tager vi et kig på den lave styrkekonstant for den svage base ammoniak, må det betyde, at en stærk

1

http://en.wikipedia.org/wiki/Acid_dissociation_constant

Side 5

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 5 base besidder en høj styrkekonstant. En base med disse egenskaber, kunne eksempelvis være oxidionen. Lad os betragte en reaktion, hvor oxidionen og vand indgår:

H_{2} O + O^{2−} → OH^{−} + OH^{−}

                                  10
Oxidionens styrkekonstant ligger på 1 ∙ 10

M. Reaktionen er skrevet med én pil, da den faktisk forløber fuldstændigt. Produkterne som vi har fået, hydroxidionerne, hører med til de stærke baser.

Den stærke base natriumhydroxid er stærk, idet den indeholder hydroxidionen.

Disse styrkekonstanter og styrkeeksponenter vil vise sig at være nyttige til beregning af pH. Dette ses på side 5.

Korresponderende syre-basepar

Som skrevet tidligere i denne rapport, er kendetegnet ved en stærk syre, at den meget gerne vil af

med sin proton. Vi kan tage et kig på saltsyre, som vil blive omdannet til Cl^{-}, når syren afgiver sin

proton med stor villighed. Men, idet chloridionen er en meget svag base, er den uvillig ift. at optage

en H^{+} -ion og danne saltsyre.

Ud fra disse observationer, kan der ses, at der er en forbindelse mellem syrestyrken og basestyrken i denne reaktion; dette kaldes et korresponderende syre-basepar.

Amfolytter

En amfolyt [2] er en protolyt, der både kan agere som syre og base. Disse stoffer indeholder amfiprote molekyler, ergo molekyler der har egenskaben at kunne opføre sig som syre og base. Vi vil undervejs i forsøget støde på dette term, derfor er det vigtigt at have styr på dets definition.

Eksempler på amfolytter er hydrogensulfater, hydrogenfosfater og vand. Dog er der også hydroxider af visse metaller, der er amfolytte, heriblandt zink og aluminium. Vi kan også nævne aminosyrer som amfolytter, siden de indeholder en carboxylsyregruppe samt en aminogruppe, dvs.

basegruppen.

pH i amfolytopløsninger

Det er muligt for os at beregne pH i amfolytte opløsninger. Vi kan begynde med at tage et kig på

H PO^{-}. Amfolyttens korresponderende syre er phosphorsyre og dens korresponderende base er

2 4 hydrogenphosphationen. Vi opstiller nogle reaktioner, hvor der antages at vores amfolyt, som vi

2

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Kemi_generelt/amfolyt

Side 6

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 6 kalder Amf, er svag, både som syre, men også som base. Ved hjælp af disse reaktioner, kan vi udlede en formel for beregning af pH i en vandig amfolytopløsning. Der er tale om disse reaktioner:

1) Amf + H_{2} O ⇌ B+ H_{3} O^{+}
2) H_{2} O + Amf ⇌ OH^{−} + S
3) Amf + Amf ⇌ B + S

Af disse tre reaktionsskemaer, fremgår det, at det er en lille mængde Amf, der omdannes til B og S.

Som der blev skrevet længere oppe, er vores amfolyt både svag som syre og base, derved har vi en svag base og en svag syre, der reagerer i reaktion 3, mens vi i reaktion 1 har at gøre med den svage syre Amf, der indgår i en reaktion med den meget svage base H

2

O. I reaktion 2, er det vand som er den meget svage syre, der reagerer med den svage base Amf. Vi får derved reaktion 3 som den dominerende reaktion, eftersom den svage amfolyt hellere vil reagere med sig selv end den meget svage protolyt vand. Ligevægtene for reaktion 1 og 2 ligger dog en hel del mod venstre. Vi indser, at det kun er ved reaktion 3, at vi får omdannet vores amfolyt. Endvidere ses det, at vi får samme antal B og S:

[ B] = [S]

Ligevægtskonstanten for S og Amf skrives op (vands molbrøk sættes igen til 1):

S + H_{2} O ⇌ Amf + H_{3} O^{+} Amf + H O ⇌ Amf +H_{3} O^{+}

2

       [ Amf                     [B]∙[H
                                     3
𝐾 ( S ) =       𝐾        ( Amf ) =
 S

] ∙[H_{3} O^{+}] O^{+}]

[S] [Amf]

S

Produktet af disse to ligevægtskonstanter findes:

𝐾_{S} ( S) ∙ 𝐾_{S} ( Amf) = ∙ = ∙ [ H_{3} O^{+}]^{2}

[ Amf] ∙ [ H_{3} O^{+}] [ B] ∙ [ H_{3} O^{+}] [ B]

[ S] [ Amf] [ S]

Vi fandt jo ud af, at [B]=[S], derved får vi:
𝐾_{S} ( S) ∙ 𝐾_{S} ( Amf) = [ H_{3} O^{+}]^{2} ⬄ Omskrives vha. logaritme regnereglerne
log𝐾_{S} ( S) + log𝐾_{S} (Amf) = 2 ∙ log[H_{3} O^{+}] ⬄

pH = ∙ (p𝐾_{S} ( S) + p𝐾_{S} ( Amf))

1

2

Denne formel benyttes, når man skal finde pH for en amfolytopløsning. Det kan også ses på formlen, at pH er uafhængigt af amfolyttens koncentration i opløsningen, men der skal dog bruges store koncentrationer af amfolytten, hvis denne skal give rimelige resultater.

Side 7

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 7

Pufferligning

Det er almen viden indenfor kemi, at rent vand har pH-værdien 7. Tager vi 100 mL af dette og tilsætter 20 mL 0,1 M NaOH, vil der ske en drastisk stigning af opløsningens pH, der vil gå fra 7 til over 12. Vi kan dermed sige, at vands pH ændrer sig gevaldigt, hvis der tilsættes en stærk base eller for den sags skyld, en stærk syre.

Hvis opløsningen til gengæld bestod af store koncentrationer af ammoniak og ammoniumion, ville

tilsætningen af en stærk syre/base ikke forårsage en massiv pH-ændring. Dette skyldes, at disse to

molekyler er et korresponderende syre-basepar. Har man en svag syre og dens korresponderende svage base, vil dette defineres som et puffersystem, men det kræver som sagt, store koncentrationer af syren og basen. Dette system har en puffervirkning, hvilket betyder, at man sænker pH-

ændringen ved tilsætning af stærk syre/base.

I forbindelse med dette, kan vi udlede en formel, som vi kan bruge til at beregne pH i en opløsning, der rummer et puffersystem. Som så mange gange før, tager vi udgangspunkt i følgende reaktion:

S + H_{2} O ⇌ B + H_{3} O^{+}

Denne reaktion har følgende ligevægt (vands molbrøk sættes endnu engang til 1):

     [ B
𝐾  =        ⬄ omskrives
 S

] ∙[H_{3} O^{+}]

[S]

     [ B
            +
𝐾  =   ∙ [H O ] ⬄ omskrives vha. logaritme regneregler
 S        3
     [S]

]

log𝐾_{S} = log^{[B]}_{[S]} + log[H_{3} O^{+}] ⬄

−p𝐾_{S} = log^{[B]}_{[S]} − pH ⬄

pH = p𝐾_{S} + log

[B]

[S]

Der skal huskes på, at der hentydes til det korresponderende syre-basepar, når fokus er på [B] og

[S]. Formlen kan vi omskrive yderligere, hvis vi indsætter V i ligningen, så vi dermed får ”forholdet mellem koncentrationerne af det korresponderende syre-basepar er lig med forholdet mellem

stofmængderne.”^{3}:

[B] [B] ∙ 𝑉 𝑛_{B}
[S] [S] ∙ 𝑉 𝑛_{S}

= =

3

Midt på side 65 i Kemi 2000 A-niveau 1, skrevet af Helge Mygind

Side 8

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 8

Indsættes i vores formel:

pH = p𝐾_{S} + log

𝑛_{B}
𝑛_{S}

Bjerrumdiagrammer

Et Bjerrumdiagram er en måde på at vise hvilke molekyler, der er flest af ved en bestemt pH. Det er ud fra et korresponderende syre-basepar, som man anvender til udarbejdelse af et Bjerrumdiagram.

Denne type diagram blev udarbejdet af den danske kemiker Niels Bjerrum, der levede i perioden Skal et Bjerrumdiagram afbildes, skal vi omskrive pufferligningen således, det er syrens koncentrationen, der afbildes op af y-aksen. For at gøre dette, kommer vi ind på to nye begreber, syrebrøk og basebrøk:

                          [S]
𝑦           (𝑠𝑦𝑟𝑒𝑏𝑟ø𝑘) =      𝑦                  ( 𝑏𝑎𝑠𝑒𝑏𝑟ø𝑘 ) =
                         [ S ] +[B]                           [ S

S B

[B]

] +[B]

”y kaldes syrebrøken, og den angiver den brøkdel af syre-baseparret, som foreligger på syreform, S mens y (basebrøken) angiver den brøkdel, som foreligger på baseform. Summen af de to brøker er B

                  4
naturligvis lig med 1.”

𝑦_{S} + 𝑦_{B} = 1

Ud fra dette, kan vi udlede en sammenhæng mellem pH og syrebrøken. Dette gøres på følgende måde:

𝑦_{B}
𝑦_{S}

  [B]
=   ⬄ Vi kan omskrive y , idet y =1-y
  [S]

B B S

1 − 𝑦_{S} [B]
𝑦_{S} [S]

=

Dette skriver vi ind i pufferligningen:

pH = p𝐾_{S} + log

1 − 𝑦_{S}
𝑦_{S}

4

Midt på side 72 i Kemi 2000 A-niveau 1, skrevet af Helge Mygind

Side 9

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 9

Kurvens form man får i et bjerrumdiagram vil altid være den samme, hvis der er tale om et korresponderende syre-basepar. Grafen vil være parallelforskudt, alt efter hvilken pK -værdi man S

opnår, når syrebrøkens værdi er 0,5. At værdien skal være 0,5 betyder blot, at y =y, hvilket

S B indikerer, at der er lige mange syremolekyler som der er af basemolekyler.

Et eksempel på et Bjerrumdiagram over eddikesyre kan ses til højre. Her kan vi se, at ved en lav pH, vil eddikesyren være sur og dermed flere og flere syremolekyler, jo lavere pH vi får. Dog kan vi se, at ved en høj pH, er det den korresponderende base og basemolekylerne, der har overtaget. Kender vi opløsningens pH, kan vi ’spå’ om kurvens gang i

Bjerrumdiagrammet.

Spektrofotometri

Ved spektrofotometri måler man, hvor meget monokromatisk lys, der går igennem en opløsning, hvorved man får bestemt den aktuelle koncentration af absorbansen. Absorbans er en farvet opløsning, som rummer molekyler eller ioner, der absorberer det synlige lys, deraf navnet. Ved måling af dette, kan man som sagt bestemme koncentrationen af det molekyle eller ion, der absorberede lyset.

For at dette skal kunne lade sig gøre, kræves der et instrument ved navn monokromator, der kaster lyset fra lyskilden mod opløsningen, i form af monokromatisk lys. Billedet til højre visualiserer processen meget godt. Lyskilden bidrager med lys, der lyser ind i monokromator, der omdanner lyset til monokromatisk lys, hvorefter lyset slipper igennem opløsningen. Herefter måles lysets intensitet med en fotocelle.

Herudover er absorbansen A defineret ved:

A = log()

I_{0}

I

I denne formel, optræder A som absorbansen, I

0 som intensiteten før absorption og I som intensiteten efter absorptionen. Men det er også vigtigt at pointere, at man i spektrofotometri går efter Lambert Beers lov. ”For absorptionsspektrummer gælder, at absorbansen er proportional med den aktuelle koncentration og kan bestemmes vha. Lambert Beers lov.”:

A = ε_{λ} ∙ [A] ∙ 𝑙

Side 10

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 10

Her optræder A igen som absorbansen, ε_{λ} som ekstinktionskoefficienten og l som kuvettebredden.

Syrebase-indikator og princip bag forsøg

En syrebase-indikator er et korresponderende syre-basepar, hvoraf syren og basen har forskellig

farve. Denne indikators omslagsområde går omtrent fra (pK – 1) til omkring (pK + 1). Lad os tage

S S

et kig på vores syrebase-indikator, hvor syren betegnes som HIn og basen som In^{-}. Når det kommer
til bromthymolblåt, er syren HIn gul og basen In^{-} har farven blå. Farverne er forskellige fra

hinanden, da syren og basen i denne indikator er lys-absorberende ved forskellige bølgelængder.

Vores syre HIn absorberer lys ved bølgelængden 400 nm, og In^{-} gør det samme ved 600 nm. Vi

tilsætter 1,0 M NaOH til vores bromthymolblåtopløsning undervejs i forsøget, hvoraf der tilsættes

én dråbe ad gangen. Ved denne reaktion, får vi omdannet HIn til In^{-}:

HIn + OH^{−} → In^{−} + H_{2} O

Efter hver tilsat dråbe, måler vi opløsningens pH-værdi ved brug af et pH-meter samt opløsningens absorbans ved brug af spektrofotorimeteren ved 615 nm.

Materialer

Til dette forsøg, vil følgende materialer og kemikalier blive anvendt:

Materialer

- Spektrofotometer

- Kuvette

- 250 mL måleglas

- 5 mL pipette med sugebold

- Magnetomrører

- Magnetpind

- Burette

- Stativ

- Tragt

- Vægt med 3 decimalers nøjagtighed

- pH-meter

Side 11

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 11

Kemikalier

- Bromthymolblåtopløsning

- 1,0 M NaOH

- KH PO

2 4

Fremgangsmåde

Vi lavede øvelsen på følgende måde:

- Vi startede med at gøre pH-meteret klar til brug ved brug kalibreringsfunktionen i Logger Pro.

- Efterfølgende afmålte vi 150 mL demineraliseret vand til et 250 mL måleglas.

- Dernæst satte vi det til omrøring på en magnetomører.

- Herefter kom tilsætningen af bromthymolblåtopløsningen ved brug af 5 mL pipette med sugebold

- Derefter tilsatte vi 0,100 g KH PO til opløsningen.

2 4

- En burette blev klargjort, hvorefter vi tilsatte 1,0 M NaOH til buretten efter opsætning

- Opløsningens farve og pH-værdi blev noteret. Vi overførte noget af opløsningen til en kuvette, så absorbansen kunne blive målt. Det blev efterfølgende hældt tilbage.

- Tilsætningen af NaOH blev sat i gang, og undervejs blev pH-værdien noteret.

- Som forsøget skred frem, overførte vi noget af opløsningen til en kuvette, som en person fra gruppen gik hen til et spektrofotometer og noterede den målte absorbans.

- Ovenstående punkt gentog vi, indtil absorbansens værdi blev konstant.

Resultater

Vi fik følgende resultater fra vores forsøg: pH Farve A

Side 12

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 12

6,3 gul 0,019 7,41 Petrol 0,328

6,54 grønlig 0,068 7,48 m. petrol 0,358

6,74 m. grøn 0,114 7,6 m. petrol 0,39

6,81 m. grøn 0,129 7,71 m. petrol 0,44

6,88 m. grøn 0,155 7,83 m.blå 0,486

6,96 samme 0,174 7,98 m.blå 0,522

7,05 m. grøn 0,199 8,22 bl.Lilla 0,567

7,15 m. grøn 0,221 8,45 bl.Lilla 0,596

7,2 bl. Grøn 0,254 8,82 bl.Lilla 0,596

7,37 bl. Grøn 0,306 10,21 bl. Lilla 0,592

7,41 petrol 0,328 10,63 bl. Lilla 0,591

m. står for mørkere.

bl. står for blå.

Fejlkilder og måleusikkerheder

Følgende fejlkilder og måleusikkerheder kunne have opstået i vores forsøg:

- Fejlagtig betragtning af opløsningen.

- Brug af urent apparatur til øvelsen, der kunne have en uønsket indflydelse på forsøget.

- Upræcis tilsætning af NaOH.

- Forfejlet kalibrering af pH-meter → Forkerte pH-målinger

- Tab af opløsning ved måling af absorbans, da personen skulle gå frem og tilbage med kuvetten.

Diskussion

Vi fik udleveret nogle spørgsmål i øvelsesvejledningen, som besvares i dette afsnit. Men først, en hurtig gennemgang af, hvordan base- og syrebrøken skal beregnes.

Jævnfører vi Lambert Beers lov om absorbansen, vil absorbansen være proportional med

                 -
koncentrationen af In :

A = k ∙ [In^{−}] A = k ∙ [In^{−}]_{slut}

slut

A er absorbansens værdi, hvor den er konstant. Under hele forsøget, er summen af [HIn] og [In^{-}]

slut konstant. Derfor kan vi konstatere følgende:

[ HIn] + [ In^{−}] = [HIn]_{slut} + [In^{−}]_{slut} ≅ [In^{−}]_{slut}

pH Farve A

Side 13

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 13

En sammenhæng mellem basebrøken og absorbansen kan derved udledes:

𝑦_{B} = = =

[In^{−}] [In^{−}] A
[HIn] + [In^{−}] [ In^{−}]_{slut} A_{slut}

1. Anvend de målte absorbanser til at beregne basebrøken, og derefter syrebrøken.

Siden vi har målingerne af absorbansen fra start til slut, kan vores data indsættes i udtrykket:

𝑦_{B} =

0,019

0,591

𝑦_{B} = 0,032

Vi ved, at summen af basebrøken og syrebrøken er lig med 1. Syrebrøken kan vi isolere, hvorved vi får følgende:

𝑦_{S} + 𝑦_{B} = 1 ⬄

𝑦_{S} = 1 − 𝑦_{B} ⬄ værdi indsættes

𝑦_{S} = 1 − 0,032

𝑦_{S} = 𝟎,𝟗𝟔𝟖

Dette gør vi for hvert enkelt værdi, så vi får følgende tabel: pH Farve A yB yS

6,3 gul 0,019 0,032 0,968

6,54 grønlig 0,068 0,115 0,885

6,74 | m. grøn | 0,114 | 0,193 | 0,807
6,81 | m. grøn | 0,129 | 0,218 | 0,782
6,88 | m. grøn | 0,155 | 0,262 | 0,738

6,96 samme 0,174 0,294 0,706

7,05 | m. grøn | 0,199 | 0,337 | 0,663
7,15 | m. grøn | 0,221 | 0,374 | 0,626

7,2 bl. Grøn 0,254 0,43 0,57

7,37 | bl. Grøn | 0,306 | 0,518 | 0,482

7,41 petro. 0,328 0,555 0,445

7,48 m. petro. 0,358 0,606 0,394

7,6 m. petro. 0,39 0,66 0,34

7,71 m. petro. 0,44 0,745 0,255

Side 14

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 14

7,83 m.blå 0,486 0,822 0,178

7,98 m.blå 0,522 0,883 0,117

8,22 bl.Lilla 0,567 0,959 0,041

8,45 bl.Lilla 0,596 1,008 -0,008

8,82 bl.Lilla 0,596 1,008 -0,008

10,21 bl. Lilla 0,592 1,001 -0,001

10,63 bl. lilla 0,591 1 0

2. Tegn Bjerrumdiagrammet på millimeterpapir. Kommenter dets udseende.

Nu har vi alle forudsætningerne for at lave vores Bjerrumdiagram. Denne ser således ud:

Bjerrumdiagrammet ser ud til at være ganske vellykket, den er dog ikke helt symmetrisk som forventet, hvilket vi vil komme ind på længere nede.

3. Aflæs pK for HIn. Sammenlign med tabelværdien, som er pK = 7,1.

S S

Nu er det muligt for os at aflæse pK

S

-værdien på vores Bjerrumdiagram. Når vi skal aflæse vores pK -værdi på diagrammet, er det vigtigt at huske på, at værdien kan findes, når:

S

𝑦_{B} = 𝑦_{S}

På det tidspunkt det sker, vil pH-værdien være den samme som pK -værdien.

S

Ved at tage et kig på Bjerrumdiagrammet, kan vi hurtigt aflæse den:

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

2

Syrebrøken pH yS

Side 15

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 15 pK -værdien for vores forsøg er dermed 7,2. Grunden til, at vi aflæser værdien ved 0,5, er S som sagt pga. syremolekylerne og basemolekylerne har samme koncentration på dette tidspunkt. Vi kan sammenligne den målte værdi og tabelværdien ved at lave afvigelse i procent: 𝑚å𝑙𝑡 𝑣æ𝑟𝑑𝑖−𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙𝑣æ𝑟𝑑𝑖 𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙𝑣æ𝑟𝑑𝑖

∙ 100 % ⬄

7,2 − 7,1

7,1

∙ 100 %

= 1,389 %

Vi har dermed en afvigelse på 1,389 %, hvilket må betragtes som en ganske god afvigelse.

Der er en gammel regel, der siger, at hvis afvigelsen er højere end 10 %, så må den målte værdi være påvirket af fejlkilder og dermed fejlagtig. Nu når afvigelsen er så lille, kan vi bestemt være tilfredse med vores resultat.

4. Omslagsområdet for bromthymolblåt angives 6,0-7,6. Passer det med forsøget? Prøv at forklare, at omslagsområdet ikke ligger helt symmetrisk omkring pK -værdien.

S

Vores syrebase-indikators omslagsområde ligger på ca. 6,3 til 8,3. Dette stemmer ikke helt overens for tabelværdien, hvilket må skyldes vores syres og bases farveintensitet. I tilfælde af, at indikatorens syreform og baseform ikke er magen til ift. farveintensitet, derved vil omslagsområdet for syrebase-indikatoren ikke ligge helt symmetrisk omkring pK. På trods af S

Side 16

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 16 det, har vi fået udarbejdet et ganske godt Bjerrumdiagram.

5. Ved starten af forsøget har vi en opløsning af KH

2 4

PO i vand. Beregn opløsningens pH

(H PO^{-} er en amfolyt).

2 4

I og med, at vi har at gøre med en amfolyt, vil den, som skrevet i teoridelen, ikke afhænge af koncentrationen i opløsningen, når vi skal beregne pH-værdien. Vi regner den på følgende måde:

pH = ∙ (p𝐾_{S} ( S) + p𝐾_{S} ( Amf))

1

2

Her indsætter vi blot vores data. pK

S S

-værdien for vores amfolyt er 7,21, mens pK

-værdien for den korresponderende syre, H PO, er 2,12:

3 4

pH = ∙ ( 2,12 + 7,21)

1

2

pH = 𝟒,𝟔𝟕

6. Hvad sker der med H PO^{-}, når vi tilsætter OH^{-}? Skriv reaktionsskemaet.

2 4

Følgende reaktion sker, når vi tilsætter hydroxidion til opløsningen:

H_{2} PO_{4}^{−} ( aq) + OH^{−} ( aq) → HPO_{4}^{2−} ( aq) + H_{2} O(l)
Tilsættes der ekstra OH^{-} til reaktinsskemaet, får vi følgende:
HPO_{4}^{2−} ( aq) + OH^{−} ( aq) → PO_{4}^{3−} ( aq) + H_{2} O ( l)

7. Opløsningens indhold af H PO^{-} bevirker, at vi kan få mange målinger indikatorens

2 4

omslagsområde. Hvorfor er netop H PO^{-} velegnet, når vi skal måle pH i dette interval?

2 4

Da vi tilsatte H PO^{-} i opløsningen, havde det den effekt, at vi begynder ved en pH-værdi,

2 4 hvor indikatoren alene består af HIn, dvs. syreformen. Det er en god idé at have et puffersystem, der har et pufferområde omtrent det samme interval som indikatorens omslagsområde. Dihydrogenphosphat er velegnet, da dets omslagsområde er omkring 7, hvilket er ensbetydende med en stor pufferkapacitet. Jo mindre pH-ændring en given mængde stærk syre eller stærk base kan udløse, desto større vil dets pufferkapacitet være.

Side 17

Studiekompasset.dk 22/02 2011

Side | 17

Konklusion

Der kan hermed konkluderes, at jeg har formået at udmåle et Bjerrumdiagram for vores syrebase-indikator, bromthymolblåt, samt fået nogle tilfredsstillende resultater. Min hypotese stemte godt overens med vores resultater, hvilket jeg kun kan være tilfreds med.