Практикум по биохимии. Ч.I. Физико-химические методы. Учебное пособие

же образом, исходя из уравнения (21) и уравнений, аналогичным таковым для кислот:

при 4 < pH < 10;

при рН 10,

где С моль/л – исходная концентрация основания, D моль/л – количество добавленной сильной кислоты в пересчете на концентрацию в получившемся растворе.

При обратном титровании солей слабых однокислотных оснований сильной щелочью (КОН) получаем следующие уравнения:

при 4 < pH < 10;

при рН 10,

где Амоль/л – исходная концентрация соли слабого однокислотного основания, В моль/л – количество добавленной щелочи в пересчете на концентрацию в получившемся растворе.

Ниже приведены три задачи на определение констант ионизации методом потенциометрического титрования. Лучше всего титровать вещество в 0,01 M концентрации. При этой концентрации отличие активности от концентрации мало, а точность результатов достаточно высока.

В качестве титрантов используют 0,1 M растворы НСl и КОН. Применение титранта, в 10 раз более концентрированного, чем титруемый раствор, позволяет не учитывать разбавление титрантом титруемого раствора, если расчеты базируются на концентрации, которая достигается в средней точке титрования.

41

П-1. Определение константы ионизации слабого однокислотного основания методом потенциометрического титрования

Приборы и реактивы:

1)стандартные буферные растворы;

2)раствор титранта: 0,1 M HCl;

3)свободная от карбонатов дистиллированная вода;

4)трис-оксиметиламинометан («трис»), М. в. 121.14:

CH2OH

H2N C CH2OH

CH2OH

5)пипетка на 1 мл;

6)стакан для титрования на 100 мл;

7)рН-метр;

8)комбинированный стеклянный электрод;

9)магнитная мешалка;

10)магнитик.

Экспериментальная часть

1.Откалибровать рН-метр по стандартным буферным растворам.

2.Приготовить раствор трис-оксиметиламинометана с концентрацией 0,01 M в точке полунейтрализации, для чего навеску 60,6 мг «триса» растворить в 47,5 мл прокипяченной дистиллированной воды.

3.Определить значение рН титруемого раствора «триса». Затем провести титрование 10 порциями раствора титранта, добавляя 0,1 M HCl из пипетки порциями по 0,5 мл. Титрование проводить при перемешивании с помощью магнитной мешалки. Значения рН замерять после каждого добавления порции титранта, как только установится равновесие.

Обработка результатов

Исходя из показаний рН-метра и используя уравнения (23)

42

3. Определить значение рН титруемого раствора уксуснокислого натрия. Затем провести титрование 10 порциями раствора титранта, добавляя 0,1 М HCl из пипетки порциями по 0,5 мл. Титрование проводить при перемешивании с помощью магнитной мешалки. Значения рН замерять после каждого добавления порции титранта, как только установится равновесие.

величины, или разброс этой величины. Полученную величину сравнить с литературной.

П-3. Изучение протолитического равновесия глицина

Вводных растворах при нейтральном рН глицин присутствует

восновном в виде внутримолекулярной соли (цвиттериона)

+H3N–CH2–COO–. Поэтому константу ионизации аминогруппы глицина определяют титрованием щелочью (0,1 M КОН), а карбоксильной группы – сильной кислотой (0,1 М HCl).

Приборы и реактивы:

1)стандартные буферные растворы;

2)растворы титрантов: 0,1 M HCl и 0,1 М КОН;

3)свободная от карбонатов дистиллированная вода;

4)глицин, Н2N–СН2–СООН, М. в. = 75,07;

5)гидрохлорид метилового эфира глицина, М. в. = 125,55;

6)пипетка на 1 мл;

44

7)стакан для титрования на 100 мл;

8)рН-метр;

9)комбинированный стеклянный электрод;

10)магнитная мешалка;

11)магнитик.

а) Определениеконстантыионизацииаминогруппыглицина(K2)

Экспериментальная часть

1.Откалибровать рН-метр по стандартным буферным растворам.

2.Приготовить раствор глицина с концентрацией 0,01 M в точке полунейтрализации, для чего навеску 37,5 мг глицина растворить

в47,5 мл прокипяченной дистиллированной воды.

3.Определить значение рН титруемого раствора глицина. Затем провести титрование 10 порциями раствора титранта, добавляя 0,1 M КОН из пипетки порциями по 0,5 мл. Титрование проводить при перемешивании с помощью магнитной мешалки. Значения рН замерять после каждого добавления порции титранта, как только установится равновесие.

Обработка результатов

Экспериментальные и расчетные данные свести в таблицу.

Исходя из показаний рН-метра и используя уравнения (23) и (37), рассчитать в каждой точке титрования. Для точек с рН 10 концентрацию гидроксильных ионов определить по формуле

45

2.Далее провести эксперимент по потенциометрическому титрованию гидрохлорида метилового эфира глицина (самостоятельно выбрать титрант, рассчитать навеску и выполнить титрование по аналогии с титрованием глицина).

3.Обработать результаты, как описано в предыдущих разделах работы. Получить значения Кβ.

Обработка результатов

Определив Кβ экспериментально, далее следует рассчитать:

Не зависящее от рН отношение концентраций цвиттерионной и незаряженной форм молекул глицина определить из отношения

Кα/Кβ:

Полученные значения К1, К2 и R сравнить с литературными.

48

Глава 3. Кинетика

3.1. Основные понятия кинетики

Пусть в реакцию вступают ν молекул типа А1, ν молекул типа А2, ν молекул типа An. При этом продуктами реакции являются ν молекул типа В1, ν молекул типа В2, ν молекул типа Вk. Тогда этот химический процесс можно записать так:

Реакция называется простой (или элементарной) химической реакцией, если она протекает в одну стадию, т. е. при

сложными. Совокупность стадий, из которых складывается реакция, называется механизмом или схемой химической реакции.

Элементарный акт – простейшая реакция (стадия сложного процесса), представляющая прямой переход исходных частиц

вконечные (промежуточные) за счет перегруппировки атомов внутри молекулы или при столкновении двух-трех частиц.

Молекулярность – число молекул, участвующих в элементарном акте реакции. Различают моно-, би- и тримолекулярные реакции.

Скорость химической реакции по некоторому компоненту – это изменение числа молей этого компонента N в единицу времени

вединице объема V. При постоянном объеме она выражается как

где m – молярная концентрация вещества.

Скорости реакции по отдельным компонентам связаны между собой следующим образом:

49

(заметим, что, если вещество расходуется в реакции, скорость записывается со знаком «минус», если вещество образуется, скорость записывается со знаком «плюс»).

Действительно, для реакции взаимодействия окиси азота с хлором

2 NO + Cl2 2 NOCl

концентрация окиси азота изменяется в 2 раза быстрее, чем концентрация хлора, так как на каждую израсходованную молекулу хлора расходуется две молекулы NO.

Зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ выражается законом действия масс:

Эта формула носит также название кинетического уравнения реакции.

Числа n1, n2 … – порядки реакции по компонентам А1, А2, … Сумму порядков по всем реагирующим веществам называют

порядком реакции. Коэффициент k называется константой скорости реакции. Для простой реакции, протекающей по стехиометрическому уравнению (1), скорость

Порядок реакции по веществу Ai равен соответствующему стехиометрическому коэффициенту i. В случае сложной реакции порядок реакции по реагирующему веществу не обязан быть равным соответствующему стехиометрическому коэффициенту и может принимать как целочисленные, так и дробные значения.

Константа скорости k показывает, с какой скоростью идет реакция. Константа k зависит от температуры. В большинстве случаев эту зависимость можно описать уравнением Аррениуса

где А – предэкспонента; ЕА – энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура.

50