Ćwiczenie 2

Ćwiczenie 2
WYZNACZANIE pKa AMINOKWASÓW I INNYCH ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
METODĄ MIARECZKOWANIA POTENCJOMETRYCZNEGO
I. Przygotowanie roztworu kwasu i zasady
1. Wykonanie miareczkowania potencjometrycznego, dzięki któremu moŜliwe będzie
wyznaczenie stałych dysocjacji kwasowej związków wymaga przygotowania roztworu
mocnego kwasu i mocnej zasady o znanym stęŜeniu. Wartość stęŜenia obydwu
roztworów zaleŜy od stęŜenia substancji później analizowanej. Aby ustalić wartości
tych stęŜeń naleŜy najpierw określić stęŜenie substancji oznaczanej w następujących
krokach:
a. ustalić rozpuszczalność badanego związku w rozpuszczalniku, w którym będziemy
wyznaczać pKa (stęŜenie to nie powinno być mniejsze niŜ 0,0005 M, im większe
stęŜenie tym pomiar dokładniejszy),
b. ustalić na podstawie struktury cząsteczki liczbę grup mogących przyjąć proton (od
tego zaleŜy stęŜenie kwasu, jeśli wyznaczamy pK a aminy zawierającej jedną
grupę aminową wystarczy aby stęŜenie naszego kwasu było w granicach stęŜenia
badanego związku,
c. ustalić stęŜenie zasady – w zaleŜności od tego ile chcemy dodać titranta musimy
przeliczyć stęŜenie tak , aby w tej objętości dodać tyle zasady Ŝeby zobojętnić
dodany kwas i ewentualne grupy kwasowe badanego związku.
Przykład 1.Przygotowanie roztworów w celu wyznaczenia pKa w wodzie dla
aminokwasu glicyny (Gly) o wzorze strukturalnym
Związek ten zawiera jedną grupę kwasową i jedną zasadową, więc powinniśmy
przygotować roztwór kwasu o dwukrotnie większym stęŜeniu. Rozpuszczalność w
wodzie jest duŜa, czyli nie ma ograniczeń. MoŜna przygotować roztwór Gly o stęŜeniu
odpowiednio duŜym zwiększając tym dokładność pomiaru, jednak nie za duŜym, Ŝeby
nie zuŜyć zbyt duŜej ilości związku.
a) objętość miareczkowanego roztworu będzie wynosiła 5 ml, a objętość dodanego
titranta 2 ml (NaOH).
b) stęŜenie glicyny ustalamy na 0,005M.
c) stęŜenie kwasu solnego powinno być dwa razy większe czyli 0,01M, zatem
stęŜenie wodorotlenku sodu naleŜy obliczyć ze wzoru
C ⋅V + 1⋅ CGly ⋅VGly 0, 01⋅ 5 + 1⋅ 0, 005 ⋅ 5
CNaOH = HCl HCl
=
= 0, 0577 M
2 / 3VNaOH
1,3
2. Przygotować roztwory kwasu i zasady o obliczonych stęŜeniach, rozcieńczając
roztwory 0,1M w kolbkach o pojemności 50 ml.
2
3. Zmianować roztwór zasady miareczkując go odpowiednią ilością 0,1 M kwasu
solnego. Dla wyŜej przytoczonego przykładu objętość zasady wynosi 2 ml (w
naczynku). NaleŜy pamiętać, Ŝe elektroda kombinowana musi być zanurzona łącznie z
kontaktem elektrody odniesienia wystającym u dołu elektrody w postaci niewielkiego
punkcika wyczuwalnego przy delikatnym dotknięciu palcem.
4. Ustawiać parametry titratora: Vkroku = 0,00415 ml, pauza 30s, liczba kroków 50, pozostałe
jak w instrukcji obsługi titratora. Po zakończeniu zapisać pomiar i obliczyć pierwszą
pochodną (maksimum krzywej odpowiada objętości punktu równowaŜnikowego). Na
podstawie objętości kwasu i jego stęŜenia obliczyć liczbę moli kwasu, którą dzielimy
przez objętość zasady i uzyskujemy stęŜenie NaOH.
5. Mianowanie kwasu. Przygotowany wcześniej roztwór kwasu umieścić w naczynku
(objętość taka, jak załoŜyliśmy podczas wykonywania obliczeń). Miareczkować
zmianowanym roztworem zasady (pkt.3). Po zakończeniu pomiaru postępować jak przy
mianowaniu zasady, z tym Ŝe stęŜenie kwasu obliczyć mnoŜąc objętość równowaŜnikową
zasady przez jej stęŜenie, a następnie dzieląc przez objętość kwasu.
II. Przygotowanie roztworu związku, dla którego wyznaczamy pKa
Roztwór przeznaczony do badań naleŜy przygotować wagowo, tzn. nawaŜyć odpowiednią
ilość substancji bezpośrednio w kolbce miarowej (wtedy gdy przygotowujemy małe ilości
poniŜej 10ml), dolać objętość mianowanego kwasu do kreski i ponownie zwaŜyć.
Obliczyć stęŜenie wykorzystując masę związku, masę molową związku, gęstość
rozpuszczalnika i masę roztworu.
masa kolbki:
masa kolbki ze związkiem:
masa kolbki z kwasem:
masa molowa glicyny:
gęstość wody:
Cgly =
=
mk = 12.4555 g
mk+mz = 12.4593 g
mk+mz+mHCl = 22.4633 g
75,07g/mol
1g/ml
[(mz + mk ) − mk ] ⋅ d H 2O ⋅1000
M ⋅ {( mz + mk + mHCl ) − ( mz + mk )}
=
(12, 4593 − 12, 4555) ⋅1 ⋅1000
= 5, 0599 ⋅10−3 M
75, 07 ⋅ (22, 4653 − 12, 4593)
III. Pomiar potencjometryczny
1. W naczynku pomiarowym umieścić dokładną objętość roztworu badanego związku.
2. Do strzykawki wprowadzić mianowany roztwór zasady sodowej, (jeśli juŜ się tam
znajduje, naleŜy go tylko uzupełnić).
3. Zanurzyć wykalibrowaną elektrodę.
4. Sprawdzić, czy węŜyk strzykawki jest wypełniony w całości titrantem i zanurzyć go w
badanym roztworze.
5. WłoŜyć do roztworu dipol i włączyć mieszanie, sprawdzając czy dipol nie uderza nam o
elektrodę.
6. Ustawić parametry pomiaru (objętość kroku, pauzę, liczbę kroków-najwaŜniejsze tak jak
przy mianowaniu).
dr Dorota Zarzeczańska – adiunkt w Katedrze Chemii Analitycznej
2
Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego
3
7. Nacisnąć start.
8. Zakończony pomiar zapisać.
IV. Obliczenie wartości pKa
Aby obliczyć wartość pK, niezbędna jest znajomość następujących parametrów:
liczba kroków pomiarowych
stęŜenie kwasu,
stęŜenie zasady
stęŜenie badanego związku,
wynik pomiaru potencjometrycznego zawierający zaleŜność E = f (Vtitrant), który naleŜy
skopiować z pliku pomiarowego
Związki do wyboru:
Kwas 2-fluorofenyloboronowy w wodzie
Kwas 2-fluorofenyloboronowy w metanolu
BC6H6O2F
139,92 g/mol
Lizyna w wodzie
Lizyna w metanolu
C6H14N2O2
146,19 g/mol
Arginina w wodzie
C6H14N4O2
174,20 g/mol
Literatura:
1. W. Szczepaniak: Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, 1996.
2. J. Minczewski, Z. Marczenko: Chemia Analityczna, PWN, 1980.
3. K. Camman: Zastosowanie elektrod jonoselektywnych, WNT, 1977.
dr Dorota Zarzeczańska – adiunkt w Katedrze Chemii Analitycznej
3
Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego