Курсовая работа: Стандартизация измерения рН в неводных средах. Методы определения рН стандартных буферных растворов

ABSTRACT

This term paper consists of 3 sections, 35 pages and 2 pictures.

The aim of the work is studying the acidity of nonaqueous solutions, methods of their determination, standartization of their measuring, and also studying the methods of measuring pH in standard buffer solutions.

In this work are considered several methods of acidity measuring. They were compared in accordance with acceptable errors.

Key words: ACIDITY, ACTIVITY COEFFICIENT, POTENTIAL, BUFFER SOLUTION.

ВВЕДЕНИЕ

Сложность явлений, происходящих в растворах, а также необходимость изучения растворов с широким диапазоном физических и хи­мических свойств растворителя неизбежно привлекали внимание ис­следователей к неводным средам. Неводные растворители по­степенно начали использовать не только для научных исследований, но и в практической деятельности. Они широко применяются в аналити­ческой практике для улучшения условий титрования. Неводные растворители часто используются в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей про­мышленности, в промышленности высокополимеров и в других отрас­лях народного хозяйства.

Быстрыми темпами осуществ­ляется переход к проведению процессов органического синтеза в не­водных средах. Замена воды органическими растворителями и переход на замкнутые системы производства позволяет, во-первых, резко ин­тенсифицировать химические процессы, во-вторых, упрощает решение проблем, связанных с очисткой сточных вод и с нарастающей нехваткой пресной воды. Поэтому понятен интерес к методам оценки кислотности неводных растворов и растворов в смешанных растворителях.

Используемые в качестве эталонов для измерений буферные растворы введены давно. Стандартные буферные растворы используются для калибровки приборов, поэтому точность определения кислотности этих растворов должна быть высокой.

1.Понятие pH

Водородный показатель, pH — это мера активности(в случае разбавленных растворов совпадает с концентрацией) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов, выраженной в молях на литр:

( 1)

Зависимость громадного коли­чества химических, биохимических, природ­ных, технологических и многих других про­цессов от величины рН стимулирует разви­тие теории и техники измерения этого по­казателя.

Трудно отыскать такую область науки, технологии и химии растворов, в которой не использовалась бы ве­личина рН. Шкала рН была предложена датским хими­ком Зеренсеном. Изучая биохимические реакции, в ча­стности гидролиз пепсина и усвоение протеинов в кислотно-солевых смесях, Зеренсен в 1909 году обна­ружил их чрезвычайно сильную зависимость от изме­нения концентрации ионов водорода. Он нашел, что эффективная концентрация ионов водорода, непо­средственно воздействующих на процесс, изменялась в широком диапазоне концентраций и часто оказыва­лась непривычно малой величиной. Для удобства Зе­ренсен предложил записывать ее в экспоненциальной форме с_Н + = 10^-р = 1/10^р . Позднее символ -^р был заменен обозначением рН. На современном языке р понимают как оператор р = -lg, таким образом, pH = -lg[H⁺ ]. Именно так трактуется это обозначение в Номенкла­турных правилах Международного союза по теоретиче­ской и прикладной химии (InternationalUnionforPureandAppliedChemistry), ИЮПАК.

2.Кислотность неводных растворов.

2.1.Шкала рН_р

Важным вопросом является определение рН в неводных и смешанных растворителях. Этот вопрос имеет практическое значение, так как в пищевой промышленности, промышленности пластмасс, фото- кино- промышленности и других отраслях промышленности широко используют измерения рН в неводных растворах.

При определении рН в неводных растворах делается еще большее количество ошибок, чем при определении рН в водных растворах.

При решении проблемы о кислотностях неводных растворов следует поставить два вопроса. Как поступать при сравнении кислотности двух растворов в одном и том же растворителе? Как поступать присравнении кислотности растворов в двух разных растворителях? Эта задача отличается принципиально от задачи сравнения между собой кислотности в пределах одного растворителя.

Очень часто намерении pН в неводных растворах производят по отношению к водному каломельному электроду, потенциал которого определяется по водному стандарту. При этом фактически измерения сводят к измерению э.д.с цепи:

Pt(H₂ ) | стандартный | исследуемый | Pt(H₂ ) (2.1.1)

р-р в воде р-р в неводн р-ле

Таким образомзначения рН неводных растворов не могут быть полу­чены путем непосредственного сопоставления потенциалов индикаторных электродов в водных и неводных растворах, а следовательно, и рН-метр, калиброванный по водным стандартам, не может дать правильных значений рН неводного раствора.

Рис. 1. Шкала рН_р и шкала р_а Н в различных растворителях.

По вопросу о стандартизации рН в неводных растворах нет единого мнения. Тем не менее расширение этого вопроса становится все более насущным в связи с широким распространением неводных растворителей, и особенно их смесей с водой, в промышленности и аналитической практике.

Задача сравнения кислотности в пределах одного неводного растворителя принципиально не отличается от задачи определения рН в водных растворах. Величина рН определяется отрицательным логарифмом активности ионов водорода в данном растворителе М:

pH_p =-lga ^* =-lgc^*

т.е. отрицательным логарифмом произведения концентрации ионов лиония