Finnpipette µl. ph meter. ph måling. ph måling

Transkript

1 Finnpipette µl ph meter ph måling 1. ph-metret er kalibreret på forhånd, og klar til brug 2. Løft elektroderne op, der er en trykknap bag på standeren. 3. Skyl elektroderne grundigt med vand fra spøjteflasken, ned i spildglasset, og aftør med køkkenrulle. ph måling 4. Neddyp elektroderne i prøven, husk magnet til omrøring. Omrøring reguleres med den blå ring i standerens bund. 5. Aflæs ph værdien, når signalet er stabilt, dvs når alle bogstaver i STAB vises konstant. 6. Efter brug, skylles elektroderne med vand fra sprøjteflasken, aftørres med køkkenrulle, og elektroderne sænkes ned i glasset, mærket ph 4.0 manan.dk 1

2 Salicylsyre Transmittance T = I/I 0 Absorbance Absorbance = 0 Absorbance = 1 Absorbance = 2 A = -log T no photons absorbed by the solution 90 % photons absorbed 99 % photons absorbed Salicylsyre : Fe 3+ Absorbs light with peak at nm 520 nm Abs 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, λ i nm Beer-Lambert low A = ε l c ε = molar absorption coefficient l = length of light path c = concentration 1. Tast bølgelængde (460 nm) + Set nm 2. Kuvette med vand i spektrofotometer + Measure blank indtil vises 3. Mål på referenceopløsning 4. Mål på prøve 5. Gentag med ny bølgelængde nulstil med vand 000 mål absorbansen Set nm manan.dk 2

3 Kinetikken af acetylsalicylsyrehydrolyse Ved denne øvelse undersøges kinetikken for nedbrydningen (hydrolysen) af acetylsalicylsyre (aspirin) i vand. Baggrundsinformation om reaktionshastighed og reaktionsorden findes i Masterton & Hurley, Kap. 11. (samt Øvelsesforelæsning 1). Øvelsen er delvis baseret på artiklen Borer, L.L. og Barry, E., (2000) J. Chem. Ed., 77, Indledning Kinetikken for acetylsalicylsyres nedbrydning i kroppen er særlig relevant for aspirins brug som lægemiddel. Nedbrydning af aspirin i kroppen skyldes primært enzymer. I denne øvelse, bruges den ikke-enzymatiske nedbrydning af acetylsalicylsyre i vand til illustration af hvordan man verificerer reaktionsorden og hvordan man kan bestemme hastighedskonstanten for en reaktion. I vand, bliver acetylsalicylsyre (ASA) nedbrudt til salicylsyre (SA) og eddikesyre. FeCl 3 reagerer med SAs phenoliske hydrolxylgruppe i det støchiometriske forhold 1:1 (Fe 3+ :SA) under dannelsen af et farvet jernkompleks (en lignende metode blev brugt i Ekstraktionsøvelsen i uger 3-4). Farvereaktionen følges ved hjælp af et spektrofotometer. Det kan oplyses at ASA danner ikke et farvede kompleks med Fe 3+, hvorved reaktionsproduktet kan måles specifikt. I øvelsen, bliver reaktionshastigheden målt ved brug af den spektrofotometriske metode ved forskellige koncentrationer af reaktanten ASA. Reaktionsordnen og hastighedskonstanten med hensyn til ASA bestemmes herefter ud fra disse data. Øvelsens forløb Øvelsen udføres i følgende to trin i den givne rækkefølge: I: Måling af reaktionshastighed ved forskellige reaktantkoncentrationer (OBS! Skal påbegynde inden for en/halvanden time fra øvelsesstart, ellers er der ikke tid nok til at udføre hele eksperimentet) II: Kalibreringskurve kan udføres i ventetiderne under eller efter I. Det er nødvendigt at skylle en del udstyr i løbet af øvelsen, blandt andet reagensglas og kuvetter. Kinetikken af acetylsalicylsyrehydrolyse Side 1 af 3 manan.dk 3

4 I: Måling af reaktionshastighed ved forskellige reaktant koncentrationer I denne del af øvelsen måles reaktionshastigheden af ASA hydrolyse ved tre forskellige reaktant koncentrationer (cirka 0,002 M, 0,004 M og 0,006 M) ASA (Mw = 180,2) ved ph 3. Måling foregår ved at udtage prøver efter 25, 50, 75 og 100 minutter og måle produktkoncentrationen spektrofotometrisk ved bølgelængden 530 nm. Først udføres trin 1-6 for hver af de tre hydrolyser (først trin 1-6 for den første hydrolyse, osv). De tre reaktioner forberedes som følger: 1. For hver koncentration, afvej nok ASA til 50 ml opløsning (tjek med lærer at din beregning af den nødvendige mængde ASA er korrekt). 2. Denne mængde opløses først i 800 μl ethanol (stoffet skal være HELT opløst - hvis det er svært, prøv at suge væsken forsigtigt op og ned med Finnpipetten). 3. ASA opløsningen i ethanol overføres til 50 ml bægerglas. Varmt vand (fra flasken i det termostaterede kar) tilsættes (ca 40 ml). Hydrolysen starter med det samme når ASA kommer i vandet, hvorfor den tid hvor vandet bliver tilsat kaldes tid 0 for den pågældende hydrolyse. Det er nok en god idé at starte de tre hydrolyser med fx 10 minutter mellemrum. 4. ph indstilles straks og hurtigt til 3,0. Dvs at ph i opløsningen justeres ved at tilsætte dråbevis 0,1 M NaOH eller 0,1 M HCl (afhængigt om ph er for lavt eller for højt) ved omrøring, indtil man opnår en ph-værdi på 3,0. 5. Opløsningen overføres til en 50 ml målekolbe, og varmt vand tilsættes op til 50 ml. 6. Målekolben sættes i det 40 ºC termostaterede kar. 7. Fremstilling af referenceopløsning. Før udtagelse af prøverne klargøres et reagensglas med 5 ml vand tilsat 5 dråber FeCl 3 (2,5 % w/v). En kuvette fyldes med denne referenceopløsning og spektrofotometeret nulstilles på denne ved bølgelængden 530 nm ved at trykke Measure blank. Da referenceopløsningen er ustabil og ændrer sig med tiden skal der fremstilles en ny referenceopløsning hver gang der skal måles på en ny serie prøver. 8. Fra hver reaktionsblanding udtages der prøver efter 25, 50, 75 og 100 minutter som følger: a. Hæld lidt mere end 5 ml af reaktions-opløsningen op i et bægerglas b. Overfør 5,0 ml af reaktionsopløsningen til et reagensglas med en 5 ml Finnpipette c. Tilsæt 5 dråber FeCl 3 (2,5 % w/v) til prøven i reagensglasset. d. Umiddelbart efter tilsætning af FeCl 3, fyldes en kuvette med prøven og absorbansen måles ved 530 nm Reaktionshastigheden beregnes som hældningen af den bedste rette linie i et plot af absorbans som funktion af tiden (i ΔAbs/min) og konverteres til [SA]/min ved hjælp af kalibreringskurven (se nedenfor). II: Fremstilling af kalibreringskurve 1. Mærk 3 stk. 20 ml målekolber og 3 stk. bægerglas med nr. 1, 2 og 3. I de tre små bægerglas 1, 2 og 3 afpipetteres henholdsvis 2,0 ml, 4,0 ml og 8,0 ml 0,002 M salicylsyre. 2. Fyld næsten op til 20 ml mærket (fx ca 18 ml) med vand. 3. Indstil til ph 3,0 med omrøring. 4. Overfør til mærkede 20 ml målekolber ved hjælp af tragten og fyld op til 20 ml Kinetikken af acetylsalicylsyrehydrolyse Side 2 af 3 manan.dk 4

5 mærket med vand. 5. Mål absorbansen ifølge afsnit I.8 punkt a-d (to målinger for hver opløsning). Der foregår ingen reaktion før der tilsættes FeCl 3, hvorfor prøverne kan måles når det passer med ventetiderne i forsøg I. Dog skal prøverne måles straks efter tilsætning af FeCl 3. Kinetikken af acetylsalicylsyrehydrolyse Side 3 af 3 manan.dk 5

6 Titrering af aminosyrer Indledning. Denne øvelse omhandler bestemmelse af syrestyrkekonstanter for aminosyren glycin, for glycinmethylester og for en ukendt aminosyre som identificeres, dels gennem dens syrestyrkekonstanter og dels gennem en bestemmelse af dens molære masse. Vedrørende den kemiske baggrund for øvelsen henvises desuden til lærebøgerne. Figur 1: De tre former af glycin og de to former af glycin methylester. Apparatur. Anvendelse af glaselektrode, ph-meter og automatburette vil blive gennemgået før øvelsens start. Titrering af glycin. Bestemmelsen af syrestyrkekonstanter for glycin gennemføres ved titrering af en 4 mm opløsning af glycin tilsat overskud af stærk syre med 0,1 M kaliumhydroxid i en vandig 0,1 M kaliumchloridopløsning: 0,4 mmol glycin, 30 mg, og 0,01 mol kaliumchlorid, 0,75 g, afvejes nøjagtigt og fortyndes i en 100 ml målekolbe med vand til mærket. Sørg for, at de faste komponenter er fuldstændigt opløst, før den endelige opfyldning med vand til mærket. Der afpipetteres 50,00 ml af denne opløsning som anbringes i titrerkarret. Det tilsættes 3,00 ml 0,1 M saltsyre. Der titreres nu med 0,1 M kaliumhydroxid, og sammenhørende værdier af tilsat basevolumen og aflæst ph noteres efter hver 0,2 ml tilsat base. Husk den første aflæsning af ph før tilsætning af base påbegyndes. Titreringen kan afbrydes når de målte ph-værdier er over 11. Dette burde ske efter omkring 6 ml tilsat base. Husk at notere de nøjagtige koncentrationer af saltsyre og kaliumhydroxid, der står på stamflaskerne. Titrering af glycinmethylester. Bestemmelsen af syrestyrkekonstanten for glycinmethylester i vandig 0,1 M kaliumchloridopløsning gennemføres helt som beskrevet ovenfor ved glycin, naturligvis under anvendelse af esteren i stedet for glycin. Endvidere tilsættes kun 1,00 ml 0,1 M saltsyre før titreringen påbegyndes. Titreringen kan også her afbrydes når de målte ph-værdier er over 11, hvad der burde ske ved omkring 4 ml tilsat base. Titrering af aminosyrer Side 1 af 2 manan.dk 6

7 Titrering af ukendt aminosyre. Bestemmelsen af molær masse og syrestyrkekonstanter for den ukendte aminosyre i vandig 0,1 M kaliumchloridopløsning gennemføres helt som beskrevet ovenfor ved glycin, dog under anvendelse af omkring mg af den ukendte syre, nøjagtigt afvejet, i stedet for glycin. Ved denne titrering tilsættes, som ved glycintitreringen, 3,00 ml 0,1 M saltsyre før titreringen påbegyndes. Titreringen kan også her afbrydes når de målte ph-værdier er over 11, hvad der burde ske ved omkring 6 til 8 ml tilsat base. Databehandling. Laboratoriecomputerne er alle forsynet med et program til behandling af titrerdata. Programmet startes ved at dobbeltklikke på pk-ikonen. Herefter vælges New i File menuen. Yderligere anvendelse af programmet vil blive demonstreret. Anvendte data. M glycin : 75,07 g/mol M KCl : 74,56 g/mol M glycinmethylesterhydrochlorid : 125,56 g/mol Titrering af aminosyrer Side 2 af 2 manan.dk 7

8 Ekstraktion af salicylsyre Salicylsyre, 2-hydroxybenzoesyre, kan deprotoniseres i to trin i vandig opløsning: Syrens to pk a værdier er bestemt til omkring 3 og 13 i vandig opløsning ved 25 o C, men afhænger dels af hvilke andre ioner, der findes i opløsningen, og dels af temperaturen. I denne øvelse undersøges fordeling af salicylsyre mellem en vandig fase med forskellig surhed og en octan-1-ol fase. Salicylsyrekoncentrationen i den vandige fase måles spektrofotometrisk efter reaktion med jern(iii), hvormed der dannes en violet forbindelse med absorptionsmaximum omkring 530 nm. Før denne koncentrationsbestemmelse demonstreres gyldigheden af Lambert-Beers lov: A= l c hvor A er den målte absorbans, ε, forbindelsens molære absorptionskoefficient, l, lysvejen og c opløsningens koncentration. Det bemærkes, at da A er dimensionsløs vil enheden for ε naturligvis afhænge af de anvendte enheder for l og c. Almindeligvis anvendes for disse sidste kvantiteter enhederne cm og M. For det jern(iii)kompleks der dannes her er den molære absorptionskoefficient,,, afhængig af hydrogenionkoncentrationen, temperaturen samt andre ioner i opløsningen. Det er derfor vigtigt at måle på opløsninger under præcis samme omstændigheder. Ved denne øvelse gennemføres derfor målinger på de enkelte ekstraktionsopløsninger før og efter ekstraktionen. Antages gyldigheden af Lambert- Beers lov har man således relationen mellem koncentration før og efter ekstraktion og absorbans før og efter ekstraktion: c efter ekstraktion =c før ekstraktion A efter ekstraktion A før ekstraktion Ekstraktion af salicylsyre Side 1 af 3 manan.dk 8

9 Eksperimentel afdeling Der udføres 3 forsøg med fordeling af salicylsyre mellem en octan-1-ol fase og en sur neutral og basisk vandfase. Forsøgene, mærket A-C, gennemføres ved sammenblanding af en række stamopløsninger i en 100 ml skilletragt som beskrevet nedenfor. Stamopløsninger: Fremstilling: 0,01 M salicylsyre Findes forudfremstillet 0,01 M salicylsyre Findes forudfremstillet 0,10 M saltsyre Findes forudfremstillet 0,10 M natriumhydroxid Findes forudfremstillet 0,20 M jern(iii)nitrat i 0,1 M salpetersyre Findes forudfremstillet 0,10 M natriumchlorid Findes forudfremstillet Procedure for udførelse af ekstraktionseksperimenter: Eksperimenter med octan-1-ol udføres i stinkskab! 10,00 ml 0,01 M salicylsyre afpipetteres i tre 50 ml målekolber, der mærkes A, B og C. Tilsæt dernæst yderligere opløsning efter følgende skema: Målekolbe A: +20,00 ml 0,10 M saltsyre Målekolbe B: +20,00 ml 0,10 M natriumchlorid Målekolbe C: +20,00 ml 0,10 M natriumhydroxid Fyld op med vand til mærket. Husk at blande indholdet godt. Afpipetter 30,00 ml af det tre opløsninger i tre skilletragte mærket A, B og C. Husk at kontrollere, at hanen i bunden af tragten er lukket. Bemærk endvidere, at resten af opløsningen skal gemmes til senere anvendelse. Tilsæt afslutningsvis 2,00 ml octan-1-ol til hver skilletragt. Tilprop skilletragtene og vend dem forsigtigt, medens der holdes på proppen. Åbn for hanen til trykudligning og luk igen for hanen. Vend igen tragten. Ryst tragten omhyggeligt, afbrudt af vendinger til trykudligning som beskrevet ovenfor. Hensæt skilletragten til fuldstændig faseadskillelse. Dette tager mindst en time. Fjern proppen og aftap underfasen i et 50 ml bægerglas. Fremstil nu 6 måleopløsninger. 3 ud fra de separerede underfaser og 3 fra de oprindelige opløsninger. Se endvidere nedenfor. Ekstraktion af salicylsyre Side 2 af 3 manan.dk 9

10 Procedure for fremstilling af måleopløsninger: En 10 ml målekolbe skylles grundigt med rent vand. Der tilsættes 2,00 ml 0,2 M jern(iii)nitrat i salpetersyre. Der tilsættes derefter 5,00 ml salicylsyreopløsning, se ovenfor. Der fyldes til mærket med vand. Referenceopløsningen fremstilles på samme måde, dog tilsættes naturligvis ikke salicylsyreopløsning. De syv kolber henstilles ved stuetemperatur til temperaturligevægt med omgivelserne er indtrådt. Absorptionsmålinger: Absorbansen af de 6 fremstillede Måleopløsninger måles ved 530 nm over for Referenceopløsningen, se iøvrigt måleskemaet. Affaldsbehandling: Octan-1-ol faserne deponeres i affaldsdunken mærket: OCTANOL-AFFALD. Alle de vandige opløsninger kan hældes i vasken i stinkskabet. Der skylles godt efter med koldt vand. Skilletragtene rengøres omhyggeligt ved vask med vand. Dette skal ligeledes foregå i stinkskabet. Databehandling: Databehandlingen omhandler omregninger mellem stofmængdekoncentrationer og stofmængder. Detaljerne skulle fremgå af afleveringsskemaet. Ekstraktion af salicylsyre Side 3 af 3 manan.dk 10

11 ANALYSE AF FEDTINDHOLD I MADOLIE Ved denne øvelse bestemmes det gennemsnitlige antal dobbeltbindinger pr. fedtsyre og fedtstoffets middelmolmasse for en madolie. Supplerende baggrundsinformation om lipider findes i lærebogen: Brown: Introduction to Organic Chemistry, Kapitel 21. Begreberne fedt og fedtstoffer dækker over flere forskelligartede produkter og stofgrupper. I daglig tale dækker de alt fra produkter som smør, magarine, salatolie og fiskeolie til vaseline og konsistensfedt. I kemisk og biokemisk literatur grupperer man bl.a. stoffer som fedtsyrer, triglycerider, phosphoglycerider og steroider, som alle findes i levende organismer, under betegnelsen lipider. Vaseline og konsistensfedt er derimod alkaner med høj molekylvægt udvundet af råolie. Indledning Triglycerider er de hyppigst forekommende fedtstoffer (=lipider) i naturen. Triglycerider er glycerolestre af fedtsyrer, som er lange, uforgrenede carboxylsyrer. Triglycerider fungerer i naturen bl.a. som lagringsmolekyler for energi. Biologiske membraner består primært af de nært relaterede phospholipider. To eksempler på fedtsyrer i madolie er hexadecansyre (palmitinsyre): Fedtstofanalyse Side 1 af 6 manan.dk 11

12 og cis,cis-9,12-octadecadiensyre (linolsyre): De tre syregrupper som indgår i et triglycerid kan være ens eller forskellige. Antallet af fedtsyrer, der indgår i naturligt forekommende lipider, er stort. De naturligt forekommende fedtsyrer omfatter: 19 forskellige mættede fedtsyrer (ingen dobbeltbinding) 20 forskellige monoumættede syrer (en dobbeltbinding) 11 forskellige flerumættede fedtsyrer (flere dobbeltbindinger). Af disse indgår omkring halvdelen i næringsmidler som fedt, smør, margarine og madolier. Fedtstoffer har derfor meget forskelligartede egenskaber. Molmassen af et triglycerid er givet ved: M triglycerid =M fs1 M fs2 M fs3 M glycerol 3 M vand hvor M fs1, M fs2 og M fs3 er de tre fedtsyrers molmasser, M glycerol =92,09 g/mol er molmassen af glycerol (propan-1,2,3-triol), og M vand =18,01g/mol er vands molmasse. For en fedtstofblanding som f.eks. en madolie kan man beregne en gennemsnitlig molmasse for triglyceriderne, middelmolmassen M, der er defineret som M = m triglycerid n triglycerid = i n i M i i n i Her er m triglycerid den totale masse af triglycerid, n triglycerid er stofmængden af triglycerid og n i og M i er hhv. stofmængden af samt molmassen for i'te type triglycerid, og hvor summationerne løber over de indgående triglycerider. Massen af triglycerid, m triglycerid, kan bestemmes ved vejning, mens stofmængden n triglycerid kan bestemmes ved forsæbning (d.v.s. en basisk hydrolyse) af fedtstoffet i overskud af base efterfulgt af titrering af den overskydende base med syre. Desuden kan man bestemme det gennemsnitlige antal dobbeltbindinger pr. fedtsyre defineret Fedtstofanalyse Side 2 af 6 manan.dk 12

13 som u= n C =C n fedtsyre = i n i u i i n i hvor n C=C er stofmængden af dobbeltbindinger i en bestemt mængde fedtstof, n fedtsyre er stofmængden af fedtsyre i denne mængde fedtstof, og n i og u i er hhv. stofmængden af den i'te type fedtsyre samt antallet af dobbeltbindinger i denne (antal umættetyhedder). n C=C bestemmes eksperimentelt ved addition af brom (Br 2 ) til dobbeltbindingerne. Et fedtstof som f.eks. en madolie kan karakteriseres ved bl. a. følgende analyseværdier: Fedtindholdet, angivet som gram fedt (= gram triglycerid) pr. 100 g produkt, d.v.s. i procent. For en madolie er dette tal tæt på 100%, men for f.eks. en plantemagarine kan tallet være betydeligt under de 100% på grund af et højt vandindhold. Det gennemsnitlige antal dobbeltbindinger pr. fedtsyre, u, bestemt ved addition af Br 2. Middelmolmassen M, som kan måles ved forsæbning. Fedtsyreindholdet, der angiver hvor mange g af de enkelte fedtsyrer, der indgår i margarine. I denne øvelse bestemmes eksperimentelt punkt 2. og punkt 3., I øvelsen antager vi at fedtindholdet er 100% (punkt 1). Bestemmelser af fedtsyreindholdet som under punkt 4. er vanskelige og tidskrævende. Statens Levnedsmiddelinstitut foretager løbende undersøgelser af bl. a. levnedsmidlers fedtsyreindhold. Dette foretages gaskromatografisk efter omdannelse af triglyceridernes fedtsyrer til methylestre. Fedtstofanalyse Side 3 af 6 manan.dk 13

14 Øvelsens forløb Først begyndes de to additioner af brom (Ia) som skal stå i 2 timer. I den følgende ventetid begyndes den første forsæbning (Iia) som skal stå i 30 min. I den yderligere ventetid kan man udføre indstilling af KOH opløsning (IIb) og evt. titrering af den første forsæbning (IIc) og påbegynde den anden forsæbning. Efter at addition af brom er færdig kan man instille KBrO 3 /KBr opløsning (Ib+Ic) og foretage de to iodometriske titreringer (Ic). Afslutningsvis færdiggøres den anden forsæbning (IIc). I. Bestemmelse af umættethed i madolie I dette forsøg adderes brom til dobbeltbindingerne i de umættede fedtsyrer. Brom fremstilles her udfra KBrO 3 og KBr (findes som færdig reagens). Når svovlsyre tilsættes dannes Br 2 : BrO Br H + 3 Br H 2 O Det dannede Br 2 adderes til fedtsyrernes dobbeltbindinger: Overskuddet af Br 2 bestemmes ved iodometrisk titrering. Først tilsættes overskud af kaliumiodid (KI) der reagerer med overskuddet af Br 2 : 2 I - + Br 2 I Br - Det dannede iod titreres herefter med indstillet thiosulfatopløsning: S 2 O 3 + I 2 S 4 O I - Fremgangsmåde. Forsøg I. består af 3 dele: Ia. Addition af Br 2. Med en tynd plastpipette overføres højst 160 mg (ca. 8 dråber) madolie til en 100 ml konisk slibkolbe på følgende måde: Den tomme kolbe vejes med 0,1 mg nøjagtighed. En tynd plastpipette anvendes til at overføre lidt madolie forsigtigt ned i kolben uden at berøre kolbens slib og uden at sprøjte op ad kolbens sider. Kolben med madolie vejes igen, og massen af madolien findes som differensen mellem de to vejninger. I stinkskab opløses fedtstoffet ved at tilsætte 5 ml CH 3 CCl 3. Derpå tilsættes ml KBrO 3 /KBr opløsning ( 0,05 M Br 2 ), 2-3 ml 2 M H 2 SO 4 og en lille omrørermagnet. Kolben lukkes med plastproppen, og sættes til omrøring på en magnetomrører i 2 timer uden for stinkskabet. Kolben beskyttes mod lys ved indpakning i aluminiumsfolie. Siden bestemmes Fedtstofanalyse Side 4 af 6 manan.dk 14

15 det resterende bromindhold ved at følge forskriften i afsnit Ic. Der foretages en bestemmelse af hver holddeltager og af hensyn til tiden er det vigtigt at begge disse eskperimenter sættes igang ved øvelsens begyndelse. Ib. Indstilling af KBrO 3 /KBr opløsning med kendt thiosulfatopløsning Den nøjagtige koncentration af KBrO 3 /KBr opløsningen bestemmes ved titrering med en på forhånd indstillet thiosulfatopløsning som findes på automatburette. I stinkskab overføres 10,00 ml af KBrO 3 /KBr opløsningen, 15 ml vand, 5 ml CH 3 CCl 3, 2-3 ml 2 M H 2 SO 4 og en lille omrørermagnet til en 100 ml konisk kolbe. Herefter følges proceduren under Ic. Der foretages en bestemmelse af hver holddeltager. Ic. Titrering af overskud af Iod med thiosulfat I stinkskab tilsættes 0,5 g KI til opløsningen som skal titreres. Bromet i opløsningen vil frigøre en ækvivalent mængde Iod (I 2 ), som vil gøre opløsningen mørkebrun. Uden for stinkskab titreres opløsningen med 0,1 M thiosulfat (Na 2 S 2 O 3 ) til den brune farve næsten er forsvundet. Når 'ækvivalenspunktet er i sigte' tilsættes 5 ml 1% stivelsesopløsning som indikator, hvorved den næsten farveløse opløsning bliver intens blå, og der titreres videre til omslag til vandfasen er farveløs. Brugt trichlorethan må ikke hældes i vasken, men skal deponeres på opstillet dunk mærket trichlorethan II. Bestemmelse af middelmolmassen Ved forsæbning omdannes triglycerider til glycerol og kalium salte (eller natrium salte afhængig af den benyttede base) af de indgående fedtsyrer: H H H H C C C O O O CO CO CO R R R KOH H C OH + 3 H H H C C OH OH i R COO - K + H H R-COONa er en såkaldt hård natriumsæbe, R-COOK er en blød sæbe. Fremgangsmåde IIa. Forsæbning Fedtstofanalyse Side 5 af 6 manan.dk 15

16 Forsæbningen udføres i en 100 ml konisk kolbe (med slib) med magnetomrører med varme og svaler. Der anvendes ca. 2 g nøjagtigt afvejet madolie. Først vejes den tomme kolbe. Derpå overføres olien med plastpipette til kolben uden at berøre kolbens slib og sider. Kolben vejes igen og oliens masse beregnes som differensen. Der må under ingen omstændigheder komme olie på ydersiden af kolben eller på vægten! Tilsæt 20,00 ml 0,5 M ethanolisk KOH (KOH opløst i ethanol). Montér svaleren, luk op for kølevandet, varmen og magnetomrøringen. Blandingen skal herefter koge i 30 min. Når blandingen koger skal man kunne se at ethanolen fortætter i svaleren og drypper tilbage i blandingen. IIb. Instilling af 0,5 M ethanolisk KOH Molariteten af KOH-opløsningen bestemmes af hver holddeltager ved at titrere 20,00 ml opløsningen med en på forhånd indstillet HCl-opløsning som findes på automatburette. IIc. Titrering af overskud af base Efter afkøling til stuetemperatur tilsættes 0,5 ml 0,1% phenolphthalein som indikator. Overskuddet af KOH titreres med 0,5 M indstillet HCl, indtil indikatoren slår om fra en lyserød farve til farveløs. Andre komponenter i madolien kan give opløsningen en svagt gul farve, så omslaget sker når det rødlige skær forsvinder. Hele proceduren udføres en gang af hver holddeltager. Fedtstofanalyse Side 6 af 6 manan.dk 16

17 Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi I denne øvelse foretages to typer kromatografi, tyndtlagskromatografi (I) og gaskromatografi (II). I øvelsesdel I identificeres nogle aminosyrer ved tyndtlagskromatografi på alu-plader med cellulose. I øvelsesdel II benyttes en gaskromatograf (MikrolabGC) med en pakket kolonne til at identificere op til fire kulbrinter opløst i heptan og en kulbrinte ved en såkaldt head space analyse. Del I påbegyndes først, mens del II udføres i ventetiden. I: Tyndtlagskromatografi (TLC) Teori Polære forbindelser som f.eks. aminosyrer og kulhydrater kan adskilles og dermed identificeres ved tyndtlagskromatografi på celluloseplader. Det er en fordeling mellem en stationær fase (cellulosebundet vand) og en mobil fase, der betinger adskillelsen. Tyndtlagskromatografi er en hurtig og billig metode, som med fordel kan bruges f. eks til at følge en kemisk synteseproces. I dette forsøg vil vi adskille og identificere aminosyrer. En celluloseplade med en påsat prøve anbringes således, at dens ene kant netop er dyppet ned i en væske. Væsken, eller elueringsmidlet, vil langsomt suges op af pladen og trække prøven med op. De enkelte komponenter i en prøve vil vandre med forskellig hastighed afhængig af bindingen til den stationære celluloseplade i forhold til opløseligheden i den polære mobile fase. Efter noget tid er væskefronten vandret L mm, mens komponenterne A, B, C osv i prøven kun er vandret henholdsvis a, b, c mm (Figur 1). Figure 1 Tyndtlagskromatografiplade efter et typisk forsøg Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi Side 1 af 8 manan.dk 17

18 Påsætning af aminosyrer To celluloseplader per hold (en til hvert holdmedlem) afmærkes som vist i Boks 1 (på side 3) efter forberedelsen af kapillarrør til applikation (7 kapillarrør/hold) som vist i Boks 2 (på side 3). På de to plader påsættes, eller applikeres, referenceblandingerne 1-5, som indeholder de 5 aminosyrer vist i Figur 2, og den udleverede ukendte blanding (en blanding af tre ud af de fem referenceaminosyrer). Figure 2: Aminosyrer anvendt som referencer Eluering Når pladen er tør anbringes den i karret med en pincet, således at de står lodret i løbevæsken med startlinie nederst. Låget lægges på karret, der herefter ikke må flyttes eller rystes. Væsken i karrene er en blanding af n-butanol, eddikesyre og vand. Det er afgørende for et godt resultat at pladen anbringes helt fri af karrets kanter, så man undgår at hårrørsvirkningen trækker løbevæske op hvor der er kontakt mellem pladen og karret. Når væskefronten efter ca. 2 timer er nået ca. 1 cm fra overkanten løftes pladen op i den tørre kant med en pincet. Der markeres, hvor vaskefronten er nået til. Pladen lægges på et stykke rent papir i tørreskab ved 60 o C i minutter, indtil den ikke mere lugter af eddikesyre. Fremkaldelse De tørre plader sprøjtes med en opløsning af ninhydrin i stinkskabet og tørres i varmeskab i minutter. HUSK handsker! Aminosyrerne viser sig normalt som violette pletter, men nogle aminosyrer giver andre farver, hvilket også kan bruges til identifikation. Rapport (afleveringsskema) R f -værdien er karakteristisk for en given forbindelse under givne betingelser. R f - værdien beregnes som forholdet mellem plettens vandring og væskefrontens Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi Side 2 af 8 manan.dk 18

19 vandring (se Figur 1). Ved identifikationen sammenlignes direkte på pladen placeringen af blandingens pletter med placeringen af referencens. Pletternes farve kan som før nævnt også anvendes til identifikation. Boks 1: Afmærkning og applikation af aminosyrer på TLC pladen 1. Marker pladen med blyant (uden at berøre overfladen med fingrene, brug eventuelt handsker) 2. Spidsen brækkes af kapillarrøret og dyppes dernæst i opløsningen. Der anvendes et rør til hver reference og et til den ukendte blanding. Pletterne bør være så små som muligt og må aldrig blive større end 2-3 mm i diameter. Mindst 1,5 cm Ala Arg Asn Pro Trp Ukendt 2 cm 3. Hver plet påsættes i dobbelt mængde, idet pladen skal være tør mellem påsætningerne. Den ukendte blanding påsættes dog tre gange. Boks 2: Fremstillelse af kapillarrør ved at trække et smeltepunktrør ud over en bunsen brænder (VIL BLIVE DEMONSTRERET) 1) 2) 3) Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi Side 3 af 8 manan.dk 19

20 II: Gaskromatografi Teori Ved gaskromatografi sker en adskillelse af komponenter i en blanding af stoffer ved at to forskellige faser, en gas og en væske, holdes i tæt kontakt med hinanden, og hvor den ene fase bevæger sig i forhold til den anden. Den mobile fase, bæregassen (her helium) fører prøven gennem kolonnen, men med en vis forsinkelse, da prøven binder svagt til den stationære fase (en væskefilm). Separation af de enkelte komponenter i prøven sker, fordi de forskellige komponenter bindes forskelligt på kolonnen. Jo bedre en komponent bindes på kolonnen, jo lavere koncentration vil den have i den mobile fase og derfor blive transporteret langsommere gennem kolonnen. Set i et biologisk perspektiv åbner gaskromatografen således mulighed for at bestemme sammensætningen af de flygtige komponenter i selv meget komplekse opløsninger som blod og vævsekstrakter, og kommercielt kan den bruges til at undersøge, hvilke komponenter vin, parfume, spiritus og andre væsker indeholder. Figur 3 viser et skematisk tegning af en gaskromatograf. Efter optagelsen af kromatogrammer fra referencestofferne, kan komponenterne i en ukendt blanding identificeres fra de justerede retentionstider (Boks 3, side 7). Figur 3: Opbygning af en gaskromatograf: Kolonnen er et (1.5 m) langt og (6 mm) tyndt Curør fyldt med et porøst materiale, der er overtrukket med en væskefilm og anbragt i en (175 o C) varm ovn. Gennem kolonnen ledes en konstant strøm af bæregas (Helium). Flowet måles i ml gas pr. minut. Prøven (2 μl væske) indføres ved hjælp af en injektionssprøjte. Kanylen stikkes gennem en membran, der lukker sig tæt, når kanylen trækkes ud. Prøven fordamper straks og føres med bæregassen gennem kolonnen og forbi detektoren. Det er her en varmetrådsdetektor, der måler ændringer i varmeledningsevnen af den gas, der kommer ud af kolonnen. Optagelse af kromatogrammer for referencekulbrinter Der optages gaskromatogrammer for de fire referencekulbrinter (Figur 4) på den upolære kolonne som bruges til bestemmelsen af den justerede retentionstid (t R '). Se detaljerede instrukser under Måling ved brug af gaskromatograf og Boks 3 (side 7). Referencekulbrinterne er opløst i heptan og der vil derfor også ses et heptansignal. p-xylen mesitylen duren naphtalene CH 3 CH 3 H 3 C CH 3 H C CH 3 H CH C CH 3 Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi heptan (opløsningsmiddel) Side 4 af 8 manan.dk 20

21 Figure 4: Reference kulbrinter Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi Side 5 af 8 manan.dk 21

22 Analyse af den udleverede ukendte blanding Optag to gaskromatogrammer (dobbeltbestemmelse) og identificer kulbrinterne ud fra de justerede retentionstiderne. Kulbrintetoppenes arealer bestemmes som højde W ½ (trekanttilnærmelsen). Med god tilnærmelse er arealerne proportionale med vægtmængden af kulbrinterne. Beregn vægtbrøkerne af de forskellige kulbrinter i den afleverede prøve efter formlen: Areal Vægtbrøk 1 = 1 Areal 1 Areal 2... Areal n Summen af alle vægtbrøker er altså 1. Beregn vægtbrøkerne fra de to kromatogrammer og de midlede vægtbrøker for alle komponenter i blandingen. Head Space analyse Man kan ikke altid foretage en gaskromatografisk analyse ved injektion af prøven direkte ind i gaskromatografen. Injicerer man fx en blødprøve med henblik på identifikation af flygtige metabolitter (fx alkohol, til identifikation af spritbilister), opnår man en forurening og ødelæggelse af kolonnen. Flygtige stoffer i et ikke-flygtigt miljø kan analyseres ved den såkaldte head space teknik. Prøven opvarmes i et lukket glas, hvorved luften over prøven mættes med de flygtige komponenter. Der udtages derefter en gasprøve fra glasset, og denne prøve injiceres i gaskromatografen. Den udleverede prøve består af opvarmet paraffin tilsat en af de fire reference kulbrinter i en glasflaske med korkprop. En 2 ml engangssprøjte med engangsnål anvendes til udtagning af 2 ml prøve gennem korkproppen HUSK AT DET ER EN GASPRØVE PARAFFINEN MÅ IKKE KOMME MED!!! Ved injektion skal stemplet presses hårdt ned for at modstå bæregassens tryk. Kulbrinten i paraffinen identificeres ud fra den justerede retentionstid. Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi Side 6 af 8 manan.dk 22

23 Måling ved brug af gaskromatograf Målebetingelser for Gaskromatograf MICROLAB MLGC82-12 med kolonner Silicon DC200 (upolær) og Carbowax 20M (polær) er følgende: 1. Temperatur: 175 o C 2. Flow: 60 ml/min. Indstilles ved brug af et flowmeter, når arbejdstemperatur er nået. 3. Skriverens nul: 2 cm fra venstre kant. 4. Skriverens hastighed: 60 mm/min. Noter værdien på papiret. 5. Skriverens spændingsområde: 2 mv/cm. 6. Attenuatorindstilling: 4 Injektionssprøjten er en 10 μl injektionssprøjte. Sprøjten skal behandles med forsigtighed, og man skal især undgå at bøje kanylen. Stemplet må ikke trækkes helt ud. Der skal injiceres 8 μl luft + 2μl af prøven. Injiceringsproceduren vil blive demonstreret af læreren. Sprøjten skylles flere gange med heptan før injektion. Det er meget varmt ved injektionsmembran, så pas på ikke at brænde fingrene! Til Head space prøve bruges en 2 ml engangssprøjte Optagelse af et kromatogram 1. Start papirfremføring 2. Sænk pennen, injicer en prøve og vip samtidig polaritetsomskrifteren (markeret med +/-). Derved giver skriveren et spjæt, og injektionstidspunktet er markeret. 3. Skriveren giver et udslag for hvert stof, der passerer gennem kolonnen samt et udslag for den injicerede luft. 4. Hæv pennen. 5. Stands papirfremføringen. 6. Er toppene for små eller for store, ændres måleområdet og kromatogrammet optages igen. 7. Rens injektionssprøjten. 8. Relevante oplysninger noteres på kromatogrammet, før det rives af. Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi Side 7 af 8 manan.dk 23

24 Boks 3: Analyse af gaskromatogrammer Vi skal nu se på et gaskromatogram, der viser koncentration af stof der passerer detektoren som tiden går: Skriveren er startet på det tidspunkt prøven blev injiceret. Efter 0,69 min kommer der en lille top. Den skyldes luft, som bevidst er blevet injiceret sammen med prøven. Luft bliver ikke holdt tilbage af den stationære fase, og de 0,69 min er derfor den kortest mulige tid noget stof kan komme gennem kolonnen på. De 0,69 min er betegnet t D : dødtiden. Efter 2,69 min kommer der en top, svarende til det injicerede rene stof. t R betegnes retentionstiden. Hvis det pågældende stof ikke var blevet holdt tilbage af den stationære fase, så var det - som luften - kommet gennem kolonnen på 0,69 min. De ekstra 2,69 0,69 = 2,00 min har stoffet tilbragt opløst i den stationære fase og betegnes den justerede retentionstid, t ' R : t ' R =t R t D = 2, min=2,00min Retentionstiden er karakteristisk for et givet stof, og det kan benyttes til identifikation af et stof i en prøve. Men retentionstiden afhænger voldsomt af de betingelser hvorunder kromatogrammet er optaget, så to retentionstider kan kun sammenlignes når to kromatogrammer er målt under identiske betingelser. På udskriften vil tiderne (i minutter) ikke direkte fremgå, men skal beregnes udfra signalets afstand fra 0 (i milimeter) divideret med skriverens hastighed (i milimeter pr. minut). Bemærk, at for de prøver som er opløst i heptan vil der ses et tydeligt signal fra heptan ganske kort tid efter signalet for luft. Pas på ikke at forveksle dette signal med luftsignalet eller signalet for jeres opløste stof. Tyndtlagskromatografi og gaskromatografi Side 8 af 8 manan.dk 24

25 Ionbytningschromatografi Adskillelse af jern(iii), cobalt(ii) og nikkel(ii) Introduktion. Jern(III), cobalt(ii) og nikkel(ii) danner i sure chloridholdige medier chlorokomplekser med dannelseskonstanter, der falder fra jern(iii) til cobalt(ii) til nikkel(ii). I stærkt chloridholdige opløsninger danner jern(iii) og cobalt(ii) således de anioniske forbindelser, [FeCl 4 ], der er gul og [CoCl 4 ] 2, der er blå. I modsætning hertil optræder nikkel(ii) som positivt ladet, formentlig som en blanding af [Ni(OH 2 ) 6 ] 2+ og [Ni(OH 2 ) 5 Cl] +. Denne forskel i kompleksdannelse kan anvendes til adskillelse af de tre metaller ved ionbytningschromatografi. I stærk saltsyre kan jern(iii) og cobalt(ii) således bindes til anionbyttere som ovennævnte anioner, medens nikkel(ii), der ikke danner anioner, kan elueres som kationiske komplekser. Sænkes saltsyrekoncentrationen herefter vil cobalt(ii) kunne elueres som kationiske eller uladede komplekser, der er en blanding af [Co(OH 2 ) 6 ] 2+, [Co(OH 2 ) 5 Cl] + og [Co(OH 2 ) 4 Cl 2 ]. Under disse betingelser vil jern(iii) stadig fastholdes på ionbytteren som anionen [FeCl 4 ]. Sænkes saltsyrekoncentrationen herefter yderligere, vil også jern(iii) blive frigjort fra ionbytteren. Denne øvelse omhandler separation og kvantitativ analyse af cobalt i en udleveret prøve indeholdende jern, cobalt og nikkel. Denne øvelse udføres individuelt. Dog separerer og analyserer de studerende i hold på to den samme prøve, og afleverer én rapport med deres samlede resultater. Separation. Den anvendte anionbytter er frenstillet af polystyren funktionaliseret med kvaternære ammoniumgrupper. Ionbytteren, opslemmet i 0,1 M saltsyre, er anbragt i et glasrør med et tværsnitsareal på 1 cm 2 og i en højde på 8-10 cm. Før den chromatografiske adskillelse af de tre metaller lader man 20 ml 9 M saltsyre løbe gennem ionbyttersøjlen. Det bemærkes, at udløb fra søjlen stopper, netop når væskeoverfladen er i niveau med ionbyttermaterialets overkant. Omkring 1 g af den udleverede analyseopløsning afvejes nøjagtigt, og fortyndes med 3-4 ml 12 M saltsyre. Den resulterende opløsning anbringes dråbevis på ionbyttersøjlen med en kapillarpipette. Skyl vejeglasset et par gange med nogle få dråber 9 M saltsyre for at få al analyseopløsning anbragt på ionbyteren. Der elueres nu med 9 M saltsyre, omkring ml, til en prøve for nikkel(ii) er negativ, se nedenfor. Bemærk eluatets svagt lysegrønne farve. Når al nikkel(ii) er elueret udskiftes bægerglasset til eluatopsamling med en 100 ml målekolbe. Der elueres herefter med 4,5 M saltsyre. Man vil nu se cobalt(ii) bevæge sig som et 2-3 cm bredt blåt bånd gennem søjlen. Når al cobalt(ii) er elueret fra ionbytteren erstattes målekolben igen med et rent bægerglas til opsamling af jern(iii). Elueringsvæsken ændres herefter til 0,1 M saltsyre, og der elueres til eluatet er farveløst, og en prøve for jern(iii) er negativ, se nedenfor. Ionbytningschromatografi Side 1 af 2 manan.dk 25

26 Analyse. De tre separerede opløsninger kan i princippet analyseres på mange måder. Her anvendes atomabsorption; men kun til analyse af cobaltopløsningen. Nikkel- og jernopløsningerne kan analyseres på samme måde; men da princip og databehandling er helt identisk udføres disse analyser ikke. Den fysiske baggrund for denne analysemetode er beskrever i vejledningen ti KVANTITATIV ANALYSE på side 26. Den separerede cobaltopløsning bør indeholde omkring 8 mg cobalt. En analyseopløsning til cobaltanalyse skal ideelt indeholde 6-10 mg Co/l. En sådan opløsning fremstilles ved: Fortynd cobalteluatet med vand til 100 ml i målekolben. Husk at sørge for, at eluatet, der tungere end vand, blandes godt med det tilsatte vand. Afpipeter 10,00 ml af denne opløsning i en 100,0 ml målekolbe. Tilsæt 5 ml 0,3 M kaliumchlorid. Fortynd til 100 ml i målekolben med vand. Husk igen at blande cobaltopløsningen godt med det tilsatte vand. Den således fremstillede opløsning vil blive analyseret ved atomabsorption under medvirken af en laborant eller laboratorietekniker. Analyseresultaterne behandles som beskrevet i vejledningen til KVANTITATIV ANALYSE på side Den yderligere databehandling fremgår af afleveringsskemaet. Prøve for nikkel(ii). 1 dråbe eluat tilsættes 12 M ammoniak til basisk reaktion. Til denne opløsning sættes 1-2 dråber dimethylglyoximopløsning. Et rødt bundfald viser tilstedeværelse af nikkel(ii). NB: Afprøv først reaktionen på en dråbe 0,1 M nikkel(ii)sulfat. Prøve for jern(iii). 1 dråbe eluat blandes med 1 dråbe kaliumhexacyanoferrat(ii). Et blåt bundfald viser tilstedeværelse af jern(iii) NB: Afprøv først reaktionen på en dråbe 0,1 M jern(iii)chlorid. I denne øvelse er demonstreret eksempler på nogle simple forbindelser, der indeholder jern, cobalt og nikkel. Disse tre metaller er imidlertid også essentielle i en række naturligt forekommende forbindelser af afgørende betydning i en mangfoldighed af biologiske sammenhænge. Som blot nogle få eksempler kan nævnes: Jern i myoglobin, der anvendes ved transport og oplagring af dioxygen. Cobalt i coenzym B 12, der medvirker ved en lang række vigtige omdannelser af organiske forbindelser, og Nikkel i urease, der er et enzym som medvirker ved hydrolysen af urinstof. Laboratoriecomputerne er udstyret med et program til visualisering af strukturen af en række metalholdige forbindelser af biologisk relevans. Start programmet ved at dobbeltklikke på ikonet mærket BioMetals. Yderligere anvendelser vil blive demonstreret. Ionbytningschromatografi Side 2 af 2 manan.dk 26

27 Udvalgte grundstoffers kemi i vandig opløsning Fældning Opløsning Syre-baseligevægte Kompleksdannelse Oxidation Reduktion Peter Andersen og Ole Mønsted Kemisk Institut Københavns Universitet 2004 manan.dk 27

28 manan.dk 28

29 Denne udgivelse er en introduktion til nogle grundstoffers kemi i vandig opløsning som beskrevet i bogen "Grundlæggende analytisk kemi & Grundstoffernes kemi i vandig opløsning". Udvalget tager udgangspunkt i ønsket om at illustrere en række almenkemiske fænomener så som fældning, opløsning, syre-baseligevægte, kompleksdannelse, oxidation og reduktion. Det drejer sig primært om reaktioner udført i semimikromålestok for oxoanioner fra gruppe i det periodiske system og for halogeniderne Cl -, Br - og I -. INDHOLDSFORTEGNELSE Laboratorieudstyr og -teknik ved semimikroprøver... 3 B; C; N, P; S; Cl, Br, I; (Li, Na,K)... 9 B C N P S Cl, Br, I Li, Na, K Fast stofprøve manan.dk 29

30 manan.dk 30

31 3 Laboratorieudstyr og -teknik ved semimikroprøver Alle reaktioner og analyser i forbindelse med "Udvalgte grundstoffers kemi i vandig opløsning" udføres i semimikromålestok. Dette er ensbetydende med, at forsøg, som i makromålestok udføres med opløsningsvoluminer på ml, her udføres med voluminer på 1-20 dråber (0,05-1 ml). Ud fra et fagligt synspunkt er makro- og semimikrometoderne lige gode, men den sidste er ressourcebesparende med hensyn til tid, plads og kemikalier. Risikoen for alvorligere laboratorieulykker er minimal, og anlæg til at forhindre forurening overbelastes ikke. Dråbeflasker. Prøveopløsninger og reagensopløsninger opbevares på 10 ml dråbeflasker, som ikke fjernes fra reagensreolerne, hvor de har en fast plads efter et i forvejen fastlagt system. De mest anvendte reagenser findes på reoler ude på laboratoriebordene. De mere sjældent anvendte reagenser findes ligesom prøveopløsningerne på reoler i stinkskabene. Dråbepipetterne, som skrues i efter brug, må ikke forurenes ved kontakt med reagensglas. Dråbestørrelsen er omkr. 0,05 ml, men kan være mindre på grund af flasken eller reagenset (NaOH, konc. svovlsyre). Dråbeflaskerne kan om nødvendigt påfyldes fra de store reagensflasker, som findes på laboratoriet. Sprøjteflaske. Flasken holdes normalt fyldt med ionbyttet vand fra hanen mærket IK over vasken. Flasken benyttes f.eks. ved spuling af pipetter, påfyldning af vand på vandbadet, og hvor tilsætning af relativt store mængder vand under forsøgene er påkrævet. I reagenssættet findes en dråbeflaske med ionbyttet vand. Dråbeflasken benyttes normalt til dosering af vanddråber under forsøgene. Kapillarpipette. En kapillarpipette består af et tilspidset glasrør forsynet med en plastichætte. Den benyttes bl.a. til overførsel af væske fra et glas med et nedcentrifugeret bundfald til et andet glas, til overførsel af væske fra en digel til et reagensglas eller omvendt (dråber hældes aldrig) eller til at dosere dråber med. Hver gang en kapillarpipette har været i brug, skylles den udvendigt med ionbyttet vand fra sprøjteflasken (over den firkantede skål). Derpå renses den indvendigt ved 2-3 gange at suge rent vand op fra et bægerglas med ionbyttet vand og sprøjte det ud igen over bakken. Af og til må pipetten renses gennemgribende, ved at hætten fjernes, og pipetten spules under vandhanen. manan.dk 31

32 4 Reagensglas. Udstyret indeholder to typer glas: almindelige, kraveløse glas, som benyttes til de fleste reaktioner, og glas med krave, som anvendes, når en reaktion skal foregå under tryk i et tilproppet glas. Kraven gør det lettere at fastgøre en korkprop i glassets hals ved hjælp af en træklemme. Inden proppen fjernes efter endt reaktion, er det hensigtsmæssigt at køle reaktionsblandingen på is. Spatler og omrørerpinde. Ved fældning af et bundfald ved hjælp af et fældningsreagens er det vigtigt at sikre god blanding, enten ved omrøring med en omrørerpind eller spatel eller ved at knipse glasset. Fracentrifugerede bundfald, som skal udvaskes eller opløses, må også bringes i god kontakt med vaskevæsken eller opløsningsmidlet ved omhyggelig omrøring. Centrifuge. Ved alle adskillelser af bundfald og opløsning anvendes en centrifuge. Et glas, hvis indhold skal centrifugeres, afbalanceres altid med et andet glas med næsten samme volumen vand. Den normale centrifugeringstid er 30 sekunder, lidt mindre for grovkrystallinske bundfald, lidt mere for finkrystallinske bundfald. Efter centrifugeringen skilles væsken (centrifugatet) altid fra bundfaldet med kapillarpipette. Hvis et bundfald skal benyttes i et videre forløb, udvaskes det normalt med vand eller en opløsning, som forskriften angiver. Udvaskningen foretages for at fjerne uønskede stoffer, som kan interferere med de efterfølgende reaktioner. Udvaskningen foregår på den måde, at bundfaldet røres omhyggeligt op med vaskevæsken, hvorefter denne fjernes efter centrifugering. Processen gentages 1-2 gange, eller til bundfaldet er rent. Et bundfald skal ofte ekstraheres (udtrækkes) med vand eller en nærmere angivet opløsning. Ved ekstraktionen skal visse af bundfaldets bestanddele bringes i opløsning, hvorefter remanensen, d.v.s. den rest, som bliver uopløst tilbage, skal centrifugeres fra. Vandbad. Mange reaktioner eller opløsningsprocesser foregår bedst ved en højere temperatur end stuetemperatur. Alle nødvendige opvarmninger foregår på et vandbad. Vandbadet består af et højt, relativt smalt bægerglas på 100 ml indeholdende ml ionbyttet vand, som holdes konstant opvarmet til lidt under kogepunktet ved hjælp af en mikrobrænder. Vandbadet påfyldes jævnligt nyt vand fra sprøjteflasken, så tørkogning undgås. Et varmt, tørt glas revner, hvis der tilsættes koldt vand. De reagensglas, som skal holdes neddyppet i badet, holdes på plads ved hjælp af træklemmer, som hviler på bægerglassets kant. Mikrobrænderens flamme kan reguleres ved hjælp af en nåleventil på selve brænderen. Ved laboratorietids ophør lukkes gashanen på væggen, og slangen tages af. Infralampe. Det er undertiden nødvendigt at inddampe en opløsning helt eller næsten til tørhed. Væsken overføres til en lille porcelænsdigel ved hjælp af en kapillarpipette. Porcelænsdiglen anbringes under infralampen i stinkskabet. Efter inddampningen flyttes diglen med en pincet (evt. digeltang) ud på en af stinkskabets fliser, hvor den henstår til nedkøling. Varme, oftest rygende digler fjernes aldrig fra stinkskabet, da der ved inddampningen ofte udvikles giftige dampe. Efter en inddampning næsten til tørhed skal inddampningsresten oftest opløses eller ekstraheres (ved god omrøring) med vand eller en opløsning, som forskriften angiver. Dette foregår stadig i stinkskab. Diglens indhold overføres derefter til et reagensglas ved hjælp af en kapillarpipette. manan.dk 32

33 Affaldsbakke. Den firkantede plasticskål fyldes halvt med vand og bruges som samlebakke for brugte reagensglas med indhold. Glas indeholdende pentan-1-ol, eddikesyre og sulfidholdige opløsninger lægges aldrig i bakken, men skylles straks over vaskens afløb med rigeligt vand. Brugt indikatorpapir lægges ikke i bakken, men i en papirkurv. Specielt giftige stoffer som chrom(vi)-, cadmium-, kviksølv-, thallium-, bly- og arsenforbindelser opsamles hver for sig (i f.eks. bægerglas) og derefter i de respektive opsamlingsdunke, som er opstillet i øvelseslaboratoriet. Når det er praktisk eller påkrævet, renses affaldsbakkens indhold af glasudstyr med alm. postevand. Efter rensningen skylles alt udstyr omhyggeligt med ionbyttet vand. Gasanalyseapparat. Apparatets brug er illustreret nedenfor og er nærmere beskrevet under prøver for borat, carbonat og ammoniak. Gennemluftning. Gennemluftning foregår fra tryklufthanerne i stinkskabene. Luftslangen påmonteres et plastrør, og man sørger for, at luftstrømmen ikke er for kraftig. Husk at lukke for luftventilen straks efter brug. Defekt udstyr. Glasudstyr med skår eller revner kasseres straks og lægges i en speciel opsamlingsbeholder. Kapillarpipetter, reagensglas, omrørerpinde og andet standardudstyr kan erstattes fra laboratoriets lager af reserveudstyr. 5 Forslag til opstilling af udstyr ved øvelsespladsen. Fra venstre: Stativ med vandbad, mikrobrænder (må ikke stå på glaspladen), reol med reagenssæt (dråbeflasker), stativ med reagensglas, glasplade, cylinderglas med kapillarpipetter, bægerglas med ionbyttet vand, affaldsbakke. manan.dk 33

34 6 manan.dk 34

35 7 manan.dk 35

36 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf La Ce Pr Nd Pr Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr manan.dk 36

37 9 B; C; N, P; S; Cl, Br, I; (Li, Na, K) Udvalget af grundstoffer drejer sig om ikke-metaller fra gruppe 13-17, også benævnt hovedgruppe. Disse grundstoffer danner alle oxoanioner og de korresponderende syrer. I den udleverede faste analyseblanding, Analyse I, vil de findes som borater, B(OH) - 4 (evt. borsyre, H 3 BO 3, eller polyborater), carbonater, CO 2-3 (evt. HCO - 3 ), nitrater, NO - 3, phosphater, PO 3-4 (evt. HPO 2-4 eller H 2 PO - 4 ) og sulfater, SO 2-4 (evt. HSO - 4 ), d.v.s. i højeste oxidationstrin. Halogenerne vil findes som Cl -, Br - og I -, og nitrogen kan også findes som NH + 4, altså i laveste oxidationstrin. Ammoniumionen har omtrent samme størrelse som kaliumionen, og de to kationer danner ofte isostrukturelle salte. De otte grundstoffer tilhører en gruppe, som er karakteriseret ved, at de enkelte komponenter kan påvises stort set direkte uden forudgående separationer. Til gruppen hører også alkalimetallerne Li +, Na + og K +. De påvises ved flammeemission i den udleverede faste stofprøve. manan.dk 37

38 10 Bor Borationen, B(OH) 4-1. Vand. Borsyre er en svag syre, som reagerer efter ligningen B(OH) 3 + H 2 O º B(OH) H + altså ved optagelse af OH - og ikke, som det sædvanlige for syrer, ved afgivelse af H +. Syrestyrkekonstanten K a = 10-9,2 M. Til borsyrens salte hører foruden meta- og orthoborater de såkaldte polyborater, hvoraf tetraboraterne er de mest kendte. De hydrolyseres i vand efter ligningen Na 2 [B 4 (OH) 4 O 5 ]A8 H 2 O(s) 6 2 B(OH) B(OH) Na H 2 O Da der dannes lige meget af syren og den korresponderende base, fungerer opløsningen som en pufferopløsning med ph = 9,2. Mål (indikatorpapir) ph i en opløsning af natriumtetraborat (0,1 M). 2. Glycerol. Den svage syre borsyre danner chelate forbindelser med glycoler, som f.eks. glycerol. Disse forbindelser er relativt stærke syrer. >C(OH) >C-O O-C< - 2, + B(OH) 3 º,, B+, + H H 2 O >C(OH) >C-O O-C< I et reagensglas blandes 1 dråbe glycerol med 1 dråbe vand, 1 dråbe natriumhydroxid (0,1 M) og 1 dråbe phenolphtaleinopløsning. Opløsningens ph bliver I et andet reagensglas blandes 1 dråbe natriumtetraborat (0,1 M) og 1 dråbe phenolphtaleinopløsning. Opløsningens ph bliver 9,2. Ved hjælp af en kapillarpipette blandes indholdet af de to glas. Indikatoren er farveløs ved ph mindre end 8. Mål blandingens ph med indikatorpapir. manan.dk 38

39 3. Flammefarvning. Flygtige borforbindelser giver grøn flammefarve. Borsyre danner flygtige estere med de letteste alifatiske alkoholer. Trimethylborat koger f.eks. ved 65 C. B(OH) CH 3 OH 6 B(OCH 3 ) H 2 O 11 I et reagensglas blandes 2 dråber natriumtetraborat (0,1 M) og 4 dråber konc. svovlsyre (18 M). Efter køling på is tilsættes et lidt større volumen methanol. Reagensglasset påmonteres et boratrør, d.v.s. et tungtsmelteligt, tilspidset glasrør (se illustrationen i afsnittet om laboratorieudstyr). Der ledes nu en svag luftstrøm gennem systemet samtidig med, at glasset varmes på vandbadet. Næsten øjeblikkeligt herefter kan methanoldampe indeholdende trimethylborat antændes ved boratrørets munding. Den grønne flammefarve iagttages. manan.dk 39

40 12 Carbon Carbonationen, CO Syrer. Ved tilsætning af stærke syrer til faste carbonater og koncentrerede opløsninger af carbonater sker en synlig udvikling af carbondioxid (brusning). Hvis den frigjorte carbondioxid, CO 2, ledes ned i en opløsning af bariumhydroxid, fældes et hvidt bundfald af bariumcarbonat, BaCO 3. MeCO 3 (s) + 2 H 6 + Me2+ + CO 2 (g) + H 2 O CO H 6 + CO 2 (g) + H 2 O CO 2 (g) + Ba OH -6 BaCO 3 (s) + H 2 O Det dannede bundfald kan opløses i syre. BaCO 3 (s) + 2 H + 6 Ba2+ + CO 2 (g) + H 2 O I et reagensglas (I) anbringes 3 dråber natriumcarbonat (0,1 M) og 3 dråber vand. Glasset sættes til køling på is. I et andet reagensglas (II) anbringes 5 dråber bariumhydroxid (0,2 M). CO 2 -røret monteres på gasprøveapparatet, som forbindes med lufttilledningen (se afsnittet om laboratorieudstyr). Til reagensglas (I) sættes nu forsigtigt 4-6 dr. fort. saltsyre (4 M). Herefter monteres glasset hurtigt på gasprøveapparatet, og CO 2 -røret dyppes ned i bariumhydroxidopløsningen (glas II). Der ledes nu en svag luftstrøm gennem systemet samtidig med, at reagensglas (I) varmes på vandbadet. Efter nogle minutters forløb afbrydes. Det udfældede bundfald af bariumcarbonat udvaskes med vand, og det konstateres, at det opløses fuldstændigt ved opvarmning med 2-3 dråber fort. saltsyre (4 M). 2. Bariumchlorid. Carbonationer fældes af bariumioner som et hvidt, syreopløseligt bundfald af bariumcarbonat, BaCO 3 (jf. ovenfor). 3. Sølvnitrat. Carbonationer fældes af sølvioner som et hvidgult bundfald af sølvcarbonat, Ag 2 CO 3, som bliver mørkt ved opvarmning på grund af omdannelse til Ag 2 O. manan.dk 40

41 13 Nitrogen Ammoniumionen, NH Vand. Selvom ammoniumionen ikke er en metallisk kation, danner den alligevel salte med egenskaber, som minder om alkalimetalsaltenes. De simple salte er letopløselige og reagerer, hvis anionen er neutral, svagt surt på grund af ammoniumionens dissociation. NH 4+ º NH 3 + H + Den korresponderende base, ammoniak, fungerer i vandig opløsning som en svag base. Syrestyrkekonstanten for ammoniumionen er 10-9,25 M. Mål ved hjælp af indikatorpapir ph af en opløsning af ammoniumchlorid (0,1 M) og af ammoniak (0,1 M). Sammenlign værdierne med de beregnede. Sæt en dråbe phenolphtalein til hver af de to opløsninger og til et par dråber vand. 2. Natriumhydroxid. Ved tilsætning af stærk base til en opløsning indeholdende ammoniumioner dannes ammoniak. Denne ammoniak kan i gasform ledes over i rent vand (ved opvarmning og lufttilledning) og påvises ved hjælp af en syre-baseindikator. NH OH -6 NH 3 + H 2 O Reaktionen kan også benyttes til påvisning af komplekst bundet ammoniak. Ved robuste amminkomplekser, specielt af cobalt(iii), tilsættes natriumsulfid for at fælde metalionen som sulfid. 2 [Co(NH 3 ) 6 ] HS OH -6 2 CoS(s) + S(s) + 12 NH H 2 O I et reagensglas (I) blandes 1 dråbe ammoniumchlorid (0,1 M) og 2 dråber natriumhydroxid (2 M). Reagensglasset anbringes i gasprøveapparatet, som i forvejen er forsynet med et CO 2 -rør, som er neddyppet i et andet reagensglas (II) indeholdende 2 dråber vand og 1 dråbe phenolphtaleinopløsning. Der ledes nu en svag luftstrøm igennem systemet samtidig med, at glas(i) holdes opvarmet på vandbadet. Der fortsættes, til indikatoren har skiftet farve. manan.dk 41

42 14 Nitrationen, NO 3-1. Jern(II)sulfat. Jern(II)ioner reducerer i stærkt sur væske nitrationen til NO, som med overskud af jern(ii) danner det brune nitrosylkompleks, Fe(NO) 2+. Reaktionen katalyseres af chlorid, men generes af farvede forbindelser, f.eks. iod dannet ved oxidation af iodid. NO Fe H + 6 Fe(NO) Fe H 2 O Til 1 dråbe kaliumnitrat (0,1 M) sættes 1 dråbe saltsyre (0,5 M) og 6 dråber konc. svovlsyre (18 M). Efter køling på is tilsættes forsigtigt langs siden af det skråtstillede reagensglas 2 dråber jern(ii)sulfat (0,5 M), således at de lægger sig oven på svovlsyreblandingen. I grænselaget dannes nu en mørkebrun, smal zone, hvis farve skyldes Fe(NO) Aluminium, zink og jern. Elektropositive metaller reducerer i sur væske nitrationer til ammoniumioner. NO Zn(s) + 10 H + 6 NH Zn H 2 O Til 1 dråbe kaliumnitrat (0,1 M) sættes en lille spatelfuld zink og nogle dråber fort. saltsyre (4 M). Efter køling på is tilsættes overskud af natriumhydroxid (2 M) (til alkalisk reaktion). Opløsningen centrifugeres og overføres til et nyt reagensglas. Ved hjælp af gasprøveapparatet ledes ammoniakken over i et reagensglas med vand og phenolphtaleinopløsning, som beskrevet tidligere under ammoniak. manan.dk 42

43 15 Phosphor Phosphationen, PO Sølvnitrat. Phosphationen, PO 4 3- (stærkt basisk væske), eller hydrogenphosphationen, HPO 4 2- (svagt basisk, neutral eller meget svagt sur væske), fælder mange metalioner som tungtopløselige, normale phosphater. Sølvioner fældes f.eks. af hydrogenphosphationer som et gult bundfald af Ag 3 PO 4. Phosphatet opløses i eddikesyre. 3 Ag HPO 4 2- º Ag 3 PO 4 (s) + H 2 PO 4 - Ag 3 PO 4 (s) + 2 CH 3 COOH º 3 Ag + + H 2 PO CH 3 COO - Til 1 dråbe natriumhydrogenphosphat (0,1 M) sættes 1 dråbe sølvnitrat (0,1 M). Det gule bundfald opløses i eddikesyre (4 M). 2. Ammoniummolybdat. Phosphorsyre reagerer i varm salpetersyre med ammoniummolybdat under dannelse af et gult bundfald af ammoniummolybdophosphat. Bundfaldet er opløseligt i overskud af phosphorsyre, i ammoniak og i stærk base. Reaktionen hindres ved tilstedeværelsen af reducerende forbindelser som f.eks. iodid (reducerer Mo VI ). Arsensyre giver en tilsvarende fældning. H 3 PO NH H 2 MoO 4 6 (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ](s) + 3 H H 2 O Til 5 dråber ammoniummolybdat (0,5 M i 4 M salpetersyre), som i forvejen er varmet kortvarigt på vandbadet, sættes med en kapillarpipette nogle få dråber af en blanding af 1 dråbe natriumhydrogenphosphat (0,1 M) og 1 dråbe fort. salpetersyre (4 M). manan.dk 43

44 16 Svovl Sulfidionen, S 2-1. Vand. Hydrogensulfid er en yderst giftig gas med en karakteristisk ubehagelig lugt (som rådne æg), over for hvilken lugtesansen sløves efter kort tid. En vandig opløsning af hydrogensulfid reagerer svagt surt (en mættet opløsning af hydrogensulfid i vand er ca. 0,1 M ved 20 C). Sulfidionen er en stærk base, og reaktionen H 2 S º HS - + H + pk 1 = 7 S 2- + H 2 O º HS - + OH - er helt forskudt til højre. I 0,4 M saltsur opløsning fældes en række metalioner som sulfider af hydrogensulfid, selvom sulfidionkoncentrationen under disse omstændigheder er forsvindende (se Afsnit III og IV). Under mindre sure omstændigheder fældes også tungtopløselige sulfider af flere overgangsmetaller (se Afsnit III). Nogle af sulfiderne genopløses i saltsyre, alle undtagen HgS oxideres af salpetersyre (der dannes frit svovl). 2. Saltsyre. Der frigøres hydrogensulfid, hvis man sætter en ikke-oxiderende syre til et letopløseligt sulfid. Den dannede gas kan opsamles i vand og kan påvises her ved hjælp af en metalion, som danner et tungtopløseligt sulfid. HS - + H 6 + H 2 S(g) Cu 2+ + H 2 S 6 CuS(s) + 2 H+ På gasprøveapparatet monteres et carbondioxid-rør, hvis spids holdes neddyppet i en opløsning bestående af 2 dråber kobber(ii)nitrat (0,1 M), 1 dråbe saltsyre (4 M) og 7 dråber vand. I et andet reagensglas blandes 1 dråbe natriumsulfid (1 M) med 1 dråbe fort.saltsyre (4 M), hvorefter glasset hurtigt forbindes med gasprøveapparatet. Det dannede hydrogensulfid ledes ved hjælp af en svag luftstrøm og opvarmning over i det andet glas, hvor der fældes et mørkt bundfald af kobbersulfid. manan.dk 44

45 17 Thioacetamid, CH 3 C(S)(NH 2 ) Thioacetamid (TAA), CH 3 C(S)(NH 2 ), er et hvidt, krystallinsk stof, som, opløst i vand, hydrolyseres til hydrogensulfid og ammoniumacetat. Hydrolysen fremmes af syre og ved opvarmning. S // H 3 C-C + 2 H 2 O 6 H 2 S(g) + NH CH 3 COO - \ NH 2 Thioacetamid kan derfor anvendes som fældningsmiddel i stedet for hydrogensulfid. I et reagensglas med krave blandes 1 dråbe kobber(ii)nitrat (0,1 M) med 8 dråber vand og 1 dråbe thioacetamid (1 M). Glasset lukkes med en prop, som fastgøres med en klemme, og der varmes på vandbad, til der sker en udfældning af kobber(ii)sulfid. I et andet tilsvarende glas blandes 1 dråbe kobber(ii)nitrat (0,1 M) med 7 dråber vand, 1 dråbe saltsyre (4 M) og 1 dråbe thioacetamid (1 M). Glasset tilproppes som ovenfor og varmes på vandbad, til kobber(ii)sulfid udfældes. Bemærk forskellen mellem fældningshastighederne i de to forsøg. Begge glas køles på is, før de åbnes i stinkskab. manan.dk 45

46 18 Sulfitionen, SO Syrer. Ved tilsætning af stærke syrer til faste sulfiter og koncentrerede opløsninger af sulfiter sker en synlig udvikling af svovldioxid. Hvis den frigjorte svovldioxid ledes ned i en opløsning af bariumhydroxid, fældes et syreopløseligt bundfald af bariumsulfit, BaSO 3. SO H + 6 SO 2 (g) + H 2 O SO 2 (g) + Ba OH -6 BaSO 3 (s) + H 2 O Det udfældede bundfald af bariumsulfit kan oxideres af triiodid, til syreuopløseligt bariumsulfat, BaSO 4. BaSO 3 (s) + I H 2 O 6 BaSO 4 (s) + 2 H+ + 3 I - I et reagensglas (I) anbringes 3 dråber natriumsulfit (0,1 M) og 3 dråber vand. Glasset sættes til køling på is. I et andet reagensglas (II) anbringes 5 dråber bariumhydroxid (0,2 M). Carbondioxid-røret monteres på gasprøveapparatet, som forbindes med lufttilledningen. Til reagensglas (I) sættes nu 4-6 dr. fort. saltsyre (4 M). Herefter monteres glasset hurtigt på gasprøveapparatet, og carbondioxid-røret neddyppes i bariumhydroxidopløsningen (glas II). Der ledes nu en svag luftstrøm gennem systemet samtidigt med, at reagensglas (I) varmes på vandbadet. Efter nogle minutters forløb afbrydes gennemluftningen. Det udfældede bundfald af bariumsulfit vaskes med vand, og der tilsættes dråbevis og under omrystning kaliumtriiodid (0,05 M iod i 0,3 M kaliumiodid), til der fremkommer en blivende brunfarvning. Det nye bundfald af bariumsulfat udvaskes med vand, og det konstateres, at det ikke går i opløsning i 4 M saltsyre. 2. Bariumchlorid. Sulfitioner fældes af bariumioner som et hvidt, syreopløseligt bundfald af BaSO Sølvnitrat. Sulfitioner fældes af sølvioner som et hvidt bundfald af Ag 2 SO Oxiderende reagenser. Sulfitioner oxideres til sulfationer af iod (jf. ovenfor). manan.dk 46

47 19 Sulfationen, SO Bariumchlorid. Bariumioner fælder sulfationer som et hvidt, finkrystallinsk bundfald af BaSO 4. Sulfatet er stort set ikke opløseligt i mineralsyrer og adskiller sig herved fra andre tungtopløselige bariumsalte. Ba 2+ + SO 4 2- º BaSO 4 (s) Ba 2+ + HSO 4 - º BaSO 4 (s) + H + Til 1 dråbe natriumsulfat (0,1 M) sættes 1 dråbe fort. saltsyre (4 M) og 2 dråber bariumchlorid (0,1 M). Der varmes på vandbad og centrifugeres. Bundfaldet behandles med nogle dråber konc. saltsyre (12 M). 2. Strontiumchlorid. Strontiumioner fælder sulfationer som et hvidt bundfald af SrSO 4. Sulfatet er opløseligt i mineralsyrer og fældes kun, hvis [H + ] er mindre end 0,1 M. 3. Blynitrat. Blyioner fælder sulfationer som et hvidt, tungt bundfald af PbSO 4. Sulfatet er opløseligt både i salpetersyre og i stærk base, det sidste på grund af kompleksdannelse. Pb 2+ + SO 4 2- º PbSO 4 (s) PbSO 4 (s) + 3 OH - º Pb(OH) SO 4 2- manan.dk 47

48 20 Halogenerne. Cl, Br, I Chlor Chloridionen, Cl - 1. Sølvnitrat. Chloridioner fældes i neutral og sur væske som et hvidt bundfald af sølvchlorid, AgCl. Det udfældede bundfald koagulerer ved opvarmning og tilsætning af sølvnitrat i overskud. Sølvchlorid kan opløses i opløsninger indeholdende kompleksdannende ligander som ammoniak, chlorid, cyanid og thiosulfat. Ammoniakkoncentrationen i en 1 M opløsning af ammoniumcarbonat er tilstrækkelig høj til at opløse AgCl, men ikke AgBr eller AgI. Hvis der derfor til en opløsning af sølvchlorid i ammoniumcarbonat sættes én dråbe kaliumbromid, vil der straks ske en udfældning af AgBr. Ag + + Cl - º AgCl(s) NH CO 3 2- º NH 3 + HCO 3 - AgCl(s) + 2 NH 3 º [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Cl - [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Br - º AgBr(s) + 2 NH 3 Til 1 dråbe kaliumchlorid (0,1 M) sættes 2 dråber fort. salpetersyre (4 M) og 2 dråber sølvnitrat (0,1 M). Der varmes, til bundfaldet har samlet sig fuldstændigt. Efter fracentrifugering af bundfaldet vaskes dette omhyggeligt, først 2 gange med 5-10 dråber fort. salpetersyre (4 M) under opvarmning, derpå 2 gange med koldt vand. Til det udvaskede bundfald sættes derefter 10 dråber ammoniumcarbonat (1 M). Efter omhyggelig omrøring (uden opvarmning) i ca. 5 minutter centrifugeres. Til centrifugatet sættes 1 dråbe kaliumbromid (0,1 M). Væsken bliver nu straks hvid og komplet uigennemsigtig. Gem prøven til sammenligning med den tilsvarende reaktion under brom. manan.dk 48

49 2. Oxiderende reagenser. Generelt virker konc. saltsyre ofte reducerende under dannelse af chlor. Chloridioner oxideres kun langsomt til frit chlor af et stærkt oxidationsmiddel som permanganationen i kold, svagt sur opløsning. Derimod sker der en oxidation i varm, stærkt sur opløsning Cl MnO H Cl 2 (g) + 2 Mn H 2 O Til 1 dråbe kaliumchlorid (0,1 M) sættes 2 dråber vand, 1 dråbe fort. svovlsyre (2 M) og, med kapillarpipette, 1 dråbe kaliumpermanganat (0,02 M). Efter henstand et par minutter tilsættes 3-4 dråber fort. svovlsyre (2 M), og der varmes på vandbad, til opløsningen er affarvet. Bromidionen, Br - Brom 1. Sølvnitrat. Bromidioner fældes i neutral og sur væske af sølvioner som et hvidt eller hvidgult bundfald af sølvbromid, AgBr. Det udfældede sølvbromid opløses i konc. ammoniak, i opløsninger af kaliumcyanid og i thiosulfatopløsninger. I ammoniumcarbonat opløses kun en ringe mængde. Ag + + Br - º AgBr(s) AgBr(s) + 2 NH 3 º [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Br - AgBr(s) + 2 S 2 O 3 2- º [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3- + Br - Til 1 dråbe kaliumbromid (0,1 M) sættes 2 dråber fort. salpetersyre (4 M) og 2 dråber sølvnitrat (0,1 M). Der varmes, til bundfaldet har samlet sig fuldstændigt. Derpå udvaskes bundfaldet som beskrevet for AgCl, og det ekstraheres derefter på samme vis med 10 dråber ammoniumcarbonat (1 M). Til centrifugatet sættes 1 dråbe kaliumbromid (0,1 M), og det iagttages, hvorledes der fremkommer en uklarhed, som dog ikke gør opløsningen uigennemsigtig. Sammenlign med den tilsvarende reaktion under chlor. Remanensen fra ekstraktionen behandles med konc. ammoniak (12 M), hvorefter der centrifugeres. Til det fremkomne centrifugat sættes salpetersyre (4 M) til sur reaktion. manan.dk 49

50 22 2. Oxiderende reagenser. Bromidioner oxideres let til frit brom af kaliumpermanganat i svovlsur væske. Det dannede brom kan udrystes i trichlorethan med gulbrun farve. 10 Br MnO H Br Mn H 2 O Til 1 dråbe kaliumbromid (0,1 M) sættes 2 dråber vand og 1 dråbe fort. svovlsyre (2 M). Med kapillarpipette tilsættes kaliumpermanganat (0,02 M) dråbevis, til rødfarvningen er blivende. Nu tilsættes 2-3 dråber trichlorethan, og opløsningen omrystes. Der tilsættes derpå en enkelt dråbe hydrogenperoxid (1 M) for at fjerne brunsten og overskud af permanganat. Den organiske fase er farvet tydeligt gulbrun. Bromidioner oxideres ikke til brom af jern(iii), men alle bromider med undtagelse af AgBr oxideres af konc. salpetersyre. 6 Br NO H Br NO(g) + 4 H 2 O Iodidionen, I - Iod 1. Sølvnitrat. Iodidioner fældes i neutral eller sur væske af sølvioner som et gult bundfald af sølviodid, AgI. Det udfældede sølviodid kan hverken opløses i ammoniumcarbonat eller konc. ammoniak, men i opløsninger af kalimcyanid eller natriumthiosulfat. Iodidionerne kan også frigøres ved reduktion af sølv(i) med zink i svovlsyre. Ag + + I - º AgI(s) 2 AgI(s) + Zn(s) 6 2 Ag(s) + Zn I - Til 2 dråber kaliumiodid (0,1 M) sættes 4 dråber fort. salpetersyre (4 M) og 4 dråber sølvnitrat (0,1 M). Der varmes, til det gule bundfald har sat sig. Dette udvaskes som beskrevet for AgCl. Til bundfaldet sættes lidt zink og 2-3 dråber fort. svovlsyre (2 M). Der varmes under god omrystning i ca. 5 minutter, hvorpå der centrifugeres. Væsken, som indeholder iodidioner, overføres til et andet reagensglas og benyttes i det næste forsøg. manan.dk 50

51 2. Oxiderende reagenser. De svage og middelstærke oxidationsmidler jern(iii), kobber(ii) og hydrogenperoxid er i fort. svovlsur væske i stand til at oxidere iodid til frit iod uden samtidig at oxidere bromid til frit brom. Det dannede iod kan udrystes i trichlorethan med violet farve. 2 I Fe 3+ 6 I Fe2+ 23 Til opløsningen fra det foregående forsøg sættes 2 dråber jern(iii)sulfat (0,25 M i 0,1 M svovlsyre). Derefter tilsættes 2-3 dråber trichlorethan, og der omrystes. Den organiske fase er farvet violet. Efter forsøget destilleres både iod og trichlorethan af på vandbadet i stinkskabet. De stærke oxidationsmidler som chlor, kaliumpermanganat, konc. salpetersyre og konc. svovlsyre oxiderer både bromider og iodider til henholdsvis brom og iod. Overskud af nogle af disse oxidationsmidler kan oxidere iodid til iodat(v). manan.dk 51

52 24 Alkalimetallerne. Li, Na, K Grundstofferne i det periodiske systems gruppe 1, alkalimetallerne (her kun Li, Na og K) påvises lettest ved flammefotometri. Ved denne metode sprøjtes en vandig opløsning af metalionerne (som her kun optræder i oxidationstrinet +1) ind i en flamme, hvorved en del af dem omdannes til gasformige uladede atomer. Ved den høje temperatur anslås nogle af disse atomer og udsender lys (emission) ved tilbagefald til grundtilstanden i form af et for grundstoffet karakteristisk liniespektrum (Li rødt, Na gult og K violet lys). Ved at måle emissionsintensiteten, som er proportional med metalionkoncentrationen i opløsningen, får man derfor både en kvalitativ og en kvantitativ bestemmelse af grundstoffet. manan.dk 52

53 25 Fast stofprøve. B; C; N, P; S; Cl, Br, I; Li, Na, K Den udleverede faste stofprøve er en blanding af alkali- og ammoniumsalte, indeholdende et udvalg af forbindelser af B; C; N, P; S; Cl, Br, I; Li, Na, K. De påvises som anvist nedenfor, idet der startes med halogenerne. Bor (i borater/borsyre). Boratrøret, som er et tungtsmelteligt glasrør, som er trukket ud i en spids, anbringes i gasprøveapparatet. I et reagensglas blandes 10 mg analyseblanding med 5 dr. konc. svovlsyre. Efter afkøling tilsættes ca. 20 dr. methanol, hvorefter glasset anbringes i gasprøveapparatet. Hurtigt efter ledes en svag luftstrøm gennem apparatet samtidig med, at en flamme (f.eks. fra en mikrobrænder) holdes foran boratrørets spids. Hvis analysen indeholder bor, vil de antændte dampe, til forskel fra ren methanol, brænde med en grøn flamme: B(OH) CH 3 OH 6 B(OCH 3 ) 3 (g) + 3 H 2 O Carbon (i carbonat/hydrogencarbonat). I et reagensglas (I) anbringes 10 mg stofprøve opløst eller opslemmet i 4-5 dr. vand. Glasset køles på is. I et andet glas (II) anbringes 5 dr. bariumhydroxid (0,2 M). Et CO 2 -rør monteres på det til lufttilledningen tilsluttede gasprøveapparat. Til reagensglas (I) sættes nu 4-6 dr. fort. saltsyre (4 M). Herefter monteres glasset hurtigt på gasprøveapparatet, og carbondioxidrørets spids neddyppes i bariumhydroxidopløsningen. Der pumpes nu en svag luftstrøm gennem systemet samtidig med, at reagensglas (I) varmes på vandbadet. Et hvidt bundfald af kendelig størrelse i reagensglas (II) viser carbonat i prøven. Bundfaldet skal fremkomme allerede efter få minutters gennembobling (der vil fremkomme et svagt bundfald bare fra carbondioxiden i den tilledte luft: Sammenlign med en blindprøve uden carbonat): CO H + 6 CO 2 (g) + H 2 O CO 2 (g) + 2 OH - + Ba 2+ 6 BaCO 3 (s) + H 2 O manan.dk 53

54 26 Nitrogen (i ammoniak/ammonium eller nitrat). Ammoniak/ammonium. Til ca. 10 mg analyse sættes 2 dr. natriumhydroxid (2 M). Glasset anbringes i gasprøveapparatet, hvorpå et carbondioxidrør, som holdes neddyppet i et reagensglas med 2 dr. vand og 1 dr. phenolphtaleinopløsning, også er monteret. Ved hjælp af vandbad og lufttilførsel bringes den eventuelle ammoniak over i det rene vand, hvor det vil give sig til kende ved indikatorens farveskift. Nitrat. Hvis reaktionen for ammoniak er positiv, fjernes al ammoniak, som ellers vil give fejlreaktion, således: Til 10 mg stofprøve, opslemmet eller opløst i 1 dr. vand, sættes 2 dr. natriumhydroxid. Den frigivne ammoniak fjernes under luftgennembobling i nogle minutter. Til opløsningen eller opslemningen sættes derpå lidt zink og saltsyre (4 M) til sur reaktion. Der varmes i nogle minutter: NO Zn(s) + 10 H 6 + NH Zn H 2 O Efter afkøling tilsættes overskud af natriumhydroxid (2 M), og ammoniakken påvises som beskrevet ovenfor. Nitrat kan også påvises som Fe(NO) 2+ (denne påvisning generes af farvede ioner og af iodid): Til 10 mg analyse i 1 dr. vand sættes 1 dr. saltsyre (0,5 M) og 6 dr. konc. svovlsyre. Efter afkøling lægges 2 dr. jern(ii)sulfat (0,5 M) forsigtigt oven på overfladen ved at lade det løbe ned langs reagensglassets indvendige side. Nitrat vil da give anledning til dannelsen af en smal brunsort zone i grænselaget: NO Fe H + 6 Fe(NO) Fe H 2 O Phosphor (i phosphat/hydrogenphosphat/dihydrogenphosphat). Ca. 10 mg analyse opløses i 1 dr. salpetersyre (4 M) i stinkskab. Der varmes på vandbad i 2 min under nitrogengennembobling. I et andet reagensglas varmes 5 dr. ammoniummolybdat (0,5 M i 4 M salpetersyre) ved kortvarig neddypning i vandbadet, hvorefter der med en kapillarpipette tilsættes en ringe mængde af den førstnævnte blanding. Et gult bundfald beviser tilstedeværelsen af phosphat: H 3 PO H 2 MoO NH 4 +6 (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] + 3 H H 2 O Svovl (i sulfat/hydrogensulfat). Ca. 5 mg analyse opløses i 1 dr. saltsyre (4 M) og 1 dr. vand ved opvarmning. 2 dr. bariumchlorid (0,1 M) tilsættes. Fremkomsten af et hvidt bundfald angiver tilstedeværelsen af sulfat: Ba 2+ + HSO 4 - º BaSO 4 (s) + H + manan.dk 54

55 27 Halogenerne chlor, brom og iod (som chlorid, bromid og iodid). Ca. 25 mg analyse behandles med 4-5 dr. vand og 2 dr. salpetersyre (4 M). Der centrifugeres, og til centrifugatet sættes sølvnitrat (0,1 M) i overskud, som ikke skal være for stort. Ved tilstedeværelsen af halogener dannes nu et bundfald, som samler sig ved opvarmning. Ved tilsætning af yderligere 1 dr. sølvnitrat prøves for overskud af sølvion (intet nyt bundfald): Ag + + X - º AgX(s) X = Cl,Br,I Når bundfaldet har samlet sig helt, centrifugeres. Bundfaldet udvaskes omhyggeligt i varmen flere gange med salpetersyre (4 M), til det sidste hold vaskevæske viser negativ reaktion for sølvion (dette prøves på vaskecentrifugatet med 1 dr. 4 M saltsyre, og hvis der her kommer bundfald, må udvaskningen fortsættes). Efter udvaskningen med salpetersyre udvaskes bundfaldet 2 gange med koldt vand, hvorefter dette sølvhalogenidbundfald undersøges for chlor, brom og iod som følger: Bundfaldet behandles omhyggeligt i 3-4 min og under god omrøring med 10 dr. ammoniumcarbonat (1 M). Blandingen holdes herunder isafkølet. Ammoniakkoncentrationen i ammoniumcarbonat er tilstrækkelig til at opløse sølvchlorid, men ikke sølvbromid eller det tungest opløselige sølviodid: AgCl(s) + 2 NH 3 º [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Cl - Centrifugering. Bundfaldet undersøges for brom og iod (a), og centrifugatet tilsættes 1 dr. kaliumbromid (0,1 M). Hvis opløsningen herved bliver fuldstændig uigennemsigtig mælket, er tilstedeværelsen af chlor påvist: [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Br - º AgBr(s) + 2 NH 3 Tilstedeværelsen af brom i analysen eller ufuldstændig udvaskning af sølvhalogenidbundfaldet vil altid fremkalde en uklarhed i opløsningen. a. Til bundfaldet fra behandlingen med ammoniumcarbonat sættes lidt zink og 2 dr. svovlsyre (2 M). Der varmes under omrystning i et par minutter: 2 AgX(s) + Zn(s) 6 2 Ag(s) + 2 X- + Zn 2+ X = (Cl,)Br,I Der centifugeres, og til centrifugatet sættes 4 dr. jern(iii)sulfat (0,25 M i 0,1 M svovlsyre) og 3 dr. trichlorethan. Hvis den organiske fase efter omrystning farves violet, er iod påvist: 2 I Fe 6 3+ I Fe2+ Inden påvisningen af brom må evt. iod fjernes ved opvarmning under luftgennembobling i stinkskab. Herefter tilsættes opløsningen dråbevis kaliumpermanganat (0,02 M), til opløsningen antager et svagt rødligt skær. Der udrystes derpå med trichlorethan (3 dr.). Overskud af permanganat og et evt. bundfald af brunsten fjernes med 1 dr. hydrogenperoxid (1 M). Hvis brom er til stede, vil den organiske fase være farvet gul - gulbrun: 10 Br MnO H Br Mn H 2 O manan.dk 55

56 28 Alkalimetallerne lithium, natrium og kalium. Li +, Na + og K + påvises flammefotometrisk. Ca. 25 mg prøve behandles under opvarmning med 4 dr. vand. Der centrifugeres, og hvis centrifugatet er basisk, indstilles dets ph til ca. 7 ved hjælp af fort. saltsyre. Endelig fyldes reagensglasset helt op med vand. Den homogene (vel omrørte) og klare (centrifugerede) opløsning kan derpå analyseres med flammefotometer for lithium (rød flammefarve), natrium (gul flammefarve) og kalium (violet flammefarve). Kommentarer Påvisninger. Ved påvisningerne bemærkes den grønne flammefarve af det flygtige trimethylborat, B(OCH 3 ) 3, den ofte synlige CO 2 -gasudvikling, når CO 3 2- eller HCO 3 - behandles med syre og dannelsen af BaCO 3 -bundfald, når CO 2 ledes ned i Ba(OH) 2 -opløsning. NH 4 + eller komplekst bundet NH 3 (ikke for robust) frigøres med stærk base som NH 3, og kan som sådan påvises efter afgasning ved sin basiske karakter. NO 3 - kan påvises på samme måde efter reduktion til NH 4 + med metallisk zink eller som Fe(NO) 2+ (brun). Det gule (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] er et eksempel på et såkaldt heteropolymolybdat, hvor heteroatomet, P, er tetraedrisk omgivet af fire O-atomer (som i PO 4 3- ) i et hulrum dannet af omgivende Mo VI O 6 -oktaedre. SO 4 2- og HSO 4 - påvises i 1 M saltsyre som BaSO 4. Ved påvisningen af Cl -, Br - og I - bemærkes de tungtopløselige sølv(i)halogenider, som har faldende opløselighed og stigende gulfarvning ned gennem gruppen, og som er lysfølsomme (de udskiller frit sølv). Halogenidionerne kan fra disse forbindelser bringes i opløsning ved reduktion af sølv(i) med metallisk zink i syre, og det lettest opløselige sølvhalogenid, AgCl, kan også opløses i (NH 4 ) 2 CO 3, hvorefter Cl - kan påvises ved fældning af AgBr i en sådan opløsning. Den faldende elektronegative karakter ned gennem gruppe 17 udnyttes ved påvisningen af Br - og I -. Således er det kun I -, der af Fe 3+ kan oxideres til frit toatomig halogen, I 2, medens MnO 4 - kan gøre det for dem alle tre (Cl - dog kun varmt). De fri halogener, som har faldende flygtighed ned gennem gruppen, er opløselige i vand og især i upolære organiske solventer, Br 2 og I 2 med gulbrune farver, I 2 dog med sin violette egenfarve i ikke-oxygenholdige svagt bindende solventer (f.eks. CCl 4 eller C 2 H 3 Cl 3 ). For alkalimetallerne Li, Na og K gælder, at selvom der findes enkelte tungtopløselige forbindelser af disse (f.eks. er natriumantimonat, Na[Sb(OH) 6 ], tungtopløseligt), som kan benyttes i analysen, så benyttes her en instrumentel metode (flammfotometri). Disse metaller er blandt de mest følsomme hvad angår emission fra gasformige atomer, specielt natrium, som selv i meget små koncentrationer farver en flamme gul. manan.dk 56

57 manan.dk 57

58 KVANTITATIV ANALYSE Peter Andersen og Ole Mønsted Kemisk Institut Københavns Universitet 2004 manan.dk 58

59 manan.dk 59

60 Denne udgivelse er en introduktion til elementær kvantitativ analyse som beskrevet i bogen "Grundlæggende analytisk kemi & Grundstoffernes kemi i vandig opløsning". Det drejer sig om to volumetriske laboratorieøvelser med en introduktion til tilhørende laboratorieudstyr og -teknik. Yderligere er medtaget forskrifter til en række kvantitative bestemmelser for at belyse nogle principper og metoder i kvantitativ analyse. INDHOLDSFORTEGNELSE Kvantitativ analyse Laboratorieudstyr og -teknik... 3 Støkiometriske beregninger... 7 Øvelse Øvelse Forskrifter for kvantitative bestemmelser Indholdsfortegnelse manan.dk 60

61 manan.dk 61

62 3 Laboratorieudstyr og -teknik ved kvantitativ analyse Vejning Skal man afveje en stofmængde nøjagtigt, gøres det almindeligvis ved, at man først afvejer den omtrentlige mængde på en grovvægt, og derefter bestemmer den nøjagtige vægt på analysevægten. Al påfyldning eller fjernelse af stof skal ske uden for vejeskabet. Den mængde, man har afvejet, overføres kvantitativt til en anden beholder (konisk kolbe) gennem en tragt ved grundig skylning med vand ved hjælp af en sprøjteflaske. Man hælder altså ikke fra vejeglas over i en anden beholder og vejer vejeglasset bagefter med, hvad der er blevet tilbage. Dråber, der er løbet ned udvendigt på vejeglasset, vil nemlig hurtigt ødelægge vægten. Den første betingelse for, at man kan udføre nøjagtige vejninger er, at man behandler vægten ordentligt. De elektroniske vægte er meget simple at betjene; men det udelukker ikke, at de let kan ødelægges, specielt hvis de overbelastes, eller hvis der spildes på dem. Ved vejning kommer man ud for forskellige fænomener, som giver anledning til systematiske fejl. De vigtigste fejlkilder er: Opdrift, forskel på vejeobjektets og omgivelsernes temperatur og afgivelse eller optagelse af fugtighed. Opdrift. Opdriften på et legeme, som befinder sig i et medium, er som bekendt lig vægten af det af legemet fortrængte medium. Ved vejning på en toarmet vægt med messinglodder skal der derfor ved nøjagtige afvejninger tages hensyn til forskellen på opdriften i luft på messinglodderne og på vejeobjektet. En sådan korrektion er baseret på kendskab til massefylden af vejeobjektet i forhold til massefylden af messing. Elektroniske vægte er indrettet som om vejeobjektet bliver modballanceret af messinglodder, således at korrektionsberegningen foregår på samme måde. Ved almindeligt analytisk arbejde får opdriften normalt ingen indflydelse. Grunden hertil er, at man til bestemmelse af et legemes vægt sædvanligvis foretager to vejninger, og opdriften ved de to vejninger vil i reglen være meget nær den samme. Man må dog have opmærksomheden henledt på fænomenet, idet man kan komme ud for tilfælde, hvor opdriften må tages i betragtning (bl.a. ved udvejning af målekolber og pipetter). Temperatur. Det er vigtigt, at vejeobjekt og vægt har samme temperatur (stuetemperatur), især hvis vejeobjektet er en lukket beholder. Hvis den lukkede beholder indeholder et luftrumfang på 25 ml af en temperatur, der er 1 C højere end den omgivende stuetemperatur, vil meropdriften være ca. 0,1 mg. Hertil kommer, at et for varmt vejeobjekt vil fremkalde konvektionsstrømme i vægtskabet, hvilket normalt også vil føre til en tilsyneladende vægt, som er for lav. Et vejeobjekt, som har været opvarmet, afkøles sædvanligvis i ekssikkator før vejningen. F.eks skal en porcelænsdigel, som har været glødet, stå ca. ½ time i ekssikkator og yderligere ca. 5 minutter i vægtskabet før vejningen. manan.dk 62

63 4 Fugtighed. Afhængig af hvad vejeobjektet består af, optager eller afgiver det mere eller mindre fugtighed og gør det med forskellig hastighed. Specielt skal man være opmærksom på hygroskopiske bundfald, som undertiden suger vand til sig så hurtigt, at en nøjagtig vejning, selv med låg på beholderen, er vanskelig. Et vejeglas vaskes med vand og aftørres med et rent viskestykke, hvorefter det indsættes i vægtskabet i ca. 5 minutter, før det vejes tomt. Vejning med indhold foretages hurtigst muligt derefter. Alle stoffer afvejes først Indstillingsstoffer og analyseprøver Nøjagtigt afvejede stoffer på grovvægt afvejes dernæst på analysevægt overføres til en konisk i vejeglas med låg kolbe ved hjælp af en tragt og en sprøjteflaske Sprøjteflaske I nogle tilfælde varmes den Pipettebold koniske kolbes indhold over en bunsenbrænder. manan.dk 63

64 ,77 Rumfangsmåling Der vil her kort blive omtalt brugen af buretten, pipetten og målekolben. Fælles for disse glasbeholdere gælder, at de skal være rene før de tages i brug. De behøver ikke være tørre, hvis buretten og pipetten umiddelbart inden fyldning skylles nogle gange med lidt af den opløsning, som skal udmåles, og lidt rent vand i målekolben generer ikke, hvis der i øvrigt skal fyldes vand i den. På glas, der er udsat for luften, vil der efterhånden sætte sig et tyndt lag snavs, bl.a. fedt, som bevirker, at vandige opløsninger preller af glasset i dråber i stedet for at løbe af i en tynd film. Dette kan medføre fejl i rumfangsudmålinger, og når fænomenet iagttages, må udstyret renses og affedtes med detergent. Normalt er det ovennævnte glasudstyr justeret til at angive rumfanget i ml, når de anvendes ved 20 C. Kvaliteten af apparaturet er normalt så god, at man kan stole på fabrikkens justering. Det er dog let og hurtigt at udveje måleudstyret med vand. Omregningstabel fra vægt til rumfang under hensyntagen til luftens opdrift, findes under Øvelse 1. Buretten. Her på laboratoriet anvendes buretter med teflonhaner, som har den fordel, at de ikke skal smøres. Andre og billigere buretter har enten glashaner, som skal fedtes ind med et tyndt lag hanefedt, eller klemhaner monteret på korte stykker slange. Buretternes rumfang er normalt 25 ml; men man kan få buretter i mange størrelser. Mindste inddeling er 0,1 ml eller 0,05 ml. Buretten bør være så snæver, at man nemt kan skønne 0,01 ml. Buretten fyldes gennem en lille tragt, som fjernes inden første aflæsning. Før brugen skylles den rensede burette 3 gange grundigt med lidt af den titrator, som skal anvendes. Buretten tømmes herunder gennem hanen. Den fyldes derpå til over nulmærket, og man sørger for, at den sidder lodret. Alle luftblærer, også i og omkring hanen, fjernes, og buretten aftørres udvendigt. Løse dråber fjernes endvidere fra halsen over nulmærket. Enhver titrering bør begynde i nærheden af nulmærket og slutte omkring 20 ml. Benyttes samme burette ved titrering af analysen og ved indstillingen af titrator, er der på denne måde gode chancer for at få elimineret eventuelle burettefejl. Man aflæser den nederste meniskus, idet man sørger for, at øjet er anbragt i højde med denne, så parallaksefejl undgås. Ved stærkt farvede opløsninger (permanganat) er det en fordel at holde en stærk lyskilde (lommelygte, lighter) bag buretten for at se den nederste meniskus. Man kan her også foretrække at aflæse den øverste. Titreringen foregår ved, at titrerkolben til stadighed svinges rundt med den ene hånd, medens hanen betjenes med den anden. Man bør så vidt muligt undgå at spilde dråber på kolbesiden. Sker dette alligevel, må dråberne skylles ned med lidt vand. Af hensyn til den relative usikkerhed er det vigtigt, at man anvender ca. 20 ml titrator. Derimod bør der ikke bruges mere en én burettefyldning, da man herved får flere aflæsninger. Straks efter tømning og aflæsning af buretten fyldes denne op igen, da den ellers hurtigt kan blive fedtet. Buretten efterlades fra dag til dag fyldt helt op med vand. manan.dk 64

65 6 Pipetten. Den rensede pipette skylles 3-4 gange med den væske, der skal afpipetteres, (pas på ikke at fortynde den væske, der skal afpipetteres, med eventuelt skyllevand, som sidder i pipettespidsen). Med pipettebold suges væsken op til over mærket. Pipetten tørres af udvendig. Med pipetten i lodret stilling lukkes der væske ud, til den nederste meniskus flugter med mærket. Hvis der hænger væske for enden af stilken, stryges forsigtigt af mod en glasvæg, og pipetten er nu klar til tømning. Pipettens indhold kan overføres til en anden beholder på to måder. Enten lader man indholdet løbe ud, medens pipetten holdes lodret et lille stykke over beholderens bund (for at undgå stænk) og uden, at spidsen berører væskeoverfladen. Når indholdet af sig selv er løbet ud, venter man ca. 20 sekunder, hvorefter man lige lader spidsen berøre væskeoverfladen og derefter trækker pipetten tilbage. Man kan også lade indholdet løbe ud, idet man anbringer beholdervæggen i en skrå stilling i forhold til pipetten, således at spidsen under tømningen berører væggen. Når indholdet af sig selv er løbet ud, venter man ca. 20 sekunder og trækker derefter pipetten tilbage. Målekolben. Det stof, der skal opløses eller fortyndes, bringes kvantitativt over i den rensede målekolbe ved skylning gennem en tragt (sørg for, at den fortrængte luftmængde siver ud uden om tragten og ikke bobler op gennem tragten, hvorved stof let spildes). Der må ikke varmes på en målekolbe, så tungtopløselige stoffer bringes i opløsning inden overførslen til målekolben. Målekolbens hals skal være tør indvendig på det øverste stykke. Når 3/4 af væskemængden er tilsat, er det hensigtsmæssigt, at bringe stoffet i homogen opløsning, ved at man svinger målekolben (uden prop) i vandrette cirkelbevægelser. Derpå fyldes rummet under halsen næsten. Herunder skylles halsen grundigt. Kolben svinges atter forsigtigt. Der fyldes nu til en centimeter under mærket. Det stykke af halsen, som er over mærket, tørres af for vand med et stykke filtrerpapir. Endelig påfyldes opløsningsmiddel ved hjælp af en kapillarpipette til nederste meniskus flugter med mærket. Den aftørrede prop sættes i, og kolben vendes op og ned, indtil man er sikker på, at opløsningen er fuldstændig homogen. Den sidste proces kræver stor tålmodighed, hvis man vil opnå et brugbart resultat. Pipette Buretten holdes altid fyldt Nøjagtigt afvejet stof overføres til ved hjælp af en tragt, som målekolben ved hjælp af en tragt og fjernes inden titreringen en sprøjteflaske. Kolben fyldes op til mærket, når alt stof er gået i opløsning manan.dk 65

66 7 Støkiometriske beregninger Et af udgangspunkterne for analytisk kemiske beregninger er forhold mellem stofmængder som udtrykt i en reaktionsligning. Når man således generelt skriver en reaktionsligning som a A + AAAAAAAAAAAAAAAA 6 b B + AAAAAAAAAAAAAAAA eller a A + b B + AAAAAAAAAAAAAAAA 6 AAAAAAAAAAAAAAAA betyder det, at stofmængdeforholdet mellem species A og B er givet ved na nb = a b (1) Af yderligere betydning ved simple volumetriske analyser er relationen mellem masse, m, molær masse, M, og stofmængde, n: m g n = mol = M gmol 1 og relationen mellem stofmægdekoncentrationen, c, volumen, V, og stofmængde, n: [ ] (2) n = cav mol = M l (3) Relationerne (1)-(3) skal naturligvis konkretiseres yderligere, som eksemplificeret nedenfor i relation til de følgende Øvelse 1 og Øvelse 2. Øvelse 1: chcl 2 m = borax VHCl Mborax / cnaoh = chcl VHCl VNaOH Øvelse 2: c MnO 4 = 4 m 5 M kaliumtetraoxalat kaliumtetraoxalat V MnO 4 / w H O M c V = 2 m H O MnO MnO analyse 100 hvor w H O 2 2 er masseprocenten af hydrogenperoxid i analyseopløsningen. manan.dk 66

67 8 Øvelse 1 Syre-basetitrering Bestemmelse af en natriumhydroxidopløsning ved titrering med saltsyre Saltsyre. En saltsyreopløsning af kendt koncentration kan benyttes til titrimetrisk bestemmelse af en ukendt natriumhydroxidopløsning. H + + OH -6 H 2 O Ækvivalenspunktet bestemmes ved hjælp af en passende indikator. Fremstil 1 liter 0,1 M saltsyre i stinkskab ved at overføre 8,8 ml (10 ml måleglas) konc. saltsyre (35 %, massefylde: 1,18 g/ml) til en 1 liter flaske, hvori der i forvejen er hældt 1 liter ionbyttet vand. Det er vigtigt, at opløsningen blandes grundigt ved omhyggelig omrystning. En sådan opløsning holder sig uændret, såfremt unødig fordampning undgås. Pipetteudvejning. Pipetter af ordentlig kvalitet rummer normalt det angivne volumen, hvis de anvendes rigtigt. Alligevel er det hensigtsmæssigt at udveje en pipette, dels for at kontrollere pipetten, d.v.s. finde dens rumfang ved 20 C, dels for at kontrollere egne færdigheder i pipettering og afvejning. Udvej en 10 ml pipette med vand, idet der vejes i et vejeglas med låg, og idet vandets temperatur noteres i forbindelse med udvejningerne. Udvejningerne gentages indtil de sidste 5 udvejninger ikke varierer mere end 0,01-0,02 g. Den afvejede vandmængde A (t C) omsættes til volumen V (20 C) ved V = f AA, hvor f er en faktor, som tager hensyn til massefylden af vand og forskellen i opdrift mellem vægtens lodder og vejeobjektet. f antager ved forskellige temperaturer, t, følgende værdier: t / C f / ml g -1 1,0028 1,0030 1,0032 1,0034 1,0036 1,0039 manan.dk 67

68 Beregn usikkerheden )V på en enkeltpipettering ()V beregnes med ét betydende ciffer. Hvis dette er et 1-tal, dog med to betydende cifre): 9 V = n i = 1 ( Vmiddel Vi ) n 1 2 hvor V middel er middeltallet af n målinger af rumfanget V i. Det har kun mening at beregne )V på denne måde, når n er passende stor (5-10). Hvis måleresultaterne varierer efter en Gauss-fordeling, vil der være 68 % sandsynlighed for, at resultatet af en enkeltmåling vil ligge inden for det beregnede usikkerhedsinterval omkring middeltallet V middel. )V/V bør være under 1. Usikkerheden på middeltallet, )V middel, er )V/%&n. Borax. Saltsyrens koncentration bestemmes nøjagtigt ved en indstilling på borax, Na 2 [B 4 (OH) 4 O 5 ]A8 H 2 O. Dette vil, når det opløses i vand, danne lige dele borsyre (pk a = 9,2) og borat: Na 2 [B 4 (OH) 4 O 5 ]A8 H 2 O(s) 6 2 B(OH) B(OH) Na H 2 O Boratmængden kan titreres med 0,1 M saltsyre. Der titreres her med ca. 20 ml 0,1 M saltsyre, og totalvolumenet i omslagspunktet er ca. 100 ml ph 5 4 Titrering af 1 mmol borax med 0,1 M NaOH x ækvivalenspunkt ph = 5, V/ml Indikator. Af ovenstående titrerkurve ses, at ækvivalenspunktet ligger i omslagsområdet for syre-baseindikatoren methylrødt: ph 4,4 (rød) til ph 6 (gul). manan.dk 68

69 10 Ca. 380 mg borax (Na 2 [B 4 (OH) 4 O 5 ]@8 H 2 O, M = 381,4), svarende til ca. 20 ml 0,1 M saltsyre (2 mmol H + svarer til 1 mmol borax) afvejes nøjagtigt og overføres gennem en tragt kvantitativt til en konisk kolbe ved hjælp af 80 ml vand (sæt i forvejen mærke på kolben). Efter opløsning af boraxen ved opvarmning nedkøles opløsningen atter, og der tilsættes 2 dråber methylrødt. Derpå titreres med saltsyre til omslag fra gul til orangerød. Omslaget foregår inden for 1 dråbe. Buretten aflæses med 2 decimaler. Som kontrol tilsættes derefter 1 ekstra dråbe. Den skal ændre opløsningens farve fra orangerød til rent rød. Beregn saltsyrens koncentration (molaritet) med fire betydende cifre. Indstillingerne gentages, indtil tilstrækkelig sikkerhed og præcision er opnået. Største og mindste resultat bør ikke afvige mere end 0,4 %. Natriumhydroxid. Den udleverede natriumhydroxidopløsning har en koncentration (molaritet) på ca. 0,2 mol/l. Den nøjagtige koncentration bestemmes (4 decimaler) ved titrering med den indstillede saltsyre. Da natriumhydroxidopløsningen virker stærkt ætsende på slimhinder, må man være omhyggelig med at undgå sprøjt i øjnene. Udtag med pipette 10 ml portioner af den ukendte natriumhydroxidopløsning. Overfør omhyggeligt opløsningen til en konisk kolbe. Fortynd med vand til et volumen på 100 ml og titrer med den indstillede saltsyre og med methylrødt som indikator som beskrevet ovenfor. Titreringerne gentages, og største og mindste resultat bør ikke afvige mere end 0,4 %. Når analyseresultatet er godkendt, tømmes analyseglasset, hvorefter det skylles med vand og sættes til opvask i laboratoriets opvaskebakke. Flasken med 0,1 M saltsyre tømmes ligeledes og skylles derefter omhyggeligt med ionbyttet vand (husk også proppen). Flasken benyttes herefter til opbevaring af 0,02 M kaliumpermanganatopløsning (Øvelse 2). Det betaler sig, at fremstille denne opløsning umiddelbart efter afslutningen af Øvelse 1, så den er parat til Øvelse 2. manan.dk 69

70 11 Øvelse 2 Redoxtitrering Bestemmelse af en hydrogenperoxidopløsning ved titrering med kaliumpermanganat Kaliumpermanganat. En opløsning af kaliumpermanganat er stærkt oxiderende og kan på grund af sin intense farve benyttes som oxidationstitrator uden brug af redoxindikator. I sur væske kan reduktionen af permanganationen repræsenteres ved følgende ligning: MnO H e -6 Mn H 2 O mens man i meget svagt sur, neutral eller basisk væske har reaktionen: -6 MnO H 2 O + 3 e MnO 2 (s) + 4 OH- Som det fremgår, vil permanganat, når det virker oxiderende i sur væske, reduceres til langt svagere farvede mangan(ii)ioner. Et overskud på en enkelt dråbe af en meget intenst farvet 0,02 M permanganatopløsning frembringer derfor en tydelig, blivende, rosa farve. En redoxindikator er derfor som nævnt overflødig. En ulempe ved brugen af kaliumpermanganat er, at permanganat kan oxidere vand: 4 MnO H MnO 2 (s) + 3 O 2 (g) + 2 H 2 O og at denne reaktion fremmes af varme, lys, syre, base og MnO 2. Langtidsholdbarheden af en permanganatopløsning er derfor begrænset, og kontrol og evt. nyindstilling af molariteten bør foretages med passende mellemrum (uger). Under arbejdet med fast kaliumpermanganat og andre permanganater er det vigtigt at være opmærksom på, at støvet er skadeligt for lungerne, at det faste stof kan give hudirritationer, og at såvel det faste stof som opløsninger deraf kan give øjenskader ved kontakt. Det faste stof danner en eksplosiv forbindelse med konc. svovlsyre og reagerer voldsomt med reducerende forbindelser. manan.dk 70

71 12 Der fremstilles 1 liter 0,02 M kaliumpermanganatopløsning på følgende måde: 3,2 g kaliumpermanganat afvejes på grovvægten i et 400 ml bægerglas. 200 ml ionbyttet vand fra Silhorko-anlægget tilsættes, og der varmes kort, til al kaliumpermanganat er opløst. Dækket af et urglas køles opløsningen på is. Den overføres til en ren 1 liter flaske og fortyndes med 800 ml ionbyttet vand (Silhorko-anlægget). Flasken med den omhyggeligt omrystede opløsning opbevares i et skab for at beskytte mod lysets påvirkning. Buretten, som i forvejen er skyllet omhyggeligt med vand, skylles grundigt 4-5 gange med kaliumpermanganatopløsningen, inden den fyldes helt. Buretten efterlades ikke med kaliumpermanganatopløsning fra dag til dag, men skylles omhyggeligt med vand og efterlades fyldt med vand. Alt andet udstyr, hvori der har været kaliumpermanganatopløsning (samt vasken), skylles straks efter brugen omhyggeligt med vand. Skulle der undtagelsesvis være udfældet brunsten (MnO 2 ), kan dette fjernes med hydrogenperoxid i svagt sur opløsning. Kaliumtetraoxalat. Opløsningen indstilles på kaliumtetraoxalat, som i sur væske findes som oxalsyre, som reagerer med permanganat efter følgende ligning: KH 3 (C 2 O 4 ) H 2 O(s) + H (COOH) 2 + K+ + 2 H 2 O 5 (COOH) MnO H Mn CO 2 (g) + 8 H 2 O Ca. 130 mg kaliumtetraoxalat (KH 3 (C 2 O 4 ) H 2 O, M = 254,20 g/mol), svarende til ca. 20 ml 0,02 M kaliumpermanganat, afvejes nøjagtigt og overføres gennem en tragt kvantitativt til en konisk kolbe ved hjælp af i alt 50 ml vand (sæt i forvejen mærke på kolben). Der tilsættes herefter 25 ml 2 M svovlsyre, og opløsningen varmes til C (man kan endnu holde på en 60 C varm kolbe. Udvis forsigtighed i omgangen med den på én gang relativt sure og varme opløsning. Det er ikke behageligt at få den ud over hænderne. Derpå tilsættes som katalysator et par dråber MnSO 4 (0,1 M i 0,1 M H 2 SO 4 ) og titreres varmt med kaliumpermanganatopløsningen under konstant omrystning af kolben. Tildrypningen må til at begynde med foregå langsomt, og ekstra permanganat tilsættes først, når den forrige dråbe har reageret, og opløsningen er blevet farveløs. Mod slutningen af titreringen tildryppes permanganatopløsningen igen langsomt, indtil én dråbe giver opløsningen en rosa farve, som ikke forsvinder ved omrystning i et halvt minut. Buretten aflæses, og indstillingen gentages flere gange. Største og mindste resultat bør ikke afvige mere end 0,4 %. manan.dk 71

72 Hydrogenperoxid. Den udleverede analyse indeholder 0,6-0,9 % (vægtprocent) hydrogenperoxid, som oxideres i sur væske med permanganat: 13 5 H 2 O MnO H O 2 (g) + 2 Mn H 2 O 4-6 g analyse svarende til ca. 20 ml 0,02 M kaliumpermanganat (som igen svarer til 1 mmol H 2 O 2 ), afvejes nøjagtigt. Opløsningen skylles kvantitativt over i en kolbe ved hjælp af 50 ml vand. Tilsæt 10 ml 2 M svovlsyre og titrer med permanganat til rosa omslag. Bestemmelsen gentages flere gange. Største og mindste resultat bør ikke afvige mere end 0,4 %. Rensning af burette, flaske, flaskeprop og andet glasudstyr. Hvis der er udskilt brunsten på buretten, flasken eller andet glasudstyr, fjernes dette ved reduktion med hydrogenperoxid i sur væske: MnO 2 (s) + H 2 O H + 6 Mn2+ + O 2 (g) + 2 H 2 O Resten af analyseprøven fortyndes i et bægerglas med samme volumen 4 M eddikesyre og 4-5 gange så meget vand. Denne blanding benyttes til rensning af alt glasudstyr, hvorpå der er udskilt brunsten. Bagefter skylles grundigt efter med ionbyttet vand, og buretten efterlades fyldt helt op med dette. manan.dk 72

73 FORSKRIFTER FOR KVANTITATIVE BESTEMMELSER manan.dk 73

74 INDHOLDSFORTEGNELSE Potentiometri: Ag + ; Cl -, Br -, I Iodometriske titreringer: Cr VI, Cu II, BrO - 3, IO - 3, MnO - 4, Ce IV Syre-basetitreringer: HCO - 3, CO 2-3, OH -, O 2-, B(OH) 3, [B(OH) 4 ] -, polyborater, NH + 4, NH 3, NO Titreringer med EDTA: Mg, Ca, Mn, Zn, Cd, Hg, Pb, Ba, Sr Atomabsorption: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu manan.dk 74

75 17 Potentiometri Ag + ; Cl -, Br -, I - Chlorid, bromid og iodid kan bestemmes ved titrering med sølvnitrat under anvendelse af en passende indikator. Man kan også registrere ækvivalenspunktet ved hjælp af en sølvelektrode i forbindelse med et potentiometer. Denne metode er specielt velegnet, når man har med farvede opløsninger at gøre. Den er også i høj grad anvendelig ved farveløse opløsninger, ikke mindst, fordi det ved denne metode er muligt at bestemme de tre halogenider individuelt, selv om de optræder i samme opløsning. Princippet i metoden går ud på, at man løbende registrerer sølvionkoncentrationen ved hjælp af en sølvelektrode og en referenceelektrode, som er nedsænket i den opløsning, som titreres. Et potentiometer måler den elektromotoriske kraft over det således opbyggede element: Måleelektrode: Ag(s) Titrand: X -, Ag + * AgX(s) (X = Cl, Br,I) Referenceelektrode: Pt(s) * Hg(l) * Hg 2 SO 4 (s) * K 2 SO 4 (mættet) Over for en standardhydrogenelektrode er referenceelektrodens potential E ref (+0,62 V) og måleelektrodens potential E Ag (med standard elektrodepotential +0,80 V). Elementets elektromotoriske kraft bliver derfor E = E Ag - E ref = 0,18 V + 0,059 log[ag + ] = 0,18 V + 0,059 log(l AgX / [X - ]) hvor L AgX er opløselighedsproduktet for det tungtopløselige AgX. Man kan her ud fra se, at titrerer man X - med Ag +, vil E ændre sig meget omkring ækvivalenspunktet, og kun lidt uden for dette område. I selve ækvivalenspunktet er E = 0,18 V + 0,059 log%&&& L AgX. Hvis man har alle tre halogenider sammen, vil man observere tre spring med en indbyrdes afstand svarende til de forskellige mængder af halogenid. Første spring ses efter næsten kvantitativ udfældelse af sølviodid, andet spring efter udfældelse af sølvbromid og tredie efter udfældelse af sølvchlorid, idet opløselighedsprodukterne for disse tre stoffer er henholdsvis 10-16, og M 2. Man ser, at det er vanskeligst at adskille chlorid og bromid. manan.dk 75

76 18 Standardopløsninger. 0,1 M saltsyre indstillet på tris(hydroxymethyl)aminomethan eller relativt på 0,1 M natriumhydroxid. 0,1 M sølvnitrat indstillet relativt på 0,1 M saltsyre. Cl -, Br -, I -. Her anvendes en procedure, hvor der til prøven sættes et overskud af sølvnitrat, som derefter tilbagetitreres med saltsyre på en titrigraf. Der skelnes altså ikke mellem de tre halogenider. Inden titreringen undersøges for robuste komplekser, om det påviste halogenid findes komplekst bundet (se afsnittet om den kvalitative analyse af et fast, rent stof). I så fald skal titranden opvarmes inden tilbagetitreringen for at få fældet det komplekst bundne halogenid som sølvhalogenid. X - + Ag + º AgX(s) Ag + + Cl - º AgCl(s) En stofmængde indeholdende ca. 2 mmol halogenid afvejes nøjagtigt og overføres kvantitativt til et lille bægerglas (150 ml) med 50 ml vand. Der tilsættes 2 ml 4 M salpetersyre og derpå (nøjagtigt afmålt) ml af den indstillede 0,1 M sølvnitratopløsning. Hvis stoffet indeholder komplekst bundet halogenid i et robust kompleks, koges opløsningen med den tilsatte sølvnitrat forsigtigt i mindst 5 minutter for at fælde al halogenid. Efter afkøling tilbagetitreres overskud af sølvnitrat med saltsyre på titrigrafen. Indeholder stoffet kun ionisk eller labilt bundet halogenid, kan denne opvarmning undværes. manan.dk 76

77 19 Iodometriske titreringer Cr VI, MnO 4 -, Cu II, BrO 3 -, IO 3 - En række analytiske bestemmelser er baseret på, at det stof, der analyseres for, oxiderer en ækvivalent mængde iodid til iod, hvorefter det dannede iod kan titreres med thiosulfat: I S 2 O I- + S 4 O 6 2- Som indikator benyttes stivelseopløsning (1 %), og ækvivalenspunktet registreres, ved at den intensive blå farve fra iod-stivelseforbindelsen forsvinder. Standardopløsning. 0,1 M natriumthiosulfat indstillet på kaliumiodat. Cr(VI). Cr(VI) reagerer med iodid i stærkt sur væske: Cr 2 O I H Cr I H 2 O Der afvejes så meget analyse, som svarer til ca. 20 ml 0,1 M natriumthiosulfatopløsning, d.v.s. så meget analyse, som indeholder 1/3 mmol dichromat. Stoffet overføres kvantitativt til en konisk kolbe ved hjælp af 50 ml vand. Der tilsættes i stinkskab 8 ml 12 M saltsyre og 1 g kaliumiodid. Herefter titreres med thiosulfat, til der iagttages et farveskifte fra brun til gulgrøn. Nu tilsættes 2 ml stivelsesopløsning, og titreringen fortsættes, til man ser et skarpt farveskifte fra blåt til lysegrønt. MnO 4 -. Permanganationer reagerer med iodid i sur væske: 2 MnO I H Mn I H 2 O Der afvejes så meget analyse, som svarer til ca. 20 ml 0,1 M natriumthiosulfatopløsning, d.v.s. så meget analyse, som indeholder 2/5 mmol permanganation. Stoffet overføres kvantitativt til en konisk kolbe med 50 ml vand. Derpå tilsættes i stinkskab 15 ml 2 M svovlsyre og 1 g kaliumiodid. Der titreres derpå med natriumthiosulfat, til næsten al iod har reageret. Derpå tilsættes 2 ml stivelsesopløsning, og der titreres videre til omslag fra blå til farveløs. manan.dk 77

78 20 Cu(II). Kobber(II) reagerer med iodid i sur væske under dannelse af tungtopløseligt kobber(i)iodid: -6 2 Cu I 2 CuI(s) + I - 3 Opløsningen bør ikke være for sur, da kobber katalyserer luftoxidation af iodid i sur væske. Der afvejes så meget analyse, som svarer til ca. 20 ml 0,1 M natriumthiosulfatopløsning, d.v.s. så meget analyse, som indeholder 2 mmol kobber(ii). Stoffet overføres kvantitativt til en konisk kolbe ved hjælp af 50 ml vand. For at få stoffet opløst kan det ydermere være nødvendigt at tilsætte en mindre mængde 4 M saltsyre (oxid eller carbonat) og varme, til alt er gået i opløsning. Efter afkøling tilsættes 1 M natriumhydroxid, til opløsningen lige netop bliver uklar. Nu tilsættes i stinkskab 10 ml 4 M eddikesyre og 1 g kaliumiodid. Der dannes straks et hvidt bundfald af kobber(i)iodid i en brun væske. Det frigjorte iod (som I 3 - ) titreres med thiosulfat, til størstedelen af iodet har reageret. Derpå tilsættes 2 ml stivelsesopløsning, og der titreres videre, til opslemningen skifter farve fra blå til hvid. BrO 3 - og IO 3 -. Bromat(V)- og iodat(v)ioner reagerer med iodid i sur væske: BrO I H + 6 Br- + 3 I H 2 O IO I H I H 2 O Der afvejes så meget analyse, som svarer til ca. 20 ml 0,1 M natriumthiosulfatopløsning, d.v.s. så meget analyse, som indeholder 1/3 mmol bromat eller iodat. Stoffet overføres kvantitativt til en konisk kolbe med 50 ml vand. Derpå tilsættes i stinkskab 15 ml 2 M svovlsyre og 1 g kaliumiodid. Ved titreringen af bromat tilsættes et par dråber 3 % ammoniummolybdatopløsning. Der titreres derpå med natriumthiosulfat, til næsten al iod har reageret. Derpå tilsættes 2 ml stivelsesopløsning, og der titreres videre til omslag fra blå til farveløs. manan.dk 78

79 21 Syre-basetitreringer HCO 3 -, CO 3 2-, OH -, O 2-, B(OH) 3, [B(OH) 4 ] -, polyborater, NH 4 +, NH 3, NO 3 - Hvis det stof, som skal analyseres, indeholder sure eller basiske grupper, er der mulighed for en kvantitativ bestemmelse ved titrering med 0,1 M natriumhydroxid eller 0,1 M saltsyre med en passende syre-baseindikator eller potentiometrisk. Standardopløsninger. 0,1 M saltsyre indstillet på tris(hydroxymethyl)aminomethan eller relativt på 0,1 M natriumhydroxid. 0,1 M natriumhydroxid indstillet på hydrazinsulfat eller relativt på 0,1 M saltsyre. HCO 3 - og CO Indholdet af hydrogencarbonat og carbonat bestemmes ved en tilbagetitreringsmetode, som går ud på, at der tilsættes et overskud af saltsyre af kendt koncentration til en analyseopløsning. Det frigjorte carbondioxid udkoges, og overskuddet af saltsyre tilbagetitreres med en natriumhydroxidopløsning af kendt koncentration. HCO H + 6 CO 2 (g) + H 2 O CO H + 6 CO 2 (g) + H 2 O H + + OH -6 H 2 O Der afvejes så meget analyse, som svarer til 20 ml 0,1 M saltsyre, d.v.s. så meget analyse, som indeholder ca. 2 mmol hydrogencarbonat eller 1 mmol carbonat. Stoffet overføres kvantitativt til en konisk kolbe med 50 ml vand. Det bringes i opløsning, evt. ved opvarmning. Der tilsættes derpå ca. 25 ml 0,1 M saltsyre (nøjagtigt afmålt), og den frigjorte carbondioxid udkoges omhyggeligt ved forsigtig opvarmning i mindst 10 minutter. Væsken må herunder ikke sprøjte op på kolbens sider. Efter køling tilsættes 2 dråber methylrødt, og overskud af saltsyre tilbagetitreres med 0,1 M natriumhydroxid til omslag fra rød til svagt gul. Et meget tungtopløseligt carbonat, som f.eks. SrCO 3 eller CaCO 3 afvejes med fordel direkte i en tør, konisk kolbe. Fast stof skylles ned fra kolbens sider med en mindre mængde vand, 5-6 ml. Der tilsættes derpå ca. 25 ml 0,1 M saltsyre (nøjagtigt afmålt), og den frigjorte carbondioxid udkoges forsigtigt af den koncentrerede opløsning. Når alt bundfald er gået i opløsning, fortyndes opløsningen til ca. 100 ml, og der tilbagetitreres som beskrevet ovenfor. manan.dk 79

80 22 OH - og O 2-. Hydroxider og basiske oxider kan bestemmes ved en tilbagetitrering ligesom de tilsvarende carbonater (se ovenfor). Hvis der er tale om en tungtopløselig forbindelse, er det en fordel at afveje denne direkte i titreringskolben som beskrevet for SrCO 3. F.eks.: ZnO + 2 H + 6 Zn2+ + H 2 O B(OH) 3. Borsyre kan ikke titreres direkte med 0,1 M natriumhydroxid, da borsyre er en for svag syre, pk a = 9,2, til at dette lader sig gøre nøjagtigt. Ved tilsætning af visse organiske polyhydroxyforbindelser, som mannitol, sorbitol eller glycerol, opfører stoffet sig imidlertid som en meget stærkere syre (pk a = 3,8 med mannitol). Effekten af polyhydroxyforbindelserne forklares med dannelsen af kompleksioner: >C(OH) >C-O O-C< - 2, + B(OH) 3 º,, B+, + H H 2 O >C(OH) >C-O O-C< Der afvejes så meget analyse, som svarer til ca. 20 ml 0,1 M natriumhydroxidopløsning, d.v.s. så meget stof, som indeholder 2 mmol borsyre. Stoffet overføres kvantitativt til en konisk kolbe med ml vand. Der tilsættes 1 g mannitol, CH 2 OH(CHOH) 4 CH 2 OH, og 3-4 dråber phenolphtalein, og der titreres med 0,1 M natriumhydroxidopløsning til omslag fra farveløs til svagt rosa. Nu tilsættes påny 1 g mannitol. Forsvinder farven, titreres til nyt omslag. Dette gentages, til den rosa farve ikke forsvinder ved tilsætning af 1 g mannitol. [B(OH) 4 ] -. Indholdet af boration, BO - 2 eller B(OH) - 4 kan bestemmes direkte ved titrering med 0,1 M saltsyre med methylrødt som indikator. BO H 2 O º B(OH) 4 - B(OH) H + º B(OH) 3 + H 2 O Der afvejes så meget stof, som svarer til ca. 20 ml 0,1 M saltsyre. Stoffet overføres kvantitativt til en konisk kolbe med ca. 100 ml vand. Der tilsættes 2 dråber methylrødt, og titreres derefter med 0,1 M saltsyre til omslag fra gul til orangerød. manan.dk 80

81 Polyborater. Man kan bestemme forholdet mellem borsyre og borat i polyborater. F.eks. reagerer tetraborat i vandig opløsning efter følgende skema: 23 Na 2 [B 4 (OH) 4 O 5 ]A8 H 2 O(s) 6 2 B(OH) B(OH) Na H 2 O Stoffet kan derfor både analyseres ved en titrering med base og ved en titrering med syre. Begge metoder benyttes som beskrevet ovenfor for borsyre og boration, idet man afvejer så meget stof, som reagerer med henholdsvis 20 ml 0,1 M natriumhydroxid og 20 ml 0,1 M saltsyre, d.v.s. i begge tilfælde 1 mmol stof. NH 3 og NH + 4. Indholdet af ammoniak eller ammoniumion i en forbindelse bestemmes ved en såkaldt Kjeldahl analyse. Denne går i princippet ud på at frigøre ammoniak ved at behandle analyseprøven med koncentreret natriumhydroxidopløsning, at destillere den frigjorte ammoniak over i en afmålt mængde saltsyre af kendt koncentration og at titrere overskuddet af saltsyre tilbage med natriumhydroxidopløsning af kendt koncentration. NH 3 + H + 6 NH 4 + I forlaget, som er en konisk kolbe, anbringes ml 0,1 M saltsyre, som er nøjagtigt afmålt. Der tilsættes et par dråber methylrødt. Forlaget forbindes med svaleren, og glaskuglerne i proppen fugtes med lidt vand. Der afvejes så meget analyse, som svarer til ca. 20 ml 0,1 M saltsyre, d.v.s. så meget analyse, som indeholder 2 mmol ammoniak eller ammoniumion. Stoffet overføres til den rundbundede destillationskolbe med ca. 200 ml vand. Der tilsættes ydermere fire-fem kogesten, og (forudsat at analysen indeholder et cobaltkompleks) 10 ml 1 M natriumsulfidopløsning samt, under alle omstændigheder, 30 ml Kjeldahllud (33 % natriumhydroxidopløsning). Denne opløsning er stærkt ætsende. Herefter sættes proppen hurtigt i for at undgå tab af ammoniak. Natriumsulfidopløsningen tilsættes for at fælde cobaltsulfid og derved at lette frigørelsen af ammoniak, der er bundet som amminkomplekser. Nu åbnes for kølevandet. Der varmes op til kogning, og der koges forsigtigt, medens luften fortrænges af vanddamp. Når al luft er fortrængt, varmes for kraftigere blus, indtil der er destilleret ml over i forlaget. Her skal opløsningen stadig vise sur reaktion. Der slukkes for varme og kølevand. Den væske, som hæfter ved glaskuglerne, skylles ned i forlaget, og overskuddet af saltsyre titreres med 0,1 M natriumhydroxidopløsning til omslag fra rød til næsten farveløs. Inden titreringen tilsættes evt. en ekstra dråbe methylrødt. manan.dk 81

82 24 Titreringer med EDTA Mg, Ca, Mn, Zn, Cd, Hg, Pb, Ba, Sr (alle i oxidationstrin +2) EDTA (ethylenediamine tetraacetat): HOOC-CH 2 HOOC-CH 2 CH 2 COOH, NCH 2 CH 2 N + / H 4 edta CH 2 COOH EDTA danner chelate, ofte meget stabile kompleksforbindelser med en lang række metalioner som f.eks. Mg 2+ : Mg 2+ + H 2 edta 2- º [Mg(edta)] H + Dette er grunden til, at mange metalioner i en ikke for sur opløsning kan titreres med EDTA. Til at registrere endepunktet af titreringen benyttes en indikator (ind), der med metalionen danner et kompleks af passende stabilitet, og som har en farve, der er forskellig fra indikatorens egenfarve. Ved titreringens endepunkt vil EDTA reagere med metal-indikatorkomplekset, og opløsningen vil antage indikatorens egenfarve. Mg(ind) 2+ + Hedta 3- + NH 3 º [Mg(edta)] 2- + ind + NH 4 + Her anvendes som titrator en 0,1 M opløsning af Na 2 H 2 edtaa2 H 2 O og som indikator Erio-T, et naphtalenazofarvestof, som i det anvendte ph-område (NH 4 + /NH 3 -puffer med ph 10) har en rent blå farve, medens metalkomplekset er rødligt. Af forskellige årsager kan det for nogle metallers vedkommende være nødvendigt at benytte en anden titreringsmetode end den direkte titrering. Er således reaktionshastigheden for lille, kan man f.eks. tilsætte overskud af EDTA, varme op og titrere tilbage med en kendt opløsning af et andet metal (tilbagetitrering). I andre tilfælde må man anvende en såkaldt substitutionstitrering, som her eksemplificeres i tilfældet calcium. Farveskiftet mellem calcium-indikatorkomplekset og indikatoren er uskarpt, hvorimod man med Mg 2+ får et mere veldefineret omslag. Da yderligere Ca 2+ danner mere stabile komplekser med EDTA end Mg 2+, kan man ved at tilsætte Mg 2+ få et tydeligt omslag. Blot må man så kompensere for den tilsatte mængde af Mg 2+ ved at tilsætte en ækvivalent mængde EDTA. Dette gøres bekvemt ved at tilsætte magnesium-edtakomplekset. Det er nemmest at registrere omslagspunktet under titreringen ved dagslys. manan.dk 82

83 25 Standardopløsninger. 0,1 M EDTA indstillet på metallisk kobber. 0,1 M magnesiumchlorid indstillet relativt på 0,1 M EDTA. Mg, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg. Disse metaller kan alle bestemmes ved benyttelse af følgende generelle procedure: a) En stofmængde indeholdende ca. 1,5 mmol metalion afvejes nøjagtigt og overføres kvantitativt til en konisk kolbe ved hjælp af ca. 100 ml vand. I tilfælde af et tungopløseligt stof (oxid, carbonat eller oxalat) kan det være en fordel at afveje stoffet direkte i titreringskolben (eller i et lille bægerglas) for derefter at tilsætte en mindre mængde saltsyre (3-6 ml, 4 M), hvorefter der varmes, til alt er gået i opløsning, og evt. tilstedeværende carbondioxid udkoges. Opløsningen fortyndes derefter (eller overføres til en tireringskolbe) med ca 100 ml vand. Alle opløsninger varmes derefter op til C. b) Fra burette tilsættes 0,1 M EDTA-opløsning i overskud (18-19 ml). c) Ved hjælp af 6-7 ml pufferopløsning indstilles til ph 10. d) Fast indikator, Erio-T, tilsættes i ringe mængde. Opløsningen antager nu en rent blå farve. e) Overskud af EDTA tilbagetitreres ved hjælp af MgCl 2. Tildrypningen fortsættes, til opløsningens farve skifter fra rent blå til blå med et rødligt skær. f) Det tydeligste omslag fås den modsatte vej. Derfor titreres overskud af MgCl 2 med EDTA, til opløsningen atter lige netop er rent blå. g) Totalforbrug af EDTA og MgCl 2 samt disse opløsningers nøjagtige koncentration noteres. Ca. Pb. Den ovennævnte metode anvendes med den ændring, at der tilsættes 2 ml 0,05 M Na 2 Mg(edta)-opløsning efter tilsætning af Erio-T. Den ovennævnte metode anvendes med den ændring, at saltsyre erstattes med salpetersyre (4 M). Den titrerede opløsning skal opsamles. Mn. Mn II : Til den opløste analyse (stuetemperatur) sættes 0,1 g ascorbinsyre. Derpå følges den ovennævnte procedure, idet titreringen dog foretages ved stuetemperatur. manan.dk 83

84 26 Atomabsorption Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu Ved atomabsorptionsspektrofotometri (AAS) med flamme forstøves analyseopløsningen (og tilhørende standardopløsninger) ind i en flamme og sønderdeles her til gasformige atomer. Koncentrationen af det pågældende grundstof i flammen er proportional med grundstoffets koncentration i opløsningen. Koncentrationen i flammen bestemmes ved at måle, hvor meget lys - af en for grundstoffet karakteristisk bølgelængde - der absorberes. Dette lys er ved hjælp af en monochromator udvalgt fra en hulkatodelampe indeholdende det pågældende grundstof, som udsender lys netop ved den bølgelængde. Herefter absorberes en del af lyset ved at anslå (excitere) atomerne af samme grundstof i flammen. Instrumentudslaget er proportionalt med absorbansen. Der vil her med en acetylen-luftflamme (ca C) være mulighed for at analysere for seks metaller i første overgangsperiode, nemlig Cr, Mn, Fe, Co, Ni og Cu; men med passende valg af lyskilde og temperatur er det muligt at analysere for så godt som alle metaller. Cr, Mn, Fe, Ni, Cu. Så meget analyse, som indeholder 25 mg Cr, Mn, Fe, Ni eller Cu afvejes nøjagtigt. Hvis stoffet er opløseligt i vand overføres det kvantitativt gennem en tragt til en 100 ml målekolbe, og der fortyndes til mærket med vand. Opløsningen rystes omhyggeligt, før der med pipette udtages 10,00 ml af denne opløsning. Denne nøjagtigt afmålte portion overføres til en 500 ml målekolbe. Her tilsættes 3-4 dråber 4 M salpetersyre og dernæst vand til mærket. Opløsningen rystes omhyggeligt for at sikre homogenitet. Hvis analyseprøven er uopløselig i vand (f.eks. CuO) eller tungopløselig, afvejes direkte i et lille, tørt bægerglas. Her bringes stoffet i opløsning ved behandling med syre under opvarmning. Efter afkøling overføres opløsningen kvantitativt til en 100 ml målekolbe, hvorefter den behandles som beskrevet ovenfor, idet der dog ikke tilsættes ekstra salpetersyre. Co. Så meget analyse, som indeholder 50 mg Co afvejes nøjagtigt. Stoffet overføres kvantitativt til en 100 ml målekolbe, som fyldes op til mærket med vand. Opløsningen omrystes omhyggeligt, før der med pipette udtages 10,00 ml af denne opløsning. Den nøjagtigt afmålte portion overføres til en 500 ml målekolbe, hvor der tilsættes 3-4 dråber 4 M salpetersyre, 5 ml 1,5 M KCl-opløsning (findes på laboratoriet) og til sidst vand til mærket. Opløsningen rystes omhyggeligt inden målingen. Ovenstående procedure giver opløsninger, som indeholder enten ca. 5 mg Cr, Mn, Fe, Ni eller Cu pr. liter eller ca. 10 mg Co pr. liter. Sådanne relativt tynde opløsninger er ikke stabile i længere tid. Den sidste fortynding bør derfor foretages samme dag, som opløsningen skal måles. manan.dk 84

85 27 Standardkurver ved atomabsorptionsspektrofotometri 10 a = 0 8 a = 0,01 a = 0,02 c = ku e au a = 0,05 u/a.u. 6 4 (k = 1) (c 1,u 1 ) u A (c 2,u 2 ) c/ppm Ved atomabsorptionsspektrofotometri (AAS) og visse former for flammefotometri har instrumentudslaget, u (arbitrær enhed, a.u.), som funktion af koncentrationen, c (ppm), sædvanligvis et ikke lineært forløb som vist på ovenstående figur. En god tilnærmelse til kurver af denne art findes i udtrykket c = k u e a u (1) med kun to parametre: proportionalitetskonstanten, k, og a, som er et mål for afvigelsen fra proportionalitet (for a = 0 forenkles udtrykket til c = k u). Man kan kun regne med proportionalitet mellem u og c op til c. 1 ppm. Derefter bliver der en negativ afvigelse på u fra denne proportionalitet, som vil give anledning til betragtelige fejl ved proportional interpolation og ekstrapolation baseret på kun én standardopløsning. Til bestemmelse af de to parametre behøves mindst to standardopløsninger. Med to standardopløsninger med koncentrationerne c 1 og c 2, som har instrumentudslagene hhv. u 1 og u 2, bliver koncentrationen af en analyseopløsning med udslaget u A c A u A u c ua u = 2 exp u u cu ln cu (2) 1 Alternativt kan parametrene a og k beregnes, hvorefter ligning 1 benyttes: a = u 1 u 2 1 cu ln cu k = c u 2 2 u2 cu 2 1 c2 exp ln = exp( au2 ) u u cu u u Ved proportionalitet forenkles ligning 2 til c A = u A 2 c 2 manan.dk 85

86 28 Eksempel på Cr-analyse ved AAS: En kvalitatativ (og evt. kvantitativ) analyse af et fast, rent stof har vist, at dette f.eks. kan være [Cr(NH 3 ) 6 ]Cl 3. Dette stofs molvægt er 260,6 g/mol. Da chroms atomvægt er 52,0 g/mol, vil 25 mg chrom findes i ,5/52, mg stof. I et forsøg afvejes 127,3 mg stof, der fortyndes som beskrevet ovenfor: De 127,3 mg stof (ca. 25 mg Cr) opløses i 100,0 ml (målekolbe). Heraf udtages 10,00 ml (pipette) til 500,0 ml (målekolbe). Denne 50 fortyndede opløsning (A) viser ved AAS et udslag, u A = 4,786 a.u. medens to standardopløsninger viser 2,500 mg Cr pr. liter: u 1 = 2,638 a.u. 5,000 mg Cr pr. liter: u 2 = 5,011 a.u. Koncentrationen af Cr i opløsning A beregnes efter ligning 2 til c A = 4,752 mg Cr pr liter. Opl. A indeholder 127,3 10,00/100,0 mg stof i 500,0 ml, d.v.s. 25,46 mg stof pr. liter. Der går altså 25,46 52,00/4,752 = 278,6 g stof pr. mol Cr. Standardopløsninger. Fremstillingen af standardopløsninger er baseret på nøjagtig afvejning af K 2 Cr 2 O 7, (H 3 NCH 2 CH 2 NH 3 )Fe(SO 4 ) 2 A4H 2 O og metallisk mangan, cobalt, nikkel og kobber. manan.dk 86

87 manan.dk 87

88 Reaktionen mellem bromid og bromat Bromationer, BrO 3, reagerer i sur væske med bromidioner, Br, ifølge det støkiometriske reaktionsskema: BrO 3- (aq) + 5 Br - (aq) + 6 H + (aq) 3 Br 2 (aq) + 3 H 2 O(l) Denne proces følger et hastighedsudtryk af formen: ] d [ BrO 3 d t =k [ BrO 3 ] [ Br ] [ H ] 2 og denne øvelse går ud på, dels at verificere hastighedsudtrykket, og dels at bestemme hastighedskonstanten, k. Dannelsen af frit brom ved processen kan følges ved tilsætning af phenol og methylorange til reaktionsblandingen. Begge disse forbindelser vil reagere med det dannede brom. Phenol reagerer ifølge skemaet: Br 2 (aq) + C 6 H 5 OH(aq) C 6 H 4 BrOH(aq) + H + (aq) + Br - (aq) Methylorange vil ligeledes reagere; men langsommere, hvorved forbindelsens røde farve forsvinder. Man kan således antage at al phenol er bromeret når opløsningen skifter farve fra rød til farveløs. Udføres et forsøg derfor således, at koncentrationen af methylorange er væsentligt mindre end koncentrationen af phenol, der igen er væsentligt mindre end koncentrationerne af opløsningens andre reagerende species, vil disse sidstes koncentrationer næsten ikke ændres før al phenol og methylorange har reageret. Man har således, ved måling af den tid det tager at affarve opløsningen, t, en metode til at bestemme processens begyndelseshastighed, R 0, idet: R 0 = d [ BrO 3 ] 0 = 1 d [ Br 2 ] dt 3 dt = [Br 2 ] 3 t hvor c phenol, er begyndelseskoncentrationen af phenol. = c phenol c methylorange c phenol 3 t 3 t Den hastighed, hvormed bromationer forbruges ved processen, er som ovenfor nævnt en funktion af bromat-, bromid- og hydrogenionkoncentrationen. Til bestemmelse af processens hastighedsudtryk udføres derfor tre serier af eksperimenter, hvor, i hver af disse tre serier, kun en enkelt af disse koncentrationer varieres. Endvidere udføres, for at verificere approximationen i ovenstående ligning, en serie af eksperimenter, hvor koncentrationen af phenol er varieret. Reaktionen mellem bromid og bromat side 1 af 4 manan.dk 88

89 Eksperimentel afdeling Øvelsen gennemføres i hold på 2 studerende, som før den egentlige øvelse startes udvejer 1,00 ml vand med automatpipetten til en tilstrækkelig god reproducerbarhed er opnået. Dette er helt væsentligt for et vellykket resultat. De enkelte forsøg gennemføres ved sammenblanding af forud fremstillede opløsninger, A og B, hvoraf den ene indeholder bromid og bromat, der tilsættes methylorange, og den anden indeholder syre og phenol. Endvidere er ionstyrken i begge opløsninger holdt konstant på 1,0 M ved tilsætning af natriumnitrat. Listen nedenfor viser karakteristika for de stamopløsninger, der anvendes til fremstilling af A og B-opløsningerne. Alle de nedenfor nævnte opløsninger fremstilles ved opløsning af nøjagtigt afvejede faste stoffer i vand i målekolbe. Fremstilling og analyse af stamopløsninger: Opløsning Fremstilling: 1 M natriumnitrat*: 21,25 g natriumnitrat opløses til 250,0 ml med vand 1 M natriumbromat*: 1,51 g natriumbromat opløses til 10,00 ml med vand 1 M natriumbromid: Findes forudfremstillet og indstillet 0,075 M phenol i 1 M natriumnitrat*: 0,01 % methylorange i 1 M natriumnitrat: 70 mg phenol afvejes i en 25 ml konisk kolbe og opløses i 10,00 ml 1 M natriumnitratopløsning Findes forudfremstillet 1 M salpetersyre: Findes forudfremstillet og indstillet *De nøjagtige koncentrationer beregnes fra de nøjagtigt afvejede masser. Anvendte molære masser: Natriumnitrat 85,01 g mol -1 Natriumbromat 150,91 g mol -1 Natriumbromid 102,91 g mol -1 Natriumbromid-vand (1/2) 138,95 g mol -1 Phenol 94,11 g mol -1 Reaktionen mellem bromid og bromat side 2 af 4 manan.dk 89

90 Procedure for fremstilling af reaktionsopløsninger: Målekolben skylles grundigt med rent vand, dernæst 2 gange med lidt 1 M natriumnitratopløsning. Opløsninger af de enkelte komponenter tilsættes ifølge skemaet nedenfor. Der fyldes til mærket med 1 M natriumnitrat. Skema over sammensætning af de enkelte reaktionsopløsninger: A-opløsninger: Opløsning 1 M natriumbromat 1 M natriumbromid 1 M natriumnitrat A-1 0,800 ml 2,000 ml til 20,00 ml A-2 0,100 ml 0,500 ml til 5,00 ml A-3 0,300 ml 0,500 ml til 5,00 ml A-4 0,500 ml 0,250 ml til 5,00 ml A-5 0,500 ml 0,750 ml til 5,00 ml B-opløsninger: Opløsning 1 M salpetersyre 0,075 M phenol 1 M natriumnitrat B-1 4,000 ml 0,800 ml til 20,00 ml B-2 1,000 ml 0,100 ml til 5,00 ml B-3 1,000 ml 0,300 ml til 5,00 ml B-4 1,500 ml 0,200 ml til 5,00 ml B-5 0,500 ml 0,200 ml til 5,00 ml Reaktionen mellem bromid og bromat side 3 af 4 manan.dk 90

91 Procedure for udførelse af et eksperiment: A- og B-opløsning termostateres ved 25 C. Der afpipetteres 1,00 ml A-opløsning i et stort centrifugeglas, som tilsættes 0,100 ml af methylorangeopløsningen. Opløsningen holdes stadig termostateret ved 25 C. 1,00 ml B-opløsning tilsættes hurtigt fra automatpipette, samtidigt med at stopuret startes. Reaktionsopløsningen holdes stadig termostateret ved 25 C. Stopuret standses når opløsningens røde farve er forsvundet, og tiden noteres. Forsøget gentages 2-3 gange. Måleskemaet viser hvilke eksperimenter der udføres Affaldsbehandling: Den færdigreagerede opløsning henstilles i stinkskab og tildryppes 1-2 dråber hydrogenperoxidopløsning til reduktion af bromat og dannet brom. Såfremt opløsningerne gulfarves tilsættes mere hydrogenperoxidopløsning. De færdigreagerede opløsninger kan hældes i vasken. Databehandling: Den simpleste metode til behandling af de opnåede data består i, for hvert af de udførte eksperimenter at beregne hastighedskonstanten ud fra den forløbne tid, Δt, og de kendte begyndelseskoncentrationer, c phenol, c bromat, c bromid og c syre : k= c phenol 2 3 t c bromat c bromid c syre Det skal her bemærkes, at de anvendte koncentrationer naturligvis refererer til de beregnede koncentrationer i den reagerende opløsning. Processens hastighedskonstant kan simplest beregnes som gennemsnittet af alle de individuelle konstanter. En mere nøjagtig bestemmelse kan man opnå, hvis man først udfører et skøn over usikkerheden på Δt, σ Δt, og herud fra bestemmer usikkerheden på de individuelle konstanter, σ k, udfra: k k t t Fra de således skønnede usikkerheder kan man beregne det vægtede gennemsnit, k, af alle de individuelle konstanter, k i, som: k= n k i i=1 2 k i n 1 i=1 2 k i hvor summationernes øvre grænse, n, er antallet af udførte eksperimenter. Reaktionen mellem bromid og bromat side 4 af 4 manan.dk 91

92 Separation ved ekstraktion Denne øvelse omhandler separation og identifikation af flere eller færre af komponenterne: Anilin Benzoesyre Naphtalen-2-ol Napthalen Separationerne udføres ved ligevægtsindstilling mellem en organisk fase, der består af heptan:ethylacetat i blandingsforholdet 9:1 (v/v), hvori komponenterne oprindeligt findes, og en vandig fase, der varieres fra stærkt sur til stærkt basisk. Først ligevægtsindstilles med 4 M saltsyre. Herved overføres anilin fra den organiske fase til den vandige fase som aniliniumioner, en overførsel betinget af, at aniliniumioner har en pk a - værdi på omkring 4,6 i vand. En efterfølgende ekstraktion med 1 M natriumhydrogencarbonat, hvori ph er omkring 8,3, medfører at benzoesyre, med en pk a -værdi på omkring 4,2 i vand, overføres til den vandige fase som benzoationer. En sluttelig ekstraktion med 2 M natriumhydroxid vil overføre naphtalen-2-ol, med en pk a - værdi omkring 9,5 i vand, til vandfasen. Under alle disse ekstraktioner forbliver naphtalen, der er aprot, i den organiske fase. Eksperimentel afdeling ( Udføres i stinkskab) Den udleverede opløsning er en heptan:ethylacetatblanding indeholdende flere eller færre af komponenterne: anilin, benzoesyre, naphtalen-2-ol og naphtalen. Denne organiske fase, omkring ml, anbringes i en 50 ml skilletragt. Kontroller først at hanen i bunden af tragten er lukket. Tilsæt dernæst 5 ml 4 M saltsyre, og sæt proppen i. Vend tragten medens der holdes på proppen og udlign overtrykket ved at åbne for hanen. Luk igen hanen, ryst tragten og luk med jævne mellemrum op for at trykudligne. Efter nogle minutters ekstraktion anbringes tragten så faserne tydeligt skilles. Tag proppen af tragten og luk den vandige fase ud i et lille bægerglas. Gentag ekstraktionen med en ny portion saltsyre. Den ny saltsyrefase forenes med den første. Den saltsure fase kan indeholde anilin som aniliniumioner. På helt tilsvarende måde ekstraheres den organiske fase med 2 5 ml 1 M natriumhydrogencarbonat. Natriumhydrogencarbonatfasen kan her indeholde benzoesyre som benzoationer. Sluttelig ekstraheres den organiske fase med 2 5 ml 2 M natriumhydroxid. Den vandige fase kan herefter indeholde naphtalen-2-ol i deprotoniseret form. Resultatet af disse ekstraktioner er altså tre vandige opløsninger, der kan indeholde henholdsvis protoniseret anilin, deprotoniseret benzoesyre eller deprotoniseret naphtalen-2- ol, og en organisk fase, der kan indeholde naphtalen. Separation ved ekstraktion Side 1 af 2 manan.dk 92

93 Identifikation af anilin. 2 dråber af den saltsure opløsning, der eventuelt kan indeholde anilin, køles i is/vand. Efter grundig afkøling tilsættes lidt fast natriumnitrit. Til denne opløsning sættes nu en afkølet opløsning af lidt fast naphtalen-2-ol i 2 dråber 2 M natriumhydroxid. Ved tilstedeværelse af anilin dannes et kraftigt rødt bundfald. NB: Afprøv først reaktionen på 2 dråber 1 M anilin i 4 M saltsyre. Identifikation af naphtalen-2-ol. 2 dråber 1 M anilin i 4 M saltsyre køles i is/vand. Efter grundig afkøling tilsættes lidt fast natriumnitrit. Der tilsættes nu 2 afkølede dråber af den natriumhydroxidopløsningen, der eventuelt kan indeholde naphtalen-2-ol. Ved tilstedeværelse af naphtalen-2-ol dannes et kraftigt rødt bundfald. NB: Afprøv først reaktionen på lidt fast naphtalen-2-ol opløst i 2 dråber 2 M natriumhydroxid. Identifikation af benzoesyre. Natriumhydrogencarbonatekstraktet gøres surt ved forsig, dråbevis, tilsætning af 4 M saltsyre til sur reaktion. Bemærk carbondioxidudviklingen! Dannes herved et hvidt bundfald er dette sandsynligvis benzoesyre. For at verificere identiteten af det fældede produkt køles blandingen i is/vand. Bundfaldet frafiltreres på en lille glasfiltertragt og vaskes en enkelt gang med lidt iskoldt vand. Efter lufttørring på urglas bestemmes smeltepunktet. Ren benzoesyre smelter ved 122 o C. Identifikation af naphtalen. Den organiske fase tørres ved tilsætning af en lille skefuld fast vandfrit natriumsulfat. Efter omrystning et par minutter dekanteres den organiske fase over i en rundbundet 25 ml slibkolbe. Solventet afdampes herefter i vacuum ved hjælp af en rotationsfordamper. En fast inddampningsrest med tydelig lugt af naphtalen identificerer dette. Alternativt kan smeltepunktet bestemmes. Ren naphtalen smelter ved 80 o C. Separation ved ekstraktion Side 2 af 2 manan.dk 93