Puffer-oldatok

A gyakorlati életben rendkívül fontosak az ún. pufferek, amelyek határozott H⁺-ionkoncentráció fenntartására alkalmasak. Puffer-oldatokat az alábbiak szerint készíthetünk:

 gyenge savból és gyenge sav erős bázissal alkotott sójából: pl. CH3COOH/CH3COONa

 gyenge bázisból és gyenge bázis erős savval alkotott sójából: pl. NH4OH/NH4Cl

 különböző mértékben savanyú sókból: pl. Na2HPO4/NaH2PO4

Az egyensúlyi viszonyokat vizsgáljuk meg az CH3COOH, CH3COONa pufferen. Az ecetsav disszociációja és a diszociáció egyensúlyi állandója:

CH₃COOH(aq) CH₃COO^ (aq) + H⁺(aq)

A nátrium-acetát teljes mértékben disszociál:

CH₃COONa(aq) CH₃COO^(aq) + Na⁺(aq)

Az acetátionból az ecetsav képződését a hozzáadott ecetsav visszaszorítja, ezért az acetátion koncentrációja egyenlő a bemért CH3COONa koncentrációjával, a c -val. A gyenge ecetsav _só disszociációját a nátrium-acetát jelenléte még inkább visszaszorítja, így az egyensúlyi _CHCOOH

c 3

helyett az ecetsav bemért koncentrációjával, a c_sav-val számolhatunk. Ezeket az értékeket az 5.1.6.2.

összefüggésbe helyettesítve kapjuk:

Eszerint a puffer-oldat pH-ja független a sav vagy a só koncentrációjától, csupán a kettő hányadosától függ. Természetesen a fenti meggondolásban szerepe volt annak, hogy a rendszerbe sót és a hozzá

Egy puffer annál hatásosabb, minél nagyobb a pufferkapacitása. Pufferkapacitás alatt azt a mol/dm³-ben kifejezett egyértékű erős sav vagy bázis mennyiségét értjük, mely az adott puffer pH-ját egy egységgel változtatja meg.

Feladatok

1. feladat: A gyakorlatvezető által megadott pH-jú ecetsavoldat vagy ammóniaoldat készítése 1,0 mol/dm³ koncentrációjú oldat hígításával.

A mérés menete:

1. Állapítsuk meg, hogy az oktató által megadott pH-jú oldat 1 literébe hány mól ecetsavat kell bemérni! Ks(CH3COOH) = 1,75 ∙ 10⁻⁵, Kb(NH3) = 1,78 ∙ 10⁻⁵.

2. Számítsuk ki, hogy mekkora térfogatú 1,0 mol/dm³ koncentrációjú oldat hígításával készíthető 100,0 cm³ térfogatú adott pH-jú oldat!

3. Egy tiszta, 100,0 cm³ térfogatú mérőlombikba mérjünk ki büretta segítségével a 2. pontban kiszámított térfogatú oldatmennyiséget (0,1 cm³ pontossággal)!

4. Töltsük jelre a mérőlombikot kiforralt desztillált vízzel, és homogenizáljuk az oldatot!

5. Az oktató segítségével mérjük meg az oldat kis részletének pH-ját elektromos pH-mérő készülékkel! (F.15. Elektromos pH-mérés)

6. Mérőhenger segítségével mérjünk ki három kémcsőbe 1010 cm³ térfogatú oldatrészleteket, melyeket az oktató útmutatásával vizsgáljunk indikátoroldatokkal! A kémcsövekre alkoholos filctollal írjuk fel az oldatok pH-ját!

7. A mérés befejeztével mosogassuk el a használt eszközöket!

2. feladat: A gyakorlatvezető által megadott pH-jú ecetsav/nátrium-acetát vagy ammónia/ammónium-klorid pufferoldat készítése. Ehhez az előkészített bürettákban 1,0 mol/dm³ koncentrációjú ecetsavoldat, illetve 1,0 mol/dm³ koncentrációjú ammóniaoldat található, valamint szilárd nátrium-acetát (CH3COONa ∙ 3H2O, M = 136,1 g/mol) és szilárd ammónium-klorid (NH4Cl, M = 53,5 g/mol) is rendelkezésre áll.

A mérés menete:

Savas pH-jú pufferoldat készítése esetén:

1. 100,0 cm³ össztérfogatú pufferoldatot kell készíteni ecetsavból és nátrium-acetátból. 10,0 cm³ térfogatú 1,0 mol/dm³ koncentrációjú ecetsavoldatból indulunk ki. Ehhez a mennyiséghez számítsuk ki az oktató által megadott pH-jú pufferoldat elkészítéséhez szükséges kristályos nátrium-acetát tömegét.

Ks(CH3COOH) = 1,75 ∙ 10⁻⁵

2. Egy tiszta, 100,0 cm³ térfogatú mérőlombikba büretta segítségével mérjünk ki az 1,0 mol/dm³ koncentrációjú ecetsavoldatból 10,0 cm³ térfogatú részletet!

3. Analitikai mérlegen bemérőcsónak segítségével mérjük ki a 1. pontban kiszámított tömegű nátrium-acetát mennyiségét!

4. A 3. pontban kimért nátrium-acetát mennyiséget mossuk át kiforralt desztillált vízzel mérőlombikba veszteség nélkül!

5. Töltsük jelre a mérőlombikban az oldatot desztillált vízzel és homogenizáljuk az elegyet!

6. Az oktató segítségével mérjük meg az oldat kis részletének pH-ját!

Lúgos pH-jú pufferoldat készítése esetén:

1. 100,0 cm³ össztérfogatú pufferoldatot kell készíteni ammóniából és ammónium-kloridból.

10,0 cm³ térfogatú 1,0 mol/dm³ koncentrációjú ammóniaoldatból indulunk ki. Ehhez a mennyiséghez számítsuk ki az oktató által megadott pH-jú pufferoldat elkészítéséhez szükséges ammónium-klorid tömegét.

Kb(NH3) = 1,78 ∙ 10⁻⁵.

2. Egy tiszta, 100,0 cm³ térfogatú mérőlombikba büretta segítségével mérjük ki az 1,0 mol/dm³ koncentrációjú ammóniaoldatból 10,0 cm³ térfogatú részletet!

3. Analitikai mérlegen bemérőcsónak segítségével mérjük ki a 1. pontban kiszámított tömegű ammónium-klorid mennyiségét!

4. A 3. pontban kimért ammónium-klorid mennyiséget mossuk át kiforralt desztillált vízzel mérőlombikba veszteség nélkül!

5. Töltsük jelre a mérőlombikban az oldatot desztillált vízzel, és homogenizáljuk az elegyet!

6. Az oktató segítségével mérjük meg az oldat kis részletének pH-ját!

3. feladat: A 2. feladatban elkészített pufferoldat pufferkapacitásának vizsgálata.

Ecetsav/nátrium-acetát pufferoldat vizsgálata

Négy kémcsőben készítsük el az alábbi oldatokat! Az oldatok kiméréséhez használjunk 10 cm³-es mérőhengert!

1. kémcső a 2. feladatban elkészített ecetsav/nátrium-acetát puffer 10 cm³-e + 1–2 csepp metilnarancs indikátor

2. kémcső 10 cm³ desztillált víz + 1–2 csepp metilnarancs indikátor

3. kémcső a 2. feladatban elkészített ecetsav/nátrium-acetát puffer 10 cm³-e +3 csepp fenolftalein indikátor

4. kémcső 10 cm³ desztillált víz + 3 csepp fenolftalein indikátor

1. Bürettából adagoljunk az 1. és 2. kémcső tartalmához cseppenként 0,1 mol/dm³ koncentrációjú sósavoldatot, míg az indikátor savas kémhatást nem mutat. (5.1.4.1. táblázat) Jegyezzük fel a két esetben felhasznált sósavoldat mennyiségét!

2. Bürettából adagoljunk a 3. és 4. kémcső tartalmához cseppenként 0,1 mol/dm³ koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldatot, amíg az indikátor bázikus kémhatást nem mutat (5.1.4.1. táblázat).

Jegyezzük fel a két esetben felhasznált nátrium-hidroxid-oldat mennyiségét!

Ammónia/ammónium-klorid pufferoldat vizsgálata

Négy kémcsőbe készítsük el az alábbi oldatokat! Az oldatok kiméréséhez használjunk 10 cm³-es mérőhengert!

1. kémcső a 2. feladatban elkészített ammónia/ammónium-klorid puffer 10 cm³-e + 1–2 csepp metilnarancs indikátor

2. kémcső 10 cm³ desztillált víz + 1–2 csepp metilnarancs indikátor

3. kémcső a 2. feladatban elkészített ammónia/ammónium-klorid puffer 10 cm³-e + 4 csepp timolftalein indikátor

4. kémcső 10 cm³ desztillált víz + 4 csepp timolftalein indikátor

1. Bürettából adagoljunk az 1. és 2. kémcső tartalmához cseppenként 0,1 mol/dm³ koncentrációjú sósavoldatot, míg az indikátor savas kémhatást nem mutat (5.1.4.1. táblázat).

Jegyezzük fel a két esetben felhasznált sósavoldat mennyiségét!

2. Bürettából adagoljunk a 3. és 4.kémcső tartalmához cseppenként 0,1 mol/dm³ koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldatot, amíg az indikátor bázikus kémhatást nem mutat (5.1.4.1. táblázat).

Jegyezzük fel a két esetben felhasznált nátrium-hidroxid-oldat mennyiségét!

A jegyzőkönyvben beadandó ábrák, számítások:

1. A mérőlombik és a büretta rajza, jelölve a jelre állított folyadék meniszkuszát.

2. Az 1. és 2. feladat számításainak eredménye.

3. A 3. feladat megfigyelései és értelmezése.