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

Transkript

1 Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus i Kemi A VUC Aarhus, HF-afdelingen 2013

2 Indholdsfortegnelse: side Indholdsfortegnelse 2 Velkommen til laboratoriekursus i kemi A på VUC Aarhus 3 Laboratoriearbejdet 3 Sikkerheden i laboratoriet 4 Journaler og rapporter 5 Oversigt over laboratorieudstyr 7 Øvelsesvejledninger: 1. Syntese af en imin 8 2. Bestemmelse af reaktionshastighed Bestemmelse af G o, H o og S o for en ligevægtsreaktion Titrerkurver for phosphorsyre og citronsyre Bestemmelse af iodtal for et fedtstof Bromthymolblåt Enzymatisk omdannelse af glucose til fructose 28 Vejledning til LabQuest 32 Om spektrofotometri 35 2

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. 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 og det tilhørende lærebogsstof. Det eksperimentelle arbejde opgives som pensum til eksamen og de godkendte rapporter 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. 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.gr.a. eksplosionsfare eller brandfare at træffe foranstaltninger p.gr.a. forgiftningsfare Og gør det altid hvis du er i tvivl!! 6. Der bæres ALTID kittel og briller ved eksperimentelt arbejde. 3

4 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. 10. Der må hverken spises, drikkes eller ryges i laboratoriet. Rygning er i øvrigt forbudt i hele skolebygningen 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. 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 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 henvise til vejledningen, forudsat at vejledningen vedlægges rapporten. RESULTATER OG RESULTATBEHANDLING: Her fremlægges - meget gerne på skemaform - resultaterne af eksperimentet. Dels de resultater som direkte er aflæst eller iagttaget, dels de efterbehandlede resultater, dvs. 5

6 DISKUSSION OG FEJLKILDER: KONKLUSION: 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 1. Syntese af en imin Formål: Formålet med denne øvelse er syntetisere (fremstille), isolere og bestemme smeltepunkt for en imin. I denne øvelse er det iminen N-(4-nitrobenzyliden)-1,1-dimethylethylamin. O 2 N H C N C(CH 3 ) 3 Teori: Ved sammenblanding af et aldehyd og en primær amin indstiller der sig følgende ligevægt: RCHO + H 2 NR RCH=NR + H 2 O En organisk forbindelse med en C=N dobbeltbinding kaldes for en imin. Hvis man udfører denne reaktion med 4-nitrobenzaldehyd og 1,1-dimethylethylamin, vil ligevægten være forskudt langt mod højre. Dette skyldes især, at iminen er meget tungtopløselig i vand. Man kan desuden favorisere reaktionen mod højre ved at bruge et overskud af en af reaktanterne. I denne øvelse benytter vi aminen i overskud. Apparatur: 1. dag: En 250 ml konisk kolbe med prop, magnetomrører og en stor magnet. 2. dag: Sugefiltreringsudstyr, fryser, smeltepunktsapparat og smeltepunktsrør, bægerglas. Kemikalier: 1. dag: 1,1-dimethylethylamin (tert-butylamin, t-butylamin), 4-nitrobenzaldehyd. 2. dag: ethanol. Fremgangsmåde (1. dag): Afvej 2,19 gram 1,1-dimethylethylamin i den koniske kolbe (aminen lugter ikke så godt). Tilsæt 60 ml demineraliseret vand og en magnet. Sæt en prop på kolben. Afvej 3,02 gram 4-nitrobenzaldehyd i en vejebåd. Under omrøring tilsættes aldehydet til den vandige opløsning af aminen. Lad reaktionsblandingen stå under omrøring til næste øvelsesgang. 8

9 Spørgsmål til 1. dag: 1. Opskriv ligevægtsreaktionen mellem 4-nitrobenzaldehyd og 1,1-dimethylethylamin. 2. Hvilken type reaktion er den mod højre og henholdsvis venstre i ligevægten? 3. Hvor stort er overskuddet af aminen i forhold til aldehydet i denne øvelse? Resultatet angives i %. 4. Beregn det maksimale teoretiske udbytte af iminen i denne øvelse. Fremgangsmåde (2. dag): Reaktionsblandingen fra første øvelsesdag sugefiltreres gennem en Büchnertragt. Der skylles med 6 gange 50 ml demineraliseret vand. Det faste stof skal nu omkrystalliseres. Fremgangsmåden er som følgende: - Kom jeres faste stof i et 100 ml bægerglas. - Varm ca. 50 ml ethanol op til kogepunktet (i et bægerglas af passende størrelse). (ADVARSEL: ethanol er en meget brændbar væske, så brug ikke bunsenbrænder). 9

10 - Hæld lidt af det varme ethanol over i glasset, hvor I har det faste stof. Under meget forsigtig opvarmning tilsættes den varme ethanol ganske langsomt i små portioner, indtil jeres stof lige netop er helt opløst. - Bægerglasset med det opløste stof sættes til afkøling i fryseren. Når den nu rene imin er fældet ud, sugefiltreres det gennem en Büchnertragt. Iminen hensættes til tørring på et stort stykke afvejet filtrerpapir. Når stoffet er helt tørt vejes der igen og smeltepunktet bestemmes ved hjælp af et smeltepunktsapparat. Smeltepunktet for N-(4-nitrobenzyliden)-1,1-dimethylethylamin er C. Spørgsmål til 2. dag: 5. Angiv det praktiske udbytte i % i forhold til det teoretiske udbytte. Anfør nogle grunde til at udbyttet ikke er 100%. 6. Hvis det målte smeltepunkt ikke passer så godt med tabelværdien, hvad kan det så skyldes? 7. Hvilket stof fjernes fra reaktionsblandingen, når der skyldes med vand og hvorfor? 8. Hvilket stof forbliver opløst ved omkrystalliseringen, når iminen fælder ud? 9. På kurset vil der blive udleveret NMR-spektre, som ønskes tolket i rapporten/journalen. 10

11 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 koncentrationen 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 I - 2 SO I 2 (1) Reaktionshastigheden (egentlig middelhastigheden) for denne reaktion kan udtrykkes som formindskelsen i persulfatkoncentrationen pr. tidsenhed: v = -Δ S O Δt Vi antager desuden, at reaktionshastigheden kan udtrykkes 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 iodmolekyler, idet opløsninger der indeholder stivelse og iodmolekyler vil være karakteristisk mørk- eller blåfarvede. Ved reaktion (1) dannes iodmolekyler, men disse reagerer straks med thiosulfationerne ved denne reaktion: 2 S 2 O I 2 S 4 O I - (2) Så længe opløsningen indeholder thiosulfationer, vil der derfor ikke dannes frie iodmolekyler 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 iodmolekyler i opløsningen, og denne vil straks blive farvet. 11

12 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. (Forklar dette i rapporten) 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) erstattes tilsættes NaCl til opløsningen når koncentrationen af KI sænkes, på samme måde erstattes Na 2 S 2 O 8 med Na 2 SO 4. Apparatur: 100 ml bægerglas, pipetter 10 ml og 20 ml, sugebold, reagensglas, spatel, stopur. 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: A. Reaktionshastighedens afhængighed af reaktanternes koncentration. Før hvert forsøg skylles glasapparaturet grundigt med demineraliseret vand, hvorefter vandet så vidt muligt rystes af. 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 først farvning af opløsningen viser sig. Der udføres 2 måleserier: Serie 1 forsøg nr. Volumen 0,200 M Na 2 S 2 O 8 Volumen 0,200 M KI Volumen 0,200 M NaCl 1 20,0 ml 20,0 ml 0 ml 2 20,0 ml 15,0 ml 5,0 ml 3 20,0 ml 10,0 ml 10,0 ml 4 20,0 ml 5,0 ml 15,0 ml Serie 2 forsøg nr. Volumen 0,100 M Na 2 S 2 O 8 Volumen 0,200 M KI Volumen 0,200 M NaCl 5 20,0 ml 20,0 ml 0 ml 6 20,0 ml 15,0 ml 5,0 ml 7 20,0 ml 10,0 ml 10,0 ml 8 20,0 ml 5,0 ml 15,0 ml Reaktionstid t Reaktionstid t 12

13 1. Anfør resultaterne i et skema med kolonner for [S 2 O 2-8 ], [I - v ], v og 2- m - n [S2O 8 ] [I ] 2. Lav en grafisk afbildning for hver måleserie af v som funktion af [I - ]. Kommenter graferne. Hvilken værdi har n? 3. Sammenlign de to måleserier. Hvilken værdi har m? 4. v Beregn 2- m - n [S2O 8 ] [I ] for hvert forsøg og anfør resultatet i skemaet. Anfør en værdi for hastighedskonstanten. Opskriv hastighedsudtrykket for reaktionen. 5. Er [S 2 O 2-8 ] og [I - ] begge konstante under målingerne? Hvis ikke hvor mange % ændres de så i løbet af forsøget? Har ændringen nogen væsentlig betydning for forsøgets resultat? 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. Hastighedskonstantens afhængighed af temperaturen kan beskrives ved hjælp af Arrheniusligningen: Denne ligning kan omformes k = k o exp - E A R T 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. Der skal foretages målinger ved 4 temperaturer i intervallet 0-30 C. Der fremstilles derfor 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). De tre glas der hører til et forsøg stilles i vandbadet i mindst et kvarter før de anvendes. 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). 13

14 Anfør resultaterne fra de 4 forsøg i et skema som nedenstående: t Temp. ( C) v k ln k T 1/T 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. Kommentér grafen. Find E A og k o. 4. Find ud fra grafen hastighedskonstanten ved en temperatur udenfor måleområdet. 14

15 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 KI 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: K = SO I 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 i indenfor temperaturintervallet 10 C - 30 C. Indefor 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 liniens skæring med y-aksen og dens hældning. 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. Kemikalier: 0,0500 M AgNO 3 ; 0,0500 M KI ; PbSO 4 (findelt) 15

16 Fremgangsmåde: Fremstil 2 vandbade med temperaturer på ca. 10 C og 30 C. De 3 ligevægtsopløsninger fremstilles ved at blande 2 g fast PbSO 4 med ca. 100 ml 0,0500 M KI i tre 250 ml koniske kolber. Anbring en røremagnet i hver af kolberne. Placer de to af kolberne i hver sit vandbad, på en magnetomrører. Kontrollér vandbadets temperatur med jævne mellemrum. Kolberne i vandbadene bør stå en times tid inden der udtages prøver til titrering. Imens laves forsøget med den tredje kolbe, som har stuetemperatur. 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. 25,00 ml af filtratet overføres med en pipette til en 250 ml konisk kolbe. Denne opløsning titreres under magnetomrøring med 0,0500 M AgNO 3. 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. Afpipettér yderligere 25,00 ml af opløsningen og gentag titreringen. De to tempererede ligevægtsblandinger behandles på samme måde. Mål temperaturen i ligevægtsblandingerne lige inden de filtreres. Filtrer derefter hurtigt 60 ml af opløsningen fra. Udtag 25,00 ml af filtratet med pipette og titrer med 0,0500 ml AgNO 3. Vær meget omhyggelig med alle titreringerne. Foretag 2 titreringer ved hver temperatur. 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 - Hvordan kan man se, at der sker en reaktion når den faste PbSO 4 sættes til KI opløsningen? - Hvilken betydning har det, at bundfaldet filtreres fra inden opløsningen titreres? - Beregn koncentrationen af I - i ligevægtsblandingerne ud fra resultaterne fra titreringerne. - Beregn koncentrationen af SO 4 2- i ligevægtsblandingerne. - Beregn K og G o for hvert forsøg. - Afbild G o grafisk som funktion af T (Kelvin). Tegn bedste rette linie og benyt denne til at finde H o og S o. - Find ud fra grafen G o ved 298 K. - Sammenlign de fundne værdier for H o og S o og G o ved 298 K med tabelværdier. 16

17 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. 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. 17

18 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 ækvivalenspunktet, 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. 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. 11. Forklar hvorfor man på titrerkurven for citronsyre kun ser et ækvivalenspunkt. 18

19 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) ) 19

20 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: 250 ml konisk kolbe, magnetomrører + magnet, burette, 3 stk 25 ml måleglas, stativ, en 10,0 ml fuldpipette Kemikalier: Fedtstof (efter eget valg), heptan, 0,100 M KBrO 3 -opløsning, KBr(s), 2 M svovlsyre, 0,50 M KIopløsning, 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". Eksperimentelt: 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: afvejede 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. Til kolben sættes yderligere 10,0 ml KBrO 3 -opløsning (med fuldpipette) og 1 gram KBr. Der rystes indtil al KBr er opløst. Endelig tilsættes kolben 10 ml svovlsyre, hvorefter den straks placeres i et mørkt skab med magnetomrøring. 3. Efter 30 min. udtages kolben, og med det samme tilsættes 20 ml KI-opløsning med måleglas. Kolbens indhold titreres nu med Na 2 S 2 O 3 -opløsningen. Når iodfarven næsten er forsvundet tilsættes lidt stivelsesopløsning som indikator. Titreringen bør foregå under magnetomrøring, da kolben under titreringen indeholder et tofaset system, og da reaktionen med thiosulfat kun foregår i vandfasen. Ved titreringens ækvivalenspunkt bliver kolbens indhold farveløst. Forbrugt volumen natriumthiosulfat-opløsning noteres. 20

21 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. Find herefter stofmængden af Br 2, der er tilbage efter additionen, (Br 2(slut) ). 3. Beregn nu stofmængden af Br 2 adderet, n(br 2(adderet) ). Find den ækvivalente mængde I 2, n(i 2 ("adderet") ). 4. Beregn I t i enhederne angivet i definitionen. 5. Blev der tilsat tilstrækkeligt KI til at reducere al Br 2 (slut)? 6. Hvorfor det er vigtigt, at kolben med Br 2 og fedtstof står i mørke, mens reaktionen foregår? 21

22 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 H2In +, HIn og In - : HO CH 3 C 3 H 7 OH + HO CH 3 C 3 H 7 O O CH 3 C 3 H 7 O Br Br Br CH 3 CH 3 SO 3 CH 3 CH 3 SO 3 CH 3 CH 3 SO 3 Rød (ph < 1) - H2In + 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) + H2O(l) In (aq) + H3O + (aq) I anden del af øvelsen fremstilles først en opløsning af bromthymolblåt med en phværdi 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) + H2O(l) 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 bromthymolbblåt 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 l er lysvejen = dybden af kuvetten. Den er konstant gennem forsøget. 615 nm er også konstant. A er altså ligefrem proportional med [In ]: 22

23 A = k [In ] På grundlag af absortionsværdierne kan indikatorens syrebrøk beregnes ved de forskellige ph-værdier: 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 LabQuest. 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 phelektrode. Vejledningen er vedhæftet i slutning af dokumentet. 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 opløsnignen 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. 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 23

24 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. Optage spektre: Tilslut SpektroVis til LabQuest. Følg brugervejledningen til SpektroVis. Databehandling Beskriv sammenhængen mellem de tre spektre, de angivne farver, den maksimale absorptionsbølgelængde ( max ) og strukturformlerne ovenfor. 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 magnetpind i. Start magnetomrøringen, der skal køre under hele forsøget. 2. Tilsæt med fuldpipette 5,0 ml bromthymolblåtopløsning og 0,10 g KH 2 PO 4 (s). 3. Når kaliumdihydrogenphosphat er fuldt opløst placeres ph-elektroden i opløsningen, hvor den skal forblive under hele forsøget. 4. Med engangspipette overføres lidt af opløsningen til en kuvette, som placeres i kuvetteholderen i spektrometeret. 5. Displayet på LabQuest viser nu absorbansen og ph. Nu skal data opsamles af LabQuest. Følg LabQuest-vejledningen punkt 5 f-i. 6. Efter målingen hældes kuvettens indhold tilbage i bægerglasset. 7. Med engangspipette tilsættes en dråbe 1,0 M NaOH(aq) til opløsningen i bægerglasset (det tilsatte volumen skal ikke måles). Igen overføres lidt af opløsningen til kuvetten og dataopsamling foretages ved at følge LabQuestvejledningen punkt 5 h-j. 8. Gentag ovenstående procedure 6-7 til ph > 6. Herefter tilsættes 2 dråber 1,0 M NaOH(aq) til opløsningen i bægerglasset og ellers følges ovenstående punkt

25 9. Når absorbansen ikke længere ændrer sig: Gå til LabQuest-vejledningen punkt 5 k-m. Data LabQuest har opsamlet sammenhængende værdier af ph og absorbans, svarende til kolonne 1 og 2 herunder: ph A farve x b x s 25

26 Databehandling Startopløsningens indhold af KH2PO4(aq) bevirker, at ph er så lav, at bromthymolblåt 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 = e615 nm [In ] l og Aslut = e615 nm [In ]slut l Her er Aslut 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 af: x b [In ] [HIn] [In ] [In ] [In ] slut A A slut 1. Anvend de målte absorbanser til i et regneark at beregne basebrøken og syrebrøken. 2. Konstruer Bjerrum-diagrammet, som er en (ph,x s )-graf. 3. Bestem pk S for bromthymolblåt ud fra Bjerrum-diagrammet. Sammenlign med tabelværdien, der er 7,1. 4. Omslagsområdet for bromthymolblåt angives normalt til 6,0-7,6. Hvordan stemmer det med de iagttagne farver? 5. Beregn 615 nm. Hvis max i jeres forsøg var lidt forskellig fra 615 nm, udregner i ekstinktionskoefficienten ved denne værdi. 6. Omslagsområdet ligger ikke helt symmetrisk omkring pk S -værdien. Kan det forklares med forskelle i absorbans ved max for HIn(aq) og In (aq)? Sammenlign højden af toppene i spektrene fra del Opskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem H 2 PO 4 (aq) og OH (aq). 26

27 8. Beregn ph i startopløsningen, som er en amfolytopløsning. Brug amfolytligningen: ph = ½ (pk s (syre) + pk s (amfolyt) 27

28 7. Enzymatisk omdannelse af glucose til fructose Formål: Formålet med øvelsen er, at undersøge aktiviteten af enzymet glucose-isomerase (Sweetzyme T), der omdanner glucose til fructose (og omvendt). Ved hjælp af spektrofotometri skal man bestemme fructose koncentration i en række glucoseopløsninger som har været tilsat Sweetzyme T i forskellige tidsintervaller. Teori: Glucose og fructose er strukturisomere, idet de har samme molekyleformel, nemlig C 6 H 12 O 6, men forskellig opbygning. Fructose har en bedre sødeevne end glucose, og det er derfor en fordel industrielt at omdanne glucose til fructose. Dette kan gøres ved hjælp af et enzym, der kan isomerisere glucose til fructose. Et sådant enzym kaldes en isomerase (endelsen -ase betegner altid et enzym). I dette forsøg bruger vi glucose - isomerase, som Novo Nordisk har fremstillet og kaldt Sweetzyme T. Den enzymatiske omdannelse af glucose til fructose er reversibel, dvs. der indstiller sig en ligevægt: ved 60 o C er 51% af glucosen omdannet til fructose ved ligevægt. Enzymer Enzymer er proteiner, der fungerer som katalysatorer for kemiske reaktioner i levende organismer. Et enzyms aminosyrekæde er foldet således, at der på overfladen af enzymet dannes en "lomme" - kaldet det aktive center - med en bestemt struktur, som passer til strukturen af det molekyle, enzymet skal reagerer med og omdanne. Enzymer er som regel specifikke, dvs. det enkelte enzym katalyserer kun en ganske bestemt reaktion, dog i begge retninger. Foldningen af aminosyrekæden er afhængig af temperatur og ph, og derfor findes der for hvert enzym et såkaldt ph-optimum og temperatur-optimum. I nogle enzymer indgår der udover protein også en såkaldt cofaktor, som kan være en metalion eller et organiskmolekyle. Cofaktoren kan være en del af selve det aktive center, således at den indgår direkte i katalyseprocessen. I andre enzymer er den bundet til andre dele af enzymet og tjener kun til at stabilisere enzymets struktur. For glucose-isomerasen, som vi anvender i forsøget, gælder at strukturen påvirkes negativt af Ca 2+ -ioner men positivet af Mg 2+ -ioner, som fortrænger Ca 2+ - ionerne. Derfor tilsættes magnesiumsulfat til opløsningerne med enzymer. Absorbans og spektrofotometri Når man betragter et reagensglas med en farvet opløsning, skyldes farven, at opløsningen indeholder stoffer der absorberer nogle af bølgelængderne i det hvide lys. Hvidt lys indeholder alle bølgelængder mellem ca. 400 og 700 nm, men det er kun nogle af dem, der slipper uhindret igennem opløsningen. 28

29 Dette udnytter man ved målinger i et spektrofotometer, hvor man sender lys med en bestemt bølgelængde igennem en beholder med en opløsning af et stof, og på den anden side af beholderen måler, hvor meget af dette lys, der kommer igennem. Hvilken bølgelængde, det anvendte lys skal have, kan man faktisk få et fingerpeg om ved at betragte sin opløsning med det blotte øje. Hvis opløsningen har en farve, lader den noget lys i det synlige spektrum passere, mens den absorberer lys med andre bølgelængder. Den "farve", der absorberes vil groft sagt være den komplementære farve til den man kan se. Man kan bestemme det præcise absorptionsspektrum for et stof ved at måle hvor meget lys, stoffet absorberer ved de enkelte bølgelængder i bølgelængdeintervallet. Dermed kan man finde frem til den eller de bølgelængder, stoffet absorberer mest effektivt. Absorbansen bestemmes ud fra transmittansen, der er den brøkdel, som det udsendte lys intensitet udgør af det indsendte, I/I o. Da dette er et tal mellem 0 og 1, og fordi transmittansen er omvendt proportional med opløsningens koncentration, beregnes størrelsen -log(i/i o ) som kaldes absorbansen. Dermed bliver absorbansen ligefrem proportional med koncentration; dette er essensen af Lambert-Beers lov: A = ε c d hvor d er kuvettens brede,dvs. lysets vejlængde igennem opløsningen. ε er ekstinktionskoefficienten, som er en konstant, der afhænger af bølgelængden og stoffet. Fructose absorberer ikke i bølgelændeområdet fra 400nm til 700nm, hvor vi kan måle. Derfor tilsætter vi i forsøget Seliwanoff`s reagens, der sammen med fructose danner et farvet kompleks. Vi kan så måle absorbansen af det farvede kompleks. I praksis, måler spektrofotmeteret absorbansen af prøven i forhold til en opløsning af det rene opløsningsmiddel tilsat reagensen. Apparatur: vandbad ved 60 o C (termostatbad) vandbad ved 90 o C (bunsenbrænder og gryde) reagensglas, 12 stk. 25 ml måleglas 100 ml bægerglas, eller et stort reagensglas 1000 μl og 250 μl transferpipette spektrofotometer og to kuvetter stativ 5 ml fuldpipette Kemikalier: 0,5 M glucose-opløsning 0,2 M fructose-opløsning 1,0 M magnesiumsulfat-opløsning Tris buffer opløsning, med ph=8.0 Sweetzyme T (immobiliseret glucose-isomerase) Seliwanoff's reagens: 0,2 g resorcinol (=1,3-dihydroxybenzen) opløses i 100 ml vand og tilsættes 60 ml konc. HCl. Der fyldes op til 200 ml 29

30 Risici: Resorcinol er giftig ved hudkontakt. Derfor anvendes transferpipetter. Anvend også pipettebakker når pipetten ikke er i brug, og smid pipettespidsen ud i skraldespanden efter endt brug. Affaldshåndtering: Kemikalierne indeholdende Seliwanoff's reagens hældes i dunken for organisk affald. Fremgangsmåde: 1. Fructosestandarderne fremstilles i 6 reagensglas ved at tilsætte 0,2 M fructoseopløsning og demineraliseret vand således, at den endelige fructosekoncentration er på henholdsvis M, og det endelige volumen er på 2,0 ml. Anvend eventuelt skemaet nedenunder. I hvert af de 6 reagensglas afpipetteres 2.0 ml Seliwanoff's reagens med fuldpipette. Stil reagensglas stativet til side. Glasnummer V(fructose) V(vand) c(fructose) 1 0,0 M 2 0,005 M 3 0,01 M 4 0,02 M 5 0,03 M 6 0,05 M 2. I 6 reagensglas afpipetteres med fuldpipette 2,0 ml Seliwanoff's reagens. I et 100 ml bægerglas (eller stort reagensglas) blandes: 22,5 ml 0,5 M glucose, afmålt med måleglas 2,5 ml puffer (ph=8), afmålt med engangspipette 50 µl 1.0 M magnesiumsulfat Bægerglasset anbringes i et vandbad ved 60 o C, og fastholdes ved hjælp af et stativ og en klemme. Opløsningen tempereres i 3-5 minutter. Der afvejes 0,5 g Sweetzyme T. Reaktionen startes ved at tilsætte de 0,5 g Sweetzyme T (t=0) til bægerglasset. Samtidig startes uret. Der omrøres fra tid til anden med en spatel. 2,0 ml prøver udtages fra bægerglasset med transferpipette og overføres til reagensglassene med Seliwanoff's reagens. Bægerglasset forbliver i vandbadet under hele tidsintervallet. Den første prøve udtages umiddelbart før man tilsætter Sweetzyme T. Der udtages ialt 6 prøver til tiderne minutter. 30

31 3. De 12 reagensglas med Seliwanoff's reagens + prøve opvarmes på et 90 o C vandbad i 5-10 minutter, indtil en orange-rød farveudvikling ses. Herefter tages de op og afkøles under vandhanen. De kan eventuelt stilles i isbad indtil de skal bruges. 4. For alle 12 opløsninger måles absorbansen ved bølgelængde 483 nm. Glas 1 med fructosekoncentrationen 0,0M bruges som standard. Resultatbehandling: 1. Opskriv reaktionsskemaet for omdannelsen af glucose til fructose. 2. Vis en beregning for de anvendte mængder af V(fructose) og V(vand) ved en given fructosekoncentration. 3. Standardkurven som viser absorption som funktion af koncentration tegnes. Hvad viser grafen? 4. Standardkurven benyttes til bestemmelse af fructosekoncentration på de forskellige tidspunkter. Herefter afbildes fructosekoncentration som funktion af tiden. Kommentèr sammenhængen. Hvad er reaktionsordenen for reaktionen? 5. Omdannelsesgraden efter 20 minutter beregnes. 31

32 Vejledning til LabQuest 1. Opsætning Forbind SpectroVis og ph-elektroden med LabQuest via USB-stikket. Tænd for LabQuest. 2. Kalibrering af ph-elektrode: a. Gå ind i sensor-menuen: Vælg calibrate, vælg CH X: ph b. Klik calibrate Now c. Dyp 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. Dyp elektroden i en anden puffer. Vent til værdien har stabiliseret sig og indtast pufferens ph-værdi i feltet reading 2. known value. 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. d. Vælg Finish calibration, når opvarmning er færdig. Hvis det tager for lang tid, vælg Skip warmup. e. klik ok (nederste højre hjørne). 4. Optage spektrum og bestemme maximum absorption: a. Fyld en kuvette 2/3 op med opløsningen med ph 3. 32

33 b. Placer kuvetten i i kuvetteholderen og klik på startknappen:. c. Når spektrofotometeret er færdig med at optage spektrum, ser displayet således ud (med en anden kurve end den viste). d. e. Klik på stopknappen. f. Aflæs og notér 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 f-j med opløsningen ph 7. i. Og derefter med opløsningen ph 12. j. Overfør de 3 filer til en computer hvor der er indstalleret LoggerPro. k. Åbn filerne og analyser spektrene ved at føre markøren hen over spektret og aflæs bølgelængden, hvor der er absortionsmaksimum (toppene). Notér dem i øvelsesvejledningen. l. Gem spektrene som billedfiler. Eventuelt tages et skærmbillede. Spektret skal indsttes i jeres rapport. m. Overfør billedfilerne til din egen computer, en USB-pind eller send dem som vedhæftet fil. Alle i gruppen skal have filerne. Spektrene skal klistres ind i rapporten og de skal fremvises til eksamen. 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 farve havde maksimum absorbans. ph-elektroden er neddyppet i opløsningen under hele eksperimentet. Der skal udtages prøver til måling af absorbans i spektrofotometeret. Først skal vi have skiftet opsamlingsmodus på LabQuest, således at vi ved et klik kan fortælle LabQuest 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: 33

34 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 LabQuest 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 6-7 i forsøgsvejledningen. j. Placer næste prøve i kuvetteholderen og gentag ovenstående procedure h-j. 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. 34

35 35

36 36

37 Ovenstående afsnit om spektrofotometri er kopieret fra Helge Mygind: Kemi 2000 A- niveau 1, P. Haase & Søns Forlag. 37