平衡定数の吸光光度定量

ソース: 博士マイケル ・ エヴァンスの研究所、ジョージア工科大学

化学システムの平衡定数Kは、製品のそれぞれの化学量論係数の指数で累乗それぞれ平衡反応物濃度を濃度の比率です。Kの測定には、化学平衡のシステムのためのこれらの濃度測定が含まれます。

光光度法による単一の着色されたコンポーネントを含む反応系を学ぶことができます。着色成分の濃度と吸光度の関係を測定、関心の反応系でその濃度を決定するために使用します。無色成分濃度は、バランスの取れた化学方程式と着色成分濃度の測定を使用して直接計算できます。

このビデオで Fe(SCN)^{2 +}ビールの法の曲線は、経験的に決定、 Kの次の反応のための測定に適用。

反応の初期濃度の異なる 4 つの反応系が示すためにK初期濃度に関係なく一定に保持される調査します。

すべての化学反応の平衡定数K、製品濃度化学平衡で、反応物の濃度の比を反映するに関連付けられます。一般的な反応、 A + b Bとして平衡定数を定義c C + d D、

式の右側の濃度が平衡でモルです。この方程式は、反作用のための平衡式と呼ばれます。化学平衡にはないシステムで前方および逆反作用は反応物の濃度まで、異なるレートで、製品は、平衡の式を満たします。

化学平衡のシステムのためのK値を測定するには、直接または間接的に反応し製品の濃度を決定する必要は。Kによる吸光光度法は、1 つの着色成分の濃度の直接測定とその他の間接測定を含みます。既知濃度の色コンポーネントの可視分光法では、このコンポーネントの濃度と吸光度との関係を明らかにします。ビールの法律によると、この関係はフォーム

e は L/mol cm、 l成分のモルの吸収率はモル濃度 mol/L でのコンポーネントのであり、 Aは吸光度のサンプル cm、 cを光パスの長さ。

色コンポーネントのビールの法の曲線は、吸光度測定 (図 1) からこのコンポーネントの濃度平衡反応システムに適用できます。残りの反応と製品の濃度は、色種のモル濃度測定に基づく初期濃度を調整することにより計算できます。

ここで学んだシステム チオシアン酸の鉄 (III) 塩複合を形成するチオシアン酸陰イオンと鉄 (III) イオンの反応であります。

この反応系の平衡式です。

ここeqの添字で平衡濃度を表します。製品は、チオシアン酸鉄 (III) はオレンジ、しかし、両方の反応は水溶液中で無色。したがって、[Fe(SCN)^{2 +}]_eqは、吸光測定から直接確認できます。

反応の平衡濃度は、反応の初期濃度から製品の平衡濃度を差し引くことによって計算できます。初期変更平衡 (ICE) テーブルは、初期および平衡濃度の関係を示します (表 1)。

Kの値は濃度に依存しない反応の初期濃度を含むこの実験の繰り返し試験Kの同じ値が生成されるはず。

図 1。チオシアン酸鉄 (III) のビールの法の曲線。

	Fe3 +	SCN-	Fe(SCN)2 +
初期	[Fe3 +]私	[SCN-]私	0
変更	–[Fe(SCN)2 +]eq	–[Fe(SCN)2 +]eq	+[Fe(SCN)2 +]eq
平衡	[Fe3 +]私-[Fe(SCN)2 +]eq	[SCN-]私-[Fe(SCN)2 +]eq	[Fe(SCN)2 +]eq

表 1。初期および平衡濃度の関連を示す初期変更平衡 (ICE) テーブル。

1. Fe(SCN)^{2 +}ビールの法の曲線を決定します。

1. 空白として蒸留水を使用して可視分光光度計を調整します。
2. 1.0 × 10^-4 M Fe(NO₃)₃ソリューションの 1.0 mL を試験管に追加します。
3. 同じ試験管 0.50 M KSCN 溶液 5.0 mL を追加します。
4. 同じ試験管 0.10 M HNO₃液 4.0 mL を追加します。手袋をはめた指でチューブをカバーし、ミックスに軽く振る。
5. パスツール ピペットを使用してソリューションの少量をキュベットに転送。分光光度計の光ビームのパス上液面が確実します。
6. 透明な側面を光が通過するので、分光光度計のキュヴェットを。
7. スペクトルを取得し、λ_max値と λ_maxで吸光度を記録します。
8. ビールの法の曲線を構築するために既知濃度 Fe(SCN)^{2 +}追加のソリューションは準備し、測定する必要があります。手順 2-7 Fe (₃)₃KSCN、ボリュームを使用して表 2の HNO₃ソリューション。
9. Fe(SCN)^{2 +}各試験管内の濃度と測定した吸光度をプロットし、データに最適のラインを決定します。この直線の傾きはモルの吸収率、パスの長さが 1 cm。

2. 鉄 (III) チオシアン酸系のKを測定

1. 0.0025 M Fe (₃)₃、0.0025 M KSCN と表 3に 0.10 M HNO₃ソリューションの指定されたボリュームを含む 4 中試験管を準備します。
2. 指でチューブをカバーし、ミックスに軽く振る。少なくとも 10 分のために立つことを許可します。この休憩期間により、ソリューションが化学平衡であります。
3. パスツール ピペットを使用してソリューション 6 の少量をキュベットに転送。分光光度計の光ビームのパス上液面が確実します。
4. スペクトルを取得し、λ_max値と λ_maxで吸光度を記録します。
5. 反応の初期濃度の異なる複数の反応研究できることを示すためにKは濃度に依存しません。さまざまな初期条件のKを決定する、ソリューション 7-9 の手順 3 と 4 を繰り返します。

管番号	ボリューム 10–4 M Fe (3)3 (mL) x 1.0	ボリューム 0.50 M KSCN (mL)	ボリューム 0.10 M HNO3 (mL)
1	1.0	5.0	4.0
2	2.0	5.0	3.0
3	3.0	5.0	2.0
4	4.0	5.0	1.0
5	5.0	5.0	0.0

表 2。Fe (₃)₃KSCN、HNO のボリュームを適切な管 2-5 に配置する₃ソリューション。

管番号	ボリューム 0.0025 M Fe (3)3 (mL)	ボリューム 0.0025 M KSCN (mL)	ボリューム 0.10 M HNO3 (mL)
6	1.0	1.0	5.0
7	1.0	2.0	4.0
8	2.0	2.0	3.0
9	2.0	3.0	2.0

表 3。0.0025 M Fe (₃)₃、0.0025 M KSCN 0.10 M HNO₃ソリューションの適切なボリューム。

表 4には、解決策 1-5 の吸光度と濃度のデータが一覧表示されます。Fe^{3 +}すべての Fe^{3 +}が Fe(SCN)^{2 +}に変換されている仮定の下での最初の集中からの Fe(SCN)^{2 +}濃度を測定しました。大過剰の SCN^-は、この前提が true を保持していることを確保するため管 1-5 で使用されました。

[Fe(SCN)^{2 +}] モル濃度と吸光度は図 2でプロットされます。測定結果は、ビールの法律も同意します。

表 5は、測定吸光度とチューブ 6-9 の計算のK値を示します。K値は、アイス テーブル メソッドを使用して決定されました。初期の反応物濃度は、Fe^{3 +}と SCN^-反応溶液中の既知のモルと反応 (10 mL) の容量に基づいていた。Fe(SCN)^{2 +}の平衡濃度は、Fe(SCN)^{2 +}のモルの吸収によって分割測定した吸光度によって決定されました。すべての製品は、Fe^{3 +}と SCN^-の 1:1 の反応で形成されたので Fe(SCN)^{2 +}の平衡濃度は、低下反応物の濃度に相当します。表 6は、試験管 6 のプロセスを示しています。

平衡定数は、平衡行中の濃度から計算されます。テスト チューブ 6、

K値の平均があった 147 ± 11、検討濃度の範囲で、 Kがほぼ一定を示します。

図 2。Fe(SCN) の濃度と吸光度の線グラフ^{2 +}.

チューブ	[Fe(SCN)2 +](mol/L)	吸光度
1	10–5 x 1.00	0.10
2	10–5 x 2.00	0.20
3	10–5 × 3.00	0.25
4	10–5 x 4.00	0.32
5	10–5 x 5.00	0.42

表 4。Fe(SCN) の濃度のデータ対の吸光度^{2 +}.

チューブ	吸光度	K
6	0.120	136
7	0.268	161
8	0.461	142
9	0.695	150

表 5。吸光度値と計算される K チオシアン酸鉄 (III) の反応を測定します。

	[Fe3 +](mol/L)	[SCN-](mol/L)	[Fe(SCN)2 +](mol/L)
初期	10–4 × 3.57	10–4 × 3.57	0
変更	–1.58 x 10–5	–1.58 x 10–5	+1.58 x 10–5
平衡	10–4 × 3.41	10–4 × 3.41	10–5 × 1.58

表 6。テスト チューブ 6 に使用されるプロセスを示していますアイス テーブル。

平衡定数は、時間をかけて形に進んでください反応は、程度に関する有用な情報を提供します。K、1 よりもはるかに大きい値が大きい反応は製品のほぼ完全な十分な時間 (図 3) を形成します。K 1 未満の値を持つ反応はかなりの程度まで楽しみにして進みません。平衡定数はこのように化学反応の可能性の尺度として機能します。

図 3。この反応の平衡定数が 1 より大きいです。反応の初期濃度が異なるにもかかわらず、色の製品のかなりの量はそれぞれのケースで形成します。

平衡定数は、自由エネルギー、エンタルピー、および化学反応の過程でエントロピーの変化についての熱力学的情報を提供します。平衡定数は次の反応の自由エネルギー変化の関連します。

反応の自由エネルギー変化に反応のエンタルピーとエントロピーの変更に関連しています。

Kの温度依存性の測定は、エンタルピー変更 ΔHとエントロピー変更 ΔSの反応を明らかにできます。とともに、化学分子の挙動パターンへの洞察力、熱力学データのテーブルは有利な熱力学的性質と反応を識別するために使用できます。たとえば、大量のエネルギー (負 ΔG値に関連付けられている) を解放する酸化還元反応、電池の魅力的な候補です。

酸解離反応_(値K)のKの値は、熱力学的に制御される酸塩基反応の結果を予測するのに役立ちます。強い酸は大K値および弱い酸小Kの値に関連付けられます。pH 指示薬が異なる色の酸性および基本的なフォームと弱い酸を表し、pK_、 ( Kの負の常用対数) インジケーターの pH、酸として発生する色の変化またはベースがインジケーターのソリューションに追加されます。

同様に、_値にKは、目標 pH 値を達成するために緩衝溶液の調製に使用されます。PK_、弱い酸の酸と共役基盤が等しい濃度の溶液中に存在する pH を表します。弱い酸のとき同量しその共役塩基が溶液に溶けると、pK_、弱い酸の解決の pH に等しくなります。