Vliv iontů na kyselost zmrazených vodných roztoků

Mgr. Lenka Filipová

Bachelor's thesis

The Influence of Ions on the Acidity of Frozen Aqueous Solutions

Abstract:

Cílem této práce bylo určení vlivu iontů na acido-bazické poměry na povrchu ledu po zamrazení roztoku. Zamrzlé vodné roztoky pufrů s kresolovou červení jako acido-bazickým indikátorem byly měřeny pomocí UV-Vis spektrofotometrie. Byly mrazeny roztoky pufrů KOH / H3PO4, NH4OH / H3PO4 a NaF / HF o koncentracích 50 − 0,5 mM s rozsahem pH pro fosfáty od 7,5 do 11 a pro fluoridový pufr od 7 do 4. Mrazení bylo provedeno různými způsoby, rychlým zamrazením při 77 K a pomalým při 233 K. Pozorovali jsme, že při zamrazení se fosfátové pufry okyselily, zatímco fluoridový pufr se stal bazičtějším. Posun pH po zamrazení vysvětlujeme nestejným zabudování iontů s různým nábojem do krystalické mřížky ledu. Pozorování je v souladu s očekávanými distribučními koeficienty mezi led a kapalinu. Změna pH během zamrazení fluoridového pufru při – 40 °C byla závislá i na době, po jakou byly roztoky v chladícím médiu temperovány, což vysvětlujeme prvotním zabudováním HF do ledu a jeho postupnou difuzí z něj.

Abstract:

The aim of this work was to determine the effects of ions on acid-base conditions on the ice surface. Frozen aqueous buffers solutions with cresol red as the acid-base indicator were measured by UV-Vis spectrophotometry. Various buffer solutions of KOH / H3PO4, NH4OH / H3PO4 (pH from 7,5 to 11) and NaF / HF (pH from 7 to 4) concentrations 50 − 0,5 mM were used. Fast freezing at 77 K and slow at 233 K were utilized. We observed that phosphate buffers become more acidic and fluoride buffer become more basic upon freezing. The pH shift after freezing is explained by unequal distribution of ions between ice lattice and remaining solution and observation corresponds to expected distribution coefficient between the ice and unfrozen liquid on the surface. For fluorid buffer we observe sudden increase of basicity upon freezing. The pH gradually decrease when the frozen sample is termostate at -40 °C. This observation is explained by diffusion of HF from the lattice to the quasi-liquid layer and brine present at the ice surface.

Keywords

pufry, mrazení, potenciál mrznutí, led, pH

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2011
• Supervisor: doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry / Chemistry