Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus i Kemi A. VUC Aarhus, GSK-afdelingen

Transkript

1 Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus i Kemi A VUC Aarhus, GSK-afdelingen 2014

2 Indholdsfortegnelse Velkommen til laboratoriekursus i Kemi A på VUC Aarhus Laboratoriearbejdet Sikkerheden i laboratoriet... 4 Laboratoriejournal og rapportskrivning... 5 Øvelse 1: Fremstilling af paracetamol... 8 Øvelse 2: Bestemmelse af reaktionshastighed Øvelse 3: Bestemmelse af G o, H o og S o for en ligevægtsreaktion Øvelse 4: Titrerkurver for phosphorsyre og citronsyre Øvelse 5: Bestemmelse af iodtal for et fedtstof...25 Øvelse 6: Bromthymolblåt en syrebaseindikator Øvelse 7: Enzymkatalyseret nedbrydning af stivelse Vejledning til LabQuest Spektroskopi fra kemi2000b

3 Velkommen til laboratoriekursus i Kemi A på VUC Aarhus Kurset foregår i Bülowsgade 68 (Sct. Josefs Hospital), 8000 Aarhus C, 2. sal i lokale 22 og evt. lokale 24. Medbring på kurset: Denne eksperimentvejledning, lærebog, lommeregner, papir og blyant samt noget at spise og drikke. Det er en fordel hvis du medbringer en bærbar computer og evt. et kamera/mobiltelefon. Alternativt en USB-pind. Skolens kantine har ikke åbent på de tidspunkter, hvor der er laboratoriekursus, men få meter fra skolen ligger både en kiosk, et pizzeria og en slagter. Der vil være mulighed for at lave kaffe og te på skolen. Deltager du i et weekend-kursus, er det vigtigt at være opmærksom på, at om lørdagen og søndagen er skolen kun åben lige omkring kl. 9.00, hvor kurset starter. Skulle du blive forsinket, kan du dog komme i kontakt med kemilæreren på tlf.: , så du kan blive lukket ind. Kurset skal følges i fuldt omfang for at få det godkendt. Du skal sammen med dine medkursister udføre 7 eksperimenter og lave journal/rapport for hvert enkelt eksperiment. Rapporterne skal rettes og godkendes af kursets lærer for at få godkendt laboratoriekurset. Inden laboratoriekurset skal du have forberedt dig ved at have læst og sat dig ind i denne vejledning, samt besvaret før øvelsen spørgsmålene og læst det tilhørende lærebogsstof. Det eksperimentelle arbejde opgives som pensum til eksamen og de godkendte rapporter og journaler medbringes til eksamen. Laboratoriearbejdet. Før eksperimentet: 1. Arbejdet i laboratoriet starter ved skrivebordet - forbered altid eksperimentelt arbejde grundigt hjemmefra, så du har en klar opfattelse af, hvad der sker under hele eksperimentet hvorfor, hvornår og hvordan, samt have løst eventuelle Før øvelsen - spørgsmål Under eksperimentet: 2. Arbejdet i laboratoriet skal være præget af ro, forsigtighed og omtanke. 3. Der skal være fuld opmærksomhed omkring eksperimentet og i øvrigt anvendes sund fornuft. 4. Forsøgsopstillingerne skal være overskuelige og solidt samlede. 5. Kemikalier skal omgås med sikkerhed. Spild tørres straks op. Studér nøje hvilke kemikalier, der skal bruges i eksperimentet, og sørg for at sikre dig at det er de rigtige kemikalier du bruger. Studér også mærkningen af kemikalierne, og overvej om det er nødvendigt: at bruge handsker at arbejde i stinkskab at træffe foranstaltninger p.g.a. eksplosionsfare eller brandfare at træffe foranstaltninger p.g.a. forgiftningsfare Og gør det altid hvis du er i tvivl!! 6. Der bæres ALTID kittel og briller ved eksperimentelt arbejde. 7. Propper og låg sættes altid på flasker og bøtter straks efter brugen, og lad ikke pipetter stå i flasker. 8. Hæld ALDRIG tilbage på flaskerne eller i bøtterne, hvis du har afmålt eller afvejet for meget eller har stof til overs. Spørg læreren, hvad du skal gøre af det overskydende. 9. Engangsudstyr (vejebåde, teskeer, engangspipetter og lign.) smides ALTID bort umiddelbart efter brugen, så andre ikke bruger det i den tro, at det er rent. 3

4 10. Der må hverken spises, drikkes eller ryges i laboratoriet. Rygning er i øvrigt forbudt i hele skolebygningen, og må kun ske under halvtaget i baggården eller ved bænkene ved muren i haven. Efter eksperimentet: 11. Efter eksperimentets afslutning skal der ryddes op på arbejdspladsen. 12. Al anvendt glasapparatur vaskes op (alt udstyr vaskes rent i postevand og skylles efter i demineraliseret vand mindst to gange, inden det hænges til tørre). Eventuelt kan der vaskes op i opvaskemaskine spørg læreren. 13. Pipetter stilles til tørre med spidsen opad i de specielle pipettestativer 14. Kemikalieaffald bortskaffes efter gældende regler spørg læreren God arbejdslyst Sikkerheden i laboratoriet Inden kurset går i gang vil læreren vise, hvor sikkerhedsudstyret brandslukker, brandtæppe, øjenskyller og nødbruser findes. Uheld: I tilfælde af uheld - Bevar roen og tilkald hjælp (læreren)! Brand: Brug ikke vand - kvæl ilden. En prop i en brændende kolbe slukker straks ilden. En lidt større brand på et bord eller på gulvet kvæles med et brandtæppe eller evt. med en kittel. Ild i en persons tøj kvæles ved at få personen til at lægge sig på den del af tøjet, der brænder. Derefter dækkes personen med et brandtæppe. Brandslukkeren anvendes kun til større brande og aldrig på personer. Skoldninger og forbrændinger: Masser af koldt vand meget længe indtil anden førstehjælp. Husk at tage evt. tøj af ved skylningen. Kemikalier i øjnene: Masser af koldt vand meget længe indtil anden førstehjælp. Hudkontakt med farlige kemikalier: Masser af koldt vand. Snitsår: Masser af koldt vand. Indtagelse af kemikalier: Du skal aldrig putte kemikalier i munden; men sker der uheld er førstehjælpen afhængig, hvad der er indtaget. Det er vigtigt, du ved, hvad du har fået i munden. 4

5 Laboratoriejournal og rapportskrivning Laboratoriejournal Ved eksperimenter i laboratoriet skal alle kursister føre en laboratoriejournal, der indeholder præcise notater om eksperimenternes forløb. Her skrives alle relevante oplysninger og observationer ned under eksperimentets udførelse. Det er bedre at tegne og notere for meget end for lidt. Måleresultater kan med fordel nedskrives i tabelform. Det er også en god ide at tage billeder under øvelserne af opstillinger og observationer. Laboratoriejournalen er udgangspunktet for udfærdigelsen af en egentlig rapport over eksperimentet. Kemirapport Kemirapporten skal udformes, således at den kan læses og forstås, som en selvstændig enhed. En kemirapport bør indeholde følgende Oplysninger og AFSNIT: Oplysninger INDLEDNING: TEORI: MATERIALER: METODE: På forsiden skal oplyses: TITEL på rapporten / eksperimentet. DATO for udførelse samt aflevering. DIT NAVN, samt hvem du har lavet eksperimentet sammen med. Husk også: Sidetal på alle sider. Her et par linjer om eksperimentets formål - hvilke kemiske sammenhænge man vil afprøve eller demonstrere med eksperimentet. Det er også fint at starte rapporten med nogle linjer af mere perspektiverende art, fundet på Internet / leksikon / dagblad Rapporten får herved en mere læseværdig start og øger "din egen bevidsthed"! En redegørelse med dine egne ord for teorien bag eksperimentet. Skal indeholde alle relevante reaktionsligninger og reaktionstyper. En liste over ALLE de materialer, der bruges til eksperimentet. Dvs. alle glasvarer, alle kemikalier (evt. anføres giftighed og eventuelle særlige forholdsregler), alt apparatur osv. Det er meningen, at man skal kunne bruge materialelisten til senere at finde tingene frem, hvis man vil gentage eksperimentet. En gennemgang af fremgangsmåden / eksperimentets udførelse - illustreret med tegning af opstillingen og meget gerne inddelt i passende underpunkter. De væsentligste kemiske reaktioner vises med f.eks. farvelagte "kolbereaktioner" med de relevante (farvede) molekyler / ioner. Det er meningen, at en udenforstående skal kunne gentage eksperimentet, kun med rapporten i hånden. Hvis materialelisten er meget lang, eller hvis metoden er indviklet at beskrive, er det tilladt at kopiere fra vejledningen, såfremt man gør opmærksom på dette i rapporten. 5

6 RESULTATER OG RESULTATBEHANDLING: DISKUSSION OG FEJLKILDER: KONKLUSION: Her fremlægges - meget gerne på skemaform - resultaterne af eksperimentet. Dels de resultater som direkte er aflæst eller iagttaget, dels de efterbehandlede resultater, dvs. omregnede eller grafisk afbildede. Der gives eksempler på alle beregninger. Laves eksperimentet flere gange behøver, man kun at vise et eksempel på hver beregning. I dette afsnit skal man IKKE kommentere eller vurdere resultaterne, kun anføre de nøgne kendsgerninger. Her kommenteres, forklares og vurderes resultaterne. Stemmer de overens med de forventede (evt. tabel-data)? Hvorfor? Hvorfor ikke? Er de pålidelige? Hvilke fejlkilder kan være årsag til afvigelserne? Hvis der i vejledningen er angivet diskussionsspørgsmål, besvares disse i dette afsnit. Her gives et resumé af de vigtigste resultater og påviste sammenhænge. Konklusionen skal knytte sig til indledningens formål således, at de "spørgsmål", der rejstes der, skal "besvares" her. 6

7 OVERSIGT OVER DET MEST ALMINDELIGE LABORATORIEUDSTYR 7

8 Øvelse 1: Fremstilling af paracetamol Indledning: Paracetamol er et smertestillende lægemiddel. Udover den smertestillende effekt har det en feberdæmpende virkning. Stoffet optages hurtigt efter det er taget som tabletter, den maksimale plasmakoncentration opnås efter ½ - 1 time. Formål: I denne øvelse fremstilles N-(4-hydroxyphenyl)ethanamid (det systematiske navn for paracetamol). Produktet omkrystalliseres og renheden undersøges ved TLC. Der bestemmes også smeltepunkt og udbyttet beregnes. Teori: Paracetamol kan bekvemt fremstilles i laboratoriemålestok fra 4-aminophenol (se Fig. 1), der acetyleres med eddikesyreanhydrid. Acetylering af aminogruppen (til CH3CONH-C6H4-OH) konkurrerer med acetylering af hydroxygruppen (til CH3COO-C6H4-NH2), dvs. der er mulighed for dannelse af to produkter. Aminogruppen er imidlertid et langt bedre nucleophilt reagens end hydroxygruppen i en phenol. Derfor vil aminogruppen reagere lettest med reagenser som eddikesyreanhydrid, der er elektrofile, dvs. med elektronunderskud ved den reagerende C=O-gruppe. 8

9 Før øvelsen: Før du udføre selve syntesen af paracetamol, skal du løse følgende opgaver. Læs fremgangsmåden før du prøver at besvare opgaverne. 1) Syntesen af paracetamol foregår ved at lade 4-aminophenol reagere med eddikesyreanhydrid (se Fig. 1). Herved dannes der eddikesyre og N-(4- hydroxyphenyl)-ethanamid, der er det systematiske navn for paracetamol. Reaktionen kaldes en acetylering, idet der overføres en acetylgruppe (CH3CO-) gruppe: Fig. 1 a) Angiv hvilke funktionelle grupper, der indgår i de fire stoffer, idet du markerer dem i fig. 1 og navngiver dem. b) Alle fire stoffer indeholder ledige elektronpar. Indtegn disse i Fig.1. 2) En funktionel gruppe kan godt have flere forskellige egenskaber/funktioner. a) Angiv hvilke kemiske egenskaber der er knyttet til, hver af de funktionelle grupper i de fire stoffer. b) Angiv hvilke fysiske egenskaber der er knyttet til, hver af de funktionelle grupper i de fire stoffer og herudfra skal du vurdere stoffernes opløselighed i vand i forhold til hinanden. 9

10 3) Reaktionen er en nukleofil reaktion efterfulgt af en syrebase reaktion. a) Forklar reaktionsmekanismen: b) Hvilket stof fungerer som nukleofilt reagens? Hvilket stof er udgående gruppe (leaving gruppe)? 4) Reaktionen kan forløbe under dannelse af biprodukter. a) Hvilke biprodukter kunne du forestille dig der blev dannet? b) Giv en kort beskrivelse af de reaktioner, der fører til de angivne biprodukter. c) Hvorledes kan du eksperimentelt undersøge om produktionen af biprodukter finder sted? d) Forklar hvorledes vi ved, at vi ved omkrystallisationen slipper af med eventuelle biprodukter og dermed får fremstillet et rent produkt. I skal angive, for hvert trin (temperatur stigning/hævning), hvilke stoffer der kan tænkes at være i den vandige opløsning og hvilke der kan tænkes at være i krystallerne. 5) Anvender vi ækvivalente mængder til syntesen? Inddrag din analyse af reaktionen (hovedreaktion, sidereaktioner, ligevægtsbetragtninger). 6) I skal køre en TLC på det uoprensede produkt og på det oprensede produkt samt eventuelt på uopløste krystaller fra omkrystalliseringen. Hvilket stof forventer I, der løber længst op på pladen? 7) Forklar hvordan og hvorfor urenheder i produktet påvirker smeltepunktet. Sikkerhed: Sikkerhedsforanstaltninger vedrørende 4-aminophenol og eddikesyreanhydrid findes i kemikaliebrugsanvisningerne. Aminophenol er giftigt, og man bør undgå hudkontakt. Eddikesyreanhydrid er stærkt irriterende over for slimhinder i øje og næse, og man skal derfor undgå at indånde det. Hvis nogen af de to stoffer spildes på hænderne vaskes grundigt med sæbe og vand. Der arbejdes under udsugning under ophældning og opvarmning. Kemikalier: 10

11 4-aminophenol, eddikesyreanhydrid, heptan, ethylacetat Udstyr: 100 ml konisk kolbe*, stort bægerglas (500 ml - 1L), magnetomrører, stativ, pulvertragt, filter, büchnertragt*, sugekolbe*, urglas, Kiselgel-plader med fluorescensindikator (F254) til TLC, TLC-kar eller bægerglas** med urglas eller parafilm til låg, UV-lampe, smeltepunktsapparat. *Skylles i dem. vand nogle gange og afdryppes. **Skal både skylles og tørres. Fremgangsmåde: Opstilling til syntesen: Start med at sætte vandbadet til opvarmning før noget andet. Eventuelt kan man koge noget vand i kedlen og starte ved C. Man kan pakke vandbadet ind i stanniol, der vender den blanke side indad. Skyl alle glasvarer som synteseblandingen kommer i berøring med grundigt med dem. vand og afdryp. Det gælder ikke pulvertragten. Under udsugning opsættes en opstilling som vist på tegningen. På en varmemagnetomrører anbringes et stort bægerglas med vand. En 100 ml konisk kolbe fastspændes i stativet og anbringes i vandbadet. Forberedelse af reaktionen: I reaktionskolben (som er nedsænket i varmebadet) hældes gennem en pulvertragt 5.5 g 4-aminophenol. Derefter tilsættes 15 ml destilleret vand. Nu startes omrøringen, hvorved der dannes en opslemning (suspension) af 4- aminophenol i vand. Udførelse af reaktionen: Tilsæt nu til den omrørte suspension 5.5 ml eddikesyreanhydrid i én portion. Suspensionen omrøres på magnetomrører med varmeplade under opvarmning i vandbad, indtil alt går i opløsning. Følg temperaturen af vandbadet med et termometer. Suspensionen bør være gået i opløsning ved ca. 80 C. Efter opløsning skal temperaturen holdes på 80 C i 10 min, hvorefter opløsningen afkøles, hvorved acetylderivatet udkrystalliserer. 11

12 Isolering af produktet: Krystallerne sugefiltreres på en passende størrelse büchnertragt. En lille smule af det udkrystalliserede stof udtages til TLC-analyse. Omkrystallisation: 1. Nu omkrystalliseres fra varmt vand. 2. Vej et urglas, og stil det til side 3. Krystallerne anbringes i en 100 ml konisk kolbe på en varmemagnetomrører og der tilsættes ca. 35 ml dem. vand. 4. Der varmes til alt er gået i opløsning eller der ikke kan opløses mere. 5. Hvis der er bundfald tilbage, filtreres mens blandingen er varm og der udtages en lille smule af krystallerne til TLC-analyse. Opløsningen stilles til frivillig afkøling. 6. Hvis der ikke er bundfald tilbage, afkøles frivilligt uden filtrering. 7. Krystallerne suges fra på en büchnertragt, presses og tages ud. 8. Filtrerpapiret fjernes og produktet overføres til urglasset. Urglasset skal afvejes før produktet overføres hertil. Tørres bedst i eksicator ellers ved henstand i stinkskab. Når stoffet er tørt (dagen efter): Bestemmelse af udbytte: Vej det tørre produkt på urglasset. Smeltpunktsbestemmelse: Tabelværdien for smeltepunktet er 169 C. TLC: Undersøg produktets renhed ved TLC. Stoffet kan evt. omkrystalliseres igen, hvis det ikke er rent (ses på smeltepunktsresultatet). I denne øvelse skal der køres TLC af de to udgangsstoffer, det første produkt og det omkrystalliserede produkt, samt en reference af ren paracetamol og af 4- aminophenol. Hvis ikke alt synteseproduktet fra den første krystallisering kunne opløses under omkrystalliseringen, køres også en prøve heraf. Stofferne opløses i lidt af løbevæsken, ca. 1 mg i 2 ml. Hvis ikke alt opløses, påsættes blot opløst stof fra væskefasen. 4-aminophenol kan eventuelt opløses i ethanol. I denne øvelse bruges en løbevæske, der er en blanding 50 %/50% af heptan og ethylacetat. Tegn en påsætningslinie på TLC-pladen med en blød blyant. Markér hvor stofferne skal påsættes med en streg lige under påsætningslinien. Prøverne påsættes ved at dyppe et kapillarrør i opløsningen af stoffet og sætte mundingen af kapillarrøret ned på påsætningslinien. Efter kørsel og tørring af gelen, lyses der på pladen med en UV-lampe. 12

13 Tegn med en ring, hvor pletterne kan ses på pladen. Skriv på pladen (nede ved påsætningslinien), hvilke pletter der svarer til hvilket referencestof eller analyseblanding. I kan også prøve at tage et foto af gelen, mens den er under UV-lampen. OBS: Det kan skade øjnene, at se direkte ind i en UV-lampe. Vend ALDRIG lampen opad, når den er tændt. Brug eventuelt også briller, der beskytter mod UV-stråling. Efterbehandling: Hvor stort er det praktiske udbyttet af syntese? Hvilke forklaringer kunne der være på, at der ikke er et udbytte på 100%? Fra TLC-pladen vurderes det, hvordan syntesen er forløbet. En kopi/skitse af pladen vedlægges rapporten. De udleverede nmr-spektre tolkes 13

14 Øvelse 2: Bestemmelse af reaktionshastighed Formålet med øvelsen er at undersøge, hvilke faktorer, der påvirker reaktionshastigheden i en reaktion. Øvelsen består af 2 dele: I første del (A) bestemmes, hvordan reaktionshastigheden for den undersøgte reaktion afhænger af koncentrationerne af reaktanterne. I anden del (B) bestemmes, hvordan reaktionshastigheden afhænger af temperaturen. Teori: Den reaktion der skal undersøges er reaktionen mellem persulfationer (S 2 O 8 2- ) og iodidioner (I - ) : S 2 O 8 2- (aq) + 2 I - (aq) 2 SO 4 2- (aq) + I 2 (aq) (1) Reaktionshastigheden (egentlig middelhastigheden) for denne reaktion kan udtrykkes som formindskelsen i persulfat koncentrationen pr. tidsenhed: Vi antager desuden, at reaktionshastigheden kan udtrykkes ved følgende hastighedsudtryk: v = k [S 2 O 8 2- ] m [I - ] n ( hvor m og n er små, hele tal ) Ved alle forsøgene (i både A og B) måles den tid det tager for koncentrationen af persulfat at formindskes med M. Altså er [ S 2 O 8 2- ] = M i alle forsøg. Ved starten af hvert forsøg blandes opløsninger der indeholder S 2 O 8 2- og I - samt en lille mængde thiosulfationer (S 2 O 3 2- ) og stivelse. Stivelse kan bruges til at påvise diiodmolekyler, idet opløsninger der indeholder stivelse og diiodmolekyler vil være karakteristisk mørk- eller blåfarvede. Ved reaktion (1) dannes diiodmolekyler, men disse reagerer straks med thiosulfationerne ved denne reaktion: 2 S 2 O 3 2- (aq) + I 2 (aq) S 4 O 6 2- (aq) + 2 I - (aq) (2) Så længe opløsningen indeholder thiosulfationer, vil der derfor ikke dannes frie diiodmolekyler selv om reaktion (1) forløber. Og man vil derfor heller ikke se nogen farvereaktion med stivelse. Så snart thiosulfationerne slipper op, vil der imidlertid dannes diiodmolekyler i opløsningen, og denne vil straks blive farvet. 14

15 Ved hvert forsøg benyttes den samme startkoncentration af thiosulfationer (S 2 O 3 2- ), M. Når disse er brugt op ved reaktion med diiod, er [S 2 O 8 2- ] formindsket med M. Forsøgene foregår alle ved at man blander reaktanterne i et bægerglas. Samtidigt startes et stopur. Uret stoppes netop når der viser sig en mørk eller blå farve i opløsningen. For at holde en konstant samlet ionkoncentration i reaktionsblandingerne (dette har betydning for reaktionshastighederne) tilsættes NaCl til opløsningen når koncentrationen af KI sænkes, på samme måde erstattes Na 2 S 2 O 8 med Na 2 SO 4. A. Reaktionshastighedens afhængighed af reaktanternes koncentration. Apparatur: 4*100 ml bægerglas, fuldpipetter 10 ml og 20 ml, sugebold, reagensglas, spatel, stopur, 2 buretter med klemmer og stativ. Kemikalier: 0,200 M Na 2 S 2 O 8 ; 0,100 M Na 2 S 2 O 8 (opløsningen er også 0,100 M m.h.t. Na 2 SO 4 ) ; 4, M Na 2 S 2 O 3 (opl. indeholder også stivelse) ; 0,200 M KI ; 0,200 M NaCl Fremgangsmåde: Før hvert forsøg skylles glasapparaturet grundigt med demineraliseret vand, hvorefter vandet så vidt muligt rystes af. De to buretter opstilles og fyldes med henholdsvis 0,200 M KI og 0,200 M NaCl. Man overfører med pipette 20.0 ml Na 2 S 2 O 8 - opløsning til bægerglasset. Derefter tilsættes (også med pipette) 10,0 ml af den 4, M Na 2 S 2 O 3 opløsning, der også indeholder stivelse. De angivne volumener 0,200 M KI og 0,200 M NaCl, (se tabellen herunder) tappes fra buretter ned i et reagensglas. Indholdet fra reagensglasset hældes ned i bægerglasset samtidigt med at stopuret startes. Sørg for at opløsningerne blandes grundigt. Stands stopuret netop når den første farvning af opløsningen viser sig. 15

16 Der udføres 2 måleserier: Serie 1 Forsøg nr. Volumen 0,200 M Na 2 S 2 O 8 Volumen 4, M Na 2 S 2 O 3 Volumen 0,200 M KI Volumen 0,200 M NaCl 1 20,0 ml 10,0 ml 20,0 ml 0 ml Reaktionstid t 2 20,0 ml 10,0 ml 15,0 ml 5,0 ml 3 20,0 ml 10,0 ml 10,0 ml 10,0 ml 4 20,0 ml 10,0 ml 5,0 ml 15,0 ml Serie 2 Forsøg nr. Volumen 0,100 M Na 2 S 2 O 8 Volumen 4, M Na 2 S 2 O 3 Volumen 0,200 M KI Volumen 0,200 M NaCl 5 20,0 ml 10,0 ml 20,0 ml 0 ml Reaktionstid t 6 20,0 ml 10,0 ml 15,0 ml 5,0 ml 7 20,0 ml 10,0 ml 10,0 ml 10,0 ml 8 20,0 ml 10,0 ml 5,0 ml 15,0 ml Spørgsmål til del A: 1. Forklar hvorfor ændringen i [S 2 O 8 2- ] er M i alle forsøgene. 2. Anfør resultaterne i et skema med kolonner for [S 2 O 8 2- ], [I - ], v og. 3. Lav en grafisk afbildning for hver måleserie af v som funktion af [I - ]. 4. Kommenter graferne. Hvilken værdi har n? 5. Sammenlign de to måleserier. Hvilken værdi har m? 6. Beregn for hvert forsøg og anfør resultatet i skemaet. 7. Anfør en værdi for hastighedskonstanten, og opskriv hastighedsudtrykket for reaktionen. 8. Er [S 2 O 8 2- ] og [I - ] begge konstante under målingerne? 9. Hvis ikke hvor mange % ændres de så i løbet af forsøget? Har ændringen nogen væsentlig betydning for forsøgets resultat 16

17 B. Reaktionshastighedens afhængighed af temperaturen. Formålet med denne del af øvelsen er, at bestemme reaktionstiden ved forskellige temperaturer. Ud fra resultaterne skal aktiveringsenergien for reaktionen bestemmes. Teori (del B): Hastighedskonstantens afhængighed af temperaturen kan beskrives ved hjælp af Arrheniusligningen: Denne ligning kan omformes k = k o exp ln k = - E A R 1 T + ln k o Ifølge denne ligning får man en ret linie hvis man afbilder den naturlige logaritme til hastighedskonstanten (ln k) som en funktion af den reciprokke værdi af kelvintemperaturen (1/T). Ud fra grafen kan aktiveringsenergien (E A ) og k o bestemmes. Apparatur: 12 reagensglas, 4 store bægerglas, 100 ml bægerglas, fuldpipetter 2*10mL og 1*5mL og glasspatel. Kemikalier: 0,200 M Na 2 S 2 O 8 ; 4, M Na 2 S 2 O 3 (opl. indeholder også stivelse) ; 0,200 M KI Fremgangsmåde: Der skal foretages målinger ved 4 temperaturer i intervallet 0-30 C. Der fremstilles derfor 4 vandbade (store bægerglas el. lign) med temperaturer spredt så vidt muligt i intervallet. Til hvert forsøg benyttes 3 reagensglas med henholdsvis 10.0 ml 0,200 M Na 2 S 2 O 8, 10,0 ml 0,200 M KI og 5,0 ml 4, M Na 2 S 2 O 3 (med stivelse), alle opløsninger afmåles med pipette. Lav først de 4 sæt med 3 reagensglas De tre glas der hører til et forsøg stilles i vandbadet i mindst et kvarter før de anvendes. Hvert forsøg (gentages 4 gange): Indholdet fra glassene hældes samtidigt ned i et bægerglas idet stopuret startes. Når reaktionsblandingen bliver farvet stoppes uret og temperaturen i blandingen måles så nøjagtigt som muligt (1/10 grads nøjagtighed). 17

18 Anfør resultaterne fra de 4 forsøg i et skema som nedenstående: t Temp. ( C) v k = ln k T 1/T Spørgsmål til del B: 1. Beregn reaktionshastigheden og hastighedskonstanten for hvert forsøg. (Brug start koncentrationer for S 2 O 8 2- og I - ). 2. Beregn værdierne i de resterende kolonner i skemaet. 3. Afbild ln(k) som funktion af 1/T. 4. Kommentér grafen. Find E A og k o. 5. Find ud fra grafen hastighedskonstanten ved en temperatur, der ligger udenfor måleområdet. 18

19 Øvelse 3: Bestemmelse af G o, H o og S o for en ligevægtsreaktion Formålet med øvelsen er, at undersøge temperaturens indflydelse på ligevægtskonstanten for ligevægten PbSO 4 (s) + 2 I - (aq) PbI 2 (s) + SO 4 2- (aq) Teori Forsøget startes med at tilsætte PbSO 4 (s) til en 0,0500 M opløsning af KI. Både PbSO 4 og PbI 2 er tungtopløselige i vand og ovenstående ligevægt indstiller sig. Når ligevægten har indstillet sig filtreres en del af opløsningen fra, så bundfaldet fjernes. En kendt mængde af den filtrerede opløsning titreres med 0,0500 M AgNO 3 for at bestemme koncentrationen af I - i ligevægtsblandingen. Ved titreringen sker følgende reaktion: Ag + (aq) + I - (aq) AgI (s) Da begyndelseskoncentrationen af I - også er kendt, kan [SO 4 2- ] i ligevægtsblandingen beregnes, og dermed ligevægtskonstanten for ligevægten: Ved at titrere ligevægtsopløsninger for forskellige temperaturer, kan ligevægtskonstanten ved disse forskellige temperaturer findes. Udfra de beregnede værdier for K, kan G o, H o og S o for reaktionen findes. G o kan findes ved de forskellige temperaturer udfra ligevægtskonstanten K ved at benytte sammenhængen: G o = - R T ln K Målingerne foretages indenfor temperaturintervallet 10 C - 30 C. Indenfor et så lille temperaturinterval kan man regne H o og S o for konstante. Afbilder man G o som funktion af temperaturen (absolut temperatur), kan H o og S o bestemmes grafisk, idet G o afhænger lineært af T: G o = H o - T S o H o og - S o findes som henholdsvis linjens skæring med y-aksen og dens hældning. Sikkerhed: Bly er et tungmetal og i skal derfor være varsomme. Læreren afvejer og kommer det pulveriserede PbSO 4 ned i kolberne, så i udsættes for mindst muligt støv. 19

20 Apparatur: 4 stk 250 ml koniske kolber, 3 magnetomrørere, 2 vandbade, thermometer (1/10 grads inddeling), tragt, filtrerpapir, 100 ml konisk kolbe, 25 ml pipette, sugebold, burette med klemme og stativ. Kemikalier: 0,0500 M AgNO 3 ; 0,0500 M KI ; PbSO 4 (findelt) Fremgangsmåde: 1. Fremstil 2 vandbade med temperaturer på ca. 10 C og 30 C. 2. De 3 ligevægtsopløsninger fremstilles ved at blande 2 g fast PbSO 4 (afvejes af læreren) med ca. 100 ml 0,0500 M KI i hver af de tre 250 ml koniske kolber. 3. Anbring en røremagnet i hver af kolberne. 4. Placer de to af kolberne i hver sit vandbad, på en magnetomrører. 5. Kontrollér vandbadenes temperaturer med jævne mellemrum. 6. Kolberne i vandbadene bør stå en times tid inden der udtages prøver til titrering. Imens laves forsøget med den tredje kolbe, som har stuetemperatur. 7. Når denne kolbe har stået et kvarters tid med omrøring måles temperaturen i blandingen (med 1/10 grads nøjagtighed) og der filtreres ca. 60 ml af kolbens indhold over i en 100 ml konisk kolbe ,00 ml af filtratet overføres med en pipette til en 250 ml konisk kolbe. 9. Denne opløsning titreres under magnetomrøring med 0,0500 M AgNO I starten af titreringen vil opløsningen se mælket hvid ud p.g.a. dannelsen af et fint bundfald af AgI. Ækvivalenspunktet er nået når en dråbe AgNO 3 pludselig får krystallerne til at klumpe sig sammen. 11. Afpipettér yderligere 25,00 ml af opløsningen og gentag titreringen. 12. De to tempererede ligevægtsblandinger behandles på samme måde. 13. Mål temperaturen i ligevægtsblandingerne lige inden de filtreres. 14. Filtrer derefter hurtigt 60 ml af opløsningen fra. 15. Udtag 25,00 ml af filtratet med pipette og titrer med 0,0500 ml AgNO Vær meget omhyggelig med alle titreringerne. 17. Foretag 2 titreringer ved hver temperatur. 20

21 Måleresultaterne og beregnede værdier kan f.eks. samles i et skema som dette: t ( C) T (K) V(AgNO 3 ) [I - ] (M) [SO 4 2- ] (M) K G o Resultatbehandling: 1. Hvordan kan man se, at der sker en reaktion når den faste PbSO 4 sættes til KI opløsningen? 2. Hvilken betydning har det, at bundfaldet filtreres fra inden opløsningen titreres? 3. Beregn koncentrationen af I - i ligevægtsblandingerne ud fra resultaterne fra titreringerne. 4. Beregn koncentrationen af SO 2-4 i ligevægtsblandingerne. 5. Beregn K og G o for hvert forsøg. 6. Afbild G o grafisk som funktion af T (Kelvin). 7. Tegn bedste rette linie og benyt denne til at finde H o og S o. 8. Find ud fra grafen G o ved 298 K. 9. Sammenlign de fundne værdier for H o og S o og G o ved 298 K med tabelværdier. 21

22 Øvelse 4: Titrerkurver for phosphorsyre og citronsyre. Formålet: Formålet med øvelsen er at fremstille en titreringskurve for phosphorsyre ud fra en potentiometrisk titrering af en 0,030M opløsning af phosphorsyre med natriumhydroxid. Kurven sammenlignes med titreringskurven for citronsyre og forskellene på de to kurver forklares. Teori: Phosphorsyre er en trihydron syre, som bruges til at fjerne kalk og rust fordi syreresterne er gode kompleksbindere, både for calciumioner og jernioner. Desuden findes den i cola som tilsætningsstoffet E338. Citronsyre er også en trihydronsyre Den findes i frugter, men fremstilles også syntetisk til brug som tilsætningsstoffet E330, der virker son antioxidant og surhedsregulerende middel. Citronsyre kan også lige som phosphorsyre bruges til at fjerne kalk og rust. Ved titrering af phosphorsyre afgives hydronerne i tre trin svarende til nedenstående reaktionsskemaer: (I) H 3 PO 4 (aq) + OH - (aq) H 2 PO - 4(aq) + H 2 O(l) (II) H 2 PO - 4(aq) + OH - (aq) HPO 2-4 (aq) + H 2 O(l) (III) HPO 2-4 (aq) + OH - (aq) PO 3-4 (aq) + H 2 O(l) Ud fra titrerkurven kan den molære koncentration af phospshorsyren samt værdier for H 3 PO 4 og H 2 PO - 4 bestemmes. Apparatur: 25,0 ml fuldpipette, pipettebold, 100 ml bægerglas, magnetomrører, ph-meter, pufferopløsning, burette med stativ. Kemikalier: Ca. 0,030M phosphorsyre, ca. 0,1 M natriumhydroxid-opløsning (den nøjagtige koncentration aflæses på flasken): c(naoh) = M. Før øvelsen: Udregn hvor meget NaOH, der ca. skal tilsættes til phosphorsyren for at vi rammer 1. ækvivalenspunkt. 22

23 Fremgangsmåde: 1. Først skal ph-meteret kalibreres med to pufferopløsninger, så det viser pufferens ph-værdi (læreren på kurset vil instruere jer i dette). 2. Med fuldpipette udtages 25,0 ml phosphorsyre, som overføres til bægerglasset. Der tilsættes en magnet. 3. Nu stilles bægerglasset på magnetomrøreren. ph-elektroden placeres i bægerglasset, så elektroden ikke berøres af magneten, når magnetomrøreren er tændt. Hvis det er nødvendigt kan der tilsættes lidt demineraliseret vand. 4. Buretten fyldes med NaOH-opløsning og nulstilles. NaOH-opløsningen tildryppes til opløsningen i bægerglasset. Fra start tilsættes ca. 1 ml base indtil lidt før første ækvivalenspunkt, hvorefter der tilsættes base dråbevist. For hver tilsætning noteres volumen af base og ph samtidig med at titrerkurven indtegnes. Fortsæt titreringen til 25 ml base er tilsat. 23

24 Resultatbehandling: 1. Bestem de to ækvivalenspunkter og beregn koncentrationen af phosphorsyre ud fra værdierne i hvert af ækvivalenspunkterne. 2. Find pk s1 og pk s2 for phosphorsyre ud fra den tegnede titrerkurve og sammenlign med tabelværdierne. 3. Forklar hvorfor man ikke ser det tredje ækvivalenspunkt på titrerkurven for phosphorsyre. 4. Opskriv reaktionsskemaerne for de to syre-baseligevægte, hvor dihydrogenphosphat indgår, som h.hv. korresponderende base og syre. 5. Beregn ved hjælp af pufferligningen forholdet mellem de aktuelle koncentrationer af dihydrogenphosphat og phosphorsyre i første ækvivalenspunkt. 6. Beregn ved hjælp af pufferligningen forholdet mellem de aktuelle koncentrationer af hydrogenphosphat og dihydrogenphosphat i første ækvivalenspunkt. 7. Find pk s -værdierne for citronsyre i Databogen. 8. Opskriv reaktionsskemaerne for de to syre-baseligevægte, hvor dihydrogencitrat indgår, som h.hv. korresponderende base og syre. 9. Beregn ph-værdien ved det første ækvivalenspunkt i en titrering af citronsyre (amfolyt) under de samme betingelser som phosphorsyretitreringen. 10. Gentag beregningerne fra punkt 4-5 for dihydrogencitrat-ionen. Forklar hvorfor man på titrerkurven for citronsyre kun ser et ækvivalenspunkt. 24

25 Øvelse 5: Bestemmelse af iodtal for et fedtstof Formålet med eksperimentet er at bestemme et fedtstofs iodtal. Teori: Umættede forbindelser kan addere Br 2 (dibrom) eller I 2 (diiod), f.eks.: C C + Br Br C C Br Br C C + I I C C I I Hvor carbonatomerne på venstre side kan symbolisere et udsnit af et umættet fedtstofmolekyle. Et fedtstofs iodtal, I t, defineres som det antal gram diiod, der kan adderes til 100 gram af fedtstoffet. Iodtallet siger dermed noget om antallet af dobbeltbindinger i fedtstoffet. Dibrom er mere reaktivt end diiod, hvorfor vi i stedet for at addere I 2 til fedtstoffet, adderer Br 2 hertil. Den adderede mængde Br 2 omregnes derefter til den ækvivalente mængde I 2. Den mængde dibrom, n(br 2(start) ), der er til rådighed for addition til fedtstoffets dobbeltbindinger, dannes i reaktionskolben ved en redoxreaktion mellem BrO - 3 og Br- i sur opløsning (afstem selv reaktionsskemaet): BrO Br- Br 2 Den tiloversblevne mængde dibrom, n(br 2(slut) ), reduceres til Br - ved hjælp af I - (afstem selv reaktionsskemaet): Br 2 + I - Br - + I 2 Den dannede mængde diiod, n(i 2 ), der er ækvivalent med n(br 2(slut) ) i forholdet 1:1, kan herefter bestemmes ved titrering med natriumthiosulfat (afstem selv reaktionsskemaet): I 2 + S 2 O 2-3 I- + S 4 O 2-6 Den adderede mængde dibrom, n(br 2(adderet) ) findes nu på følgende måde: n(br 2 (adderet) ) = n(br 2(start) ) - n(br 2(slut) ) Den adderede mængde dibrom, n(br 2(adderet) ), er ækvivalent med den mængde diiod, n(i 2(adderet) ), der kunne være blevet adderet, hvis vi i stedet havde valgt at addere dette. I t kan altså findes ved hjælp massen af denne mængde diiod, m(i 2(adderet) ) og massen af det afvejede fedtstof. Apparatur: 25

26 250 ml konisk kolbe, magnetomrører + magnet, burette, 3 stk 25 ml måleglas, stativ, en 10,0 ml fuldpipette Kemikalier: Fedtstof (husk at notere hvilket), heptan, 0,100 M KBrO 3 -opløsning, KBr(s), 2 M svovlsyre, 0,50 M KI-opløsning, 0,100 M Na 2 S 2 O 3 -opløsning, 1% stivelsesopløsning. Risici og affaldsbehandling: Affaldet fra dette laboratorieeksperiment skal hældes i dunken mærket "ORGANISK AFFALD". Overskydende thiosulfat hældes i dunken mærket "BASISK AFFALD". Fremgangsmåde: For at begrænse forbruget af kemikalier, og for at få nogenlunde det samme forbrug uanset det benyttede fedtstof, "snyder" vi lidt. Det forventede iodtal slås op i et tabelværk og ved hjælp af denne værdi, I t (tabel), finder vi på følgende måde frem til, hvor meget der ca. skal afvejes af det benyttede fedtstof: mængde fedtstof (i gram) = 50 I t 1. Ved hjælp af ovenstående formel beregnes hvor meget fedtstof, der ca. skal afvejes. Fedtstoffet afvejes herefter direkte i en konisk kolbe. Massen af det afvejede fedtstof noteres med 0,001 grams nøjagtighed. 2. Der tilsættes 20 ml heptan til kolben, og fedtstoffet opløses i dette opløsningsmiddel. 3. Til kolben sættes yderligere 10,0 ml KBrO 3 -opløsning (med fuldpipette) og 1 gram KBr. Der rystes indtil al KBr er opløst. 4. Endelig tilsættes kolben 10 ml svovlsyre (observer hvad der sker), hvorefter den straks pakkes ind i aluminiumsfolie. 5. Kolben stilles på en magnetomrører og står i ca. 30 minutter. Tiden kan bruges til at løse spørgsmål 1 i resultatbehandlingen. Og at få opstillet og nulstillet buretten. 6. Efter 30 min. udpakkes kolben, og med det samme tilsættes 20 ml KI-opløsning med måleglas (observer hvad der sker). 7. Kolbens indhold titreres nu med Na 2 S 2 O 3 -opløsningen. 8. Når iodfarven næsten er forsvundet tilsættes lidt stivelsesopløsning som indikator. 26

27 9. Titreringen bør foregå under magnetomrøring, da kolben under titreringen indeholder et tofaset system, og da reaktionen med thiosulfat kun foregår i vandfasen. 10. Ved titreringens ækvivalenspunkt bliver kolbens indhold farveløst. Forbrugt volumen natriumthiosulfat-opløsning noteres. Resultatbehandling: 1. Beregn stofmængden af dibrom før additionen begynder, n(br 2 (start) ). 2. Beregn stofmængden af diiod, n(i 2 ), ud fra den forbrugte mængde natriumthiosulfat-opløsning, ved titreringen. 3. Find stofmængden af Br 2, der er tilbage efter additionen, (Br 2(slut) ). 4. Beregn nu stofmængden af Br 2 adderet, n(br 2(adderet) ). 5. Find den ækvivalente mængde I 2, n(i 2 ("adderet")). 6. Beregn I t i enhederne angivet i definitionen. 7. Blev der tilsat tilstrækkeligt KI til at reducere al Br 2 (slut)? 8. Hvorfor det er vigtigt, at kolben med Br 2 og fedtstof står i mørke, mens reaktionen foregår? (tænk på hvilke andre reaktioner, der kan finde sted mellem dibrom og fedt) 27

28 Øvelse 6: Bromthymolblåt en syrebaseindikator Formål: Øvelsen er delt i to dele. I den første del optages et absorptionsspektrum af hver af bromthymolblåts tre farver. I den anden del opsamles data til konstruktion af et Bjerrum-diagram for bromthymolblåt. Teori: Bromthymolblåt er en syrebaseindikator. Når ph er under 1, er den rød, når ph er mellem 3 og 6 er den gul, og når ph er over 8, er den blå. Disse farver svarer til tre forskellige strukturer, som vi betegner henholdsvis H 2 In +, HIn og In - : HO CH 3 C 3 H 7 OH + HO CH 3 C 3 H 7 O Ğ O CH 3 C 3 H 7 O Br Br Br CH 3 CH 3 Ğ SO 3 CH 3 CH 3 Ğ SO 3 CH 3 CH 3 Ğ SO 3 Rød (ph < 1) - H 2 In + Gul (3 < ph < 6) - HIn Blå (ph > 8) - In I første del af øvelsen, fremstilles tre opløsninger af bromthymolblåt; en med ph 3, en med ph 7 og en med ph 12. Der optages et absorptionsskektrum for hver af de tre opløsninger og absorptionsmaksimum, max, for hver farve bestemmes. Som syrebaseindikator er det skiftet mellem HIn (gul) og In (blå), der udnyttes. Vi har følgende ligevægt i vand (ph = 7): HIn(aq) + H 2 O(l) In (aq) + H 3 O + (aq) I anden del af øvelsen fremstilles først en opløsning af bromthymolblåt med en ph-værdi på ca. 5, hvor HIn dominerer. Til denne opløsning tilsættes 1,0 M NaOH(aq) dråbevis. I takt med denne tilsætning omdannes HIn(aq) til In (aq) : HIn(aq) + OH (aq) In (aq) + H 2 O(l) 28

29 Opløsningen skifter farve fra gul over grøn til blå. For hver tilsat dråbe 1,0 M NaOH(aq) måles opløsningens ph-værdi og absorbans. Der anvendes lys med en bølgelængden der svarer til absorptionsmaksimum for bromthymolblåt ved ph 12 ( max 615). Ved denne bølgelængde er det kun den blå farve der svarer til In - (aq), der absorberer. Opløsningens absorbans er ifølge Lambert-Beers lov proportional med koncentrationen af In (aq): A = 615 nm [In ] l Hvor l er lysvejen = dybden af kuvetten, som er konstant gennem forsøget. 615 nm er også konstant. A er altså ligefrem proportional med [In ]: A = k [In ] På grundlag af absortionsværdierne kan indikatorens syrebrøk beregnes ved de forskellige phværdier. Udfra de sammenhørende værdier af syrebrøken og ph, kan der tegnes et Bjerrumdiagram for bromthymolblåt. Du skal bruge teori om spektrofotometri og absorption af lys. Læs side i Kemi B- niveau. Kopier vedhæftet i slutningen af dokumentet. Du skal også bruge teori om Bjerrumdiagrammer og puffersystemer. Læs herom i dit lærebogssystem. Del 1: Spektre af bromthymolblåt Apparatur LabQuest (dataopsamler), SpektroVis (spektrofotometer), ph-elektrode, magnetomrører, engangspipetter, ml bægerglas, 10 ml måleglas, 3 50 ml målekolber, 4 plastikkuvetter. Kemikalier 0,10 M KH 2 PO 4, 0,10 M Na 2 HPO 4, 6 M HCl(aq), 4 M NaOH(aq), bromthymolblåt opløsning (0,04 %) Fremgangsmåde Kalibrer ph-meter: Tilslut ph-elektroden til LabQuesten. Mål ph i puffer-opløsninger med ph = 7 og ph = 4. Hvis ph-værdien varierer mere end 0,1 point fra pufferens ph-værdi, skal ph-metret kalibreres. Følg vejledningen til kalibrering af ph-elektrode. Vejledningen er vedhæftet i slutning af dokumentet. 29

30 Fremstilling af opløsninger: ph 3: Overfør med engangspipette 2 ml bromthymolblåt til et 100 ml bægerglas. Tilsæt 20 ml vand. Start magnetomrøring. Placér ph-elektroden i opløsningen så kuglen er dækket, men så magnetstangen ikke rører ved denne. Tilsæt dråbevis 6 M HCl(aq) indtil ph er ca. 3. Overfør opløsningen til en 50 ml målekolbe og fyld op med vand til stregen. ph 7: Overfør 2 ml bromthymolblåt og 10 ml 0,10 M Na 2 HPO 4 (aq) og 10 ml 0,10 M KH 2 PO 4 (aq) til en 50 ml målekolbe og fyld op med vand. Tjek at ph-værdien er ca. 7. ph 12: Overfør 2 ml bromthymolblåt til et 100 ml bægerglas. Tilsæt 20 ml vand. Start magnetomrøring. Placér ph-elektroden i opløsnignen så kuglen er dækket, men så magnetstangen ikke rører ved denne. Tilsæt dråbevis 4 M NaOH(aq) indtil ph er ca. 12, idet ph følges med ph-metret. Overfør opløsningen til en 50 ml målekolbe og fyld op med vand til stregen. Optage spektre: Tilslut SpektroVis til LabQuesten. Følg brugervejledningen til SpektroVis. (Vedhæftet bagerst i dokumentet.) Først kalibreres spektrometret ved at bruge en kuvette med rent vand. Der optages nu et fuldt spektrum af hver af de tre opløsninger. Husk at gemme spektrene, så i kan bruge dem senere. Databehandling (del 1) Beskriv sammenhængen mellem de tre spektre, de angivne farver, den maksimale absorptionsbølgelængde ( max ) og strukturformlerne ovenfor. 30

31 Del 2: Bjerrum-diagram Apparatur LabQuest, SpektroVis, ph-elektrode, magnetomrører, 5 ml fuldpipette, 250 ml bægerglas, 250 ml måleglas, engangspipetter. Kemikalier Bromthymolblåt-opløsning (0,04%), KH 2 PO 4 (s) og 1,0 M NaOH (aq) Fremgangsmåde Klargøring af LabQuest til dataopsamling: Se den vedhæftede LabQuest-vejledning punkt 5 a-e. Fremstilling af startopløsning ph 5: ml demineraliseret vand overføres til et 250 ml bægerglas. Anbring bægerglasset på en magnetomrører og put en magnet i. 2. Start magnetomrøringen, der skal køre under hele forsøget. 3. Tilsæt med fuldpipette 5,0 ml bromthymolblåtopløsning og 0,10 g KH 2 PO 4 (s). 4. Når kaliumdihydrogenphosphaten er fuldt opløst placeres ph-elektroden i opløsningen, hvor den skal forblive under hele forsøget. 5. Med engangspipette overføres lidt af opløsningen til en kuvette, som placeres i kuvetteholderen i spektrometeret. 6. Displayet på LabQuest viser nu absorbansen og ph. Nu skal data opsamles af LabQuest. Følg LabQuest-vejledningen punkt 5 f-i. 7. Efter målingen hældes kuvettens indhold tilbage i bægerglasset. 8. Med engangspipette tilsættes en dråbe 1,0 M NaOH(aq) til opløsningen i bægerglasset (det tilsatte volumen skal ikke måles). 9. Igen overføres lidt af opløsningen til kuvetten og dataopsamling foretages ved at følge LabQuest-vejledningen punkt 5 h-i. 10. Gentag ovenstående procedure 8-9 til ph > 6. Herefter tilsættes 2 dråber 1,0 M NaOH(aq) til opløsningen i bægerglasset og ellers følges ovenstående punkt 8-9. (observer farveskiftene undervejs, og noter ph og farve i skemaet nedenfor) 11. Når absorbansen ikke længere ændrer sig: Gå til LabQuest-vejledningen punkt 5 k-m. 31

32 Data LabQuest har opsamlet sammenhængende værdier af ph og absorbans, svarende til kolonne 1 og 2 herunder: ph A farve x b x s 32

33 Databehandling: Startopløsningens indhold af KH 2 PO 4(aq) bevirker, at ph er så lav, at bromthymol-blåt næsten udelukkende findes som HIn (aq). Følgelig er koncentra-tionen af In (aq) meget lav og absorbansen lille. Når der dråbevis tilsættes NaOH (aq), omdannes mere og mere HIn (aq) til In (aq), og det får absorbansen til at stige. Når næsten alt HIn (aq) er omdannet til In (aq), stiger absorbansen ikke mere. Som nævnt er det kun In (aq), der absorberer ved en bølgelængde på 615 nm. Absorbansen følger Lambert-Beers lov: A = e 615 nm [In ] l og A slut = e 615 nm [In ] slut l Her er A slut er den absorbans, der måles ved afslutningen af forsøget, hvor absorbansen forbliver uændret. Som nævnt bevirker tilsætningen af NaOH(aq), at HIn(aq) omdannes til In (aq). Summen af [HIn] og [In ] er konstant under hele forsøget, når der ses bort fra den ubetydelige volumenforøgelse ved tilsætningen af NaOH-dråberne. Der gælder så: [HIn] + [In ] = [HIn] slut + [In ] slut [In ] slut Her udnyttes, at [HIn] slut er så lille, at den kan sættes til nul. Indikatorsystemets basebrøk kan derfor beregnes som: x b [In ] [HIn] [In ] [In ] [In ] slut A A slut 1. Overfør de målte absorbanser til i et regneark 2. Beregn basebrøken og syrebrøken for alle målepunkterne. 3. Konstruer Bjerrum-diagrammet, som er en (ph,x s )-graf. 4. Bestem pk S for bromthymolblåt ud fra Bjerrum-diagrammet. 5. Sammenlign med tabelværdien, der er 7,1. 6. Omslagsområdet for bromthymolblåt angives normalt til 6,0-7,6. Hvordan stemmer det med de iagttagne farver? 7. Beregn 615 nm. Hvis max i jeres forsøg var lidt forskellig fra 615 nm, udregner i ekstinktionskoefficienten ved denne værdi. 33

34 8. Omslagsområdet ligger ikke helt symmetrisk omkring pk S -værdien. Kan det forklares med forskellen i absorbans ved max for HIn(aq) og In (aq) (du skal bruge dine data fra del 1)? 9. Opskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem H 2 PO 4 (aq) og OH (aq). 10. Beregn ph i startopløsningen, som er en amfolytopløsning. Brug amfolyt-ligningen: ph = ½ (pk s (syre) + pk s (amfolyt)) 34

35 Øvelse 7: Enzymkatalyseret nedbrydning af stivelse Formål: Forsøgets formål er at undersøge enzymaktiviteten af -amylase (phtyalin) ved nedbrydning af stivelse i vandig opløsning. Der måles ved forskellige ph-opløsninger og forskellige temperaturer. Som mål for enzymaktiviteten anvendes massen af nedbrudt stivelse pr. minut. Eller rettere blot 1/ t, da vi måler tiden for nedbrydning af den samme masse af stivelse i alle delforsøg. Teori: Enzymaktivitet: I rapporten/journalen skal følgende spørgsmål besvares: Hvorfor ændres enzymaktiviteten med ph-værdien af den vandige opløsning? Hvorfor ændres enzymaktiviteten med temperaturen af den vandige opløsning? Hvad forventer I at observere? (Brug eventuelt diagrammerne fra Bioweb Enzymernes ABC) Observationsmetode: Stivelse er en blanding af amylose og amylopektin. Amylose er opbygget af uforgrenede kæder af α-glukoseenheder, der er bundet sammen ved α-1,4-glukosidbindinger. Amylopektin er forgrenet, men ellers opbygget på samme måde som amylose. I forgreningspunkterne er der α-1,6- glukosidbindinger. H CH 2 OH O H H CH 2 OH O H H CH 2 OH O H H CH 2 OH O H... O H H H H OH H OH H OH H OH H O O O O... H OH H OH H OH H OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH H O H O H O H O... H H O H OH H O OH H O H OH H O OH H O... H H H H H OH H OH H OH H OH Amylose er lange kæder af α-d-glucose kun α-1,4- bindinger og uforgrenet. Cellulose er lange kæder af β-d-glucose. 35

36 Amylopektin er lange kæder af α-d-glucose. Samme struktur som amylose, men med forgreninger med α-1,6- bindinger Spyt indeholder fordøjelsesenzymet α-1,4-amylase (ptyalin). Det kan katalysere nedbrydningen af stivelse og lignende polyhexoser, idet det katalyserer hydrolyse af α-1,4-glukosidbindinger. Herved nedbrydes stivelse til en blanding, der hovedsageligt består af maltose, men også indeholder glucose og isomaltose. Under nedbrydningen dannes nogle mellemprodukter kaldet dekstriner. Vi skal undersøge, hvornår der ikke længere er stivelse i prøven. Stivelse kan påvises, idet amylose farves kraftigt blåsort af iod, amylopektin farves rødviolet og dekstrin farves rødt. Stivelse + I 2 Dekstriner + I 2 Maltose/ glukose/isomaltose + I 2 Blå-sort Rødlig Gullig (som diiod-opløsningen) Kemikalier: Amylase-opløsning (oprenset og koncentreret i en puffer ph = 5), stivelsesopløsning 1%, I 2 /KI- opløsning ( 5g I 2 opløst i 100 ml 10% KI der fortyndes til 1L), pufferopløsninger (ph: 4,5,6,7,8,9), is og kogende vand. Apparatur: Termobægre, 250 ml bægerglas, termometre + et der kan tilsluttes magnetomrører/varmepladen, magnetomrører/-varmeplade, ml koniske kolber, elefanttråd til at spænde de små koniske kolber fast i, 5 ml eller 10 ml stangpipetter, µl mikro transfer pipette + gule spidser, plastiktransparenter + hvidt papir, engangspipetter, stopur (mobiltelefon eller LabQuest), 50 ml bægerglas til dem. vand til rensning af engangspipetter. 36

37 Fremgangsmåde: Forsøg 1: Enzymaktivitetens temperaturafhængighed. Der udføres forsøg ved 6 forskellige temperaturer: 10 o C, 20 o C, 30 o C, 40 o C, 50 o C og 60 o C. Grupperne samarbejder om forsøget. Læreren udpeger, hvilke grupper, der laver forsøg ved hvilke temperaturer. Opsætning af vandbad Til de høje temperaturer ( 40 C) bruges varmepladen med tilsluttet termometer som vandbad. Til de lavere temperaturer anvendes et lille termobæger i et stort som vandbad. Der står permanent et termometer i vandbadet. Hav et termobæger med isvand og et med kogende (varmt) vand parat, til at justere temperaturen med. I begge står permanent en engangspipette til at tilføre koldt/varmt vand til vandbadet eller til at aftappe vand fra vandbadet. Temperatur forsøg: Forberedelse af stivelsesprøven: Afpipetér 5mL stivelsesopløsning med en fuldpipette og overfør stivelsen til en 5 ml konisk kolbe Placer kolben i det tempererede vandbad. De små 5 ml koniske mikrokolber skal spændes fast med elefanttråd og nedsænkes i varmebadet. Brug en engangspipette til omrøring (hurtig temperering). Efter 2-3 minutter har stivelsesopløsningen samme temperatur som vandbadet. Opsætning af transparenten: På en plastiktransparent med hvid baggrund sættes 30 dråber I 2 /KI- opløsning ( i 2 rækker) Til den første dråbe tilsættes en dråbe vand (reference). 37

38 Aktivitetsmålingen: Når stivelsesopløsningen er tempereret, afpipetteres 50 µl af enzymopløsningen med mikrotransferpipette, der overføres til stivelsesopløsningen. Samtidig startes et stopur. Sug op og ned med engangspipetten for at blande. Efter 15 sek udtages en dråbe af blandingen med engangspipetten og tilsættes den anden dråbe I 2 /KI- opløsning på transperenten (den første er reference). Herefter udtages en dråbe med passende tidsintervaller:start med at udtage hver 30. sekund. Hvis ændringen er lille efter de første 5 målinger, kan man gå op til sekunder. Forsøget stoppes når I 2 /KI- opløsningen, efter tilsætning af stivelses-enzymblandingen, forbliver gul/har samme farve som referencen. Notér tiden. Forsøg 2: Enzymaktivitetens ph afhængighed. Der udføres forsøg ved 6 forskellige ph-værdier: 4, 5, 6, 7, 8 og 9. Grupperne samarbejder. Læreren fortæller hvilke forsøg de enkelte grupper skal lave. ph forsøget: Forberedelse af stivelsesprøven: Afpipetér 2,5 ml stivelsesopløsning med en stangpipette og overfør til en 5 ml konisk kolbe. Tilsæt 2,5 ml pufferopløsning med den ønskede ph. Bland ved at suge op og ned med en engangspipette. Opsætning af transparenten: På en transperent med hvid baggrund sættes 30 dråber I 2 /KI- opløsning ( i 2 rækker). Til den første dråbe tilsættes en dråbe vand (reference). 38

39 Aktivitetsmålingen: Afpipetter 50 µl af enzymopløsningen med mikrotransferpipette, der overføres til stivelses/puffer-opløsningen. Samtidig startes et stopur. Sug op og ned med engangspipetten for at blande. Efter 15 sek udtages en dråbe af blandingen med engangspipetten og tilsættes den anden dråbe I 2 /KI- opløsning på transperenten (den første er reference). Herefter udtages en dråbe med passende tidsintervaller: Start med at udtage hver 30. sekund. Hvis ændringen er lille efter de første 5 målinger, kan man gå op til sekunder. Forsøget stoppes når I 2 /KI- opløsningen, efter tilsætning af stivelses/pufferenzymblandingen, forbliver gul/har samme farve som referencen. Notér tiden. Målinger: T ( o C) t (min) ph t (min) Databehandling: 1. Tegn en graf over dataene for temperaturforsøget, men temperaturen på x-aksen og 1/ t på y-aksen. 2. Hvad viser grafen omkring enzymaktivitetens temperaturafhængighed, og hvordan passer det med at enzymet skal virke i munden. 3. Tegn en graf over dataene for ph-forsøget med ph en på x-aksen og 1/ t på y- aksen. 4. Hvad viser grafen omkring enzymaktivitetens ph-afhængighed, og hvordan passer det med at enzymet skal virke i munden. 39

40 Vejledning til LabQuest 1. Opsætning Forbind SpectroVis og ph-elektroden med LabQuesten via deres stik. Tænd for LabQuesten. 2. Kalibrering af ph-elektrode: a. Gå ind i sensor-menuen: Vælg calibrate, vælg CH X: ph b. Klik calibrate Now c. Dyp ph-elektroden i en puffer med omrøring. Vent til værdien har stabiliseret sig og indtast pufferens ph-værdi i feltet reading 1. known value. d. Klik på knappen keep. e. Skyl elektroden forsigtigt med demineraliseret vand. f. Dyp elektroden i en anden puffer. Vent til værdien har stabiliseret sig og indtast pufferens phværdi i feltet reading 2. known value. g. Klik på knappen keep. 3. Kalibrering af SpektroVis: a. Gå ind i sensor-menuen og vælg calibrate (brug pennen til at vælge med): b. Fyld en kuvette 2/3 op med opløsningsmidlet her: vand. c. Placer kuvetten med opløsningsmidlet i kuvetteholderen. Husk de blanke sider er der lyset skal igennem. d. Vælg Finish calibration, når opvarmning er færdig. Hvis det tager for lang tid, vælg Skip warmup. e. klik ok (nederste højre hjørne). 40

41 4. Optage spektrum og bestemme maximum absorption: a. Fyld en kuvette 2/3 op med opløsningen du ønsker at optage et spektrum af. b. Placer kuvetten i kuvetteholderen og klik på startknappen:. c. Når spektrofotometeret er færdig med at optage spektrummet, ser displayet således ud (med en anden kurve end den viste). d. e. Klik på stopknappen. f. Aflæs og notér λ max. g. Gå ind i File-menuen og vælg Gem. Giv filen et genkendeligt navn f.eks. BTBpH3_KA (Bromthymolblåt ph 3 Kasper Anna) h. Fortsæt fra punkt a-g med alle de opløsninger du ønsker at optage et spektrum af. i. Overfør alle filerne til en computer hvor der er indstalleret LoggerPro. (hvis man ikke har en computer med LoggerPro kan filerne også eksporteres som tekst-filer, der kan importeres i et regneark.) j. Åbn filerne og analyser spektrene ved at føre markøren hen over spektret og aflæs bølgelængden, hvor der er absortionsmaksimum (toppene). Notér dem i øvelsesvejledningen og tjek at de passer med dem i fandt i pkt f. k. Gem spektrene som billedfiler evt. tages et skærmbillede. Spektret skal indsættes i jeres rapport. l. Overfør billedfilerne til din egen computer, en USB-pind eller send dem som vedhæftet fil. HUSK: Alle i gruppen skal have filerne. Spektrene skal klistres ind i rapporten og de skal fremvises til eksamen. 41

42 5.Målinger til konstruktion af Bjerrumdiagram: Der skal laves sammenhængende målinger af ph og absorbans. Absorbansen skal måles ved fast bølgelængde, nemlig den bølgelængde hvor den blå farvede opløsning havde maksimum absorbans. ph-elektroden er neddyppet i opløsningen under hele eksperimentet. Der skal udtages prøver til måling af absorbans i spektrofotometeret se fremgangsmåden. Først skal vi have skiftet opsamlingsmodus på LabQuesten, således at vi ved et klik kan fortælle LabQuesten hvilke sammenhørende værdier vi ønsker gemt: a. Vælg meter-menuen: b. Klik på Mode (Full Spectrum er default-indstillingen). c. Vælg Selected Events i rullemenuen: d. Spektrometeret burde være indstillet til at måle ved ca. 615 nm, som er maksimum absorption for den blå farve (In - ). Den blå opløsning var (burde være) det sidste spektrum, der blev kørt. Hvis ikke, så indtast bølgelængden manuelt. 1 e. Nu får man en besked, der beder om at man vælger at discard/save forrige måling. Vælg Discard. f. Placer første prøve i kuvetteholderen. g. Klik på startknappen. Nu er LabQuesten klar til at opsamle data. h. Når absorptions-værdien (og ph-værdien) er stabil, klik på (ved siden af stopknappen). i. Notér for en sikkerhedsskyld absorptionsværdien i skemaet i journalen. Notér også farven på opløsningen. Gå til bage til punkt 8-9 i forsøgsvejledningen. j. Placer næste prøve i kuvetteholderen og gentag ovenstående procedure h-i. k. Efter sidste prøve er kørt, klik på stopknappen. l. Gå ind i File-menuen og vælg Gem. Giv filen et genkendeligt navn f.eks. BTB_Bjerrum_KA (Bromthymolblåt Bjerrumdiagram Kasper og Anna). m. Filen kan overføres direkte til jeres computer og data kan indlæses i et regneark. Data kan også overføres til en graflommeregner. Det er tilrådeligt at databehandle i et regneark eller på lommeregner, da der skal udføres de samme to regneoperationer på ca. 30 målinger. Arbejdet lettes også ved at regnearket/lommeregneren kan tegne Bjerrumdiagrammet. Desuden siger læreplanen for KemiA, at kursisterne skal have prøvet elektronisk dataopsamling og databehandling. 1 Vælg meter-menuen, vælg Change Wavelength i rullemenuen: Indtast den ønskede bølgelængde i nm det er ikke sikkert i kan få den præcise bølgelængde, men i får den der ligger tættest på. 42