Tài liệu THỰC HÀNH HÓA LÝ: XÁC ĐỊNH pKa BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG CHUẨN ĐỘ (acid acetic)

MỤC TIÊU  Xác định đƣợc pKa của acid acetic bằng phƣơng pháp đƣờng cong chuẩn độ pKa và sự cân bằng phân ly pH  Khi thêm acid HCl hoặc acid nào đó vào nƣớc, độ pH giảm. Tính acid của dung dịch đƣợc xác định bởi nồng độ proton [H+] của nó, độ pH biểu thị cho [H+]  pH = - lg[H+]; chỉ số pH nhỏ, tính acid mạnh  Ta thấy pH thay đổi 1 đơn vị tƣơng đƣơng với sự thay đổi gấp 10 lần [H+] pKa và sự cân bằng phân ly • Sự phân ly của các acid (HA) trong nƣớc • Acid mạnh phân ly hoàn toàn, giải phóng proton H+ và base liên hợp A• Acid yếu phân ly một phần, lúc đó acid vừa có trạng thái phân ly H+, A- vừa có trạng thái không phân ly HA cùng tồn tại theo phƣơng trình sau: HA ⇄ H+ + A  Hằng số phân licủa acid yếu (Ka) H+ A− 𝐾a = (1) HA pKa và sự cân bằng phân ly  Phƣơng trình (1) biểu thị sự phóng thích proton H+ của acid, nói cách khác ka biểu thị độ mạnh của acid.  Ngoài ra, phƣơng trình phân ly còn cho thấy trạng thái phân ly của acid yếu thay đổi tùy thuộc nồng độ [H+] trong dung dịch.  Các acid yếu nhƣ acid acetic, acid lactic,.. , thƣờng có hằng số Ka rất bé, khoảng 10-3 – 10-6  Việc biểu thị tính acid dƣới dạng hằng số Ka rất bất tiện và không trực quan. pKa và sự cân bằng phân ly  Vì vậy, pKa đƣợc dùng nhƣ 1 chỉ số biểu thị tính acid của acid yếu.  pKa đƣợc định nghĩa nhƣ sau: pKa = - lgKa  Thí dụ: Ka của acid acetic là 0,00001778 = 10-4,75  Nhƣng pKa = 4,75, diễn đạt đơn giản hơn  Giá trị pKa nhỏ, acid mạnh  pKa của acid lactic là 3,8; có nghĩa là acid lactic mạnh hơn acid acetic. pKa và khả năng đệm  Mối liên quan giữa pH và pKa của acid yếu đƣợc mô tả qua phƣơng trình Henderson – Hasselbalch.  Lấy logarit hai vế của phƣơng trình (1) ta đƣợc:  pH = pKa khi ½ acid đã phân ly,  A    1  HA  Lúc đó [HA] = [A-]; acid hiện diện cả 2 dạng, phân tử acid HA và base liên hợp A- với nồng độ có ý nghĩa. pKa và khả năng đệm  Để thay đổi độ pH trong vùng gần giá trị pKa của acid, đòi hỏi sử dụng 1 lƣợng lớn acid hay base  Nhƣ vậy trong vùng có pH gần pKa tạo ra một vùng đệm, chống lại sự thay đổi pH trong dung dịch  Khả năng của một chất duy trì đƣợc pH ít thay đổi chính là năng suất đệm.  Giá trị pH gần pKa hơn thì năng suất đệm cao hơn  Do đó, một dung dịch đệm acid có giá trị pKa gần bằng với độ pH đƣợc chọn thì khả năng đệm sẽ là tối đa XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC  NGUYÊN TẮC  Sự phân li của một acid yếu, CH3COOH đƣợc biểu diễn theo phƣơng trình: CH3COOH ⇄ H+ + CH3COO  Hằng số phân li của acid yếu (Ka) H + CH3COO− 𝐾a = (1) CH3COOH  Lấy logarit hai vế của phƣơng trình (1) ta đƣợc: log 𝐾a = log H + CH3COO− + log CH3COOH XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC  NGUYÊN TẮC − log H + CH3COO− = − log 𝐾a + log CH3COOH Thay pH = - log[H+]; pKa =  logKa ta có phƣơng trình: CH3COO− pH = pK a + log CH3COOH 2 XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC  NGUYÊN TẮC  Đem chuẩn độ acid acetic bằng dung dịch NaOH  Vẽ đƣờng cong chuẩn độ pH – ml NaOH. Tìm điểm tƣơng đƣơng và số ml NaOH đã dùng.  Ta thấy rằng khi 50% lƣợng acid trong dung dịch đã đƣợc trung hòa lúc đó tỷ số: CH 3COO      1 và pH = pKa CH 3COOH   Vì vậy, tìm pH ứng với điểm trung hòa 50% ta có thể tìm đƣợc pKa của acid. XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC Tiến hành thí nghiệm  Chuẩn máy đo pH  Chuẩn bị 1 buret có chứa dung dịch NaOH 0,1N.  Lấy 20 ml dung dịch acid acetic 0,1N cho vào bécher, thêm 3 giọt chỉ thị phenolphtalein.  Đo pH dung dịch, ghi nhận giá trị pH ban đầu trƣớc khi cho NaOH.  Từ buret cho từ từ dung dịch NaOH 0,1N, khuấy nhẹ bécher (dùng máy khuấy từ) để trộn đều dung dịch ghi nhận số ml NaOH đã chuẩn độ. XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC  Tiến hành thí nghiệm  Đo pH và ghi nhận giá trị pH.  Lúc đầu mỗi lần cho khoảng 1 ml dung dịch NaOH thì đo lại pH. Ghi nhận thể tích NaOH trên buret và giá trị pH sau khi thêm NaOH.  Khi pH tăng khoảng 0,3 đơn vị thì mỗi lần thêm 0,2 ml NaOH, đo lại pH  Tiếp tục cho thêm NaOH và đo pH đến điểm tƣơng đƣơng. Khi qua điểm tƣơng đƣơng, mỗi lần thêm 1 ml NaOH thì đo lại pH, tiếp tục thêm NaOH và đo pH đến khi pH = 11,5 – 12 . XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC  BÁO CÁO KẾT QUẢ  Mục tiêu  Bảng kết quả Thể tích NaOH trên buret (ml) 0,00 pH ∆V ∆pH ∆pH/∆V VNaOHTB XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC BÁO CÁO KẾT QUẢ  Vẽ đƣờng cong chuẩn độ của acid acetic với NaOH và đƣờng biểu diễn xác định điểm tƣơng đƣơng (trên giấy kẻ ô li):  Trục tung biểu diễn giá trị pH và ∆pH/∆V  Trục hoành biểu diễn số ml NaOH 0,1N và VNaOHTB  Tìm pKa của acid acetic trên đồ thị: pH ứng với 50% thể tích NaOH 0,1N đã trung hòa 20 ml acid acetic 0,1N chính là pKa XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC Vẽ đƣờng cong chuẩn độ và xác định pKa 19.825,19.8 XÁC ĐỊNH pKa CỦA ACID ACETIC BÁO CÁO KẾT QUẢ  pKa của acid acetic:……………  Nhận xét trong vùng lân cận pKa, pH thay đổi nhƣ thế nào khi thêm NaOH, giải thích?  Từ nhận xét và giải thích trên, để có đƣợc hệ đệm có năng suất đệm cao, chúng ta cần chọn hệ đệm nhƣ thế nào? XÁC ĐỊNH pKb CỦA BASE YẾU PHƢƠNG PHÁP ĐƢỜNG CONG CHUẨN ĐỘ  Sự phân ly của base yếu trong nƣớc  B + H2O BH+ + OH Đem chuẩn độ base yếu bằng acid mạnh, vừa chuẩn độ vừa đo pH.  Vẽ đƣờng cong chuẩn độ, xác định điểm tƣơng đƣơng, xác định đƣợc thể tích acid mạnh đã dùng. Từ đó xác định đƣợc thể tích 50% acid trung hòa 50% base yếu, pH tƣơng ứng với điểm 50% trên đƣờng cong chuẩn độ chính là pKa của acid liên hợp BH+  pKb = 14 - pKa XÁC ĐỊNH pKb CỦA BASE YẾU PHƢƠNG PHÁP ĐƢỜNG CONG CHUẨN ĐỘ pH Vacid pKb = 14 - pKa