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甲基红离解平衡常数的测定
实验二 甲基红离解平衡常数的测定
实验目的
学会用分光光度法测定溶液各组分浓度,并由此求出甲基红离解平衡常数。
掌握可见分光光度计的原理和使用方法。
实验原理
1.分光光度法
分光光度法是对物质进行定性分析、结构分析和定量分析的一种手段,而且还能测定某些化合物的物化参数,例如摩尔质量,配合物的配合比和稳定常数以及酸碱电力常数等。
测定组分浓度的依据是朗伯-比尔定律:一定浓度的稀溶液对于单色光的吸收遵守下式
(1)
A为吸光度,I/I0为透光率T,k为摩尔吸光系数(与溶液的性质有关),l为溶液的厚度,c为溶液浓度。
在分光光度分析中,将每一种单色光,分别依次通过某一溶液,测定溶液对每一种光波的吸光度,以吸光度A对波长λ作图,就可以得到该物质的分光光度曲线,或吸收光谱曲线,如图1所示。由图可以看出,对应于某一波长有一个最大的吸收峰,用这一波长的入射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度。
图1 分光光度曲线
从(1)式可以看出,对于固定长度吸收槽,在对应最大吸收峰的波长(λ)下测定不同浓度c的吸光度,就可作出线性的A~c线,这就是光度法的定量分析的基础。
以上讨论是对于单组分溶液的情况。对含有两种以上组分的溶液,情况就要复杂一些:
①若两种被测定组分的吸收曲线彼此不相重合,这种情况很简单,就等于分别测定两种单组分溶液。
②两种被测定组分的吸收曲线相重合,且遵守Lambert-Beer定律,则可在两波长λ1及λ2时(λ1、λ2是两种组分单独存在时吸收曲线最大吸收峰波长)测定其总吸光度,然后换算成被测定物质的浓度。
根据Beer-Lambert定律,假定吸收槽的长度一定(一般为1cm),
(2)
(3)
(4)
此处AAλ1、AAλ2、ABλ1、ABλ2分别代表在λ1及λ2时组分A和B的吸光度。由(3)式可得:
(5)
将(5)式代入(4)式得:
(6)
这些不同的K值均可由纯物质求得。也就是说,在各纯物质的最大吸收峰的波长λ1、λ2时,测定吸光度A和浓度c的相关,如果在该波长处符合朗伯-比尔定律,那么A~c为直线,直线的斜率为K值。是混合溶液在λ1、λ2时测得的总吸光度,因此根据(5)、(6)式即可计算混合溶液中组分A和组分B的浓度。
甲基红溶液即为②中所述情况。其他情况要比①②更复杂一些,本实验暂不作讨论。
2.甲基红离解平衡常数及pK的测定
甲基红是一种弱酸型的染料指示剂,具有酸(HMR)和碱(MR-)两种形式。其分子式为:
它在溶液中部分电离,在碱性浴液中呈黄色,酸性溶液中呈红色。在酸性溶液中它以两种离子形式存在:
在波长520nm处,甲基红酸式HMR对光有最大吸收,碱式吸收较小;在波长430nm处,甲基红碱式MR-对光有最大吸收,酸式吸收较小。故依据(5)、(6)式,可得:
[MR-] / [HMR] = (A总430*K’HMR530- A总520*K’HMR430 )/( A总520*K’MR-430 - A总430 *K’MR-520) (7)
由于HMR和MR两者在可见光谱范围内具有强的吸收峰,溶液离子强度的变化对它的酸离解平衡常数没有显著影响,而且在简单CH3COOH-CH3COONa缓冲体系中就很容易使颜色在pH=4~6范围内改变,因此比值[MR-]/[HMR]可用分光光度法测定而求得。
甲基红的电离常数
令-lgK=pK,则
(8)
由(8)式可知,只要测定溶液中[MR-]/[HMR]及溶液的pH值(用pH计测得),即可求得甲基红的pK。
3.可见分光光度计的原理及使用方法
分光光度计的结构一般由五部分组成:
本实验使用的是722N型可见分光光度计。
使用此仪器时应注意:
按照老师指导的仪器使用方法规范使用;
如果仪器发生故障,需报告指导教师,不能自行进行修理
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