Phosphorsyre i Cola
Udarbejdet af: Lena, Yasmin, Qendrim og Aleksandar
Forsøgsdato: 5-02-2014

Formål:
Formålet med dette forsøg er, at undersøge hvor meget phosphorsyre der er i forholdvist Cola og Pepsi samt sammenligne deres indhold af syre efter afgasning af væskerne.

Teori: pH som funktion af det tilsatte volumen af basen der titreres med, vises ved syrernes titrerkurvre. Disse titrerkurver anvendes til at bestemme koncentration samt pKs-værdi. Ved en for høj syrekoncentration, stemmer titrerkurverne, den beregnede og den observerede, overens. Princippet ved at man beregner en titrerkurve for en stærk monohydronsyre med en stærk base, er, at man indtil ækvivalenspunktet neutraliserer hydronerne (H+) fra den tilsatte base med oxoniumionerne (H3O+) fra syren. Når ækvivalenspunkter er fundet, bestemmer man derefter blot pH for de overskydende hydroner. Når vi har dette ækvivalenspunkt, betyder det, at alle oxoniumioner fra syren er neutraliseret, og pH bestemmes af vandets autohydronolyse og er derfor lig med 7.
Apparatur:
* pH-meter med kombielektrode * Elektrodeholder * Burette * Buretteholder * Magnetomrører og magnet * Termometer * Vandluftpumpe * Sugekolbe, 250 mL * Vakuumslange * Gummiprop til sugekolbe * Måleglas, 100 mL og 250 mL * Bægerglas, 2 × 250 mL, høj form
Kemikalier:
* 0,100 M natriumhydroxid * Coca-Cola * Pepsi-Cola * Puffere, pH 4, pH 7 og pH 10

Fremgangsmåde:
Afgasning
Der blev afmålt 100 mL pepsi i et 250 mL måleglas, hvorefter pepsien blev hældt ned i en sugekolbe, som skulle forbindes med vakuumslange til en vandluftpumpe. Kolben blev lukket med en gummiprop, hvorefter der blev tændt for vandhanen med vandluftpumperen. Her blev pepsien afgasset i 10 minutter, hvorefter gummiproppen blev fjernet først hvor vandhanen derefter blev lukket.

Titrering af afgasset cola/pepsi
En pH-meter blev nu indstillet til 25 °C og en pH-elektrode blev anbragt i en pufferopløsning. Herefter blev pH-meteret indstillet til pufferopløsningens pH-værdi (4). Derefter blev der med et måleglas afmålt 100 mL afgasset pepsi, som blev hældt ned i et bærgerglas, som efterfølgende skulle anbringes på magnetomrøreren. pH-elektroden, der hverken måtte røre bægerglasset eller den roterende magnet, blev nedsænket i den afgassede pepsi. Efter at pH målingen blev konstant skulle pepsien titreres. Der blev nu hældt 0,100 M NaOH i buretten, hvor eventuelle luftbobler i spidsen skulle fjernes. Den nulstilledes, hvorefter natriumhydroxidopløsningen blev dryppet ned i pepsien. For hvert mL tilsat base blev pH aflæst. Omkring ækvivalenspunkterne blev basen tilsat dråbevist, da ændringen i pH her var stor, hvilket skulle gøres indtil pH nærmede sig 10. De sammenhørende værdier af volumen tilsat 0,100 M natriumhydroxid blev efterfølgende anført i et skema.

Resultater:
Burette og pH-aflæsning af Pepsi:

Burette og pH-aflæsning af Cola: V(NaOH)mL | 0 | 1 mL | 2 mL | 3 mL | 4 mL | 5 mL | 6 mL | 7 mL | 8 mL | 9 mL | pH | 2.65 | 2.72 | 2.82 | 2.97 | 3.25 | 3.78 | 5.24 | 5.87 | 6.30 | 6.51 |

V(NaOH)mL | 10 mL | 11 mL | 12 mL | 13 mL | 14 mL | 15 mL | 16 mL | 17 mL | 18 mL | pH | 6.74 | 6.97 | 7.22 | 7.52 | 7.92 | 8.69 | 9.16 | 9.44 | 9.63 |

Efterbehandling:
1.
Pepsi | Indhold | Ingredienser: | Vand, sukker, kuldioxid, farvestof (E 150d), surhedsregulerende middel (E338), aroma (inkl. koffein) | Energi i Kcal/100 mL: | 42 | Protein i g/100 mL: | 0 | Kulhydrat i g/100 mL: | 11 | Fedt i g/100 mL: | 0 |

Cola: | Indhold | Ingredienser: | Vand, sukker, kuldioxid, farvestof (E 150d), surhedsregulerende middel (E338), naturlige aromaer, aroma (inkl. koffein) | Energi i Kcal/100 mL: | 42 | Protein i g/100 mL: | 0 | Kulhydrat i g/100 mL: | 10.6 | Fedt i g/100 mL: | 0 |

2.

3. Phosporsyre har følgende tre pKs-værdier: 2,148, 7,198 og 12,319. Den har tre pKs-værdier, da det er en trivalent syre.
4. Reaktionsskema mellem phosphorsyre(H3PO4) og natriumhydroxid (NaOH) ser således ud: H3PO4 (aq) + 3 NaOH (aq) Na3PO4 (aq) + 3 H2O (l)
1.
Titrerkurve for pepsi:

Titrerkurve for cola:

2. Væske: | Førsteækvivalenspunt: | FørsteHalvækvivalenspunkt: | Andetækvivalenspunkt: | AndetHalvækvivalenspunkt: | Cola | 5 mL (3.78) | 5ml/2 = 2.5 ml | 14 mL (pH 7.92) | 9.5 mL | Pepsi | 4.9 mL (pH 3.82) | 4.9ml/2 = 2.45 mL | 7 mL (pH 6.21) | 6.05 mL |

3. Forholdet mellem phosphorsyre og hydroxidionerne kendes. Herfra kan man beregne koncentrationen af phosphorsyre i pepsien.Derfor bruges volumen af den 0.1 M NaOH, som er det der er blevet tilsat.

Pepsi: n = c * v

cNaOH = 0.1M vPepsi = 0.100 L

nH3PO4 = nNaOH = 0.1 M * 0.0049 = 0.00049 mol

Derfor: cH3PO4 = 0.00049 mol / 0.100 L = 0.0049 M hvilket vil sige, at der er 0.0049 M phosphorsyre i pepsien.

Herefter skal der bestemmes mængden af gram der er blevet tilsat, hvilket gøres ved at finde massen og derefter den samlede sum:

H = 1.008 g/mol * 3 = 3.024 g/mol
P = 30.97 g/mol * 1 = 30.97 g/mol
O = 16.00 g/mol * 4 = 64.00 g/mol

Samlet molarmasse:
MH3PO4 = 3.024 g/mol + 30.97 g/mol + 64.00 g/mol = 97.994 g/mol

Massefylde: vH3PO4 = (0.0049 M * 97.994 g/mol) * 1000 = 480 mg/L

Altså indeholder pepsien 480 mg/l phosphorsyre , og det passer med positivlisten, hvor grænsen for phosphorsyre i pepsi ligger på 500 mg pr. liter.

Cola:
Det samme kan nu gøres for cola. n = c * v

cNaOH=0.1 M vNaOH= 0.005 L vPepsi= 0.100 L

nH3PO4 = nNaOH = 0.1 M * 0.005 L = 0.0005 mol

cH3PO4 = 0.0005 mol / 0.100 L= 0.005 M

Produktets masse beregnes igen og den samlede sum bestemmes:

Massefylde H3PO4 = 0.005 M * 97.994 = 489 mg/L

Det vil sige at colaen indeholder 489 mg/l phosphorsyre , det passer med Positivlisten, hvor grænsen for phosphorsyre i cola ligger på 500 mg pr. liter.

4. En velegnet indikator vil være en, der giver et farveomslag omkring ækvivalenspunktets rammer (ca. 3.80). Sådan en indikator kan f.eks. være bromphenolblåt med et farveomslagspunkt mellem 3.0 – 4.6 pH. Ved pH under 3.0 vil indikatorens farven være gul, mens den ved pH over 4.6 vil være lilla.

5. Ammonium er en base, som vil reagere med vand (der i dette tilfælde fungerer som en syre):
NH3 + H2O NH4+ + OH-
NH4+ (ammoniumion) er en svag syre med en pKs-værdi på 9.25. Altså vil den påvirke titrerkurvens forløb på samme måde som carbonsyre, men dog i en svagerer grad, da det er en svagere syre.

Konklusion: