KEMIA TÄNÄÄN WORKSHOP 9.10 2009 Modern analytik för skoländamål Stig-Göran Huldén Laboratoriet för Oorganisk Kemi Åbo Akademi 11/9/09 1
KEMIA TÄNÄÄN WORKSHOP 9.10 2009 I workshopen presenteras några exempel på användning av Pasco mät-dataloggnings utrustning i laboratorie undervisningen i Kemi Xplorer GLX data logger DataStudio mjukvara Pasport Kemi Sensor PASCO 11/9/09 2
Introduktion Målsättningen är att presentera och använda mätutrustning för: Gasometrisk Analys med absolut trycksensor Titrimetrisk Analys ( syra-bas ) med potentiometrisk indikering med termometrisk indikering Densitets bestämning av metaller och mineral enligt Archimedes princip 11/9/09 3
KEMIA TÄNÄÄN WORKSHOP 9.10 2009 Tema: IDEALGASLAGEN Tillämpning vid analys av karbonat haltiga material via CO 2 generering och tryckmätning Allmänt: I detta experiment skall karbonathalten i karbonathaltiga substanser bestämmas både gasometriskt och titrimetriskt. Metoden lämpar sig för bestämning av karbonat, CO 3 2-, i olika karbonathaltiga material och bergarter. 11/9/09 4
KEMIA TÄNÄÄN WORKSHOP 9.10 2009 Teoretisk bakgrund: En känd mängd saltsyra sätts till en noggrant uppvägd (OBS! torkad) mängd av den substans som skall bestämmas, och som innehåller karbonat, tex. i form av kalciumkarbonat, CaCO 3 (s). Saltsyran vars koncentration bör vara noggrant känd tillförs i överskott. Vid reaktionen mellan karbonat och syra bildas koldioxid och vatten: CaCO 3 (s) + 2 HCl (aq) = Ca 2+ (aq) + 2 Cl - (aq) + CO 2 (g) + H 2 O Gasens tryck (kpa) och temperatur ( o C) i reaktionskärlet mäts med absolut tryck sensor respektive temperatursensor kopplad till Xplorer GLX data logger. Substansmängden koldioxid som bildats vid reaktionen beräknas utgående från idealgaslagen: pv = nrt Mängden oreagerad syra (överskottet) bestäms genom syra-bas titrering med en natrium-hydroxid lösning av känd koncentration. Ur erhållna titrerdata kan karbonathalten beräknas. 11/9/09 5
KEMIA TÄNÄÄN WORKSHOP 9.10 2009 Gasometrisk bestämning: Utrustning: - Reaktorkärl 140 ml - Dator med USB port - DataStudio mjukvara - Xplorer GLX datalogger - Absolut tryck sensor - Temperatur sensor Kemikalier - Saltsyra Xplorer GLX Abs. trycksensor - CaCO 3 /Na 2 CO 3 / Kalksten 11/9/09 Temperatur sensor 6
KEMIA TÄNÄÄN WORKSHOP 9.10 2009 Kemikalier: CaCO 3 (Pro analysi kvalitet) Analyssubstans (Kalksten) HCl(aq) 0.5 2 M (exakt koncentration anges på etiketten) NaOH(aq) ca 0.50 M ( exakt koncentration inställs mot kaliumbiftalat) Kaliumbiftalat ( Pro analysi kvalitet) 11/9/09 7
! Kontrollera att X-plorer GLX dataloggern med Pasport Multi Sensor för Kemi är ansluten till datorn! Anslut trycksensor och temperatursensor från reaktorn till Kemi sensorn på X-plorer GLX! Öppna DataStudio filen varvid två grafer, tryck versus tid och temperatur versus tid bör synnas på datorskärmen.! Pipettera t.ex. 10.0 ml 0.50 M HCl i reaktorn, tillsätt en magnetstav samt inför med hjälp av pincett glaskoppen med analyssubstans i reaktorn (t.ex. 0.200 g CaCO 3 /Na 2 CO 3 / Kalksten).! Tillslut reaktorn genom att trycka in gummiproppen. Undvik att ta i glasreaktorn med bar hand. Använd värmeisolerande handske. & Starta mätningen genom att klicka på Start (DataStudion)- vicka på reaktorn så att provet i glaskoppen kommer i kontakt med saltsyran. Avbryt mätningen med Stop knappen då reaktionen avstannat. Utförande 11/9/09 8
Resultat från gasometrisk bestämning av karbonat Figur A Det uppmätta CO 2 gastrycket som funktion reaktionstiden Parametrar: m CaCO 3 utvägd: 0,1390 g temperatur 23,0 o c reaktorns volym 0,134 l reagens 2,0 ml 5,0 M HCl A B Figur B Temperaturen i reaktorn under försöket 11/9/09 9
Titrimetrisk bestämning 1. Upplösning av kalciumkarbonat med överskott saltsyra: CaCO 3 (s) + 2 HCl (aq) = Ca 2+ (aq) + 2 Cl - (aq) + CO 2 (g) + H 2 O (aq) 2. Titrering av överskott saltsyra med natrium hydroxid: HCl(aq) + NaOH(aq) = Na + (aq) + Cl - (aq) + H 2 O (aq) 11/9/09 10
KEMIA TÄNÄÄN WORKSHOP 9.10 2009 Titrimetrisk bestämning Utrustning: Byrett 50 ml Stativ och klämmare Magnetomrörare Xplorer GLX data logger PasPort Chemistry sensor med droppräknare ph- elektrod temperatursensor 11/9/09 11
Titrering av överskott HCl med NaOH Figur A. A Potentiometrisk titrering av överskott HCl (oreagerad) från karbonatanalysen Figur B. Termometrisk indikering av titreringens slutpunkt B 11/9/09 12
Utrustning för bestämning av densitet för metaller och mineral 11/9/09 13
Densitets bestämning av mineral Silikatmineral : Massa i luft 14,34 g 11/9/09 14
Mineralprovet nedsänkt i vatten 11/9/09 15
Resultat från vägning av mineral provet i vatten ( t = 23.1 o C ) Silikatmineral: Massa i vatten = 9.08 g Skillnad 5,26 g = det undanträngda vattnets massa Vattnets densitet 0,998 g/cm 3 vid försökstemperaturen och den undanträngda vattenvolymen = 5,26 cm 3 = mineralprovets volym Mineralprovets densitet = m/v 2, 73 g/ cm 3 11/9/09 16
Referenser och kontaktuppgifter PASCO physics 2008-2009 Catalog and Experiment Guide PASCO 10101 Foothills Blvd., Roseville, CA 95747 USA www.pasco.com Gammadata Instrument AB P.O. Box 15120 SE-750 15 UPPSALA SWEDEN E-mail: info@gammadata.se Gammadata Finland Oy P.O.Box 28 FI-00301 HELSINKI FINLAND E-mail: gammadata@pp.inet.fi 11/9/09 17