by Στο θέμα Γ3 δίνονταν οι παρακάτω 3 δείκτες (τα χρώματα των δύο μορφών δεν δίνονταν αλλά τα έχω προσθέσει εγώ ώστε να μπορέσετε να «παρακολουθήσετε» καλύτερα την πειραματική διαδικασία)
- Κίτρινο της αλιζαρίνης με pKa=11 (κίτρινο – κόκκινο)
- Πορφυρό της βρωμοκρεσόλης με pKa=6,4 (κίτρινο – πορφυρό)
- Ηλιανθίνη με pKa=3,5 (κόκκινο – κίτρινο)
Μπορείτε να διαβάσετε τη συνέχεια:
ΘΕΜΑ Γ3 Πανελλαδικών εξετάσεων Χημείας.
Αν θέλουμε επιστημονική αντιμετώπιση του ζητήματος τότε είναι αδύνατο να κάνουμε μεγάλες γενικεύσεις . Όπως έγραψα παραπάνω κάθε δείκτης είναι και μια ειδική περίπτωση. Δεν υπάρχουν 2 μονάδες pH στην αλλαγή χρώματος κλπ. Δεν υπάρχει κανόνας για το πότε πρέπει να σταματάμε την ογκομέτρηση. Δηλαδή σε κάποιες περιπτώσεις σταματάμε με το που θα παρατηρήσουμε μια μικρή αλλαγή στο χρώμα και σε άλλες όταν έχουμε πλήρη αλλαγή και σταθεροποίηση του χρώματος. Οπότε η αναφορά σου για την οπτική γωνία του πειραματιστή απέχει από αυτή που εγώ γνωρίζω.
Από την πλευρά τώρα του μαθητή το τελικό σημείο βρίσκεται σε pH=pKa(ΗΔ) + 1 όταν έχουμε αλκαλιμετρία και σε pH=pKa(ΗΔ) – 1 όταν έχουμε οξυμετρία. Δηλαδή όταν έχουμε χρωματική αλλαγή.
Με αυτό ως οδηγό ο δείκτης κίτρινο της αλιζαρίνης δίνει ένα σαφώς μεγαλύτερο σφάλμα στον υπολογισμό της συγκέντρωσης της ασθενούς οξέος ΗΑ σε σχέση με το πορφυρό της βρωμοκρεσόλης. Επίσης ο δείκτης ηλιανθίνη δίνει ένα σαφώς μεγαλύτερο σφάλμα στον υπολογισμό της συγκέντρωσης της ασθενούς βάσης Β σε σχέση με το πορφυρό της βρωμοκρεσόλης.
Για αυτό το λόγο το τελικό συμπέρασμα είναι ότι και στις δύο ογκομετρήσεις καταλληλότερος δείκτης είναι το πορφυρό της βρωμοκρεσόλης.
Διαβάζοντας τη συγκεκριμένη ανάρτηση, φαντάζομαι ότι στόχος είναι να εξεταστεί, με εργαλείο στο σφάλμα ως προς τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου, αν οι απαντήσεις της ΚΕΕ που δόθηκαν στο Γ3 ευσταθούν. Παραδόξως, για τον υπολογισμό του σφάλματος, επιλέχθηκε μόνο μία περίπτωση, η τιμή pk+1 κάθε δείκτη, δηλ. θεωρήθηκε εκ προοιμίου ότι εκεί προσδιορίζεται το τελικό σημείο. Επειδή όμως, πειραματικά, δεν γνωρίζουμε πότε είναι η κατάλληλη στιγμή να σταματήσουμε την ογκομέτρηση, (όπως πολύ σωστά αναφέρεται), θα έπρεπε να διερευνηθούν όλες οι περιπτώσεις, δηλ. η χρωματική αλλαγή να γίνεται αντιληπτή, ενδεικτικά, στο pk-1, στο pK και στο pk+1. Οι τιμές γι’ αυτές τις περιπτώσεις έχουν ως εξής (οι τιμές από προσομοίωση των ογκομετρήσεων με το Excel).
Υ1:
Δείκτης pH Όγκος Σφάλμα %
Αλιζαρίνη 10 20,05 0,25
11 20,2 1
12 22,1 10,5
Βρωμοκρεσόλη 5,4 4 -80
6,4 14,3 -28,5
7,4 19,25 -3,75
Υ2:
Δείκτης pH Όγκος Σφάλμα %
Ηλιανθίνη 2,5 20,65 3,25
3,5 20,05 0,25
4,5 20 0
Βρωμοκρεσόλη 5,4 19,95 -0,25
6,4 19,5 -2,5
7,4 15,95 -20,25
Οι παραπάνω τιμές έχουν κάποια αξία για την καταλληλότητα του κάθε δείκτη; Θεωρώ απολύτως καμία. Σε μια πειραματική διερεύνηση δεν έχει σημασία η αρχή ή το τέλος του χρωματικού εύρους αλλά η σχέση του δείκτη με το κατακόρυφο τμήμα της καμπύλης ογκομέτρησης (εκεί δηλ. που έχουμε το άλμα στις τιμές του pH). Με βάση αυτό το κριτήριο, για την ογκομέτρηση Υ1, η βρωμοκρεσόλη, που αλλάζει χρώμα από 4mL έως 19mL προτύπου, είναι ο ορισμός του ακατάλληλου δείκτη (όπως πολύ σωστά ανέλυσε ο κ. Σταυρουλάκης). Στην περίπτωση του Υ2 πιστεύω ότι μόνο μια πραγματική ογκομέτρηση μπορεί να δώσει απάντηση για την καταλληλότητα της βρωμοκρεσόλης.
Τώρα όσον αφορά τους μαθητές τα πράγματα είναι ακριβώς αντίθετα. Το σχολικό βιβλίο (σελ. 168) δίνει ένα κριτήριο (το ισοδύναμο σημείο να βρίσκεται στην περιοχή χρωματικής αλλαγής του δείκτη) και αν δεν ισχύει αυτό «τουλάχιστον η περιοχή χρωματικής αλλαγής να βρίσκεται στο κατακόρυφο τμήμα της καμπύλης». Έτσι, για το Υ2 η ηλιανθίνη είναι κατάλληλος δείκτης (το ισοδύναμο σημείο είναι στην περιοχή αλλαγής, η οποία, ελλείψει επιπλέον πληροφοριών, την παίρνουμε +-1 μονάδα από το pK). Για το Υ1, το ισοδύναμο σημείο δεν περιλαμβάνεται σε κανένα δείκτη. Το «κατακόρυφο» τμήμα της καμπύλης που δίνεται (καμπύλη που δεν έχει καμία σχέση με την ογκομέτρηση που περιγράφεται) περιλαμβάνει την αλιζαρίνη, αλλά και ένα μικρό τμήμα της βρωμοκρεσόλης, επομένως υπάρχει ένα ποσοστό αμφιβολίας κατά πόσον είναι εφικτή η ογκομέτρηση παρουσία αυτού του δείκτη (το σχολικό βιβλίο περιέχει 2 παραδείγματα: όλη η χρωματική περιοχή στο κατακόρυφο τμήμα ή κανένα τμήμα της. Η ενδιάμεση περίπτωση δεν αναφέρεται). Επίσης, δεν υπάρχει κριτήριο ότι το τελικό σημείο είναι στο pk+1 (αλκαλιμετρία) ή στο pk-1 (οξυμετρία). Αυτές οι τιμές δεν δείχνουν χρωματική αλλαγή, όπως νομίζω κατά λάθος αναφέρεται, αλλά «εγκαθίδρυση» συγκεκριμένου χρώματος και φυσικά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθεί, a priori, για να αξιολογηθεί η καταλληλότητα ενός δείκτη.