Gdańsk, 12.10.13

Grupa: czwartek 8:15

Sieracka Karolina

Pietrzak Kornel

Radomski Przemysław

Sokołowska Agata

SPRAWOZDANIE

Badanie właściwości związków barwnych z wykorzystaniem spektrofotometrii UV-VIS

1. Wykonanie ćwiczenia. (Karolina Sieracka)

Naszym zadaniem na zajęciach laboratoryjnych było wykonanie widm 11 roztworów zieleni bromokrezolowej oraz dwóch wybranych przez nas wskaźników. Roztwór zieleni bromokrezolowej o stężeniu 1x10^-4 mol/dm³ został wcześniej przygotowany przez prowadzącego zajęcia.

Przygotowanie roztworów do badania widm:

1. Roztwór wskaźnika zawierający jego formę zdysocjowaną: 5ml zieleni bromokrezolowej, 5ml HCl(0,1M)

2. Roztwór wskaźnika zawierający formę niezdysocjowaną: 5ml zieleni bromokrezolowej, 5ml NaOH(0,1M)

3-11. Roztwory zawierające 5ml roztworu zieleni bromokrezolowej, 20ml kwasu octowego(0,1M) i kolejno 2,4,6,8,10,12,14,16,18 ml roztworu wodorotlenku sodu(0,1M).

Następnie przeszliśmy do badania widm tych roztworów w dwuwiązkowym spektrofotometrze UV-VIS.

Kolejnym zadaniem było praktyczne zapoznanie się z pojęciem barw dopełniających. Posiłkując się trójkątem barw(lub kołem barw) mieszaliśmy barwy podstawowe z barwami dopełniającymi i obserwowaliśmy efekty.

Następnie wybraliśmy 2 wskaźniki: czerwień kongo, błękit metylenowy, aby wykonać analizę widm.

2. Wyznaczanie wartości stałej dysocjacji zieleni bromokrezolowej na podstawie 3 doświadczeń + oznaczenie niepewności. (Porównanie z wartościami literaturowymi z wiarygodnego źródła i dyskusja wyników) (Kornel Pietrzak)

Poniższy wykres przedstawia na sposób graficzny wyniki doświadczenia.

Punkt izozbestyczny: 510 nm; A=0,044

Wykonano obliczenia i ich wyniki przedstawiono w poniższych tabelach.

A Hln=	0,162	0,1M HCl
A ln-=	0,004	0,1M NaOH
c0=	0,00001	mol/dm3		λ [nm]=	450
V NaOH [mL]	pH	A	c Hln	c ln-	pK
2	3,805757	0,143	8,79747E-06	1,20253E-06	4,670019
4	4,15794	0,136	8,35443E-06	1,64557E-06	4,863541
6	4,392023	0,104	6,32911E-06	3,67089E-06	4,628595
8	4,583909	0,103	6,26582E-06	3,73418E-06	4,808692
10	4,76	0,086	5,18987E-06	4,81013E-06	4,793
12	4,936091	0,068	4,05063E-06	5,94937E-06	4,769143
14	5,127977	0,055	3,22785E-06	6,77215E-06	4,806163
16	5,36206	0,038	2,1519E-06	7,8481E-06	4,800117
18	5,714243	0,017	8,22785E-07	9,17722E-06	4,666818
				średnia:	4,756232
A Hln=	-0,015	0,1M HCl
A ln-=	0,312	0,1M NaOH
c0=	0,00001	mol/dm3		λ [nm]=	590
V NaOH [mL]	pH	A	c Hln	c ln-	pK
2	3,805757	0,009	9,26606E-06	7,33945E-07	4,906989
4	4,15794	0,04	8,31804E-06	1,68196E-06	4,852146
6	4,392023	0,099	6,51376E-06	3,48624E-06	4,663498
8	4,583909	0,097	6,57492E-06	3,42508E-06	4,867129
10	4,76	0,136	5,38226E-06	4,61774E-06	4,826536
12	4,936091	0,169	4,37309E-06	5,62691E-06	4,826609
14	5,127977	0,197	3,51682E-06	6,48318E-06	4,862339
16	5,36206	0,241	2,17125E-06	7,82875E-06	4,805078
18	5,714243	0,28	9,78593E-07	9,02141E-06	4,74957
				średnia:	4,817766
A Hln=	-0,009	0,1M HCl
A ln-=	0,179	0,1M NaOH
c0=	0,00001	mol/dm3		λ [nm]=	560
V NaOH [mL]	pH	A	c Hln	c ln-	pK
2	3,805757	0,004	9,30851E-06	6,91489E-07	4,934852
4	4,15794	0,022	8,35106E-06	1,64894E-06	4,862478
6	4,392023	0,055	6,59574E-06	3,40426E-06	4,679265
8	4,583909	0,055	6,59574E-06	3,40426E-06	4,87115
10	4,76	0,076	5,47872E-06	4,52128E-06	4,843418
12	4,936091	0,095	4,46809E-06	5,53191E-06	4,843337
14	5,127977	0,112	3,56383E-06	6,43617E-06	4,871266
16	5,36206	0,138	2,18085E-06	7,81915E-06	4,807527
18	5,714243	0,161	9,57447E-07	9,04255E-06	4,739066
				średnia:	4,82804
			średnia z 3 doświadczeń:		4,800679

Graficznie (kolejno):4,80; 4,82; 4,84

Analitycznie:

u(x)= 0,01550038

pK=4,801±0,015

wartość literaturowa: pK=4,9 [298K, 101325Pa]

źródło: W. Mizerski Tablice chemiczne Wydawnictwo Adamantan, Wydanie IV zaktualizowane, Warszawa 2004

Uzyskany wynik ma wartość praktyczną, jednak odbiega od wartości literaturowej. Na podstawie niepewności widać, że metoda ma duży potencjał, ponieważ jest precyzyjna. Natomiast uzyskaliśmy małą dokładność. Przyczyny tego mogą być następujące:

- roztwory, w szczególności wskaźnika nie zostały dokładnie przygotowane (całkiem prawdopodobne)

- badana substancja nie spełnia idealnie pierwotnych założeń (np. asocjuje, nie dysocjuje w założony sposób)(mało prawdopodobne)

3. Wskaźniki jedno- i dwubarwne

a) Obserwacja zabarwienia wskaźników, zaproponowanie maksimum absorpcji i wskazanie barw dopełniających.(Karolina Sieracka)

Wrażenie barwy tworzy się poprzez odbicie od przedmiotu nie pochłoniętych fragmentów widma światła białego (światło białe po rozszczepieniu daje paletę barw). Promieniowanie odbite, które nie zostało zaabsorbowane przez obiekt daje nam światło barwne.

Czerwień kongo jak sama nazwa wskazuje ma barwę czerwoną, barwą dopełniającą do barwy czerwonej jest zielony, spodziewane maksimum absorpcji wyznaczamy 490-500nm.

Błękit metylenowy ma jasnoniebieskie zabarwienie, barwą dopełniającą do tej barwy jest żółty lub żółtopomarańczowy, więc spodziewane maksimum absorpcji będzie w zakresie 580-605nm.

b) Rejestracja widm UV-VIS dwóch wybranych wskaźników - czerwień kongo i błękit metylenowy (Karolina Sieracka)

Na podstawie analizy widma czerwieni Kongo widzimy, że maksimum absorpcji przypada w zakresie 495-500nm, co zgadza się z wcześniejszym założeniem.

Analiza widma błękitu metylenowego nie jest jednoznaczna. Na wykresie widzimy że pik nie jest jednolity- rozwarstwia się. Maksimum absopcji przypada w zakresie 615-660nm. W tym zakresie barwą widzialną powinnien być zielono-niebieski, dlaczego skoro próbce bliżej było do błekitnego?

Pomocna w odpowiedzi może być budowa wskaźnika. Jak wiemy błękit metylenowy czyli  chlorek 3,7-bis(dimetyloamino)feno-5-tioazynowy jest wskaźnikiem dwubarwnym. W roztworach kwaśnych barwi się na zielono, a w obojętnych i zasadowych daje barwę od błękitnej do granatowej. Wskaźnik był roztworem wodnym bazującym na wodzie destylowanej, której pH powinno być obojętne. Lekka kwasowość roztworu daje nam widoczny na wykresie obraz widma.

c) Obserwacja zabarwienia bezwodnego CuSO4 w stanie suchym i w roztworze wodnym oraz zmiana jego barwy po dodaniu roztworu amoniaku. (Przemysław Radomski)

Bezwodny siarczan miedzi (II) jest koloru białego. Po zmieszaniu go z wodą tworzą się hydraty. Siarczan miedzi może występować w formie mono-, tri- lub pentahydratu. Pentahydrat zarówno w formie suchej jak i roztworu wodnego wykazuje niebieskie zabarwienie.

Na laboratorium dysponowaliśmy roztworem wodnym CuSO₄x5H­₂O. Jego kolor był bladoniebieski, ze względu na dość duże rozcieńczenie. Po dolaniu do probówki z siarczanem wodnego roztworu amoniaku kolor stał się bardziej intensywny, można nawet zaryzykować stwierdzenie, że ciemnoniebieski. Poniżej wytłumaczenie tego faktu

Miedź jest metalem o następującej strukturze elektronowej:

Cu: 1s­²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰

Cu²⁺: 1s­²2s²2p⁶3s²3p⁶4s⁰3d⁹4p⁰

Jak widać możliwe jest utworzenie 4 wiązań koordynacyjnych (tworzy się orbital sp³ całkowicie nieobsadzony elektronami) między atomem metalu (kwas Lewisa, akceptor elektronów) a ligandem (zasada Lewisa, donor elektronów). Wytworzenie wiązań tłumaczy pośrednio pochłanianie przez ten związek energii promieniowania fal z zakresu długości światła widzialnego. Pochłanianie to jest możliwe dzięki przeskokom elektronów na inne poziomy energetyczne, oddalone od aktualnego poziomu o energię, która może być dostarczona przez fale z zakresu widzialnego. Zależności te wynikają z podstawowych praw fizyki i również dzięki nim możemy obliczyć energię czy długość danej fali:

Wrażenie koloru, to odbiór barwy dopełniającej do barwy, której odpowiada pochłaniana energia fali o danej długości. Jeżeli obserwujemy kolor niebieski, oznacza to, że pochłaniana jest fala o długości 590-635nm co odpowiada barwie pomarańczowej. Zmiana intensywności barwy wynika z wytworzenia bardziej trwałego kompleksu amokanialnego.

---