För eleven Separation av Yamadas universalindikator med TC Vilka färgämnen ingår i Yamada? Syftet med laborationen: Att identifiera komponenterna i en universalindikator med hjälp av tunnskiktskromatografi. Uppgift: Komponenterna i Yamadas universalindikatorlösning ska separeras på bästa sätt med hjälp av tunnskiktskromatografi. Vilka färgämnen ingår i Yamada? För att hitta svaret krävs lite detektivarbete. Du ska planera och genomföra en undersökning som bygger på given information om ämnenas egenskaper (bl a färg och syrastyrka) och struktur. Arbeta genom att variera försöksbetingelserna systematiskt och dra egna slutsatser. Använd all tillgänglig information om färgämnena och lösningsmedlen för att planera din undersökning. I din rapport bör du försöka förklara skillnaderna mellan f -värdena för färgämnena. f ska påminna om relative to the solvent front. f är definierad enligt följande: = f Distance travelled by solute Distance travelled by solvent front (solute = upplöst ämne, solvent = lösningsmedel) Material: Som stationär fas användes kiselgel (TC-plattor kiselgel 60). När du väljer den rörliga fasen: tänk på att vatten förstör TC-plattans stationära fas. Den rörliga fasen väljer ni själva bland följande kemikalier: etanol 95% (här är T-röd ej lämpligt - varför det?), aceton, etylacetat, konc. ättiksyra, konc. saltsyra, konc. ammoniaklösning, natriumhydroxid 2 mol/dm 3 S! Använd högst 5 cm 3 rörlig fas i kromatografiburken (Tänk alltid på kemikalieåtgången!) Övrigt: TC-plattor (kiselgel 60), burkar med skruvlock, pincett, microcaps 5 µl, filterpapper, pasteurpipetter, eppendorffrör, sprejare med gummibläster, värmeplatta, kristallisationsskål. Standardlösningar: bromtymolblått (T), fenolftalein, fenolrött, metylrött, tymolblått i lösning. KEMILÄANAS ESUSCENTUM 1 Separation av Yamadas universalindikator
För eleven Tips S! Använd dragskåp när det behövs! Koncentrerad saltsyra, konc. ammoniak och sprejaren får du bara använda i dragskåpet. Hur undviker man svansar på kromatogrammet? Den stationära fasen är bara ett tunt skikt! För mycket prov ger svansar. Kromatografin bygger på att det utbildas lokala jämvikter längs vägen. Fundera över vilken form (molekylföreningar eller salter) indikatorerna har vid olika ph. Fenolftaleinfläckarna syns inte vanligen på plattan. Hur kan du framkalla dem? Vilka framkallningsmetoder kan man använda för att identifiera indikatorerna på TCplattan? Fundera själv! Det finns fyra färgämnen i Yamada. m ni inte lyckas att separera fyra komponenter - pröva att variera ph-värdet i den rörliga fasen! KEMILÄANAS ESUSCENTUM 2 Separation av Yamadas universalindikator
För eleven (ym) Polaritet hos lösningsmedel Lösningsmedel Dielektricitetskonstant (25 C) Lösningsmedel Dielektricitetskonstant (25 C) hexan 1,89 2-metyl-2-propanol 10,9 cyklohexan 2,02 2-butanol 15,8 bensen 2,28 2-metyl-1-propanol 17,7 toluen 2,38 1-butanol 17,8 dietyleter 4,34 2-propanol 18,3 kloroform 4,87 1 1-propanol 20,1 myrsyra 5,0 aceton 20,7 2-metyl-2-butanol 5,82 etanol 24,3 etylacetat 6,02 metanol 33,6 Ättiksyra (konc.) 6,15 vatten 78,3 Diklormetan 9,14 1 1) Får ej användas efter 31/12-95. Källa: aithwaite, A, Smith, F J, Chromatographic methods, 5th ed., lackie Academic& Professional, an imprint of Chapman & Hall, London (1996) 72 Färgomslagsintervall för några indikatorer Tymolftalein Fenolftalein Tymolblått Neutralrött Fenolrött omtymolblått Metylrött omkresolgrönt F F - Metylorange - Metylgult Tymolblått ph 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Teckenförklaring: = blå = brun = gul = orange = röd F = färglös Källa: 1) Allmän kemi, Våta laborationer, Sthlms univ (1994) 102 2) Kolthoff, I M, Sandell, E, Textbok of quantitativ inorganic analysis, 3rd ed, Macmillan Company, New York (1963) 431 3) Merck Index KEMILÄANAS ESUSCENTUM 3 Separation av Yamadas universalindikator
För eleven (ym) Strukturformler för några färgämnen - - S3 - S3 - omfenolrött (rött) omfenolblått (blått) - CH()2 CH()2 - S3 - C - Fenolftalein (rött) omtymolblått (blått) - - CH()2 CH()2 S3 - S3 - Fenolrött (rött) Tymolblått (blått) H C H + N N N Metylrött (rött) KEMILÄANAS ESUSCENTUM 4 Separation av Yamadas universalindikator
För läraren Att ha till hands Kemikalier: Aceton, konc. ammoniaklösning, etanol 95%, etylacetat, natriumhydroxid 2 mol/dm 3, konc. saltsyra, konc.ättiksyra. Färdiga lösningar av bromtymolblått (T), fenolftalein, fenolrött, metylrött, tymolblått samt Yamadas universalindikator (se nedan). Eventuellt: olika buffertlösningar till förundersökningar Övrigt material: TC-plattor (kiselgel 60), glasskärare, linjal, microcaps 5 µl, 5-10 burkar (100 cm 3 eller 250 cm 3 med skruvlock. (Det går att använda barnmatsburkar och liknande), filtrerpapper, pipetter, eppendorffrör, sprejare med gummibläster och en glasskiva som skärm (eller locket till en papplåda), värmeplatta, kristallisationsskål. Merck Index ger uppgifter om löslighet, strukturer, ph-områden etc. Förberedelser Skär TC-plattor i passande bitar (t. ex. 3 x 8 cm. Det ska finnas plats för 6 provfläckar.) landa Yamada-lösningen och eventuellt också standardlösningarna av färgämnena. Yamadas universalindikator Yamadas universalindikatorlösning innehåller fyra olika indikatorer och kan framställas enligt följande recept: Lös 0,0025 g tymolblått, 0,006 g metylrött, 0,030 g bromtymolblått (T) och 0,05 g fenolftalein i 50 cm 3 95% etanol. Tillsätt 0,01 mol/dm 3 natriumhydroxidlösning tills blandningen blir grön och fyll på dest. vatten till 100 cm 3 lösning. Eleverna antas ha följande förkunskaper Kännedom om kromatografins principer TC-metoden: identifikation av ett ämne med hjälp av en standardlösning Kemisk bindning: funktionella gruppers polaritet och lika löser lika, Syra-basjämvikter: indikatorer är svaga syror Färgteori: molekyler med konjugerade dubbelbindningar absorberar ljus. Det är möjligt att använda laborationen som inledning till behandlingen av färgteori. (Se nedan) KEMILÄANAS ESUSCENTUM 5 Separation av Yamadas universalindikator
För läraren Möjliga lösningsförslag och tips för planeringen Förundersökningar: undersök de enskilda indikatorernas färgomslag med hjälp av olika buffertlösningar. Låt eleverna diskutera och undersöka färgen hos olika blandningar av dessa lösningar. TC-undersökning: vanligen blandar man två eller fler lösningsmedel i olika proportioner för att hitta en lämplig rörlig fas. Här blir separationen blir tillräckligt bra om man använder etylacetat med några droppar koncentrerad ättiksyra. Det är intressant att undersöka sambandet mellan f -värdet och valet av den rörliga fasen. Därför är det bra om eleverna börja testa med rena ämnen som rörlig fas. Variera sedan ph-värdet. m det finns tid kvar kan man testa blandningar av olika lösningsmedel som rörlig fas. Använd bara små provmängder och späd standardlösningar för att förhindra tårar och svansar på TC-plattan. Framkallning kan ske med ammoniak- och vätekloridångor. Intressant: Ammoniak förmår inte höja ph-värdet på den sura plattan till fenolftaleins omslagspunkt. Det bildas ammoniumacetat som buffrar. Man måste spreja med natriumhydroxidlösning för att framkalla fenolftalein på en sådan platta. (Visa ev. att fenolftalein har röd färg när ph<<1 (t. ex. med 50% svavelsyra) och avfärgas efter en stund vid ph 14.) Annan lärdom att dra av försöket Denna laboration har sin plats i -kursen av gymnasiets kemiundervisningen i avsnittet separationsmetoder. Den ger eleverna möjlighet att i ett sammanhang kombinera kunskaper från flera olika delar av kursen. Det är möjligt att diskutera delar av färgteorin: kromofora och auxokroma grupper, kinoida system, mesomeri-effekt och induktiv effekt. Varianter/utmaningar a. Fenolftalein och fenolrött har nästan samma struktur. Försök att separera en lösning av dessa två komponenter. Dra egna slutsatser ur din undersökning b. omfenolrött och bromfenolblått skiljer sig bara genom antalet bromatomer som aromatiska substituenter. Kan du separera dem med tunnskiktskromatografi? c. Samma fråga kan också ställas kring fenolrött och bromfenolblått. Här kan man också göra en syntes, som är en elektrofil aromatisk substitution, se särskild beskrivning. KEMILÄANAS ESUSCENTUM 6 Separation av Yamadas universalindikator
För läraren indikator fenolrött fenolftalein bromfenolrött bromfenolblått mslagsintervall ph 6,4 (gult) till 8,2 (rött) ph 8,2 (färglöst) / 9,0 (rött) / 9,8 röttviolett ph 5,2 (gult) till 6,8 (rött) ph 3,0 (gult) till 4,6 (blått) Exempel på kromatografiresultat, tunnskikt,.scannas in och kommenteras KEMILÄANAS ESUSCENTUM 7 Separation av Yamadas universalindikator