Kemiøvelse 2 C2.1. Buffere. Øvelsens pædagogiske rammer

Transkript

1 Kemiøvelse 2 C2.1 Buffere Øvelsens pædagogiske rammer Sammenhæng Denne øvelse er tilpasset kemiundervisningen på modul 3 ved bioanalytikeruddannelsen. Kemiundervisningen i dette modul indeholder blandt andet syrebaseteori inklusiv emnet buffere. På alle laboratoriemedicinske specialer kan studerende komme til at arbejde med buffere, hvilket betyder at øvelsen er relevant for såvel den teoretiske som kliniske undervisning. Formål Formålet med øvelsen er at støtte den teoretiske undervisning med praktiske erfaringer træne omhu i forbindelse med laboratoriearbejde træne den naturvidenskabelige arbejdsmetode Arbejdsform: Øvelsen tænkes inddraget i undervisningen på den måde, at de beregninger, der ligger til grund for fremstillingen af bufferne, er lavet og kontrolleret som en del af den teoretiske undervisning, inden øvelsen udføres. øvelsen udføres i laboratoriet under vejledning af laboratoriepersonalet øvelsen laves i grupper af to til tre personer. Øvelsesgrupperne sammensættes af laboratoriepersonalet kemiunderviseren yder hjælp og vejledning til faglige og rapportrelaterede elementer hver øvelsesgruppe afleverer en rapport, som skal godkendes. Det meste af øvelsen er obligatorisk at lave, men udvalgte dele er frivillige. De frivillige dele er markeret med Ekstra Evaluering Øvelsesforløbet evalueres ved at rapporten rettes. Ved rapportretningen vil der være specielt fokus på at indholdet i rapporten er fagligt korrekt der er sammenhæng mellem Mål, Resultater, Diskussion og Konklusion.

2 Kemiøvelse 2 C2.2 Øvelsesvejledning Mål: Målet med øvelsen er at undersøge forskellen på en bufferopløsning og en opløsning uden bufferegenskaber overensstemmelsen mellem teoretisk beregnede og målte ph-værdier for buffere pks-værdiens betydning for en buffers bufferkapacitet Ekstra koncentrationens betydning for en buffers bufferkapacitet Litteratur: Andersen E. A, Jespergaard P. og Østergaard O. G., Databog Fysik Kemi, F & K Forlag, København N, 1997 (eller nyere). Jespersen, Kirsten Instruktion i god laboratorieadfærd og sikkerhed, OH- SAS dokument no. 49, VIA University college, Bioanalytikeruddannelsen, 2008 (eller nyere) Sikkerhed: Kemikalier/reagenser mærket med S-sætningen: 37/39 kræver brug af handsker og beskyttelsesbriller ved håndtering. Placeringen af sikkerhedsudstyr fremgår af Instruktion i god laboratorieadfærd og sikkerhed. Alle væsker bortskaffes ved at hælde dem i vasken Teori Bufferkapaciten,, kan for en given bufferopløsning beregnes ved brug af Formel 1 herunder: c SB Formel 1 ph Formel 1 kan bruges til at beregne bufferkapaciteten ved såvel tilsætning af syre (S) som base (B) til en opløsning. Ved tilsætning af syre, vil tælleren i Formel 1, δc SB, udtrykke ændringen i den formelle syrekoncentration, som følge af tilsætning af syre. Ved tilsætning af base, vil tælleren i Formel 1, δc SB, udtrykke ændringen i den formelle basekoncentration, som følge af tilsætning af base. Nævneren i Formel 1, δph, udtrykker ændringen i ph ved tilsætningen af syre henholdsvis base

3 Kemiøvelse 2 C2.3 Hvis der eksempelvis tilsættes base, OH -, til en opløsning vil der ske en ph ændring, som betegnes ph. Koncentrationsændringen, som følge af tilsætning af syre eller base, betegnes c. Lad os se på et par eksempler. Eksempel med tilsætning af base: 25 ml af en buffer med ph 4,95 tilsættes ml af en 1,0 M NaOH opløsning. Derved ændres ph til 5,17 ph beregnes som 5,17 4,95 = 0,22 c beregnes som 1,0 M ml / 25 ml = 0,002 M. Bemærk at vi i denne sammenhæng ikke tager højde for volumenændringen, som følge af tilsætningen af ml. Sådanne tilnærmelser skal naturligvis overvejes. kan nu beregnes som 0,002 M / 0,22 = 0,0091 M. Den beregnede, vil udtrykke den aktuelle bufferkapacitet ved ph = 5,06, som er middelværdien mellem ph-værdierne før og efter tilsætningen. Eksempel med tilsætning af syre: 25 ml af en buffer med ph 4,95 tilsættes ml af en 1,0 M HCl opløsning. Derved ændres ph til 4,76 ph beregnes som 4,95-4,76 = 0,19. Bemærk at tælleren skal give en positiv værdi. c beregnes som 1,0 M ml / 25 ml = 0,002 M. Bemærk at vi i denne sammenhæng ikke tager højde for volumenændringen, som følge af tilsætningen af ml. Sådanne tilnærmelser skal naturligvis overvejes. kan nu beregnes som 0,002 M / 0,19 = 0,011 M. Den beregnede, vil udtrykke den aktuelle bufferkapacitet ved ph = 4,855, som er middelværdien mellem ph-værdierne før og efter tilsætningen.

4 Kemiøvelse 2 C2.4 Materialer og metoder: Apparatur ph-meter m. ph-elektrode Magnetomrører (incl. magnetpinde) Vægt Utensilier Automatpipetter Målekolber Bægerglas 50 ml Sprøjteflaske Skyllebæger af plast Kleenex Magnetfanger Kemikalier og reagenser Kemikalie/reagens CAS-nr. Mærkning Fareklasse R-sætninger S-sætninger KCl 3 M Kalibreringsbuffere ph = 7,00 og ph = 4,01 Ethansyre 1,0 M pks = 4, NaOH 1 M, 0,1 M, HCl 1,0 M HCl 0,1 M C Xi /39-45 NaH 2 PO 4 H 2 O Na 2 HPO 4 2 H 2 O /25 KCl 0,1 M Metode ph-målinger udføres som beskrevet i: Kemiøvelse 1 Syrebaseøvelse. Buffer 1 fremstilles ud fra afvejning af en syre og dens korresponderende base. Buffer 2 fremstilles ved at tilsætte NaOH til en syre. Begge buffere justeres hvis nødvendigt ved tilsætning af syre eller base, indtil buffernes ph højst afviger ±0,1 fra den ønskede ph-værdi En mere detaljeret fremgangsmåde for fremstillingen af de to buffere kan ses herunder.

5 Kemiøvelse 2 C2.5 Fremgangsmåde: Buffer 1 og 2 opgaverne (Se afsnittet: Opgaver i forbindelse med rapporten) forventes regnet forud for øvelsen. Fremstilling af Buffer 1. ph=7,0. Afvej i vejebåde de mængder af NaH 2 PO 4 H 2 O og Na 2 HPO 4 2 H 2 O (x mg), som fremgår af Buffer 1 opgaven, og overfør mængderne kvantitativt til en 100 ml målekolbe ved at skylle vejebådene med demineraliseret vand. Kolben fyldes halvt med demineraliseret vand og svinges indtil stofferne er opløst. Herefter fyldes til mærket med demineraliseret vand og kolben vendes gange. Fremstilling af Buffer 2. ph=5,0. De mængder af ethansyre og NaOH-opløsning (y ml), som fremgår af Buffer 2 opgaven, afpipetteres i en 100 ml målekolbe. Herefter fyldes kolben til mærket med demineraliseret vand og kolben vendes gange. Justering af buffernes ph-værdi Afmål 25,0 ml af bufferen i et måleglas, overfør det til et 50 ml bægerglas. Mål phværdien i bufferen i bægerglasset vha. et ph-meter. Den målte ph-værdi indføres i Måleskema 1 herunder. Afviger den målte ph-værdi mere end ±1 fra den ønskede, laves bufferen om. Er afvigelsen større end ±0,1, justeres ph. Dette sker ved tilsætning af enten 0,1 M NaOH eller 0,1 M HCl-opløsning med engangspipette indtil den ønske ph-værdi haves. Tilsætningen sker under omrøring idet antallet af tilsatte dråber tælles. Dråbeantallet ganges op, således at det passer med den tilbageblivende bufferopløsning i målekolben, som herefter justeres. Bland grundigt. Udtag nye 25,0 ml bufferopløsning fra 100 ml målekolben til kontrolmåling af ph. Justeringen gentages, hvis kravene ovenfor ikke overholdes. Måleskema 1 til ph justering. Målt ph ph justeret med Buffer 1 ph 7,0 Buffer 2 ph 5,0 Antal dråber i bægerglasset Antal dråber i målekolben

6 Kemiøvelse 2 C2.6 Måleskema 2 til eventuel ny ph-justering Buffer 1 ph 7,0 Buffer 2 ph 5,0 Målt ph ph justeret med Antal dråber i bægerglasset Antal dråber i målekolben Bufferkapacitet: Måling af buffer 2. Hæld 25,0 ml buffer 2 opløsning i et bægerglas, mål ph-værdien og indfør den i kolonne 3 i Resultatskema 1 herunder. Tilsæt ml 1,0 M NaOH til bægerglasset under omrøring og mål ph på ny. Indfør ph-værdien i Resultatskema 1. Gentag tilsætningen af ml base 4 gange (i alt 0,250 ml), eller indtil den målte ph værdi adskiller sig mere en 1 enhed fra ethansyrens pks-værdi. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl. Målinger af KCl-opløsning 0,1 M. Hæld 25 ml KCl-opløsning i et bægerglas og mål ph. Tilsæt ml 1,0 M NaOH, og mål ph. De målte ph-værdier indføres i kolonne 3 i Resultatskema 2 herunder. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl. Ekstra. Måling af buffer 2, fortyndet. F=2 Denne måleserie er ikke obligatorisk at lave, men kan bruges til at få endnu bedre indsigt i bufferteorien. Hæld 12,5 ml buffer 2 opløsning i et bægerglas og tilsæt samme volumen demineraliseret vand. Mål ph-værdien og indfør den i Resultatskema 3. Tilsæt ml 1,0 M NaOH til bægerglasset under omrøring og mål ph på ny. Indfør ph værdien i Resultatskema 3. Gentag tilsætningen af 0,05 ml base 4 gange (i alt 0,250 ml, eller indtil den målte ph værdi adskiller sig mere en 1 enhed fra ethansyrens pks-værdi. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl.

7 Tilsat base Tilsat syre Kemiøvelse 2 C2.7 Resultater Resultatskema 1. Buffer 2 og bufferkapacitet ml ph ph-middel ph 0,250 0,200 0,150 0,100 0,000 0,100 0,150 0,200 0,250 Resultatskema 2. KCl-opløsningen og bufferkapacitet Tilsat syre ml ph ph-middel ph 0,000 Tilsat base

8 Tilsat base Tilsat syre Kemiøvelse 2 C2.8 Ekstra. Resultatskema 3. Buffer 2 fortyndet og bufferkapacitet ml ph ph-middel ph 0,250 0,200 0,150 0,100 0,000 0,100 0,150 0,200 0,250 Opgaver til forberedelse af øvelse Buffer 1 Vi ønsker at fremstille 100,00 ml bufferopløsning med ph = 7,0. Beregn x, når vi skal anvende følgende forskrift: 171 mg NaH 2 PO 4 H 2 O (s) x mg Na 2 HPO 4 2H 2 O (s) demineraliseret vand ad 100,00 ml. Buffer 2 Vi ønsker at fremstille 100,00 ml bufferopløsning med ph = 5,0.

9 Kemiøvelse 2 C2.9 Beregn y, når vi skal anvende følgende forskrift: 2,00 ml 1,000 M CH 3 COOH (aq) y ml 1,000 M NaOH (aq) demineraliseret vand ad 100,00 ml. Hjælp til rapportskrivning: Herunder findes de overskrifter der ifølge de generelle rapportskrivningsretningslinier forventes at indgå i en rapport. Under hver overskrift er anvisninger på hvad det pågældende afsnit bør indeholde. Vær opmærksom på at der findes en skabelon, som kan bruges som udgangspunkt for rapporten: Rapportforside Udfyldes. Hvis rapporten afleveres elektronisk udelades underskrifterne. Hvis rapporten udskrives, underskriver alle. Mål Overfør udelukkende de mål, som rapporten undersøger Teori Teorieafsnittet skal sætte læseren i stand til at følge diskussionen i diskussionsafsnittet. Afsnittet kan eksempelvis præsentere den teori, som man vil sammenligne resultaterne med eller teori som danner grundlag for resultaterne.. Det er derfor relevant at have teori til alle de mål, som rapporten undersøger. Inddel derfor gerne teoriafsnittet efter de mål, som rapporten undersøger. For den aktuelle rapport vil det være relevant at have teori der beskriver: Hvad der karakteriserer en buffer. Hvordan beregnes ph i en buffer. Bufferområdet og dets sammenhæng med pks værdien. Ekstra. Bufferkapacitetens sammenhæng med koncentrationen. Der er ingen umiddelbar grund til at medtage teori, der ikke bruges under diskussionen. Prøv derfor at overveje hvor meget og hvor lidt teori der er nødvendig for diskussionen. Det kan være hensigtsmæssigt at udforme teoriafsnittet parallelt med diskussionsafsnittet.

10 Kemiøvelse 2 C2.10 Det er god læring i selv at formulere et teoriafsnit, men andre løsninger er at henvise til teori i øvelsesvejledningen eller indsætte dele af teoriafsnittet fra øvelsesvejledningen. Det skal tydeligt fremgå hvilke dele af teoriafsnittet, der er taget fra andre, med kildeangivelse som minimum, og det kan lette læsningen hvis det indsatte er kursiveret eller fremhævet på anden vis. Materialer og metoder Apparatur: Anfør mærke og model på ph-meter. Kemikalier og prøvematerialer Materialelisten overføres fra øvelsesvejledning. Angiv ordlyden af de listede symboler og mærkninger. Metode Skriv: Den anvendte metode var: ph-måling og referér til kemiøvelsesvejledning 1, som er en af referencerne i referencelisten sidst i rapporten. Resultater Der skal være resultater til alle de mål, som rapporten undersøger. Medtag udelukkende de resultater, som er vedkommende for rapporten og som skal diskuteres. Inddel gerne afsnittet efter de mål, som rapporten undersøger. De målinger der foretages vil ofte skulle bearbejdes for at kunne præsenteres hensigtsmæssigt. For den aktuelle rapport kan en grafisk afbildning give et godt og hurtigt overblik over resultaterne. Der ønskes derfor en grafisk afbildning af resultaterne for Resultatskema 1, hvor ph-middel afsættes ud af x-aksen og βop ad y-aksen. Resultatskema 1 udgør rådata for den grafiske afbildning og vedlægges rapporten som et bilag. I rapporten henvises til dette bilag, eksempelvis i figurteksten, eller i den tekst, der præsenterer figuren. Øvelsesgruppen afgør hvorledes resultaterne hørende til Resultatskema 2 præsenteres. (Tip: Resultaterne fra felterne mærket med lys grå i skema 1 og 2 kan med fordel anvendes til en sammenligning). Ekstra. Øvelsesgruppen afgør selv hvorvidt resultaterne fra Resultatskema 3 skal vises sammen med resultaterne fra Resultatskema 1 eller om de skal vises i en selvstændig grafisk afbildning. Vedlæg ligeledes Resultatskema 3 som bilag og referer til det i rapporten. Figurnumre og tekst og tabelnumre og tekst er vigtige at huske, idet henvisning fra diskussionsafsnittet til resultaterne på den måde bliver enkel.

11 Kemiøvelse 2 C2.11 Diskussion Alle mål, som rapporten undersøger skal diskuteres. Ved diskussionen sammenholdes og sammenlignes resultaterne med teorien idet man forsøger at forklare forskelle og beskrive grad af overensstemmelse. Inddel evt. afsnittet efter de mål, som rapporten undersøger. Fejlkilder bør listes og inddrages som en del af diskussionen. Det er ikke nok at nævne fejlkilderne. For hver enkelt fejlkilde skal man forholde sig til om den i det hele taget er relevant at medtage på hvilken måde den har påvirket undersøgelsen hvor stor påvirkning den har haft på undersøgelsen Konklusion Der skal konkluderes på alle mål som rapporten undersøger. Vær kort, præcis og informativ når det er muligt ved eksempelvis at skrive Vi fandt, at forskellen mellem de teoretisk beregnede og målte ph værdier for phosphatbufferen med ph på 7,0 var 0,1. Referenceliste Bilag Ud over hvad der er nævnt tidligere, vil det være relevant at vedlægge en besvarelse af de to opgaver som bilag.