Kemilab Okänd Syra

Laborationsrapport okänd syra

Inledning

Syftet med laborationen är att bestämma en okänd syra. Den okända syran var i pulverform i behållare nummer sju.

En syra är en protongivare, protoner kan tas upp av protontagare; baser. Syror kan vara enprotoniga men även tvåptotoniga, det vill säga syror kan avge en proton men vissa kan även avge två protoner. En proton är en vätejon.

När det sker en protonövergång sker en så kallad protolys. Vid protolysen bildas både en syra och dess korresponderande bas. När en syra löses i vatten avges vätejoner från syran. Tillsammans med vattenmolekyler bildar vätejonerna oxoniumjoner; lösningen blir sur. En sur lösning har således ett överskott på oxoniumjoner (vätejoner).

En bas är en protontagare, när en bas löses i vatten bildas hydroxidjoner (H2O + A- → OH- + HA). En basisk lösning har alltså överskott på hydroxidjoner. Vätejonskoncentrationen kan mätas i pH. pH definieras som den negativa logaritmen för vätejonskoncentrationen.

Den punkt där substansmängden tillsatt bas är ekvivalent med substansmängden syra som finns i lösningen kallas för ekvivalenspunkten. Ekvivalenspunkter kan indikeras med hjälp av en pH-meter vid en titrering. Ekvivalenspunkten kan då visas grafiskt i ett diagram där pH är en funktion av mängden tillsatt volym bas, en kurva tar form varefter pH mätningarna sker. Ekvivalenspunkten finns i mitten av det parti där kurvan är som brantast.

När man titrerar sur lösning med en basisk lösning sker en reaktion med en neutraliserande effekt. Förenklat blir reaktionen: (H3O+ + OH- → H2O).

Enprotoniga syror kräver endast motsvarande sin egen substansmängd bas för att neutraliseras eftersom att de endast avger en vätejon. Tvåprotoniga syror kräver dock dubbla sin egna substansmäng för neutralisation då de avger två vätejoner.  

När halva mängden syra neutraliserats infaller en så kallad halvtitrerpunkt, pH vid denna punkt sammanfaller med pKa = -log Ka. halvtitrerpunkten finns i det parti där kurvan är som flackast.

Eftersom att densiteten för 0.1M natriumhydroxid (NaOH) är nästan lika med densiteten för vatten kan skillnaden i densitet försummas: 1ml NaOH = 1g NaOH

Tabell över möjliga syror:

Metod

0.100 gram av den okända syran löstes i avjoniserad vatten i en 250ml bägare. En magnetomrörare rörde om i lösningen under laborationens gång.

20 droppar NaOH vägdes och volymen /droppe fastställdes Basen 0.102M NaOH titrerades i syran genom en byrett.. Under titreringen utfördes mätningar med en pH-elektrod och en fotocell, båda kopplade till en dator via ett interface. Mätdata visades på datorskärmen. En graf ritades upp med hjälp av datorn där pH sattes som en funktion till volymen titrerad natriumhydroxid (NaOH).

Resultat

Antal droppar: 20

Antal gram: 1.142g

Antal ml: 1.142ml

Volym/droppe: 1.142ml/20 = 0.0571ml/droppe

Graf med pH (pH) i Y-axeln och volym titrerad natriumhydroxid(ml) i X-axeln. Ekvivalenspunkten optiskt utsatt och avläst. Halvtitrerpunkter utsatta, enprotonig samt tvåprotonig. (Ojfan, grafen försvann) Aja, ni får väl fram era egna titrerkurvor...

Tabeller För fullständig tabell av volymer, se bilagor. över pH (pH) och volym titrerad natriumhydroxid (ml) för 8<pH<9:

Beräkningar av molmassa för den okända syran förutsatt att den är enprotonig. Avläsning av volym genom avläsning först av ekvivalenspunkt i graf och sedan tabell:

pH ≈ 8.3 => v(NaOH) = 15.47ml

v(NaOH) = 15.47ml = 0.01547l = 0.01547dm3

c(NaOH) = 0.102mol/dm3

n(NaOH) = c(NaOH)•v(NaOH)

n(NaOH) = 0.01547 dm3•0.102mol/dm3 = 0.00157794mol

1n(NaOH) ó 1n(HA)

n(HA) = 0.00157794mol

m(HA) = 0.100g

M(HA) = m(HA)/n(HA)

M(HA) = 0.100g/0.00157794mol = 63.3737657g/mol

M(HA) = 63.3737657g/mol ≈ 63.4g/mol

Beräkningar av molmassa förutsatt att den är tvåprotonig. Avläsning av volym genom avläsning först av ekvivalenspunkt i graf och sedan tabell:

pH ≈ 8.3 => v2(NaOH) = 15.47ml

v(NaOH) = 15.47ml = 0.01547l = 0.01547dm3

c(NaOH) = 0.102mol/dm3

n(NaOH) = c(NaOH)•v(NaOH)

n(NaOH) = 0.01547 dm3•0.102mol/dm3 = 0.00157794mol

2n(NaOH) ó 1n(HA)

n(HA) = 0.00157794mol/2 = 0.00078897mol

m(HA) = 0.100g

M(HA) = m(HA)/n(HA)

M(HA) = 0.100g/0.00078897mol = 126.747531g/mol

M(HA) = 126.747531g/mol ≈ 127g/mol

Avläsning av pKa förutsatt att syran är enprotonig:

pH = 4.4

pH = pKa

pKa = 4.4

Avläsning av pKa förutsatt att syran är tvåprotonig:

pH1 = 3.5

pH1 = pKa1

pKa 1 = 3.5

pH2 = 5.0

pH2 = pKa 2

pKa 2 = 5.0

Diskussion:

Tabell över resultat:

Tabell över möjliga syror:

Den enprotoniga okända syrans molmassa är 63.4g/mol. Den minsta molmassan bland möjliga syror är 104.1g/mol.

Bland tabellen med möjliga syror finns endast en enprotonig: väteftalajon-syran. Den enprotoniga okända syrans molmassa är 63.4g/mol. Väteftalajon-syran har molmassan 204.2g/mol. 204.2g/mol >> 63.4g/mol.

Den enprotoniga okända syrans pKa2 värde är 4.4 Väteftalajon-syrans pKa2 värde är 5.51 Skillnaden i pKa2 mellan syrorna är relativt stor.

Sannolikheten är stor att den okända syran inte är enprotonig, den okända syran är inte väteftalajon-syra.

Den tvåprotoniga okända syrans molmassa är 127g/mol. Närmast denna molmassa är 126.0g/mol Oxalsyra.

Den tvåprotoniga okända syrans pKa1 värde = 3.5 och pKa2 värde = 5.0

Oxalsyrans pKa1 värde = 1.23 och pKa2 värde = 4.19. Skillnaden mellan syrorna, i synnerhet pKa1 samt pKa2 är stort.

Den okända syrans lösning hade vid start pH > 2. Den tvåprotoniga okända syran bör inte kunna ge ett pKa1 värde på 1.23 eftersom tillsats av natriumhydroxid (NaOH), vilket skedde under titreringen, endast ger ökat pH-värde.

Sannolikheten är liten att den okända syran är Oxalsyra.

Den tvåprotoniga okända syrans molmassa är 127g/mol. Andra närmast denna molmassa är 132.1g/mol Glutarsyra.

Den tvåprotoniga okända syrans pKa1 värde = 3.5 och pKa2 värde = 5.0

Glutarsyrans pKa1 värde = 4.39 och pKa2 värde = 5.41. Skillnaden mellan syrornas pKa1 samt pKa2 värde är relativt stort.

Sannolikheten finns att den okända syran är Oxalsyra.

Den tvåprotoniga okända syrans molmassa är 127g/mol. Tredje närmast denna molmassa är 134.1g/mol Äppelsyra.

Den tvåprotoniga okända syrans pKa1 värde = 3.5 och pKa2 värde = 5.0

Äppelsyrans pKa1 värde = 3.40 och pKa2 värde = 5.11. Skillnaden mellan syrornas pKa1 samt pKa2 värde är inte stort.

Sannolikheten finns att den okända syran är Oxalsyra.

Tabell med differenser mellan den tvåprotoniga okända syran och Glutarsyra:

Tabell med differenser mellan den tvåprotoniga okända syran och Äppelsyra:

Avläsningen av volymen titrerad natriumhydroxid (NaOH) i ekvivalenspunkten påverkas föga av avläsningen av pH, eftersom att kurvan är brantast vid denna punkt.

pKa punkterna markerades med hjälp av exakt mätning. Avläsning av pKa vid halvtitrerpunkter påverkas föga av fel, eftersom att kurvan är som flackast vid halvtitrerpunkten. En förflyttning i volym ger alltså ett marginellt avläsningsfel av pKa. 

Skillnaden i pKa värdena mellan den tvåprotoniga okända syran och Glutarsyran <0.41 vilket är relativt litet. Differensen mellan de båda syrorna molmassa är 7.1 vilket är mycket.

Skillnaden i pKa värdena mellan den tvåprotoniga okända syran och äppelsyran <0.11 vilket är ytterst litet. Differensen mellan de båda syrorna molmassa är 7.1 vilket är mycket.

Slutsats

Eftersom att båda pKa värdena för den okända tvåprotoniga syran överrensstämmer (med en felmarginal på <0.11) med pKa värdena för äppelsyran dras slutsatsen att den okända syran är äppelsyra. 

Källor

Östlund E, 2006. Laborationshandledningar för kemi - kurs A. Katedralskolan

Andersson S, Sonesson A, Stålhandske B, Tullberg A, Rydén L, 2000. Gymnasiekemi B. Liber AB

Bilaga

Tabell över pH (pH) och volym titrerad natriumhydroxid (ml).