1.10: Спектрофотометрическое определение равновесной константы

1. Определение кривой закона Пива для Fe(SCN)²⁺

1. Откалибруйте видимый спектрофотометр, используя дистиллированную воду в качестве заготовки.
2. Добавьте в пробирку 1,0 мл 1,0 × 10^-4 m Fe(NO₃)₃.
3. В эту же пробирку добавить 5,0 мл 0,50 М раствора KSCN.
4. В ту же пробирку добавьте 4,0 мл 0,10 М раствора HNO₃. Накройте тюбик пальцем в перчатке и осторожно встряхните, чтобы перемешать.
5. С помощью пастеровской пипетки переведите небольшое количество раствора в кювету. Убедитесь, что уровень жидкости находится выше траектории светового луча в спектрофотометре.
6. Поместите кювету в спектрофотометр, чтобы свет проходил через прозрачные стороны.
7. Получите спектр и запишите значение λ_max и поглощение на λ_max.
8. Чтобы построить кривую закона Бира, необходимо подготовить и измерить дополнительные растворы с известными концентрациями Fe(SCN)²⁺. Повторите шаги 2–7, используя объемы решений Fe(NO₃)₃, KSCN и HNO₃ в Таблица 2. Обязательно используйте одну и ту же кювету для всех измерений, промывая 3 раза дистиллированной водой между каждым образцом.
9. Постройте график зависимости измеренной абсорбции от концентраций Fe(SCN)²⁺ в каждой пробирке и определите линию, которая лучше всего подходит для данных. Наклон этой линии равен молярной абсорбтивности, а длина пути равна 1 см.

2. Измерение K для системы тиоцианата железа (III)

1. Приготовьте 4 средние пробирки, содержащие указанные объемы 0,0025 М Fe(NO₃)₃, 0,0025 М KSCN и 0,10 М HNO₃ растворы в Таблица 3.
2. Накройте каждую трубочку пальцем и аккуратно встряхните, чтобы перемешать. Дайте им постоять не менее 10 минут. Этот период покоя гарантирует, что растворы находятся в химическом равновесии.
3. С помощью пастеровской пипетки переведите небольшое количество раствора 6 в кювету. Убедитесь, что уровень жидкости находится выше траектории светового луча в спектрофотометре.
4. Получение спектра и запись поглощения на λ_max.
5. Можно изучить множественные реакции с различными начальными концентрациями реагентов, чтобы проиллюстрировать, что K не зависит от концентрации. Чтобы определить K для различных начальных условий, повторите шаги 3 и 4 для решений 7–9.

Таблица 2. Соответствующие объемы растворов Fe(NO₃)₃, KSCN и HNO₃ должны быть помещены в пробирки 2 - 5.

Таблица 3. Соответствующие объемы 0,0025 М Fe(NO₃)₃, 0,0025 М KSCN и 0,10 М HNO₃ решения.

Определение константы равновесия химической реакции может дать важную информацию о том, в какой степени она будет образовывать продукты с течением времени.

Каждая химическая реакция связана с константой равновесия, К, которая отражает соотношение концентраций продуктов и реагентов, когда реакция перестала развиваться. Чтобы измерить К, эти концентрации должны быть определены.

Если реакция содержит один цветной компонент, его взаимодействие со светом можно измерить, чтобы определить его концентрацию. Концентрации неокрашенных компонентов могут быть рассчитаны косвенно с помощью сбалансированного химического уравнения. В этом видео будет показано использование спектрофотометра для эмпирического определения константы равновесия для реакции тиоциананта железа.

Большинство химических реакций протекает как в прямом, так и в обратном направлении. По мере развития реакции она достигает точки, где прямая и обратная реакции происходят с одинаковой скоростью. Это известно как химическое равновесие. В этом установившемся состоянии отношение концентраций продукта к концентрациям реагентов, каждая из которых приводится в степень их стехиометрических коэффициентов, соответствует константе равновесия К. Чтобы измерить K для интересующей системы, необходимо знать коэффициенты и определить концентрации, прямо или косвенно. Согласно закону Бира-Ламберта, концентрация окрашенного вещества пропорциональна его поглощению, то есть количеству энергии, которое оно поглощает на определенной длине волны света. Это можно выразить математически, где A — поглощение, epsilon — молярный коэффициент затухания, который зависит от соединения, l — длина пути через образец, c — концентрация. Калибровочная кривая создается путем тестирования нескольких растворов с известной концентрацией и построения графика результирующих значений поглощения. С помощью этой калибровочной кривой можно изучать растворы с неизвестной концентрацией. Измерения поглощения используются для определения концентрации окрашенных веществ. Затем можно рассчитать концентрации остальных реагентов и продуктов. В следующей процедуре будет изучена реакция третьего железа с тиоцианатом с образованием комплекса тиоцианата железа.

После определения концентраций значение K может быть рассчитано с помощью таблицы Initial Change-Equilibrium, или ICE, которая будет объяснена далее в результатах.

Теперь, когда вы понимаете, как спектрофотометрические методы могут быть использованы для определения константы равновесия, вы готовы начать процедуру.

Перед измерением образца необходимо построить калибровочную кривую.

Для начала обнулите УФ-видимый спектрофотометр, используя дистиллированную воду в качестве заготовки, чтобы показать отсутствие поглощения. При вставке кюветы в спектрофотометр убедитесь, что она ориентирована таким образом, чтобы свет проходил через прозрачные стороны, и что уровень жидкости находится выше траектории луча.

Затем приготовьте 5 пробирок, содержащих указанные объемы каждого раствора реагента, как показано в текстовом протоколе, что позволит получить различные концентрации продукта. Накройте каждую трубочку пальцем в перчатке и осторожно встряхните, чтобы перемешать. Дайте пробиркам отдохнуть в течение 10 минут.

Используйте пипетку Пастера, чтобы перенести небольшое количество образца средней концентрации, раствор 3, в кювету и поместите его в спектрофотометр. Получите спектр и запишите ?max (максимальную длину волны), lambda max и его поглощение. Затем, начиная с наиболее разбавленного раствора, измерьте поглощение всех оставшихся растворов на уровне ?max (lambda max). Используйте одну и ту же кювету для всех измерений, обязательно промывая 3 раза между каждым образцом. Повторите этот процесс для решений 2 ? 5.

Построить график измеренной зависимости поглощения от концентрации тиоцианата железа для каждого раствора. Определите линию, которая лучше всего подходит для данных. Наклон этой линии является коэффициентом затухания моляров.

Теперь, когда получены данные для стандартных растворов, подготовьте четыре пробирки со средой, содержащие указанные объемы растворов, как показано в текстовом протоколе.

Накройте каждую трубочку пальцем и аккуратно встряхните, чтобы перемешать. Дайте им постоять не менее 10 минут. Этот период покоя позволяет растворам достичь химического равновесия.

С помощью пастеровской пипетки перенесите небольшое количество раствора 6 на кювету и поместите его в спектрофотометр. Получите спектр и запишите поглощение, измеренное при заданном ?max. Повторите этот процесс для решений с 7 по 9.

После того, как все образцы были измерены, данные о молярности и поглощении для растворов 1 ? 5 можно проанализировать. Большой избыток тиоцианата был использован для того, чтобы гарантировать, что все железо вступило в реакцию, что упрощает анализ.

Данные строятся на график для создания калибровочной кривой. Длина пути света, l, обычно составляет 1 см и может быть исключена из расчетов. Таким образом, наклон линии, который был рассчитан как 7600, является коэффициентом затухания. Для тестовых решений 6 ? 9, это значение и абсорбция используются для расчета концентраций тиоцианата железа в равновесном состоянии. С помощью этих данных можно использовать таблицу ICE.

Начальные концентрации реагентов основаны на известных молярностях добавленных в раствор железа и тиоцианата, а также на общем объеме реакции. Поскольку продукт образуется в результате реакции железа и тиоцианата в соотношении 1:1, равновесная концентрация каждого из них уменьшается с увеличением количества образующегося продукта. В настоящее время известна равновесная концентрация каждого вида. Эти значения используются для вычисления константы равновесия для каждого решения. Эти значения примерно постоянны в диапазоне изучаемых концентраций.

Концепция константы равновесия важна для широкого круга научных областей. Константа равновесия может быть использована для получения полезной информации о том, в какой степени реакция будет образовывать продукты с течением времени. В данном примере наблюдались две реакции, содержащие кристаллический фиал.

Первый раствор был составлен из кристаллического фиолета и гидроксида натрия. Было замечено, что цвет быстро меняется от фиолетового до бесцветного. Эта реакция имеет очень большое значение K, что указывает на то, что продукты формируются почти полностью с течением времени.

Затем кристаллическая фиалка вступила в реакцию с ацетатом натрия. Это решение оставалось фиолетовым на неопределенный срок. Эта реакция имеет очень низкое значение К, поэтому она не протекает в значительной степени.

Наконец, константа диссоциации ? Конкретный тип константы равновесия ? может быть использован для описания поведения белка. В этом примере наблюдались изменения в структуре РНК в магниевых реакционных буферах.

Очищенную РНК смешивали с раствором с известными концентрациями магния и позволяли достичь равновесия. Затем была построена результирующая структура РНК.

В этом случае более высокие концентрации магния приводили к тому, что реактивные центры на РНК были менее защищены, производя Kd, который был в два раза меньше.

Вы только что посмотрели введение JoVE в спектрофотометрическое определение константы равновесия. Теперь вы должны понять взаимосвязь, определяемую законом Бера-Ламберта, как определить концентрацию по поглощению с помощью спектрофотометра и как рассчитать константу равновесия с помощью равновесных концентраций.

Спасибо за просмотр!