Esperienze di laboratorio di Chimica Fisica I DETERMINAZIONE DELLA KA DELL’ACIDO ACETICO Principi teorici: la costante di dissociazione Ka di un acido debole monoprotico è legata al grado di dissociazione alla concentrazione molare c (in moli/L) della soluzione tramite l’equazione: 2 Ka c (1) 1 nota come legge di Ostwald. A sua volta, il grado di dissociazione α è legato alla conduttività molare molare a diluizione infinita 0 m e m e alla conduttività dell’acido mediante la formula di Arrhenius: (2) m 0 m Quindi, inserendo la (2) nella (1) si ha: 2 m 0 m Ka c (3) m 0 m 1 da cui si ricava, con semplici passaggi: 2 Ka 0 m ( m 0 m c (4) m ) L’equazione così ottenuta può essere elaborata matematicamente nel modo seguente: 2 m Ka ( 0 2 m c 0 m ) m Ka ( 0 2 m ) Ka 0 m m m Ka ( 0 2 m Ka 0 m m m ) 2 c 2 c 1 Esperienze di laboratorio di Chimica Fisica I e dividendo entrambi i membri per K a ( 1 0 2 , poi semplificando, si ha infine: m ) 1 m 0 m m c 0 2 m Ka ( (5) ) nota anche come legge della diluizione di Ostwald. Questa equazione è del tipo y = m x + p dove: y 1 m x m m c 1 Ka ( 0 2 m ) p 1 0 m Se si preparano diverse soluzioni di acido debole a concentrazione molare c nota, se ne può misurare la conduttività (in -1 cm-1) da cui risalire alla conduttività molare (in -1 cm2 mol-1) dalla m relazione: (1000 cm3 L 1 ) m c Tutte le soluzioni debbono naturalmente trovarsi alla stessa temperatura. Inoltre ai valori di lettura deve essere sottratto il valore inizialmente trovato per l’acqua deionizzata impiegata per preparare le soluzioni stesse (se infatti queste ultime sono molto diluite, il contributo da parte degli ioni dell’acqua non è trascurabile). Operando quattro diluizioni (ad es. 1/10, 1/20, 1/50, 1/100) si hanno a disposizione 5 punti per costruire un grafico ponendo per ciascuna soluzione in ordinata: y 1 m e in ascissa: x m c Si otterranno una serie di punti allineati. Il coefficiente angolare della retta ottenuta per interpolazione corrisponderà a: m 1 Ka ( 0 2 m ) mentre l’ordinata all’origine (cioè l’intercetta con l’asse y) corrisponderà a: 2 Esperienze di laboratorio di Chimica Fisica I p 1 0 m In tal modo si può risalire sia alla conduttività molare a diluizione infinita 0 m dell’acido e alla sua costante di dissociazione K : a 0 m 1 p Ka 1 m( 0 2 m ) Strumentazione: 1. Conduttimetro ed elettrodo a vetro. 2. Matracci tarati da 100 ml e da un litro. 3. Termostato ad acqua. 4. Buretta da 50 ml. 5. Termometro con divisioni di 0.1°C. Reagenti: 1. Preparazione di una soluzione di acido acetico circa 10-2 - 10-3 molare. 1.25 ml circa di acido acetico glaciale vengono sciolti in 250 ml d’acqua, poi 10 ml di questa prima soluzione vengono trasferiti in un matraccio da 100 ml e si porta a volume. Per ricavare il titolo preciso si procede nel modo seguente: la determinazione viene effettuata per via conduttimetrica, mediante titolazione con NaOH 0.01 M di 25 ml della soluzione finale di acido acetico. Riportando in ascissa i ml di titolante (NaOH 0.01 M) ed in ordinata i valori di conduttività , si osserverà dopo il punto equivalente una inflessione positiva della retta (intersezione tra due tratti rettilinei). 2. Acqua deionizzata proveniente da un unico contenitore. Procedimento: 1. Si predispongono 4 matracci da 100 ml e vi si introducono rispettivamente 5, 10, 15 e 20 ml della soluzione di CH3COOH titolata, portando a volume. Si ottengono così diluizioni 1/20, 1/10, 1/6.666 e 1/5, rispettivamente (i valori esatti dipendono ovviamente dal titolo della soluzione iniziale)1. E’ importante comunque che le concentrazioni siano dello stesso ordine di grandezza. 2. un’aliquota di ogni soluzione viene trasferita, per la misura, in un beckerino di adatta forma e collocato nel termostato alla temperatura desiderata. 1 Attenzione: per i gruppi 1,2,3,4,7,8 le aliquote prelevate sono 1,2,5,10, e quindi i fattori di diluzione 1/100, 1/50, 1/20, 1/10. Per i gruppi 5,6,9,10,11,12 si utilizzano questi nuovi valori per ridurre l’errore di diluizione, per restringere il range di linearità e per far sì che la quantità di H+ derivante dalla dissociazione dell’acqua sia trascurabile. 3 Esperienze di laboratorio di Chimica Fisica I 3. La stessa operazione va effettuata anche per la soluzione di partenza e per l’acqua deionizzata impiegata per la preparazione delle varie soluzioni. 4. Si effettua la misura della di ogni soluzione. 5. Si sottrae a il valore dell’acqua deionizzata ottenendo corr. 6. Si passa poi a calcolare la che risulta dalla seguente relazione: m 1000 corr m 7. Si calcolano infine i valori y 1 c e x m per ognuna delle soluzioni. c m Può risultare utile tabulare tutti i dati come nella seguente tabella: soluzione c (mol/L) S cm-1 corr -1 S cm . mc m S cm2 mol-1 m (x) (y) 8. Si riportano in grafico i dati ottenuti, interpolando la retta e determinando il valore dell’intersezione con l’asse delle ordinate, corrispondente a 1 . p 0 m 9. Misurando quindi il valore del coefficiente angolare della retta si ottiene la costante di dissociazione Ka 10. Nel calcolo della dell’acido acetico dato che: K a 1 m( 0 2 m ) K a dell’acido acetico si può anche utilizzare il valore di 2 0 m tabulato a 25°C, -1 pari a 390.71 S cm mol , generalmente più preciso di quello ricavabile dalla suddetta equazione. 4