分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数.doc

实验六分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数
摘要：紫外——可见（UV）分光光度法提供了一种测量弱电解质电离平衡常数的简便方法——通过测量不同pH条件下溶液的吸光度A，得到A~pH的关系曲线，然后可以简洁的计算出该电解质的电离平衡常数. 本实验测量溴酚蓝（BPB）溶液的吸光度，以及相应的pH值，从而计算出Ka.
关键词：溴酚蓝(BPB) 电离平衡常数 紫外——可见分光光度计 吸光度 贝尔-郎比定理
前言：
弱酸弱碱的电离平衡常数是物理化学实验的重要参数。一定pH的缓冲溶液的选择，酸碱指示剂的选择等都需要用到弱酸弱碱的电离平衡常数。溴酚蓝本身是一种酸碱指示剂，带有颜色且在有机溶剂中的电离度小，所以用一般的化学方法和物理方法是很难测定其电离平衡常数，而分光光度法可以利用不同波长对其组分的不同吸收来确定体系中组分的含量，再求出其电离平衡常数。
溴酚蓝的颜色是由显色物质HA与A－引起的，～，当PH£，溶液的颜色主要由HA引起的，呈黄色；在PH≥，溶液的颜色主要由A－引起，呈蓝色。实验证明，对蓝色产生最大吸收的单色光的波长对黄色不产生吸收，在其最大吸收波长时黄色消光为0或很小。因此，用对A－产生最大吸收波长的单色光测定电离后的混合溶液的消光，可求出A－的浓度，从而求出Ka.
实验原理：
波长为λ的单色光通过任何均匀而透明的介质时，由于物质对光的吸收作用而使透射光的强度（I）比入射光的强度（I0）要弱，其减弱的程度与所用的波长（l）有关。又因分子结构不相同的物质，对光的吸收有选择性，因此不同的物质在吸收光谱上所出现的吸收峰的位置及其形状，以及在某一波长围的吸收峰的数目和峰高都与物质的特性有关。分光光度法是根据物质对光的选择性吸收的特性而建立的，这一特性不仅是研究物质部结构的基础，也是定性分性、定量分析的基础。
根据贝尔—郎比定律，溶液对于单色光的吸收，遵守下列关系式：
(6－1)
式中，D－消光（或光密度）；
I/I0－透光率；
K－摩尔消光系数，它是溶液的特性常数；
l－被测溶液的厚度（即吸收槽的长度）；
C－溶液浓度。
图6-1 分光光度曲线
在分光光度分析中，将每一种单色光，分别、依次地通过某一溶液，测定溶液对每一种光波的消光。以消光（D）对波长（l）作图，就可以得到该物质的分光光度曲线，或吸收光谱曲线，如图6－1所示。由图可以看出，对应于某一波长有着一个最大的吸收峰，用这一波长的入射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度。
从（1）式可以看出，对于固定长度的吸收槽，在对应最大吸收峰的波长（l）下，测定不同浓度C的消光，就可以作出线性的D～C线，这就是定量分析的基础。也就是说，在该波长时，若溶液遵守贝尔－郎比定律，则可以选择这一波长来进行定量分析。
以上讨论是对于单组分溶液的情况，如果溶液中含有多种组分，情况就比较复杂，要进行分别讨论，大致有下列四种情况：
 1、混合物中各组分的特征吸收不相重叠，既在波长l1时，甲物质显著吸收而其他组分的吸收可以忽略；在波长l2时，只有乙物质显著吸收，而其他组分的吸收微不足道，这样便可在l1、l2波长下分别测定甲、乙物质组分。
2、混合物中各组分的吸收带互相重叠，而且他们都遵守贝尔－郎比定律，对几个组分即可在几个适当的波长进行几次吸光度的测量，然后列几个联立方程式，即可求分别算出几个组分的含量。
3、混合物中各组分的吸收带互相重叠，但不遵守贝尔－郎比定律。
4、混合溶液中含有未知组分的吸收曲线。
第3、4种情况比较复杂，这里不作讨论。
本实验用分光光度法测定弱电解质溴酚蓝的电离平衡常数。溴酚蓝是一种酸碱指示剂，本身带有颜色且在有机溶剂中电离度很小，所以用一般的化学分析法或其他物理化学方法很难测定其电离平衡常数。而分光光度法可以利用不同波长对其组分的不同吸收来确定体系中组分的含量，从而求算溴酚蓝的电离平衡常数。
溴酚蓝在有机溶剂中存在着以下的电离平衡：
 HA H++A－
其平衡常数为：Ka
(6－2)
溶液的颜色是由显色物质HA与A－引起的，～，当PH£，溶液的颜色主要由HA引起的，呈黄色；在PH≥，溶液的颜色主要由A－引起，呈蓝色。实验证明，对蓝色产生最大吸收的单色光的波长对黄色不产生吸收，在其最大吸收波长时黄色消光为0或很小。因此，本实验我们所研究的体系应属于上述讨论的第一种情况。用对A－产生最大吸收波长的单色光测定电离后的混合溶液的消光，可求出A－的浓度。令 A－在显