GRUNDARBETEN I KEMI I

Transkript

1 1 GRUNDARBETEN I KEMI I Helsingfors universitet Kemiska institutionen Laboratoriet för oorganisk kemi 2015

2 2 GRUNDARBETEN I KEMI I Red. Seppo Lindroos Övers. Kristian Meinander Helsingfors universitet Kemiska institutionen Laboratoriet för oorganisk kemi 2015

3 1 INNEHÅLLSFÖRTECKNING ARBETSMETODER I OORGANISK KEMI I REAGENSHANTERING OCH ARBETSSÄKERHET 3 II REAGENS OCH LÖSNINGAR 3 III ARBETSREDSKAP 5 IV ARBETSDAGBOK 7 ÖVNINGSARBETEN ARBETE I GASBRÄNNARE OCH LÅGREAKTIONER 8 ARBETE II JONREAKTIONER OCH KVALITATIV ANALYS 9 ARBETE III GRAVIMETRISK BESTÄMNING AV NICKEL 13 ARBETE IV VOLYMETRISK BESTÄMNING AV KOPPAR 14 ARBETE V FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING 15 ARBETE VI KALORIMETER OCH BESTÄMNING AV LÖSNINGSENTALPI 21 ARBETE VII BESTÄMNING AV ph: SYRA-BASTITRERING 24 ARBETE VIII LÖSLIGHETSPRODUKTEN FÖR KALCIUMHYDROXID 28 ARBETE IX REDOX-POTENTIALER 29

4 2

5 3 ARBETSMETODER I OORGANISK KEMI I REAGENSHANTERING OCH ARBETSSÄKERHET Vid hantering av reagens bör man alltid vara extra noggrann och omsorgsfull. Fasta reagens tas ur sin burk med en ren sked eller spatel i små mängder åt gången. Överlopps reagens får inte sättas tillbaka i burken. Flytande reagens mäts upp antingen med den pipett som förvaras i flaskan eller genom att använda ett mellankärl. Som mellankärl kan användas t.ex. ett rent dekanterglas. I mellankärlet hälls ungefär rätt mängd upp, den önskade mängden pipeteras och överskott hälls bort. Oorganiska avfall och organiska lösningsmedel sorteras i avfallsbehållarna som finns i laboratoriet. Koncentrerade syror och baser neutraliseras och hälls sedan i avloppet. Saker som bör observeras med tanke på den egna och andras arbetssäkerhet: 1. Renlighet är arbetssäkerhet. 2. Skyddsglasögon måste alltid användas i laboratoriet. 3. Det är förbjudet att äta och dricka i laboratoriet. 4. Utgå ifrån att alla kemikalier är giftiga och hantera dem enligt detta. Använd skyddshandskar vid behov. 5. Använd alltid pumpett vid pipetering. 6. Häll alltid syran i vatten då du späder ut en koncentrerad syra (speciellt svavelsyra, H 2SO 4), aldrig vatten i syran. P.g.a. stor utspädningsvärme kan syran skvätta då vattnet kokar. 7. Skölj bort reagens som hamnat på huden med en stor mängd vatten. 8. Skölj bort reagens som hamnat i ögonen med en stor mängd vatten och låt en läkare granska skadan också i fall som verkar lindriga (du får en remiss av gruppens lärare). 9. Ifall en olycka sker skall du alltid direkt vända dig till gruppens lärare (assistent) och efter detta vid behov besöka en läkare för kontroll (ögon, sår, glasskärvor under huden etc.) Kontaktlinser får inte användas i laboratoriet! II REAGENS OCH LÖSNINGAR Vatten I oorganisk kemi används vanligtvis vatten som lösningsmedel. Vanligt kranvatten är dock inte tillräckligt rent för kemiskt arbete. Vatten som är tillräckligt rent för de flesta arbeten fås genom jonbyte där anjonerna i vattnet byts mot OH - -joner och katjonerna mot H + -joner. Joniska orenheter

6 4 fastnar då i jonbyteshartsen. Ännu renare vatten fås genom destillering som också avlägsnar neutrala orenheter. Koldioxid som löst sig i destillerat vatten kan avlägsnas genom att låta vattnet passera genom en jonbytare strax före användningen. Denna typ av vatten lämpar sig även för krävande arbete. Mängden joner i vattnet (laddningar eller laddningsbärare) kan mätas med en konduktivitetsmätare och renheten meddelas som konduktivitet. Lösningars halter Lösningars halter kan meddelas på flera olika sätta, de vanligaste är koncentration och massprocent. Koncentration (molaritet) avser den lösta substansmängden per volymenhet. Symbolen för enheten mol/dm 3 (mol/l) är bokstaven M. Märkningen 0,1 M NaOH betyder en lösning som innehåller 0,1 mol NaOH (4,0 g NaOH) i 1 dm 3 (1 liter) lösning. Massprocent är det lösta ämnet massa dividerat med lösningens massa multiplicerat med hundra. T.ex. en 5 % NaCl-lösning innehåller 5 g NaCl och 95 g H 2O i 100 g lösning. En analysmetod kan vara så känslig att koncentrationer anges i enheten ppm (=parts per million) dvs. t.ex. 1 mg löst substans / 1 kg lösningsmedel. I vissa fall används enheten ppb (parts per billion) dvs. t.ex löst substans / 1 kg lösningsmedel. För att kunna räkna förhållandet mellan massprocent och koncentration måste man känna till lösningarnas densiteter som finns i tabeller i diverse handböcker. I tabellen nedan finns halter i massprocent och koncentration samt densiteter för några koncentrerade syror och baser, Syra / bas Massprocent Koncentration Densitet HCl 37 % 12 M 1,18 g/cm 3 HNO 3 67 % 15 M 1,42 g/cm 3 CH 3COOH 99,5 % 17,6 M 1,05 g/cm 3 H 2SO % 18 M 1,84 g/cm 3 H 3PO 4 85 % 14,7 M 1,69 g/cm 3 NH 3 25 % 13,3 M 0,90 g/cm 3 Kungsvatten = konc. HNO 3 + konc. HCl (1:3) Lösningen måste alltid framställas strax innan användning eftersom det är frågan om en reagerande blandning.

7 5 Renhetsgrad för reagens Eftersom renhetsgraden för industriellt framställda reagens kan variera starkt beroende på tillverkningmetoden kan många reagens köpas i flera olika renhetsgrader. Det finns många olika sätt att markera renhetsgraden för ett reagens. Hur dessa motsvarar varandra klarnar bäst ur de olika tillverkarnas produktkataloger. III ARBETSREDSKAP Mätkärl För att dosera vätskor och främställa lösningar krävs ofta att man kan mäta volymen på en vätska eller lösning. Beroende på noggranheten och volymen som behövs används olika mätkärl: 1. Mätglas används för ungefärlig uppmätning av vätskor med ungefär 1 ml:s noggrannhet. 2. Måttflaska används för framställning av lösningar med en exakt koncentration. En viss massa eller volym av en substans späds ut till måttflaskans volym. 3. Helpipett används för att mäta upp den volym vätska som pipettens volym är. 4. Måttpipett har en skala och kan användas till att mäta upp vilken som helst volym som kan avläsas från skalan med en noggrannhet på ca 0,1 ml. 5. Byrett används i titrering för tillsats av mätlösningen eller för dosering av lösningar med samma precision som en helpipett men med bättre repeterbarhet. Vid pipetering sugs vätskan upp i pipetten till strax över strecket med en pumpett. Överlopps vätska släpps med pumpetten ut tills vätskenivån är vid strecket. Då pipetten töms bör den hållas i vinkel mot kärlets vägg. Efter ca s har all vätska runnit ur pipetten. I detta skede bör man med pipettens spets röra kärlets vägg så att droppen i pipettens spets rinner ut. En liten vätskemängd kommer att bli kvar i pipettens spets efter tömningen. Denna mängd har beaktats i kalibreringen av pipetten och får inte överföras till kärlet. Måttglas Måttflaska Helpipett Byrett

8 6 Övriga glasvaror I laboratoriet finns förutom mätkärlen även många andra förvarings- och reaktionskärl i glas. De vanligaste redskapen i oorganisk kemi är: 1. Dekanterglas används bl.a. för att blanda och värma upp substanser och som titreringskärl. 2. Huvuddelen av de reaktioner som görs i kvalitativ halvmikroanalys utförs i små (7 ml) provrör med lösningsvolymer på 0,5-1,0 ml. Reaktioner som kräver större lösningsvolymer eller uppvärmning lönar sig att utföra i korta och breda kokrör (20 ml). 3. Erlenmeyerkolvar används som titreringskärl då lösningen rörs om för hand. Uppvärmning av lösningar i Erlenmeyerkolvar bör göras försiktigt eftersom lösningen lätt kokar över i ett kärl som smalnar uppåt. 4. Droppipetter (Pasteur-pipetter) används för dosering av små lösningsmängder (1-2 ml). 5. En exsickator är ett kärl med lock framställt av tjockt glas eller plast med ett hygroskopiskt ämne på botten. Exsickatorn används t.ex. för att låta en degel eller ett sinter svalna före uppvägning. På detta sätt kan de inte absorbera fukt från luften. 6. Sugflaskor används för att filtrera fällningar med ett sinter. Undertrycket försnabbar vätskans flöde genom sintret. 7. Filtreringsdegel eller sinter är ett cylinder- eller trattformat glaskärl vars botten är gjort av ett poröst keramiskt material. Sintret används vid kvantitativ gravimetrisk analys. Det finns sinter i olika storlekar och med olika porstorlek. De porstorlekar som oftast används i kvantitativa arbeten är 3 och 4. Rengöring av utrustningen: Lämna aldrig lösningar eller fällningar i provrör eller andra kärl (ett okänt ämne är farligt!) utan tvätta alla kärl genast efter användning med vatten och diskmedel och skölj dem slutligen med jonbytt vatten. Om smutsen inte lossnar med mekanisk rengöring kan du använda en utspädd syra eller bas. Dekanterglas Erlenmeyerkolv Exsickator Sugflaska

9 7 Övrig utrustning 1. Gasbrännare (Bunsen-brännare) används för uppvärmning då en högre temperatur än ett vattenbad krävs. Gasbrännaren har ett luftreglage för att justera lågans egenskaper (se Arbete I, s. 8). 2. Värmeskåp används i gravimetriska arbeten för att torka fällningen i sintret till konstant vikt vid ca C. 3. Glödgningsugn (Hehkutusuuni) används även i gravimetriska arbeten vid högre temperatur (till ca.1000 C) 4. Magnetomrörare används vid titreringar då elektroderna i lösningen förhindrar omrörning för hand. Omröraren innehåller en magnet fäst på en elmotor som snurrar en teflonbelagd magnetstav i titreringskärlet. En del av omrörarna är kombinerade med en värmeplatta så att omrörningen kan utföras vid önskad temperatur. 5. Avdelningens snabbvåg (yläkuppivaaka) används vid mindre noggranna vägningar eftersom vågens precision är ± 1 mg. 6. Analysvåg används för exakta vägningar. Avdelningens analysväg har en precision på ± 0,1 mg. 7. Många kvantitativa bestämningar baserar sig på observation av ett fysikaliskt fenomen orsakat av någon kemisk reaktion. För att observera fysikaliska förändringar används olika mätare som t.ex. en potentiometer med en ph-mv-skala. Potentiometrar med lämpliga elektroder används t.ex. för att indikera slutpunkten på syra-bas- eller redox-titreringar. IV ARBETSDAGBOK I allt arbete i ett kemiskt laboratorium är det viktigt att föra en dagbok över arbetet. Som dagbok lämpar sig ett häfte i A4-storlek (eller arbetskompendiet i många grundarbeten). I dagboken antecknas arbetets namn och datum, utrustning och reagens som använts, observationer, beräkningsmetoder och utförda beräkningar (skriv ut alla beräkningar med mellansteg i arbetskompendiet) samt arbetets resultat som tabeller eller i grafisk form. Instruktioner som står i arbetskompendiet behöver inte upprepas men om en avvikande metod använts måste denna redogöras för. Dagboken innehåller alla ursprungliga anteckningar, eventuella lösa minneslappar bör bifogas som sådana.

10 ARBETE I. GASBRÄNNARE OCH LÅGREAKTIONER 8 För uppvärmning och behandling av glas används en gasbrännare. I den blandas naturgasen med luft och brinner vid slutet av röret. Förhållandet mellan gas och luft kan användas till att justera lågans storlek och färg. I arbetet bekantar vi oss med gasbrännarens konstruktion, lågans egenskaper och temperaturen i de olika delarna av lågan. Dessutom utförs några analytiskt viktiga lågreaktioner. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 2. Vi lär oss: Att hantera en gasbrännare; Att identifiera katjoner med hjälp av deras lågreaktioner Arbetsredskap och reagens gasbrännare NaCl-lösning kromnickeltråd KCl-lösning urglas CaCl 2-lösning koboltglas SrCl 2-lösning BaCl 2-lösning CuCl 2-lösning Arbetets utförande Tänd gasbrännaren: stäng först lufthålen, öppna gaskranen och tänd brännaren som då har en klar, gul låga. Öppna efter detta lufthålen så att lågan inte mera syns klart (blir blå). Rengör kromnickeltråden som har en ögla i ändan genom att hetta upp den i lågan. Då tråden inte längre färgar lågan är den ren. Sätt en droppe av föreningen som undersöks i kromnickeltrådens ögla, för in den i lågan och observera färgen. Utför lågreaktionerna med Na-, K-, Ca-, Sr-, Ba- och Cu-klorider. Anteckna vilka föreningar du undersökt och lågans färg för de olika föreningarna. Fäst speciell uppmärksamhet vid färgskillnaderna mellan kalcium och strontium samt barium och koppar. Utför lågreaktionen också för en blandning av NaCl och KCl då den starkt gula färgen från natrium täcker den lila färgen från kalium. Då lågan granskas genom koboltglas kan färgen från kalium observeras eftersom färgen från natrium absorberas av glaset.

11 ARBETE II. JONREAKTIONER OCH KVALITATIV ANALYS 9 I arbetet bekantar vi oss med de viktigaste jonreaktionerna för silver, koppar, järn och kalcium och utför slutligen en kvalitativ analys av en okänd blandning av dessa joner. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 2, 3, 8 och 24 Vi lär oss: Att identifiera de vanligaste jonernas reaktioner, Att skriva reaktionslikheter i nettojonform utgående från observationer. Arbetsredskap och reagens reaktionsskiva AgNO 3-lösning 2 M NH 3-lösning provrör Cu(NO 3) 2-lösning 2,5 M HNO 3-lösning centrifug Fe(NO 3) 3-lösning K 4[Fe(CN) 6]-lösning Pasteur-pipetter Ca(NO 3) 2- lösning NH 4SCN-lösning 400 ml dekanterglas NaCl-lösning NH 4Cl-lösning provrörsställning NaBr-lösning (NH 4) 2CO 3-lösning NaI-lösning 2 M CH 3COOH NaF-lösning Arbetets utförande Utför jonreaktionerna på en reaktionsskiva med 2-3 droppar reagens. Anteckna reaktionslikheten och reaktionens slutresultat i laboratoriedagboken. SILVER(I)JON, Ag+ Silver finns i den 11. gruppen i grundämnenas periodiska system och förekommer med oxidationstalet I som Ag + -jon. Silver bildar tillsammans med de flesta anjoner salter som är svårlösliga i vatten. Silversalter som löser sig i vatten är endast silvernitrat, fluorid, klorat, perklorat, permanganat och sulfat. Silver(I)jonen har en märkbar tendens att bilda komplex, vanligen med koordinationstalet två, t.ex. diaminsilver(i), [Ag(NH 3) 2] +. Silverföreningar reduceras både i sura och basiska lösningar relativt lätt till metalliskt silver. SILVER(I)JONENS REAKTIONER Av halogeniderna fäller Cl, Br och I ut silverhalogenider som löser sig dåligt i vatten och syror. Fäll ut silverjonen med dessa anjoner och skriv motsvarande reaktionslikheter (1-3). Silver(I)kloridfällningen blir röd och silver(i)bromidlösningen grön under inverkan av ultraviolett strålning då silverjonen reduceras till metalliskt silver.

12 10 AgCl och AgBr löser sig i 5 M NH 3-lösning som diaminsilver(i)joner och faller ut igen ur en lösning som surgörs med salpetersyra (HNO 3). AgI däremot löser sig inte ens i koncentrerad NH 3-lösning. Lös upp silver(i)klorid och bromid i ammoniak och skriv ut reaktionslikheter för upplösningen (4-5). Fäll ut silverhalogeniderna på nytt genom att tillsätta salpetersyra till lösningen. Skriv motsvarande reaktionslikheter (6-7). KOPPAR(II)JON, Cu 2+ Precis som silver finns koppar i grupp 11 i det periodiska systemet, dess analytiska egenskaper skiljer sig dock märkbart från silver. Koppar förekommer vanligen med oxidationstalet II. Koppar(II)föreningar som löser sig i vatten är bl.a. koppar(ii)bromid, -klorid, -nitrat,- sulfat, och acetat. Koppar(II)jonen har en avsevärd tendens att bilda kraftigt färgade komplexjoner, t.ex. djupblå tetraaminkoppar(ii), [Cu(NH 3) 4] 2+ och den ljusare blå tetraklorkuprat(ii)jonen, [CuCl 4] 2-. Koppar(II)jonen reduceras av starka reduktionsmedel till metallisk koppar och av svagare reduktionsmedel till oxidationstalet I. KOPPAR(II)JONENS REAKTIONER En vattenlösning av ammoniak fäller ut blåfärgade basiska koppar föreningar. Fällningen löser sig i ett överskott ammoniak som djupblå tetraammoniumkuprat(ii)joner. Utför reaktionen stegvis och skriv reaktionernas reaktionslikheter (8-9). Hexacyanoferrat(II)jonen bildar en rödbrun koppar(ii)hexacyanoferrat(ii)fällning. 2 Cu 2+ + [Fe(CN) 6] 4 Cu 2[Fe(CN) 6](s) (10) JÄRN(III)JON, Fe 3+ Järn hör till grupp 8 i det periodiska systemet. Till sina kemiska egenskaper påminner järn om mangan, kobolt och nickel. I föreningar förekommer järn med oxidationstalen II och III. I vattenlösningar bildar den hydraterade järn(ii)- och järn(iii)joner. De flesta järnföreningar löser sig väl i vatten. Järn(II)- och järn(iii)joner har en avsevärd tendens att bilda komplex, framför allt järn(iii)komplex är rätt så stabila, t.ex. hexacyanoferrat(iii)jonen, [Fe(CN) 6] 3-. Att i lösning reducera järn(ii)joner till fritt järn är svårt, däremot oxideras den framför allt i basiska lösningar till oxidationstal III av luftens syre. I sura lösningar kan järn(ii)jon oxideras till oxidationstal III genom att som oxidationsmedel använda t.ex. salpetersyra, permanganat eller dikromatjoner. JÄRNJONERS REAKTIONER Ammoniak och hydroxidjoner fäller ut rödbrun järn(iii)hydroxid ur järn(iii)lösningar. Hydroxiden är löslig i syror och i små mängder i baser, dock inte i ammoniak. Fäll ut järn(iii)jonerna med ammoniak och skriv en reaktionslikhet för reaktionen (11). Hexacyanoferrat(II)joner fäller ut Fe 3+ -joner som en kraftigt blå(sk Preussisk- eller Berlin-blå) järn(ii)hexacyanoferrat(ii)fällning. Då Fe 4[Fe(CN) 6] 3-fällningen behandlas med natriumhydroxid fås rödbrun järn(iii)hydroxid.

13 11 4 Fe [Fe(CN) 6] 4 Fe 4[Fe(CN) 6] 3(s) (12) Fe 4[Fe(CN) 6] 3(s) + 12 OH 4 Fe(OH) 3(s) + 3 [Fe(CN) 6] 4 (13) Tiocyanatjonen bildar i järn(iii)lösningar ett blodrött tristiocyanatjärn(iii)komplex. Vid behandling av [Fe(SCN) 3]-komplexet med natriumfluorid bildas färglösa hexafluoroferrat(iii)joner. Utför reaktionerna i fråga och skriv reaktionslikheter för dem (14-15). KALCIUM(II)JON, Ca 2+ Kalcium finns i grupp 2 i periodiska systemet. I föreningar förekommer kalcium endast med oxidationstalet II. Som fritt grundämne reagerar kalcium med vatten och bildar vätgas: Ca(s) + 2 H 2O Ca(OH) 2(s) + H 2(g). Många kalciumföreningar är vattenlösliga. Bl.a. sulfater, karbonater, oxalater, kromater och fluorider är svårlösliga i vatten. Jordalkalimetalljoner bildar inte speciellt stabila komplex. Lågreaktionens färg är mycket karakteristisk för kalcium. KALCIUM(II)JONERS REAKTIONER Karbonatjoner fäller ut Ca 2+ -joner som karbonater som löser sig lätt i syror, också i ättiksyra. Gör reaktionen stegvis och skriv ut reaktionslikheterna för utfällning och upplösning av fällningen i ättiksyra (16-17) Tillsats av hydroxidjoner ger inte någon hydroxidfällning. Koldioxiden som finns i luften kan dock fälla ut karbonater ur basiska lösningar. Hexacyanoferrat(II)jonen fäller ut kalcium ur en NH 4Cl-haltig lösning som svårlöslig diammoniumkalcium(ii)hexacyanoferrat(ii). Ca NH [Fe(CN) 6] 4 (NH 4) 2Ca[Fe(CN) 6](s) (18) Vid låga koncentrationer av Ca 2+ sker reaktion långsamt och kräver kraftig omrörning. Utför en kvalitativ analys med hjälp av jonreaktionerna du gjort och analysschemat och instruktionerna som finns på följande sida. Anteckna analysens gång i laboratoriedagboken.

14 12 X (okänd lösning) + 5 M HCl (1.) AgCl(s) Cu 2+ (aq), Fe 3+ (aq), Ca 2+ (aq) + 5 M NH M NH 3, 2M NH 4Cl (3.) [Ag(NH 3) 2] + (2.) Fe(OH) 3(s) [Cu(NH 3) 4] 2+ (aq), Ca 2+ (aq) + 2,5 M HNO 3 + 2,5 M HNO 3 + (NH 4)CO 3(aq) (5.) AgCl(s) Fe 3+ (aq) [Cu(NH 3) 4] 2+ (aq), CaCO 3(s) + NH 4SCN(aq) (4.) +CH 3COOH (6.) [Fe(SCN) 3] Ca 2+ (aq) + 2M CH 3COOH +[Fe(CN) 6] 4- (aq) + [Fe(CN) 6] 4- (aq) +NH 4Cl(aq) (7.) (6.) Cu 2[Fe(CN) 6](s) (NH 4) 2Ca[Fe(CN) 6](s) 1. Överför ett prov på ca 3 ml av den okända lösningen till ett provrör. Tillsätt 5 M HCl droppvis tills ingen ny fällning bildas. Ifall det bildas en fällning, centrifugera denna och pipetera lösningen till ett nytt provrör (3 i schemat). 2. Lös upp AgCl(s) som bildats i 5 M ammoniak med omrörning, värm vid behov i vattenbad. Efter att fällningen har löst sig fälls silverkloriden ut på nytt genom att surgöra lösningen med 2,5 M HNO Till lösningen från punkt 1 sätts 5 droppar 2 M NH 4Cl-lösning och gör sedan lösningen basisk (ph 9-10) med 5 M NH 3-lösning. Värm provröret i ett vattenbad i ca fem minuter. Centrifugera sedan den fällning som eventuellt bildas och pipetera över lösningen i ett annat provrör (till punkt 5). 4. Lös upp Fe(OH) 3-lösningen från föregående punkt i 2,5 M HNO 3. Tillsätt NH 4SCN- eller K 4[Fe(CN) 6]-lösning till den upplösta fällningen. 5. Till lösningen från punkt 3 sätts 2 M (NH 4)CO 3-lösning så länge det bildas fällning och värm provröret försiktigt (60 C). Centrifugera den fällning som möjligen bildats och pipetera lösningen till ett annat provrör (till punkt 7). 6. Lös upp fällningen från föregående punkt i 2 M ättiksyra och tillsätt 5 droppar 2 M NH 4Cl-lösning och 5 droppar K 4[Fe(CN) 6] lösning. 7. Lösningen från punkt 5 surgörs med 2 M ättiksyra (ph 5) och 5 droppar K 4[Fe(CN) 6] lösning tillsätts.

15 13 ARBETE III. GRAVIMETRISK BESTÄMNING AV NICKEL I arbetet bestäms mängden nickel i en vattenlösning genom att fälla ut Ni 2+ -jonerna som bisdimetylglyoxamatnickel(ii)kelat. En dylik komplexförening kallas för kelat eftersom dimetylglyoximliganderna är bundna till samma centralatom med två bindningar. Utfällningen görs ur en lösning som buffrats med utspädd ammoniak. Det klargula kelatet som bildas löser sig dåligt i vatten eller alkohol men löser sig i syror. Ni C 4N 2O 2H 8 [Ni(C 4N 2O 2H 7) 2] + 2 H + Tro: Chemistry: A Molecular Approach, luvut 3,4 ja 24. Vi lär oss: Att definiera begreppen komplex, kelat, centralatom och ligand; Att utföra de olika arbetsskedena i en gravimetrisk analys (utfällning, filtrering, vägning) Arbetsredskap och reagens Värmeplatta 2 M NH 3 Glasstav 1 % - dimetylglyoximlösning (C 4N 2O 2H 8) i alkohol 400 ml dekanterglas 2 M HCl Termometer ph-indikatorpapper Måttglas Sinter (G4) Sugflaska Exsickator Utförande av arbetet Överför analyslösningen till dekanterglaset och späd ut den med vatten till ca 200 ml. Värm upp lösningen till kokpunkten (ca C) och ta bort den från kokplattan. Tillsätt 25 ml 1 % dimetylglyoximlösning i alkohol och rör samtidigt om med en glasstav. Tillsätt 2 M NH 3 tills ph är ungefär 8. Använd indikatorpapper för att bestämma ph. Låt fällningen svalna en halvtimme. Väg sintret som torkats i värmeskåp (120 C) och fått svalna i exsickator. Anteckna vägningsresultatet i din laboratoriedagbok. Filtrera fällningen i det vägda sintret och tvätta fällningen några gånger med en liten mängd vatten. Låt sintret stå en timme i värmeskåpet (120 C) Låt sintret svalna minst 15 min i exsickatorn. Väg sintret på nytt och anteckna resultatet.

16 14 Tvätta sintret med 2 M HCl och vatten med hjälp av sug ARBETE IV. VOLYMETRISK BESTÄMNING AV KOPPAR I komplexometrisk titrering används ligander som kan bindas till centralatomen via flera atomer. Den mest använda liganden i dessa titreringar är etylendiamintetraättiksyra (EDTA), som kan agera som en sexvärd ligand. EDTA bildar vanligen komplexföreningar där förhållandet mellan metallen och liganden är 1:1. Titreringens slutpunkt identifieras med metallindikatorn murexid. Typiskt för metallindikatorer är att också de bildar komplexföreningar med metallen som analyseras. Färgen på detta komplex är dock annan än på den fria indikatorn. Eftersom metallindikatorerna också är syra-basindikatorer måste titreringslösningen buffras för att dess ph inte skall ändras under titreringen. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 3, 4 och 24. Vi lär oss: Att identifiera vilka reagens som behövs för komplexometri; Att skriva reaktionslikheter för grundreaktionerna i komplexometri; Att fastställa den korrekta ekvivalenspunkten i en komplexometrisk titrering. Arbetsredskap och reagens 25 ml byrett 2 M NH 4Cl ph- indikatorpaper 2 M NH ml erlenmeyerkolv 0,0200 M EDTA murexid-nacl blandning 1:100 Arbetets utförande Använd jonbytt vatten (20-30 ml) för att överföra analyslösningen i en Erlenmeyerkolv och tillsätt ca 10 ml 2 M NH 4Cl-lösning. Tillsätt 2 M ammoniak sakta tills lösningens ph är klart basiskt (ca 8). Ifall en mjölkaktig, vit fällning bildas (t.ex. Cu(OH) 2 eller CuCl 2) tillsätts så mycket ammoniak att fällningen precis löser sig och lösningen blir klarblå. Tillsätt ca 50 mg murexid-nacl-blandning, späd ut lösningen till ca 150 ml och titrera med 0,0200 M EDTA-lösning tills lösningens gulgröna färg permanent har blivit lila. Anteckna EDTA-förbrukningen i din laboratoriedagbok.

17 ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING A. SYNTES AV KOMPLEXFÖRENINGEN 15 I detta arbete framställs en komplexförening av järn, kaliumtrioxalatferrat(iii)trihydrat, K 3[Fe(C 2O 4) 3] 3H 2O. Denna typ av förening kallas kelat då oxalatliganderna är bundna till samma centralatom med två bindningar. På detta sätt bildas två ringar med fem atomer i ringen där en av dessa är centralatomen. Ur det syntetiserade komplexet bestäms järnmängden gravimetriskt (Arb IV B) och oxalatmängden volymetriskt (Arb IV C). Dessutom jämförs det syntetiserade komplexets stabilitet med stabiliteten för komplex av järn och fluorid samt järn och tiocyanat (Arb IV D). Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 3, 4 och 24. Vi lär oss: Att tillämpa tidigare inlärda kunskaper för att syntetisera och analysera komplexet; Att utföra en redoxtitrering med kaliumpermanganat Arbetsredskap och reagens 250 ml dekanterglas ammoniumjärn(ii)sulfat (FeSO 4(NH 4) 2SO 4 6H 2O) 400 ml dekanterglas oxalsyra (H 2C 2O 4 2H 2O) 100 ml dekanterglas kaliumoxalat (K 2C 2O 4 H 2O) Glasstavar 3 M H 2O 2 Termometer 100 ml måttglas Büchner-tratt Sugflaska Arbetets utförande Framställ följande lösningar genom att väga upp reagens och lösa upp dem i vatten: o Lösning (a): 7,5 g FeSO 4(NH 4) 2SO 4 6H 2O / 25 ml H 2O (250 ml dekanterglas) o Lösning (b): 10 g H 2C 2O 4 2 H 2O / 100 ml H 2O (400 ml dekanterglas) o Lösning (c): 5 g K 2C 2O 4 H 2O / 15 ml H 2O (100 ml dekanterglas)

18 16 Använd ett 400 ml dekanterglas för att hålla jonbytt vatten hett. Tillsätt 35 ml av lösning b (oxalsyra) till lösning a (ammoniumjärn(ii)sulfat) under omrörning Fe 2+ (aq) + C 2O 4 2- (aq) FeC 2O 4 2 H 2O (s) Koka upp den erhållna lösningen. Avlägsna dekanterglaset från kokplattan och låt järn(ii)oxalatfällningen som bildats sjunka till botten. Häll bort den klara lösningen (=dekantera den) och tvätta fällningen med 50 ml hett vatten. Häll K 2C 2O 4-lösningen (lösning c) som du framställt över FeC 2O 4 2H 2O-fällningen. Rör om blandningen och tillsätt långsamt 30 ml 3 M H 2O 2-lösning vid ca 40 C. 6 FeC 2O 4 2H 2O (s) + 3 H 2O 2 (aq) + 6 K 2C 2O 4 (aq) 4 [Fe(C 2O 4) 3] 3- (aq) + 2 Fe(OH) 3 (s) + 12 H 2O (l) + 12 K + (aq) Koka upp lösningen. Den bruna fällningen orsakas av Fe(OH) 3. Sätt till oxalsyralösning (lösning b) i små portioner tills det bildas en klar, grön lösning. Håll lösningen kokande hela tiden och rör om den med en glasstav. 2 Fe(OH) 3 (s) + 3 H 2C 2O 4 (aq) + 3 K 2C 2O 4 (aq) 2 [Fe(C 2O 4) 3] 3- (aq) + 6 H 2O (l) + 6 K + (aq) [Fe(C 2O 4) 3] 3- -jonen som bildats orsakar lösningens gröna färg. Tillsätt 15 ml teknisk alkohol då lösningen har svalnat. Då lösningen svalnar börjar kaliumtrioxalat-ferrat(iii)trihydraten kristalliseras. 6 [Fe(C 2O 4) 3] 3- (aq) + 18 K + (aq) 6 K 3[Fe(C 2O 4) 3] 3H 2O (s) Då komplexföreningen kristalliserat sig (24 h) tvättas de erhållna kristallerna med en liten mängd vatten-alkoholblandning (1:1) och efter detta med alkohol. Efter detta filtreras syntesprodukten med en Büchner-tratt och får torka i 24 h. Syntesprodukten vägs och resultatet av vägningen antecknas i laboratoriedagboken.

19 ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING B. BESTÄMNING AV JÄRN SOM JÄRN(III)OXID 17 Ammoniak fäller ut järn(iii)jon ur en vattenlösning som hydroxid: Järn(III)hydroxid bildar först en kolloidlösning vid uppvärmning. Tillsats av en elektrolyt (t.ex. NH 4Cl) får en fällning att bildas. Då den filtrerade och tvättade Fe(OH) 3-fällningen glödgas ändras dess sammansättning så att slutprodukten är järn(iii)oxid. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 3 och 4. Arbetsredskap och reagens 250 ml dekanterglas NH 4Cl (s) Kvantitativt (askfritt) filterpapper 2 M HNO 3 Sprutflaska 2 M NH 3 Degel 0,1 M NH 4NO 3 vattenlösning Glastratt Glasstav Arbetets utförande Placera den tomma degeln i glödgningsugnen (ca 950 C) för en halv timme, låt den svalna i en exsickator i en halv timme och väg sedan degeln. Anteckna vägningens resultat i laboratoriedagboken. Väg upp ca 0,5 g (anteckna den exakta mängden) av kaliumtrioxalatferraten som du framställt tidigare i ett 250 ml dekanterglas och lös upp den i ca 50 ml vatten. Tillsätt 2-3 ml 2 M salpetersyra och hetta upp lösningen nästan till kokpunkten. Späd ut den erhållna lösningen till ca 150 ml och tillsätt 2-3 g fast ammoniumklorid. Koka upp lösningen och avlägsna den från kokplattan. Tillsätt långsamt 2 M ammoniak och rör om hela tiden med en glasstav. Tillsätt så mycket ammoniak att lösningen är klart basisk. Filtreringen påbörjas genom att försiktigt hälla den klara vätskan från fällningen till filterpappret i glastratten längs en glasstav. Fällningen (Fe(OH) 3) får sjunka till botten och den klara vätskan hälls igen i tratten. Som följande överförs fällningen till tratten med hjälp av glasstaven och en stråle tvättlösning. Som tvättlösning används en utspädd NH 4NO 3- lösning. Tvätta fällningen tills filtratet som rinner ut är neutralt. Filtratet sparas för oxalatbestämningen i följande arbete.

20 18 Efter tvätten avlägsnas filterpappret försiktigt från tratten och papprets kanter viks så att de täcker fällningen. Paketet placeras i degeln och torkas med en Bunsen-låga i ett dragskåp. Torkningen inleds med liten effekt (låga) och effekten (lågan) ökas småningom så att pappret förkolnar utan att brinna med låga. Då pappret har förkolnat helt flyttas degeln till glödgningsugnen för ungefär en halv timme. Från ugnen flyttas degeln försiktigt till en exsickator för att svalna. Degeln får svalna i ungefär en halv timme och vägs sedan. den. Vägningsresultatet antecknas i laboratoriedagboken.

21 ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING C. OXALAT-BESTÄMNING 19 Oxalatjonen kan bestämmas kvantitativt genom att titrera den med kaliumpermanganat (KMnO 4) i sur lösning. Kaliumpermanganaten oxiderar oxalaten till koldioxid och reduceras själv till mangan(ii)joner. Reaktionen är långsam i en kall lösning men den kan försnabbas genom att sätta till Mn(II)-joner som katalysator och värma upp lösningen. I denna titrering behövs ingen separat indikator då MnO 4- -jonen färgar lösningen lila vid ekvivalentpunkten. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 3, 4 och 18. Arbetsredskap och reagens: 25 ml byrett KMnO 4 lösning 250 ml Erlenmeyerkolv (COOH) 2 2H 2O Magnetomrörare med uppvärmning 1 M H 2SO 4 MnSO 4 7H 2O Arbetets utförande Bestämning av KMnO 4-lösningens koncentration: Framställ en mätlösning genom att späda ut KMnO 4-lösningens volym till ungefär fyrdubbel. Efter utspädningen blandas lösningen omsorgsfullt (slutkoncentrationen ca 0,05 M KMnO 4- lösning) Väg noggrant upp ca 100 mg oxalsyra med kristallvatten (HO 2CCO 2H 2H 2O), anteckna den exakta mängden och lös upp syran i 100 ml jonbytt vatten i en 250 ml Erlenmeyerkolv. Tillsätt 30 ml 1 M svavelsyra och en liten mängd mangan(ii)sulfat och hetta efter detta upp lösningen nästan till kokpunkten. Titrera den heta KMnO 4-lösningen genom att ur byretten tillsätta mätlösning i små portioner och alltid vänta på att permanganatjonens färg försvinner före nästa tillsats. Vid titreringens slutpunkt förblir lösningen lila trots omrörningen. För att försäkra sig om en tillräcklig reaktionshastighet bör lösningen vara ca 60 C vid slutpunkten (värm lösningen vid behov). Lösningen måste röras om för att förhindra att den blir brun. Anteckna förbrukningen av permanganatlösning i laboratoriedagboken. Bestämning av mängden oxalat i provet: Oxalatprovet som skall analyseras behandlas och titreras på motsvarande sätt som provet med en känd mängd oxalat. Anteckna mängden permanganatlösning som förbrukats tillsammans med reaktionslikheten för redox-reaktionen.

22 20 ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING D. BESTÄMNING AV STABILITETEN FÖR JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENINGAR MED OLIKA LIGANDER I arbetet jämförs stabiliteten för det syntetiserade komplexets stabilitet med stabiliteten för komplex av järn och fluorid samt järn och tiocyanat. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 3, 4 och 24. Arbetsredskap och reagens: 100 ml dekanterglas 0,1 M Fe(NO3)3 Provrör 0,1 M NH 4SCN 0,6 M NaF Arbetets utförande: Lös upp en liten mängd (ca 50 mg) av den syntetiserade järn(iii)komplexföreningen i vatten i ett dekanterglas. Sätt några droppar av den ljusgröna järnoxalatlösningen i två provrör och tillsätt några droppar 0,1 M järn(iii)jonlösning, Fe(NO 3) 3, i två andra provrör för jämförelsereaktioner. Tillsätt några droppar ammoniumtiocyanat i det ena röret med järn(iii)nitrat och några droppar natriumfluorid i det andra. Anteckna färgreaktionerna som sker i laboratoriedagboken. Utför samma reaktioner för järnoxalatlösningarna och anteckna färgförändringarna i laboratoriedagboken. Tillsätt slutligen några droppar natriumfluoridslösning i provröret med tiocyanatkomplexet och några droppar ammoniumtiocyanat i provröret med fluoridkomplexet och anteckna de eventuella färgförändringarna. På basis av färgförändringarna kan du bestämma om den tillsatta liganden ersätter den ursprungliga. ARBETE VI. KALORIMETER OCH BESTÄMNING AV LÖSNINGSENTALPI I arbetet bekantar du dig med en kalorimeter och fastställer lösningsentalpin för kopparsulfat med och utan kristallvatten (CuSO 4 5H 2O respektive CuSO 4). Med hjälp av dessa fastställs hydratiseringvärmen för då CuSO 4 utan kristallvatten omvandlas till motsvarande pentahydrat. Upplösningsreaktioner: CuSO 4 5H 2O (s) + n H 2O (l) CuSO 4 (aq) CuSO 4 (s) + n H 2O (l) CuSO 4 (aq)

23 21 Energimängder som frigörs eller binds vid en kemisk reaktion mäts med en kalorimeter. Beroende på reaktionstypen kan kalorimeterns struktur variera. I detta arbete används en kalorimeter som lämpar sig för reaktioner där ett fast ämne eller en vätska reagerar med en annan vätska. Kalorimetern består av ett reaktionskärl som isolerats så väl som möjligt från sin omgivning, en värmesensor för att mäta temperaturförändringen, en provbehållare och en omrörare. Kalorimeterns struktur presenteras i följande bild: Kalorimetern anger temperaturen som funktion av tiden. Temperaturförändringen i reaktionen kan utläsas ur kalorimeterns rapport eller den kan bestämmas från grafen.

24 22 Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 6. Vi lär oss: Att bestämma begreppen endo- och exoterm reaktion; Att tillämpa Hess lag för att lösa ett praktiskt problem; Att beskriva de viktiga delarna i en kalorimeter och dess funktionsprincip Arbetsredskap och reagens Parr kalorimeterappartur 0,100 M HCl 100 ml måttglas TRIS (=Tris(hydroximetyl)aminometan) Mortel CuSO 4 (s) CuSO 4 5 H 2O (s) Arbetets utförande Då man rör sig i kalorimeterns menyer kommer man en 1 nivå uppåt med ESC och MAIN MENU tar användaren tillbaka till huvudmenyn. START startar mätningen och ABORT avbryter den. REPORT visar rapporterna för de mätningar som slutförts och HELP hjälper med alternativen i varje menyfönster. Kontrollera att ethernet- och elkabeln är kopplade till centralenheten och att motorns ledning är kopplad mellan kalorimetern och centralenheten. Försäkra dig om att värmesensorns ledning är kopplad till uttaget märkt som BUCKET och att själva sensorn är på sin plats. Koppla på kalorimetern med strömbrytaren på baksidan. Låt kalorimetern starta upp i lugn och ro, vänta tills menyn kommer upp.

25 23 Fyll reaktionskärlet (ett Dewar-kärl) (i kalibreringen 100 ml 0,100 M HCl och i mätningarna 100 ml jonbytt vatten) och sätt det på sin plats i kalorimetern med hjälp av en svart plastring. Väg upp den önskade mängden fast ämne i utrymmet i provbehållarens mitt (en PTFEbehållare) försiktigt och sätt tillbaka staven. Vid kalibreringen är m(tris) = 0,50 g och vid mätningen är m(cuso 4 5 H 2O) ~ 1,7 g och m(cuso 4) ~ 0,2 g. Anteckna de exakta mängderna i din laboratoriedagbok. Lyft upp kalorimeterns lock och fäst provbehållaren på omröringsdelen. Placera provhållaren runt omrörningsdelens plastdel och spänn den med den medföljande skruven. Sätt tillbaka kalorimeterns lock på sin plats och sätt in glasstaven i hålet i provbehållaren genom hålet i kalorimeterns lock. Sätt dragremmen för omrörningen på plats. Sätt på omröraren (CALORIMETER OPERATION / STIRRER) och låt temperaturen jämna ut sig några minuter. Förändringen i temperaturen kan hela tiden följas med genom att se på grafen (CALORIMETER OPERATION / TEMPERATURE GRAPH). Värme-axeln kan modifieras separat för den inre och yttre temperaturen via (SETUP)-menyn del (BUCKET / JACKET MIN och MAX). Start mätningen genom att trycka START. Då kalorimetern piper till som signal att den rör om, tryck snabbt ner PTFE-behållarens botten med glasstaven och tryck CONTINUE. Då temperaturen enligt kalorimetern har stabiliserats tillräckligt piper den för att markera att reaktionen är slut och visar en rapport över reaktionen på skärmen. Anteckna mätresultatet i din laboratoriedagbok. Tryck DONE för att återvända till huvudmenyn. Stoppa omrörningen (CALORIMETER OPERATION / STIRRER). Rengör utrustning du använt med jonbytt vatten (glasvaror, PTFE-behållare, Dewar-kärl och glasstav).

26 24 ARBETE VII. BESTÄMNING AV ph; SYRA-BASTITRERING Bestämning av ph Lösningars ph kan bestämmas t.ex. med en potentiometer eller med hjälp av en färgindikator. Vid potentiometrisk ph-bestämning mäts potentialskillnaden mellan två elektroder som har kontakt med lösningen som analyseras. Den ena elektroden är en indikatorelektrod, vanligen är denna en glaselektrod. Glaselektrodens potential beror enligt Nernsts ekvation på logaritmen av lösningens vätejonaktivitet. Elektroden har en tunn glashinna som innesluter en ledare och en lösning med en känd vätejonaktivitet. Den andra elektroden är en referenselektrod (vanligen en Ag-AgCl elektrod) vars potential inte beror på lösningens ph. Som referenselektrod används även kalomelelektrod (Hg-Hg 2Cl 2). Ofta har glas- och Ag-AgCl- eller kalomelelektroden kombinerats i en så kallad kombinationselektrod. Elektroderna kopplas ihop med en saltbrygga, t.ex. en KCl- eller KNO 3-lösning. Skalan på en ph-mätare görs oftast upp så att potentialskillnaden kan avläsas direkt i ph-enheter. Vid potentiometriska mätningar bestäms oftast oxoniumjonernas aktivitet a(h 3O + ) istället för koncentration [H 3O + ]. I utspädda lösningar gäller att aktiviteten motsvarar koncentrationen, dvs. a(h 3O + ) ~ [H 3O + ], och ph och poh kan då definieras som: ph = - log [H 3O + ] och poh = - log [OH - ] Syra-basindikatorer byter färg vid titreringens ekvivalenspunkt. Dessa indikatorer är ofta svaga organiska syror vars syraform har en annan form än basformen. HInd + H 2O H 3O + + Ind - I följande tabell presenteras några indikatorers färg och omslagsintervall: Indikator Metylviolett Tymolblå Metylröd Lackmus Bromtymolblå Kresolröd Fenolftalein Alizaringul R 1,3,5-trinitrobensen Färg (HInd) (Ind - ) gul - violett röd - gul röd - gul röd - blå gul - blå gul - röd färglös - rödviolett gul - violett färglös - brun Omslagsintervall(pH) 0-2 1,2-2,8 4,2-6,3 5,0-8,0 6,0-7,6 7,2-8,8 8,3-10,0 10,1-12,0 12,0-14,0

27 25 Syra-bastitrering En syra-bastitrering är en neutraliseringsreaktion där en syra reagerar med en ekvivalent mängd bas. Reaktionens gång följs vanligen genom att mäta lösningens ph potentiometriskt i de olika skedena av titreringen. Då de erhållna ph-värdena presenteras som funktion av den förbrukade titreringslösningen fås en titreringskurva lik den i bilden nedan ph 8 6 Ekvivalenspunkt ml NaOH Titrering av en stark syra med en stark bas. Titrering av en svag syra med en stark bas. Ur titreringskurvan kan man se att då en stark syra titreras med en stark bas ändras lösningens ph nära ekvivalenspunkten (den teoretiska punkt där mängden syra och bas är exakt den som anges i reaktionslikheten) mycket också vid tillsats av en liten mängd reagens. I detta fall går ekvivalenspunkten att fastställa exakt med hjälp av titreringskurvan. Då en svag syra titreras med en stark bas är titreringskurvan inte lika brant och ingen stor förändring i ph-värdena observeras.

28 26 Formen på titreringskurvan för en syra beror på dess syrakonstant och koncentration. Ekvivalenspunkten kan bestämmas relativt exakt om syrans pk a-värde är under än 8. A. TITRERING AV EN STARK SYRA MED EN STARK BAS I arbetet titreras ett prov som innehåller en okänd mängd svavelsyra med en 0,100 M NaOHlösning och förändringen i lösningens ph följs potentiometriskt. Titreringens ekvivalenspunkt bestäms genom två av varandra oberoende metoder: titreringskurva och syra-basindikator. Svavelsyra är en tvåvärd syra som i utspädda lösningar kan anses vara fullständigt protolyserad. I sådan fall kan endast den ena ekvivalenspunkten fastställas från titreringskurvan. Följande neutraliseringsreaktion beskriver titreringen: H 2SO 4 (aq) + 2 NaOH (aq) Na 2SO 4 (aq) + 2 H 2O Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 4 och 15. Vi lär oss: Att förklara funktionsprincipen för en potentiometer och glaselektrod vid en syrabastitrering; Att rita och avläsa en titreringskurva. Arbetsredskap och reagens 2 st 100 ml dekanterglas 250 ml dekanterglas 250 ml måttflaska 50 / 100 ml helpipett Pumpett 25 ml byrett ph-mätare Magnetomrörare och -stav 0,100 M NaOH Bromtymolblå-indikatorlösning Arbetets utförande: Bekanta dig med användningen av ph-mätare. Häll upp buffertlösningarna i 100 ml dekanterglas och kalibrera ph-mätaren enligt instruktionerna. Späd ut det ursprungliga H 2SO 4-provet till exakt 200 ml volym i en mätflaska och pipettera ett 100 ml:s prov i ett dekanterglas. Placera kombinationselektroden i analyslösningen och tillsätt 5-10 droppar indikatorlösning (bromtymolblå) samt en magnetstav. Titrera den mekaniskt omrörda lösningen med 0,100 M NaOH-lösning genom att tillsätta de mängder bas som anges i tabellen på följande sida. Avläs lösningens ph från potentiometern efter varje bastillsats och anteckna värdet i laboratoriedagboken.

29 27 Observera när färgen på basformen av bromtymolblått blir permanent och anteckna mängden konsumerad bas vid denna punkt i laboratoriedagboken. B. TITRERING AV EN SVAG ENVÄRD SYRA MED EN STARK BAS I vattenlösningen av en svag envärd syra råder följande jämvikt: HA + H 2O H 3O + + A - Syrakonstanten (K a) för ättiksyra är då: K a - C(H3O ) C(A ) C(HA) I arbetet bestäms koncentrationen för en ättiksyralösning genom att titrera den med en 0,100 M NaOH-lösning. Neutralisationsreaktionen är då: CH 3COOH (aq) + NaOH (aq) CH 3COONa (aq) + H 2O Titreringens ekvivalenspunkt avläses från titreringskurvan. Utgående från resultaten beräknas värdet på ättiksyrans syrakonstant och lösningens ph vid startpunkten och ekvivalenspunkten. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 4 och 15. Vi lär oss: Att bestämma syrakonstanten för en svag syra på basis av resultatet från en titrering. Arbetsredskap och reagens 250 ml dekanterglas 50 / 100 ml helpipett Pumpett 25 ml byrett ph-mätare Magnetomrörare och stav 0,100 M NaOH Fenolftalein-indikatorlösning Arbetets utförande Pipetera 100 ml av ättiksyralösningen som undersöks i ett 250 ml dekanterglas. Placera kombinationselektroden i provet och tillsätt ett par droppar fenolftaleinindikatorlösning och en magnetstav. Titrera den mekaniskt omrörda lösningen med 0,100 M NaOH-lösning genom att tillsätta de mängder bas som anges i tabellen på följande sida.

30 28 Avläs lösningens ph från potentiometern efter varje bastillsats och anteckna värdet i laboratoriedagboken. Observera när den violetta färgen på basformen av fenolftalein blir permanent och anteckna mängden konsumerad bas vid denna punkt i laboratoriedagboken.

31 ARBETE VIII. LÖSLIGHETSPRODUKTEN FÖR KALCIUMHYDROXID 29 I arbetet bestäms värdet på löslighetsprodukten för kalciumhydroxid. Dessutom bestäms lösligheten i vatten samt NaOH och CaCl 2-lösningar för att illustrera inverkan av en gemensam jon. I en mättad kalciumhydroxidlösning råder jämvikten: Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq) Löslighetsprodukten (K s) är då: K s = [Ca 2+ ] [OH - ] 2 och pk s = - log K s Hydroxidjonens totalkoncentration i den mättade lösningen kan bestämmas genom att titrera ett prov av lösningen med en syra av känd koncentration. Från detta resultat kan ett värde på löslighetsprodukten uträknas. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 3, 4 och 16. Vi lär oss: Att definiera begreppen löslighetsprodukt och löslighet; Att räkna ut löslighetsprodukten och lösligheten på basis av titreringsresultaten. Arbetsredskap och reagens Termometer Mättad Ca(OH) 2-lösning 25 ml byrett 0,010 M CaCl 2-lösning mättad med Ca(OH) 2 3 st trattar 0,020 M NaOH-lösning mättad med Ca(OH) 2 Pumpett 0,100 M HCl 3 st 100 ml måttglas Fenoliftalein-indikatorlösning 3 st 25 ml helpipetter Filterpapper 6 st 250 ml Erlenmeyerkolvar Arbetets utförande Filtrera ca 60 ml av alla de mättade lösningarna i varsitt måttglas (använd vid behov två filterpapper). Pipetera två 25 ml:s prover av alla filtrat i två olika Erlenmeyer-kolvar för parallella bestämningar. Mät provets temperatur. Tillsätt några droppar fenolftalein-indikatorlösning

32 30 Titrera proverna med 0,100 M HCl-lösning (ekvivalenspunktens färgombyte: från rödviolett till färglös). Anteckna resultaten i laboratoriehandboken. ARBETE IX. REDOX-POTENTIALER A. GALVANISKT ELEMENT I arbetet undersöks reduktions-oxidationsegenskaperna (redox-egenskaperna) för några redox-par genom att mäta den elektromotoriska kraften (emk) i det galvaniska element paren bildar. Ett galvaniskt element konstrueras av två elektroder (halvelement), elektrolytlösningar och en saltbrygga. Som saltbrygga används en bit filterpapper som fuktats med NH 4NO 3-lösning. Saltbryggan fullbordar strömkretsen och balanserar de störningar i lösningarnas elektroneutralitet som orsakas av elektrodreaktionerna. Riktningen på respektive redox-reaktioner kan härledas ur de erhållna resultaten. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 18. Vi lär oss: Att definiera begreppen oxidation och reduktion; Att beskriva strukturen och grundprincipen för ett galvaniskt element; Att skriva cellschemat för en given cellreaktion. Arbetsredskap och reagens 2 st 100 ml dekanterglas 0,05 M Cu(NO 3) 2 Potentiometer 0,05 M Zn(NO 3) 2

33 31 Strimmor av filterpapper Koppar- och zinkplattor Ledare 0,05 M KI-lösning mättad med I 2 2 st kolstavar 0,10 M FeSO 4 0,10 M Fe(NO 3) 3 0,10 M NH 4NO 3 Arbetets utförande Framställ elektroderna på följande sätt: 1. Cu 2+ / Cu elektrod: Häll 50 ml 0,05 M Cu(NO 3) 2-lösning i ett 100 ml dekanterglas och sänk ner kopparskivan i lösningen 2. Zn 2+ / Zn -elektrod: Häll 50 ml 0,05 M Zn(NO 3) 2-lösning i ett 100 ml dekanterglas och sänk ner zinkskivan i lösningen 3. I 2 / I - -elektrod: Häll 50 ml mättad KI-lösning i ett 100 ml dekanterglas och sänk ner en kolstav i lösningen OBS! Jod är frätande, låt inte lösningen komma i direktkontakt med huden. 4. Fe 3+ / Fe 2+ -elektrod: Häll 25 ml 0,10 M Fe(NO 3) 3-lösning och 25 ml 0,10 M FeSO 4-llösning i ett 10 ml dekanterglas och sänk ner en kolstav i lösningen. Konstruera de tre galvaniska elementen ( a) c) ) genom att parvis koppla elektroderna till potentiometern och mät potentialskillnaden mellan dem. Anteckna resultatet i laboratoriedagboken. a) Zn 2+ / Zn (Jämförelseelektrod) och Cu 2+ / Cu (Indikatorelektrod) b) I 2 / I - (Jämförelseelektrod) och Fe 3+ / Fe 2+ (Indikatorelektrod) c) I 2 / I - (Jämförelseelektrod) och Cu 2+ / Cu (Indikatorelektrod) Använd en ny saltbrygga för varje Galvaniskt element.

34 ARBETE IX. REDOX-POTENTIALER 32 B. POTENTIOMETRISK TITRERING AV HALOGENIDER Ett exempel på användningen galvaniska element inom analytik är potentiometrisk bestämning av halogenider. I arbetet titreras ett prov av kaliumklorid med silvernitrat: KCl (aq) + AgNO 3 (aq) AgCl (s) + KNO 3 (aq) Titreringens ekvivalenspunkt avläses från titreringskurvan och mängden klorid i provet räknas ut på basis av silvernitrat som förbrukats. Då halogenidjoner titreras potentiometriskt med silverjoner mäts potentialskillnaden mellan två elektroder i lösningen som analyseras. Den ena elektroden är en jämförelseelektrod vars potential inte är beroende av koncentrationen silverjoner. Potentialen för silverelektroden som används som indikatorelektrod beror på koncentrationen silverjoner i lösningen. Titreringens gång följs genom att med en potentiometer mäta cellens elektromotoriska kraft i titreringspunkten och rita upp värdet på emk som funktion av mängden tillsatt silvernitrat. Redan efter den första tillsatsen silvernitrat kommer lösningen att bli mättad med avseende på silverklorid. Då titreringen framskrider ökar silverjonens koncentration medan koncentrationen av halogenidjonen sjunker. Då ekvivalenspunkten närmar sig stiger silverjonens koncentration snabbt. Den tillsatta silvernitratlösningens inverkan på emk minskar efter detta snabbt eftersom emk har ett logaritmiskt förhållande till silver-jonkoncentrationen. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, kapitel 4 och 18. Arbetsredskap och reagens 250 ml dekanterglas 0,100 M AgNO 3 Potentiometer 25 ml Byrett Kombinationselektrod Ag - Ag/AgCl Magnetomrörare och -stav

35 33 Arbetets utförande: Bekanta dig med användningen av potentiometern och elektroden. Späd ut KCl-lösningen till ca 100 ml i ett 250 ml dekanterglas. Sänk ner elektroden i provet. Titrera den mekaniskt omrörda lösningen med 0,100 M AgNO 3-lösning. Avläs värdet på potentialen från potentiometern efter varje AgNO 3-tillsats och anteckna den i laboratoriedagboken. Efter att titreringen avslutats bör elektroden och byretten rengöras med 2 M NH 3 och sedan sköljas med destillerat vatten.

36 34 Grundarbeten i Kemi I Helsingfors Universitet, Helsingfors, 2015 ISBN