نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                     تاریخ:03/09/1392

عنوان آزمایش:تعیین pH محلول چند ترکیب که هیدرولیز می شوند

هدف آزمایش:تعیین pH محلول های اسید و باز

مواد و ابزار لازم:چهار لوله آزمایش، جا لوله ای، کاغذ pH ، هیدروکلریک اسید ، اسید استیک 01/0M ، آب مقطر، سود ، استات سدیم 1M ، متیل اورانژ ، فنل فتالئین ، تورنسل ، برموتیمول آبی

تئوری آزمایش:

پی‌اچ

• pH یک کمیت لگاریتمی که میزان اسیدی یا بازی بودن مواد را مشخص می‌کند. بیشتر آبزیان فقط در پی‌اچ بین ۵ تا ۹ زنده می‌مانند.

تعریف و تاریخچه

• بررسی غلظت یون هیدروژن در اواخر سده نوزدهم برای برخی از صاحبان صنایع شیمیایی اهمیت ویژه‌ای پیدا کرد. به عنوان مثال غلظت یون هیدروژن در طول فرایند تخمیر و فعالیت مخمرها اثر می‌گذارد و لازم که غلظت یون هیدروژن دایماً مورد بررسی قرار گیرد. از طرفی چون غلظت یون هیدروژن معمولاً عددی بسیار کوچک است و کار کردن با آن دشوار است، نخستین بار سورِن سِن دانشمند دانمارکی در سال ۱۹۰۹ میلادی مقیاسی به نام pH را بنا کرد که بنا به تعریف، pH برابر منفی لگاریتم مبنای ۱۰ غلظت مولی یون هیدروژن فعال در محلول است
• در دمای اتاق(pH (۲۹۸Kآب خالص را ۷ در نظر می‌گیریم زیرا در این دما غلظت یون هیدرونیم در آب خالص برابر۷-۱۰است.
• در دمای اتاق گستره بازه pH از(۱۴ ~ ۰)است که عدد صفر اسیدی ترین وعدد ۱۴ بازی ترین محیط را مشخص می‌کند و محلولی با pH = ۷ را خنثی در نظر می‌گیریم.
• با بالا بردن دما گستره بازه pH کمتر می‌شود؛ برای مثال در دمای ۳۵۸K این بازه به (۱۳~۰)تغییر می‌کند و محلولی با pH=۶٫۵ را خنثی فرض خواهیم کرد.

شرایط

• ماده باید مایع (l)یا محلول آبی (aq) یا محلول غیرآبی (sol) باشد.
• پی اچ معمولاً در دمای اتاق (۲۹۸K) سنجیده می‌شود.

شناساگرها (Indicators)

شناساگرها در محیط‌های اسیدی یا بازی به رنگ‌های متفاوتی درمی آیند. از شناساگرها برای تعیین pH محلول‌ها استفاده می‌شود.

• از جمله شناساگرهای معروف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• گلبرگ گل سرخ
• کاغذ تورنسل (لیتموس) که از درخت لیتموس به دست می‌آید.
• محلول فنول فتالئین (که اگر در یک محلول بازی ریخته شود به سرعت رنگ محلول را ارغوانی می‌کند)
• محلول متیل اورانژ (متیل نارنجی)
• محلول متیلن بلو

-استفاده از شناساگرهای شیمیایی وقت گیر و همراه با اشتباه در تعیین دقیق pH است؛ از این رو امروزه از pH سنج دیجیتالی استفاده می‌شود.
معرف PH
معرفهای PH یا شناساگرهای شیمیایی اسید و باز ، ترکیبات رنگی یا غیر رنگیآلیبا وزن مولکولی بالا هستند که درآبیاحلال‌هایدیگر به دو صورت اسیدی و بازی وجود دارند.

نگاه اجمالی

بهترین شناساگرهای اسید - باز ، اسیدهای آلی ضعیف می‌باشند. شکل اسیدی شناساگر رنگ مشخصی دارد و در صورت از دست دادنپروتون، به ترکیب بازی که دارای رنگ دیگری می‌باشد، تبدیل می‌شود. یعنی تغییر رنگ اغلب شناساگرها ازمحلولبستگی به تغییر شکل آنها دارد. با استفاده از شناساگرها می‌توان PH یک محلول را تعین کرد شناساگرهای مختلفی برای تعیین PH شناخته شده‌اند که هر یک در محدوده خاصی از PH تغییر رنگ می‌دهند.

چگونگی تغییر رنگ یک شناساگر

شناساگرها ، اسیدها یا بازهای ضعیفی هستند و چون اکثر آنها شدیدا رنگی هستند، در هراندازه گیری PH چند قطره از محلول رقیق شناساگر کافی می‌باشد. شناساگرهای اسید - باز را معمولا به صورت HIn نشان می‌دهند.

فرم اسیدی HIn ↔ H+ + -In فرم بازی

(Ka = (H+)x(In-)/(HIn)

اگر محلولی شامل دو جزء رنگی A و B باشد، معمولا رنگ A در مخلوط وقتی توسط چشم انسان تشخیص داده می‌شود که شدت آن ، ده برابر بیشتر از شدت رنگ B باشد، چون شدت آن تابع غلظت است. بنابراین رنگ ترکیب اسیدی شناساگر زمانی قابل رویت است که :

(10In-) = (HIn)

و رنگ و ترکیب بازی شناساگر زمانی قابل مشاهده است که:

(In-) = 10(HIn)

انتظار می‌رود وقتی که (In-) = (HIn) می‌باشد، رنگ شناساگر حد واسط بین دو رنگ باشد. در آن نقطه ویژه :
Ka شناساگر برابر غلظت +H و PKa = PH است. در نتیجه PH ای که در آن یک شناساگر که PKa آن نزدیک PH نقطه هم‌ارزیتیتراسیوناست، تغییر رنگ شناساگر در نزدیک نقطه تعادل ، امکان‌پذیر می‌باشد.

اهمیت استفاده از شناساگر مناسب در تیتراسیون

هیدرولیز

هیدرولیز یکفرآیند تجزیه شیمیاییاست که در آن از آب برای گسستنپیوندهای شیمیایییک ماده استفاده می‌شود. این مشخصه واکنش هیدرولیز یا آب کافت با واکنشهایی است کهمولکول آببه ترکیب اضافه شده ، اما تکمیلی صورت نمی‌گیرد. به عبارتی ترکیب شدن یکنمکبا آب و تولید اسید و باز راهیدرولیزیاآبکافتگویند و به معنی تجزیه بوسیله آب است.

نگاه کلی

درشیمی آلیترکیباتی وجود دارد که از متراکم شدن دو ترکیب و از دست دادن یک مولکول آب ایجاد می‌شود. با انجام عمل هیدرولیز روی این ترکیبات می‌توان آنها را به ترکیبات سازنده شان تجزیه کرد. عمل هیدرولبز معکوس فرآیند آبگیری یاتغلیظمی‌شود و معمولا یکفرآیند برگشت پذیرمی‌باشد، یعنی با آب گیری از ترکیب هیدرولیز شده دوباره همان ترکیب اولیه حاصل می‌شود. البته تحت شرایط خاصی هیدرولیز می‌تواندبرگشت ناپذیرباشد.

چگونگی عمل هیدرولیز

وقتی یک نمک واردآبشد، یونیزه می‌گردد. چون آب ، کمی به صورتویونیزه است، یون مثبت فلزی نمک با یونآب به صورتبازدر می‌آید و یون منفی بنیان نمک با یونآب تولیداسیدمی‌کند. این عمل آب راهیدرولیزگویند.
مثلا وقتی NaCl وارد آب می‌شود، به یونهایوتفکیک می‌گردد. یوننمک با یونآب تولید NaOH و یوننمک با یونآب تولید HCl می‌نماید، ولی چون هم NaOH و هم HCl از دسته بازها و اسیدهای قوی هستند و بلافاصله بطور صددرصد یونیزه می‌شوند و یونهایوآب را مجددا آزاد می‌سازند، تاثیری بر تعادل یونیکه همیشه درآب مقطربرقرار است، نمی‌گذارند و با توجه به اینکه در آب مقطروبا هم برابرند، با حل شدن NaCl در آب به هیچ تغییری در PH آب پدید نمی‌آید.
بنابراین محلول خنثی است و هیچ اثری برمعرفهای شیمیاییندارد. به همین دلیل می‌گویند یونهایودر آب هیدرولیز نمی‌شوند. بنابراین می‌توان گفت که یونهای مولد اسید و باز قوی ، در آب هیدرولیز نمی‌شود.

انواع هیدرولیز

هیدرولیز استرها

یکاسترترکیب متراکم شده ازالکلواسید کربوکسیلیکمی‌باشد. از فرآیند هیدرولیز ، استر در حضور آب و اسید قوی حرارت داده شده و با شکستن مولکول استر دو فرآورده ایجاد می‌شود که یکی شاملگروه هیدروکسیل (OH) و فرآورده‌های دیگر شامل گروه عاملی اسید کربوکسیلیک می‌باشد. قسمتی از مولکول مادر که از ابتدا به صورت کربوکسیلات بودههیدروژن آباضافه شده را دریافت می‌کند و قسمتی که شاملگروه آلکیلبوده ، گروه هیدروکسیل باقیمانده از مولکول آب را دریافت کرده و به الکل تبدیل می‌شود.
با فرآیند آبگیری

'RCOOH + OH-R' → R-COOR
فرآیند هیدرولیز

R-COO-R → R-COOH + ROH
هیدرولیز استرمی‌تواند در محیط اسیدی یا بازی انجام گیرد. بر خلاف هیدرولیز با کاتالیست اسیدی که برگشت پذیر است، هیدرولیز از طریق کاتالیست بازی برگشت ناپذیر است، زیرا واکنش در مرحله آخر به طرف کامل شدن پیش رفته و اسید کربوکسیلیک به یونکربوکسیلاتتبدیل می‌شود.

هیدرولیز آمینو اسیدها

آمینو اسیدهاترکیبات دوگانه‌ای ازاسید کربوکسیلیکوآمینهستند. در هیدرولیز این ترکیبات قسمتی از مولکول مادر که قسمت اسید کربوکسیلیک می‌باشد، گروه -OH آب را جذب کرده و قسمت آمین +H را جذب می‌کند.

نمک خنثیو عمل هیدرولیز

هر نمکی که محلول آن در آب از نظر خاصیت اسیدی و بازی خنثی باشد، آن رانمک خنثیمی‌نامند. هر نمکی که از ترکیب اسیدی قوی با باز قوی بوجود آمده باشد و بر اثر هیدرولیز در آب همین اسید و باز را با ظرفیت برابر تولید نماید، محلولش در آب ، خنثی است.

مثال1 : معادله هیدرولیز NaCl در آب را به شکل زیر می‌نویسیم:
محلول خنثی است.

مثال 2 :معادله هیدرولیزسولفات سدیم () را به شکل زیر می‌نویسیم:
محلول خنثی است.

نمکی از اسید و باز ضعیف عمل هیدرولیز

اگر نمکی از ترکیب یک باز ضعیف با یک اسید ضعیف بوجود آمده باشد، وقتی در آب حل و یونیزه می‌گردد، همه یونهای حاصل از آن در آب هیدرولیز می‌شوند. زیرا وقتی یونهایوآب را می‌گیرند، به صورت اسید و باز ضعیف در می‌آیند و قسمت عمده مولکولهای آنها یونیزه نمی‌شوند و اگر ظرفیتها ودرجه تفکیک یونی اسید و بازحاصل با هم برابر باشند، محلول خنثی خواهد بود. ماننداستات آمونیومدر آب.
کههیدروکسید آمونیوم (باز ضعیف) باواسید استیک (اسید ضعیف) بامی‌باشد. محلول خنثی است، چون محصولات هم ظرفیتهای برابر دارند و هم ثابت تفکیک یونی برابر.

نمکی از اسید قوی و عمل هیدرولیز

اگر نمکی از ترکیب یک اسید قوی با یک باز ضعیف بوجود آمده باشد، مثل (از ترکیباسید کلریدریکبا هیدروکسید آمونیوم) و در آب حل و یونیزه گردد، یون بنیان آن هیدرولیز نمی‌شود، چون مربوط به اسید قوی است و اگر هم با یونآب ترکیب شود، بلافاصله تفکیک می‌گردد و تاثیری بر تعادل یونی آب نمی‌گذارد. ولی یون مثبت آن با یونآب به صورت یک باز ضعیف در می‌آید و باعث کاهش تعداد یونهایمی‌گردد و محیط را اسیدی می‌کند. اینگونه نمکها رانمک اسیدیگویند.
محلول اسیدی است.

نمکی از باز قوی و عمل هیدرولیز

اگر نمکی از ترکیب یک باز قوی با یک اسید ضعیف بوجود آمده باشد و در آب حل و یونیزه شود، یون فلزی آن که متعلق به باز قوی است، هیدرولیز نمی‌شود و تاثیری بر تعادل یونی آب نمی‌گذارد، زیرا اگر هم با یونآب به صورت باز در آید، بلافاصله تفکیک می‌گردد، ولی بنیانهای اسیدی این نمک با گرفتن یونهایآب به صورت مولکولهای اسید ضعیف در می‌آیند و قسمت عمده یونهایگرفته را آزاد نمی‌سازند و باعث کاهش یوندر آب و جابجایی تعادل یونی آب در جهت تولید یونو در نتیجه افزایش یونشده و محیط را قلیایی می‌سازند. مثلکربنات سدیم:
محیط قلیایی است.

هیدرولیز نمکی از اسید و باز قوی با ظرفیتهای متفاوت

اگر از هیدرولیز یک نمک در آب اسید و باز قوی تولید شوند، ولی ظرفیتهای آنها برابر نباشند و یا درجه تفکیک یونی آنها برابر نباشند، محلول حاصل ، خاصیت جسم قویتر و یا خاصیت جسم دارای ظرفیت بیشتر را خواهد داشت. مثلا اگر یک مولوارد مقداری آب شود، تولید یک مول NaOH و یک مولدر آب می‌کند. 2 مول یونآزاد می‌شوند. یک مولبا یک مولاسید خنثی می‌شود و یک مول دیگر از یونهایاسید بطور اضافی در محیط باقی می‌ماند و محیط را اسیدی می‌کند:

برگشت ناپذیری هیدرولیز در شرایط فیزیولوژیکی

همانگونه که اشاره شد هیدرولیز را می‌توان وارونهواکنش تراکمدر نظر گرفت در بین دو ترکیبی که با اتصال به هم یکمولکول آباز دست می‌دهند. بنابراین آب گیری و هیدرولیز می‌توانند در برخی موقعیتها در حال تعادل باشند. اما تحت شرایط فیزیولوژیکی ، جایی که غلظت یک پیش ماده متابولیک پایین است، واکنش هیدرولیز بطور ترمودینامیکی برگشت ناپذیر می‌باشد.
برای مثال

A + H2O → X + Y
با فرض اینکه X غلظت نهایی و Y غلظت اولیه A باشد، اگر Y/X کمتر از 0.01 درصد غلظت واکنش دهنده اولیه باشد، هیدرولیز برگشت ناپذیر خواهد بود.

روش کار:

برای بدست آوردن pH  اسید و بازهای داده شده به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا چهار لوله آزمایش همراه با جا لوله ای می آوریم. حال درون هر چهار لوله از هیدروکلریک اسید می ریزیم. حال ابتدا pH  آن را به کمک کاغذ pH  اندازه گیری می کنیم که حدودا 4 است. حال درون لوله اول متیل اورانژ می ریزیم و می بینیم که رنگ محلول قرمز خونی شده است که نشان دهنده ی یک اسید قوی است. حال درون لوله دوم فنل فتالئین می ریزیم و می بینیم که بی رنگ است. حال درون لوله سوم تورنسل می ریزیم و می بینیم که قرمز خیلی کم رنگ شده است که نشان دهنده ی اسید است. حال درون لوله چهارم برموتیمول آبی می ریزیم و می بینیم که رنگ محلول نانجی مایل به قرمز شده است.

 حال یک اسید ضعیف اسید استیک 01/0 مولار می آوریم و مثل آزمایش قبل عمل می کنیم، درون هر چهار لوله آزمایش اسید استیک می ریزیم. ابتدا به کمک کاغذ pH  ، pH   اسید را مشخص می کنیم که حدود 1 است. حال درون لوله اول متیل اورانژ می ریزیم و می بینیم که به رنگ قرمز پر رنگ خونی در می آید که نشان از اسید بودن محلول است. حال درون لوله دوم فنل فتالئین می ریزیم و می بینیم که بی رنگ شده است. حال درون لوله سوم تورنسل می ریزیم و می بینیم که رنگ محلول نارنجی کم رنگ شده است. حال درون لوله چهارم برموتیول آبی می ریزیم و می بینیم که به نارنجی پر رنگ تبدیل می شود که نشان دهنده ی اسید است.

 حال چهار لوله را شسته و درون هر چهارتای آن آب مقطر می ریزیم و pH  آن را اندازه گیری می کنیم و می بینیم که 7 است. حال درون لوله اول متیل اورانژ می ریزیم و می بینیم که به نارنجی خیلی خیلی کم رنگ تبدیل می شود. حال درون لوله دوم فنل فتالئین می ریزیم و می بینیم که بی رنگ است. حال درون لوله سوم تورنسل می ریزیم و می بینیم که نارنجی کم رنگ است. حال درون لوله چهارم برموتیول آبی می ریزیم و می بینیم که رنگ محلول نارنجی کم رنگ می شود.

 حال دوباره چهار لوله را می شوریم و درون آن ها سود می ریزیم و با کاغذpH ، pH   آن را اندازه گیری می کنیم که حدود 10 است. حال درون لوله اول متیل اورانژ می ریزیم و می بینیم که رنگ محلول نارنجی کم رنگ شده است که بازی بودن محلول را نشان می دهد. سپس درون لوله دوم فنل فتالئین می ریزیم و می بینیم که رنگ آن بنفش می شود. حال درون لوله سوم تورنسل می ریزیم و می بینیم که رنگ محلول به بنفش خیلی کم رنگ تغییر پیدا می کند. سپس درون لوله چهارم برموتیول آبی می ریزیم و می بینیم که آبی پر رنگ مایل به سیاه می شود که نشان دهنده ی یک باز قوی است.

 حال هر چهار لوله را می شوریم و درون آن ها استات سدیم 1 مولار می ریزیم. ابتدا pH آن را اندازه گیری می کنیم و می بینیم که حدودا برابر با 7 است. سپس درون لوله اول متیل اورانژ می ریزیم و می بینیم که زرد رنگ مایل به نارنجی می شود که رنگ نارنجی نشان دهنده ی باز بودن نمونه است. سپس درون لوله دوم فنل فتالئین می ریزیم و می بینیم که حدودا بی رنگ است. حال درون لوله سوم تورنسل می ریزیم و می بینیم که بنفش خیلی کم رنگ می شود که نشانگر باز است. سپس در لوله چهارم برموتیمول آبی می ریزیم و رنگ محلول باز هم آبی پر رنگ مایل به سیاه می شود که نشانگر باز است.

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم pH یک اسید قوی مثل HCl  1 است و pH یک اسید ضعیف مثل استیک اسید 4است و pH یک محلول خنثی مثل آب مقطر 7 است و pH یک باز قوی مثل NaOH 10 است و pH یک

 باز ضعیف مثل استات سدیم حدودا 7 است.

مواردخطا: 1-خطای دید  2- کم ریختن شناساگر ها   3- خالص نبودن مواد  4- کثیف بودن وسائل

fa.wikipedia.orgو  daneshnameh.roshd.ir   منابع: سایت

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: