分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数

分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数 摘要 溴酚蓝 BPB 是一种酸碱指示剂 本身带有颜色且在有机溶剂里电离度很 小 所以一般的化学分析法或其他物理化学方法很难测定其电离平衡常数 然 而用分光光度法可以现在蒸馏水的参照下测出 BPB 的最大吸收波长 继而测出 在最大吸收波长下对不同浓度的BPB 溶液的吸收 从而求算出溴酚蓝的电离平 衡常数 关键词 溴酚蓝 贝尔 朗比定律 分光光度法 电离平衡常数 前言 根据BPB 在不同的电离度下有不同的吸光度测量BPB 的电离度 每种物质 对于通过它的单色光的吸收具有选择性 分光光度法是基于这种物质对光的选 择吸收性而建立的 这一特性不仅是研究物质内部结构的基础 也是定量分析 的基础 因此可以利用不同波长对某多组分溶液的组分的不同吸收来确定体系 中组分的含量 本实验利用其来求算溴酚蓝 BPB 的电离平衡常数 BPB 在有机溶剂中存在着以下的电离平衡 zHA H A 1 溶液中含有显色物质HA 和A 引起的 HA 和A 有自己的特定吸收波长 而 且不会产生交叉 因此可以利用分光光度法测定两种不同物质的组分 从而确 定BPB 的电离平衡常数 1 波长为 的单色光通过任何均匀而透明的介质时 由于物质对光的吸收作用而 使透射光的强度 I 比入射光的强度 I0 要弱 其减弱的程度与所用的波长 有关 又因分子结构不相同的物质 对光的吸收有选择性 因此不同的物质 在吸收光谱上所出现的吸收峰的位置及其形状 以及在某一波长范围内的吸收 峰的数目和峰高都与物质的特性有关 分光光度法就是根据物质对光的选择性 吸收的特性而建立的 这一特性不仅是研究物质内部结构的基础 也是定性定 量分析的基础 根据贝尔 郎比定律 溶液对于单色光的吸收 遵守下列关系式 式中D 消光度 或光密度 I I0 消光率 K 摩尔消光系数 它是溶液的特性常数 l 被测溶液的厚度 即吸收槽的长度 c 溶液浓度 在分光光度分析中 将每一种单色光 分别 依次地通过某一溶液 测定溶液 对每一种光波的消光 以消光度 D 对波长 做图 就可以得到该物质的 分光光度曲线 或吸收光谱曲线 可以看出 对应于某一波长有着一个最大的 吸收峰 用这一波长趵人射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度 从上式可以看 出 对于固定长度的吸收槽 在对应最大吸收峰的波长 下 测定不同浓 度c 的消光 就可以做出线性的D c 线 这就是定量分析的基础 也就是说 在该波长时 若溶液遵守贝尔 郎比定律 则可以选择这一波长来进行定量分析 2 实验部分 一 实验仪器与实验试剂 双光束紫外分光光度计TU1901 1 台 超级恒温水浴 1 台 pH计 10mL 移液管 3 支 25mL 移液管 1 支 25mL 量筒 1 只 滴管若干 100mL 容量瓶 7个 5 10 5mol dm 3的溴酚蓝溶液 0 1mol dm 3的 HCl 溶液 1 mol dm 3的 HCl 溶液 0 1 mol dm 3NaOH 溶液 0 2 mol dm 3NaOH 溶液 0 1 mol dm 3邻苯二甲酸氢钾溶液 二 实验步骤 1 打开超级恒温水浴使恒温在25 打开分光光度计 预热仪器 同时掀开样 品室盖 2 用蒸馏水作空白溶液 用以校正仪器 3 不同酸度下 溴酚蓝溶液吸光度D 的测定 按附中表格配制不同pH 值下的BPB 溶液 把已经恒温的溶液逐一以蒸馏水作参 比 测量其吸光度 再在分光光度计上迅速测量极酸极碱溶液的吸光度D1 和D2 测量过程注意恒温 溶液号PH 值X1 0 1 mol dm 3HCl 溶液号PH 值X1 0 1 mol dm 3NaOH 1 3 216 00mL5 4 23 00mL 2 3 410 00mL6 4 47 00mL 3 3 66 00mL7 4 611 00mL 4 3 83 00mL 三 实验注意事项 1 在不测量时 应将暗室盖子打开 以延长光电管寿命 2 使用比色皿时 禁止用手触摸光面玻璃 测不同酸度下的吸光度值时 最 好只用一只比色皿 以减小误差 3 pH 计应在接通电源20 30min 后进行测定 四 实验数据处理与分析 实验中 恒温槽的温度在24 99 到25 01 之间变化 可认为其温度保 持恒定在25 00 试验中在不同的PH 值下测得BPB 溶液的吸光度得到图一 图一 溴酚蓝的光吸收曲线 由图一可知 其最大吸收波长约为593 00nm 因此数据取BPB 溶液在 593 00nm处的吸光度 在极碱性的条件下 溶液呈紫色 在极酸的条件下 溶液为黄色 3 分别 测得其 吸光度值列表如下 样品峰波长 nm 吸光度 极碱D2591 000 684 极酸D1593 000 000 在测定D1 D2 后 再测一系列PH 下的溶液的光密度 以对PH作lg DD DD 1 2 图应为一直线 由其在横轴上的截距可求出PKa 从而可得该物质的电离平衡常 数 溶液PH 3 0893 3523 5683 7434 1694 4184 594 吸光度D 0 0840 1380 1940 2500 2030 4750 525 峰波长 593 00593 00592 00593 00591 00591 00592 00 lg DD DD 1 2 0 854 0 597 0 402 0 240 0 3750 3570 519 由于数据中的pH 4 169 吸光度为0 203 为错误数据故舍弃 对其他数据拟合 得到的直线如下图二所示 3 03 23 43 63 84 04 24 44 64 8 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 lg D D1 D2 D pH lg D D1 D2 D Linear Fit of lg D D1 D2 D Equationy a b x Adj R Squa0 9997 ValueStandard Er lg D D1 D 2 D Intercep t 3 636 89 0 02671 lg D D1 D 2 D Slope0 9051 3 0 00697 图二 各BPB溶液的 pH关系图lg DD DD 1 2 由图可知 直线的关系式为Y 0 91X 3 64 当Y 0时 X 4 00 由公式 pH pKa 得pKa 4 00 所以Ka 10 4 00lg DD DD 1 2 五 误差计算与分析 查阅文献可得溴酚蓝的PKa 4 10 4 实验计算所得的Pka 4 00 所以有绝对误差 4 00 4 10 0 10 相对误差 4 00 4 10 4 10 100 2 43 分析实验误差产生的原因可能在以下几方面 1 由于PH 计在以前的使用过程操作不当 使得现在使用时的灵敏度较差 读数不是十分稳定 2 实验时室温较高 会造成溶液温度的变化 进而造成吸光度测量的不准确 从而影响最终结果 3 测量极酸极碱溶液时没有迅速测量 可能使溶液在配置后产生了变化 4 作图时采用近似法 所求亦是近似解 也会存在一定的误差 要想尽量消除 误差 除了提高仪器性能外 还要适当多测几组数据 减小误差 另外要在最 大吸收波长处测量 因为仪器的绝对误差一定时 可降低相对误差 被测溶液 最好现测现配 尽量减小主观误差 六 实验结论 在不同的pH环境下 BPB溶液中A 的浓度不同 而其浓度又与吸光度相关 因此 实验利用分光光度法测量得到溴酚蓝不同pH情况下的吸收曲线 得到最大吸收 波长 593nm 以及其电离常数 10 4 00 相对偏差较小 测量较准确 说 明这是一种测定酸碱指示剂电离平衡常数的较好的方法 参考文献 1 崔献英 柯燕雄 单绍纯编 中国科学技术大学出版社 物理化学实验 2000 年 2 傅献彩 沈文霞 姚天扬编 南京 高等教育出版社 物理化学 上 册 1990 年 3 周公度等 北京 化学工业出版社 化学辞典2004 115 4 周公度等 北京 化学工业出版社 化学辞典2004 749 英文摘要与关键词如下 Measure the balance constant of ionization of Bromphenalblue BPB by Spectrophotometer Abstract BPB can indicate whether a material is an acid or alkali Since it has a bright color itself and a low ionization in organic solvent general chemical analysis as well as some other physical methods come across a lot of difficulties in the determination of the ionization constant However with a spectrophotometer and an ionic analyzer we can determinate the furthest absorbing wavelength of BPB with the help of blank corrective liquor of distilled water Then a series of different copies of liquor of BPB with different acidity should be prepared and their absorbenc