Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Általános kémia laboratóriumi gyakorlat Segédanyag Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Általános kémia laboratóriumi gyakorlat Segédanyag Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék."— Előadás másolata:

1 Általános kémia laboratóriumi gyakorlat Segédanyag Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék

2 Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével Olvadáspont-mérés Forráspont-mérés Mérési gyakorlatokPreparatív gyakorlatok Sűrűségmérés Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel Desztilláció Szublimáció Komplex preparátum Fémoldás Csapadékos preparátum Átkristályosítás Elektrokémia Réz(I)-klorid preparátum Kettős só preparátum Válassz gyakorlatot! Általános tudnivalók

3 Ez a segédanyag a vegyész - és biomérnök hallgatók első féléves, Általános Kémiai Laboratóriumi Gyakorlatok című tárgyához készült. Tartalmazza a gyakorlatok során szükséges definíciókat, fizikai - kémiai alapokat, és a gyakorlatokon használt készülékek működési elvét. Reményeink szerint segíti majd a laborgyakorlatok előtti felkészülést. Az ábrák MS Office 2003-hoz készültek. Készítők: Dr. Kovács Ilona Terleczky Péter Ezúton szeretném megköszönni Dr. Wágner Ödön segítségét. Utolsó frissítés dátuma: Az esetleges hibákat, észrevételeket a címre várjuk. Köszönjük. KilépésFőoldalKövetkezőElőző

4 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Általános tudnivalók A gyakorlatok során a végzett munkát jegyzőkönyvben vezetjük. Külön füzetben vezetjük az elvégzett méréseket és a preparatív gyakorlatokat. A jegyzőkönyv kívánt formája egy A5 formátumú, kockás füzet. A füzeten szerepel a tulajdonos neve, asztalszáma, valamint az, hogy preparatív vagy mérési gyakorlatokat tartalmaz-e. A jegyzőkönyvvezetés formai követelményi a következők: - Cím. A mérés, preparátum címe. A füzet első oldalát üresen hagyjuk, új cím csak bal oldalra kerül. - Dátum. A címmel egy sorban, a margón helyezzük el a mérés megkezdésének napját. - Margó. A hallgatók és oktatók közti írásos kommunikációt szolgálja, azaz ide kerülnek a mérés közbeni aláírások, és a javítás közben a hibák. - A jegyzőkönyvben ezután szerepel a mérés leírása, a használt készülék rajza, az összes eredmény (pl. mérlegleolvasás), a végzett számítások, megfigyelések, és végül a beadott eredmény. Arról, hogy mi az elvárt minimum, az adott mérés végén szerepel tájékoztatás. - a beadott eredményeket bekeretezzük A formai követelmények figyelmen kívül hagyása büntetést von maga után. A következő oldalon bemutatunk egy mérési és egy preparatív jegyzőkönyvet.

5 Készülékrajz: Hőmérő Kapilláris Mikroégő Mérési eredmények: Karbamid olvadáspontja.: 1.: 120 ºC2.: 132 C 3.: 134 ºC Ismeretlen olvadáspontja: 1.: 65 ºC 2.: 72 ºC 3.: 74 ºC 4.: 74 ºC 5.: 76 ºC Megfigyelések: - az ismeretlen fehér kristályból megolvasztva halványsárga olvadék keletkezett - az ismeretlen első mérése során túl gyors volt a melegítés Számítások: ( )/4=74 Karbamid olvadáspontja: 133 °C Ismeretlen olvadáspontja: 74 °C Név Asztalszám (pl.: A/36) Mérési gyakorlatok Olvadáspont mérés Alapfogalmak Azt a hőmérsékletet, amelyen az anyag szilárd és folyadék fázisa egymással egyensúlyban van, olvadáshőmérsékletnek nevezzük. Az olvadáspont az a hőmérséklet, amelyen légköri nyomáson (101,325 kPa) az anyag szilárd és folyadék fázisa egymással egyensúlyban van. A mérés menete: - az ismeretlen anyagot ha szükséges, dörzsmozsárban elporítjuk, majd az egyik végén gondosan leforrasztott kapillárisba töltjük. - a kapillárist belehelyezzük az olvadáspont-mérő készülékbe úgy, hogy az anyag pont a higanyzsák előtt helyezkedjen el. - a mikroégővel melegítjük a készüléket, először kb. 10 ºC/perc sebességgel. Amikor a kristályok élei kezdenek megolvadni, feljegyezzük az olvadáspontot - kivesszük a megolvadt anyagot tartalmazó kapillárist, és a mért olvadáspont alá engedjük hűlni a készüléket (kb. 30 ºC- al). - az első, közelítő mérés után még három-öt mérést végzünk KilépésFőoldalKövetkezőElőző Általános tudnivalók Mintajegyzőkönyv:

6 Fémoldás Fe(II)-szulfát előállítása Alapfogalmak Az oldás az a folyamat, amelynek során az oldószer hatására kémiailag különböző (heterogén) komponensekből fizikailag homogén rendszer alakul ki. Fizikai oldásról beszélünk akkor, ha az oldás következtében az oldott anyag nem szenved kémiai változást. Szervetlen anyagok fizikai oldására általában alkalmas a víz. A kémiai oldás során ezzel szemben az oldott anyag és az oldószer közt kémiai reakció játszódik le. A kémiai oldást mindig fizikai oldásnak kell követnie, hogy a létrejövő oldat tiszta (átlátszó) legyen. A fémek általában savakban oldódnak, sóképződés közben. Az amfoter fémek (pl. alumínium, cink, ón) nem csak savakban, hanem lúgokban is oldódnak, hidroxo-komplex és hidrogéngáz keletkezésével. Reakcióegyenlet Fe+H 2 SO 4 + 7H 2 O→FeSO 4 ·7H 2 O+H 2 Recept 0,025 mol vasporhoz kiszámítjuk a szükséges mennyiségű kénsavat. A számított mennyiségűnél 10%-al több cc. savat mérünk egy mérőhengerbe. A vasreszeléket egy 300 ml-es Erlenmeyer lombikba töltjük,50 ml desztillált vizet öntünk rá, majd üvegbot mellett ráöntjük a savat. A lombikot vízfürdőre helyezzük. A fém feloldódása után az elegyet leszűrjük redős szűrőn, és kristályosító csészében kristályosítjuk. KilépésFőoldalKövetkezőElőző Általános tudnivalók Mintajegyzőkönyv: Fe 2 SO 4 ·7H 2 O B:103,85 g N: 3,61g T: 100,24 g %: A keletkezett kristályokat leszűrjük. A fém feloldódása után az elegyet leszűrjük redős szűrőn, és kristályosító csészében kristályosítjuk. A keletkezett kristályokat leszűrjük. Megfigyelések: - az oldás során az elegy színe halványzöldre vált - a lassú kristályosodás miatt az elegyet kristályosító csészében 1 hétig állni hagytam. Az oxidáció elkerülése végett vasszöget tettem az elegybe Számítások: 1,41 g kiindulási vas →0,025 mol A kristályvizes só moltömege 278,5 g/mol. Az elméleti kitermelés: 0,025·278,5=6,96 g A keletkezett kristályok tömege 3,61 g A kitermelés: Név Asztalszám (pl.: A/36) Preparatív gyakorlatok

7 Általános tudnivalók KilépésFőoldalKövetkezőElőző A félév során el kell készíteni egy-egy összegzést a kloridok, szulfátok, karbonátok és a nitrátok tulajdonságairól. Erre példa a következő jegyzőkönyv: Karbonátok A karbonátok a szénsavból levezethető sók. A szénsav (H 2 CO 3 ) kétértékű sav, szabályos sói a karbonátok, savanyú sói a hidrogén-karbonátok. A savanyú sók általában vízben oldhatóak, az alkálifémeken kívül minden fém szabályos karbonátja vízben oldhatatlan. Általános előállítás: -ioncserés reakcióval Me 2+ +Na 2 CO 3 → MeCO 3 +2Na + -CO 2 gáz oldatba vezetésével Me 2+ +CO 2 +H 2 O →MeCO3+2H + Kimutatásuk: 2H + +CO 3 2- →CO 2 ↑+H 2 O CO 2 +Ba(OH) 2 →BaCO 3 ↓+H 2 O Színeik: CaCO 3 fehér SrCO 3 fehér BaCO 3 fehér Na 2 CO 3 fehér CuCO 3 zöld CoCO 3 lila NiCO 3 almazöld ZnCO 3 fehér PbCO 3 fehér

8 Kilépés Csapadékos preparátum FőoldalKövetkezőElőző Csapadéknak nevezzük azokat az anyagokat, amelyek adott oldószerben adott hőmérsékleten rosszul oldódnak. A csapadékleválasztás az a folyamat, melynek során szilárd halmazállapotú oldhatatlan termék válik le a tiszta oldatból. A csapadék öregítése céljából a leválasztott csapadékot tartalmazó oldatot vízfürdőn melegítjük; ekkor lezajlik a kezdetben leváló finom (kolloid) szemcsék összeállása nagyobb szemcsékké. Ekkor végbemegy a zavaros oldatból a csapadék ülepedése is. A dekantálás az a folyamat, amely során a leülepedett csapadékról a folyadék tisztáját leöntjük. A gyakorlat során cink-karbonátot (ZnCO 3 ), magnézium-karbonátot (MgCO 3 ), kalcium-karbonátot (CaCO 3 ), kobalt-karbonátot (CoCO 3 ) vagy bázisos réz-karbonátot (CuCO 3 ·Cu(OH) 2 ) kell előállítani. Arról, hogy melyiket, a kiadott laborprogram ad tájékoztatást.

9 Kilépés Csapadékos preparátum FőoldalKövetkezőElőző A preparátum készítésének menete: - lemérjük a kapott kiindulási anyagot táramérlegen, egy főzőpohár segítségével: először letárázzuk a főzőpoharat, majd beleöntjük a mérendő anyagot. - kiszámítjuk,mennyi Na 2 CO 3 szükséges a reakcióhoz, ehhez képest 20 % felesleget mérünk egy főzőpohárba - desztillált vízzel melegítés közben oldatot készítünk a kiindulási anyagból és a Na 2 CO 3 -ból - összeöntjük a két oldatot, majd a levált csapadékot tartalmazó főzőpoharat vízfürdőre helyezzük 1-2 órára, hogy öregedjen a csapadék - összeállítunk egy vákuum szűrőt, majd leszűrjük az anyagot. A már szűrőn lévő csapadékot lehetőség szerint anyalúggal, vagy deszt. vízzel átmossuk; a szűrletből ionmentességet vizsgálunk - a csapadékot porcelán tálban 105 ºC-os szárítószekrénybe helyezzük,és hagyjuk kiszáradni Általános reakcióegyenlet karbonátok előállítására ioncserés reakcióval:

10 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Büchner-tölcsér Szívópalack Vákuumcsonk Gumi kónusz A szűrés meggyorsítására alkalmazhatunk vákuumszűrést. Ekkor az alábbi ábrán látható készüléket állítjuk össze. A Büchner-tölcsérbe szűrőpapírt helyezünk, amely éppen lefedi a tölcsér összes lyukát (különben a szűrendő anyag is átjut), és nem túl nagy, tehát nem hajlik fel a tölcsér falára (a felhajló papír és a tölcsér pereme közti részen szintén szűrés nélkül halad át a folyadék). A szűrés megkezdése előtt célszerű egy kevés desztillált vízzel megnedvesíteni a papírt, hogy rátapadjon a tölcsérre. A szívópalackot használat előtt célszerű kimosni, hogy a belefolyó anyalúgot később felhasználhassuk. A készüléket minden esetben rögzíteni kell egy fogó és egy dió segítségével vagy szűrőállványhoz, vagy pedig az asztalokon lévő rúdhoz. A vákuumcsonk egy vákuumszivattyúhoz tartozik, amely többféle típusú lehet; az általános kémia gyakorlatban vízsugár- szivattyút alkalmazunk, amit a következő oldalon mutatunk be. A készülék megbontása mindig a vákuumcsonknál történik, még működő szivattyúval, így elkerülhető, hogy a palack „visszaszívjon”, és az anyalúg beszennyeződjön. Csapadékos preparátum

11 KilépésFőoldalKövetkezőElőző A következő ábrán egy vízsugár-vákuumszivattyú működési elvét mutatjuk be. A készülék lényegében egy üvegcső, amelynek belsejében egy rövidebb üvegcső fut, amin a víz beáramlik. A szerkezet a vákuumcsonkra szerelt gumicsővel csatlakozik az előző oldalon látott szűrőberendezéshez. A működési elv a következő: az áramló vízsugár magával ragadja a levegő részecskéit. A létrehozható legjobb vákuum mértéke megegyezik a víz adott hőmérsékleten mért tenziójával (egyensúlyi gőznyomásával). Ennek oka, hogy amennyiben már minden levegőt kiszivattyúztunk a vákuumcsonkra csatlakozó edényből, akkor is lesz a gőztérben vízpára, amelynek parciális nyomása az áramló vízzel egyensúlyt tartó gőz nyomásával egyenlő. A valóságban (a készülék nem tökéletes szigetelése miatt) ennél csak rosszabb vákuumot (nagyobb nyomást) tudunk létrehozni. Csapadékos preparátum

12 Kilépés Csapadékos preparátum FőoldalKövetkezőElőző Ionmentességi vizsgálat: a csapadék tisztaságát igazolni kell; nem lehet benne kimutatható a kiindulási anyag. Ezért a tölcsérből éppen lecsöpögő mosófolyadékot kémcsőbe gyűjtjük, és vizsgáljuk a kiindulási anyag anionjára, klorid ionra AgNO 3 reagenssel, salétromsavas közegben. A megjelenő jellegzetes, fehér, túrós csapadék klorid ionok jelenlétét mutatja. A salétromsav azért szükséges, mert az ezüst ionok a karbonát ionokkal is fehér csapadékot képeznek, ez azonban salétromsavban feloldódik. A csapadékképzés reakcióegyenlete:

13 Számítások: - a csapadékképzés során a nátrium-karbonátot feleslegben adagoltuk, így a másik sóképző mólszámával számítunk kitermelést A kiindulási anyag mólszáma: n kiind M kiind : a kiindulási anyag móltömege m kiind : a kiindulási anyag tömege A keletkezett anyag mólszáma: n keletkezett Kitermelési százalék: Beadandók: - a csapadékképzési reakció reakcióegyenlete - elvégzett ionmentesség-vizsgálat (oktató jelenlétében elvégezve, aláíratva) - karbonátok tulajdonságai: előállítás, karbonát-vegyületek színei, kimutatás (az elvégzett reakció, oktatóval aláíratva, a kimutatáshoz használt készülék rajza,), - a beadott anyag és adatai (szerepeljen az anyag tárolóedényén is): B (bruttó tömeg, anyag + tároló); N (nettó tömeg, az anyag tömege); T (tára, a tároló tömege); % (a fent számított kitermelés) - megfigyelések Kilépés Csapadékos preparátum FőoldalKövetkezőElőző

14 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző A desztilláció olyan elválasztási művelet, amely során egy elegy alkotóit forráspont különbség alapján választjuk szét. Alkalmazható, ha a szétválasztani kívánt komponensek forráspontja eléggé (10-15°C) különböző, vagy valamelyik nem illékony. A frakcionált desztilláció során különböző hőmérsékleteken végezzük az elválasztást, és az egyes hőmérsékletekhez tartozó desztillátumok (frakciók) más-más arányban tartalmazzák az egyes összetevőket. A gőztenzió (egyensúlyi gőznyomás) az a nyomás, amit egyensúlyi állapotban az anyag elpárolgó gőze hoz létre. A gőztenzió függ a hőmérséklettől: az a hőmérséklet, amelyen eléri a külső nyomást a forráshőmérséklet. Azt a hőmérsékletet, amelyen a tenzió eléri a 101,325 kPa-t, forráspontnak nevezzük. Az anyag egyensúlyi állapotait és ezek átalakulásait a nyomás és a hőmérséklet függvényében fázisdiagramon ábrázoljuk.

15 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző Az alábbi ábra általános példa egy egykomponensű, tiszta anyag fázisdiagramjára. Az abszcissza (x) tengely a hőmérséklet, az ordináta (y) tengely a nyomás. Az egyes tartományok az adott nyomáson és hőmérsékleten stabil anyagformát (fázist) mutatják. A görbék egyensúlyi állapotokat jelölnek: - forráspont görbe - szublimációs görbe - olvadáspont görbe Az egyes görbék meredeksége információt ad az egyensúlyi hőmérséklet nyomásfüggéséről; minél meredekebb a görbe, annál kisebb a nyomásfüggés. A diagram nevezetes pontjai: - hármaspont: mindhárom fázis egyensúlyban van - kritikus pont: efölött nem vihető a gáz állapot folyadék fázisba sem a nyomás, sem a hőmérséklet növelésével; az anyag fluid állapotú lesz. T p szilárd folyadék gáz fluid

16 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző A következő ábrán egy forráspont - összetétel görbe (halgörbe) látható kétkomponensű, ideális elegyre. Mindkét ordináta forráshőmérséklet, az abszcissza összetétel móltörtben. A móltört számítása „m” db komponensből álló elegyre a következő: Kétkomponensű elegyre: Belátható, hogy: ha n B =0, akkor x B =0 (tiszta A anyag) és ha n B =0, akkor x B =1 (tiszta B anyag) xBxB 0 1 TT T fp,A T fp,B

17 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző A diagramon két görbe látható: - forráspont-görbe: az a hőmérséklet, ahol az adott összetételű elegy forrni kezd - harmatpont-görbe: az a hőmérséklet, ahol az adott összetételű elegy teljes mértékben gázzá alakul (visszafelé: az a hőmérséklet, ahol ilyen összetételű gőzelegyet hűtve az első csepp kondenzátum megjelenik, innen a név) xBxB 0 1 TT T fp,A T fp,B A diagramból leolvasható, hogy adott összetételű folyadékkal milyen összetételű gőz tart egyensúlyt; a gőz fázisban feldúsul az illékonyabb komponens, ezt térben elkülönítve és lekondenzáltatva kapjuk az illékonyabb komponensben gazdag desztillátumot. A forráspont-görbe alatti tartományban csak folyadék fázis van (Likvidusz), a két görbe között folyadék és gőz (Vapor+Likvidusz), a harmatpont görbe felett csak gőz van (Vapor) L V V+L x elegy x desztilátum

18 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző Eddig ideális elegyek tulajdonságait tárgyaltuk. Léteznek azonban nemideális elegyek, amelyek speciális viselkedést mutathatnak. Ha az elegy harmatpont-görbéje érinti a forráspont-görbéjét, akkor azeotróp elegyről beszélünk. Az érintési pontban mindkét függvénynek szélsőértéke van; ez alapján megkülönböztetünk maximális és minimális forráspontú azeotrópokat.

19 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző Készülékrajz: desztilláló készülék hőmérő Hoffmann-hűtő gólyaorr mérőhenger (desztillátumszedő) gömblombik (desztillálandó + forrkő) Bunsen-égő hűtővíz be hűtővíz ki A desztilláló lombikba a desztillálandó mintát és forrkövet helyezünk. Ez utóbbi feladata a forrás megkönnyítése. Ezek közös jellemzője, hogy sok gázt tartalmaznak a felületükön vagy üregeikben, amely a melegítés hatására buborékként eltávozik, keverve az oldatot. A hűtővíz megfelelő bekötése nagyon fontos: az ábrán látható módon (ellenáramban) a víz megtölti a Hoffmann-hűtőt, és a hűtő teljes felületén zajlik a hőcsere. Gondoljuk meg, ha fentről lefelé áramolna a víz, akkor gyorsan végigcsorogna a hűtőn, és nem a teljes felületen folyna a desztillátum gőz hűtése.

20 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző A desztilláció menete: - lemérjük a kapott kiindulási anyag térfogatát egy mérőhenger segítségével - a kiindulási elegyet, amely víz és egy színes anyag keveréke, betöltjük a desztilláló lombikba, és forrkövet helyezünk bele - miután az összeszerelt készüléket bemutattuk a mérésvezetőnek, elindítjuk a hűtővíz keringését, és meggyújtjuk a Bunsen-égőt. Kerüljük a túl gyors melegítést, ekkor a hirtelen meginduló forrás miatt áthabozhat az elegy a hűtőbe, ahonnan a szedőbe jut. Ügyeljünk arra, hogy ne hevítsük nagyon magas hőmérsékletre (jelen esetben kb. 110 ºC fölé) az elegyet, mert ekkor minden komponens átjut a szedőbe - az első csepp desztillátum megjelenésekor leolvassuk a hőmérsékletet, és ugyanígy minden 5 cm 3 lecsöpögött desztillátum után is - a desztillációt kb. 90cm 3 desztillátumig folytatjuk. Nem szabad szárazra párolni, mert akkor a kiindulási elegy jelenik meg a szedőben (a szennyező is)

21 Kilépés Desztilláció FőoldalKövetkezőElőző Számítások: A leolvasott barométeradatokból kiszámítjuk a légköri nyomást. A hőmérséklet ismeretében korrigáljuk a higany hőtágulásából eredő tagot. A barométer mellett szereplő képletet használjuk. Kitermelés számítása: V kiindulási : a kiindulási elegytérfogat V desztillátum : a desztillátum térfogata Desztillációs görbe: az első csepp desztillátum megjelenésekor leolvassuk és jegyzőkönyvben rögzítjük a hőmérsékletet, és az ezt követő minden 5cm 3 desztillátum után is. A mért adatokat milliméterpapíron ábrázoljuk (x tengelyen a desztillátum térfogata, y tengelyen a leolvasott hőmérséklet). Beadandók: - leolvasott értékek (p,T), és az ezekből számított légköri nyomás (kPa), - desztillációs görbe ábrázolva milliméterpapíron - desztillátum és adatai (kiindulási térfogat, desztillátum térfogata, kitermelési százalék) - készülékrajz - megfigyelések

22 Kilépés Szublimáció FőoldalKövetkezőElőző A szublimáció az a folyamat, mely során az anyag szilárd halmazállapotból gáz halmazállapotú lesz, a folyadék halmazállapot kihagyásával. Az így képződő gőzök hűtés hatására (a folyadék halmazállapot kihagyásával) közvetlenül szilárd, kristályos állapotban csapódnak le. A szublimáció terméke a szublimátum. Könnyen szublimáló anyagok azok, amelyek kristályaiban a molekulák közt gyenge másodlagos kölcsönhatás van. Más megfogalmazásban a molekularácsos anyagok szublimálhatók. A szublimáló anyagoknak magas az egyensúlyi gőznyomásuk, azaz a gőztérben viszonylag nagy mennyiségű anyag tart egyensúlyt a szilárd fázisú formával. (A gőztenzió (egyensúlyi gőznyomás) az a nyomás, amit egyensúlyi állapotban az anyag elpárolgó gőze hoz létre.) Szublimálható anyagok közül ismertek szerves (kámfor, naftalin) és szervetlen anyagok (elemek: jód, kén; nemfém-oxidok és kloridok: kén(IV)-oxid, foszfor(V)-oxid, arzén(III)-oxid, foszfor(V)-klorid; kovalens kötésű fém-kloridok: vízmentes alumínium(III)-klorid, króm(III)-klorid )

23 Kilépés Szublimáció FőoldalKövetkezőElőző Az alábbi ábra általános példa egy egykomponensű, tiszta anyag fázisdiagramjára. Az abszcissza (x) tengely a hőmérséklet, az ordináta (y) tengely a nyomás. Az egyes tartományok az adott nyomáson és hőmérsékleten stabil anyagformát (fázist) mutatják. A görbék egyensúlyi állapotokat jelölnek: - forráspont görbe - szublimációs görbe - olvadáspont görbe Az egyes görbék meredeksége információt ad az egyensúlyi hőmérséklet nyomásfüggéséről; minél meredekebb a görbe, annál kisebb a nyomásfüggés. A diagram nevezetes pontjai: - hármaspont: mindhárom fázis egyensúlyban van - kritikus pont: efölött nem vihető a gáz állapot folyadék fázisba sem a nyomás, sem a hőmérséklet növelésével; az anyag fluid állapotú lesz. T p szilárd folyadék gáz fluid

24 Kilépés Szublimáció FőoldalKövetkezőElőző Készülékrajz: szublimáló készülék bothűtő (rajta a levált szublimátum) hőmérő olajfürdő levegőztető nyílás Bunsen-égő hűtővíz be hűtővíz ki A szublimáló készüléket közvetve melegítjük, olajfürdő segítségével. A szilikonolaj éghető, és nem szabad, hogy víz kerüljön bele; ekkor a hirtelen felforró víz szétfröccsentené az olajat. Ha zárt lenne a készülék, az esetleg kialakuló túlnyomás szétrobbanthatná. Ezért van a bothűtő mellett egy légzőnyílás, így mindig légköri nyomás uralkodik a készülékben. A hűtővíz megfelelő bekötése az ábrán látható módon történik, így a víz megtölti a bothűtőt, és a hűtő teljes felületén zajlik a hőcsere. Ha fentről lefelé áramolna a víz, akkor gyorsan megtöltené a hűtőt, és nem tudna kifolyni a kisebb méretű középső csövön.

25 Kilépés Szublimáció FőoldalKövetkezőElőző A szublimáció menete: - lemérjük a kapott kiindulási anyag (nem illékony szennyezővel kevert kámfor) tömegét táramérlegen: lemérjük zacskóban az anyagot, beletöltjük a szublimáló készülékbe, és visszamérjük az üres zacskót. A két mért tömeg különbsége a kiindulási anyag tömege. - miután az összeszerelt készüléket bemutattuk a mérésvezetőnek, elindítjuk a hűtővíz keringését, és meggyújtjuk a Bunsen-égőt. - ha elég szublimátum vált le a bothűtőre, kiemeljük a készülékből, és lekaparjuk egy előkészített, ismert tömegű táraedénybe. Ezalatt a készülékre egy óraüveget helyezünk, hogy ne távozzanak el a kámforgőzök. - ha már láthatóan nem maradt kámfor a készülék alján, megszüntetjük a fűtést, leállítjuk a hűtővizet. A szétszedett készüléket kitisztítjuk egy száraz ronggyal, vagy papírdarabbal. Vízzel tilos kimosni a készüléket: a bothűtőn megmaradó vékony vízréteg miatt használhatatlan lesz. A vízfilm ugyanis nem oldja a kámfort, és akadályozza, hogy megtapadjon a bothűtőn: visszaesik a szennyezett anyagba.

26 Kilépés Szublimáció FőoldalKövetkezőElőző Számítások: A leolvasott barométeradatokból kiszámítjuk a légköri nyomást. A hőmérséklet ismeretében korrigáljuk a higany hőtágulásából eredő tagot. A barométer mellett szereplő képletet használjuk. Kitermelés számítása: m kiindulási : a kiindulási elegytérfogat m szublimátum : a desztillátum térfogata Beadandók: - leolvasott értékek (p, T) és az ezekből számított légköri nyomás (kPa), - szublimátum és adatai (Bruttó tömeg, Nettó tömeg, Tára tömeg, kitermelési százalék) - készülékrajz - megfigyelések

27 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző Kristályosításnak nevezzük azt a folyamatot, amely során valamely oldat betöményítése után a benne oldott anyag szilárd kristályos formában kiválik. A tisztítási céllal végzett kristályosítást nevezzük átkristályosításnak. Vízoldható anyagunkat oldhatatlan szennyeződéstől megtisztíthatjuk úgy, hogy feloldjuk, leszűrjük, majd kristályosítjuk. Ha anyagunk oldható, de a kívánt anyagtól jelentősen eltérő oldhatóságú szennyeződést tartalmaz, akkor az oldhatóság-különbségen alapuló frakcionált kristályosítást kell végeznünk: ekkor a készített oldatunkat bepároljuk, és a folyamatosan kiváló kristályokat időnként elválasztjuk az oldattól. Az egyes részletekben (frakcióban) a különböző oldhatóságú anyagok feldúsulnak. Ha valamilyen szerves (általában színes) szennyezőt akarunk eltávolítani, az oldathoz aktív szenet adunk, felmelegítjük, majd az aktív szenet kiszűrjük. Ezt a műveletet nevezzük derítésnek. A tisztításon kívül lehet az átkristályosítás célja, hogy csúnya, töredezett kristályokból (esetleg porból) szép, analitikai célokra alkalmas kristályokat kapjunk.

28 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző A kristályosodási folyamat két lépésből áll: gócképződéből, amikor nagyon kis szemcsék alakulnak ki, és a gócnövekedésből, amikor a már képződött szemcsék mérete növekszik. Attól függ szabályozható a két folyamat sebessége, hogy mennyire gyors a bepárlás (az oldószer elpárologtatása). Így befolyásolható a keletkező kristályok mérete. Ha gyors a bepárlás, akkor gyorsabb a gócképződési lépés, sok apró kristály keletkezik. A túl apró kristályok hátránya, hogy a felületükön sok anyalúgot kötnek meg (adszorpció). Különleges esetben annyira apró (kolloid) szemcsék keletkeznek, hogy a várt kristályok helyett gélt kapunk. A lassú bepárlás esetén a gócnövekedés lesz a gyorsabb folyamat, kevés, nagy méretű kristályt kapunk. A túl nagy kristályok hátránya, hogy zárványként sok anyalúgot tartalmaznak. Sok szervetlen só tartalmaz kristályvizet: ez a kristályrácsba beépülő vízmolekulát jelenti. Jelölése a következő: (vízmentes anyag)·(vizek száma). pl.: Cu(NO 3 ) 2 ·3H 2 O A kristályvizek számától függhet az anyag színe, például a vízmentes réz-nitrát fehér por, a kristályvizes pedig mélykék színű. A kristályvíz hevítésre eltávozik, ezért a kristályvizet tartalmazó anyagokat nem szárítjuk szárítószekrényben; a nedves kristályokat szűrőpapír közé helyezve szárítjuk meg.

29 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző A preparátum készítése során, és általában a laboratóriumi műveletek során gyakran kell szűrnünk. A szűrés egy elválasztási művelet: egy folyadékból választjuk el a szilárd alkotókat. Ez a szilárd alkotó lehet szennyezés, vagy az éppen kinyerni kívánt csapadék vagy kristály. Ettől függően más-más módszerrel szűrünk. A szűrést végezhetjük szűrőpapír és tölcsér segítségével, vagy üvegszűrőn. Az üvegszűrőt akkor alkalmazzuk, ha a szűrt anyag reagálna a papírral (pl. ammóniaoldat), vagy a leszűrendő szilárd anyag nagyon kis szemcseméretű. Az üvegszűrők szűrőképességét G-vel és egy számmal jelölik; pl. a G4 üvegszűrő kisebb szemcséket tud kiszűrni, mint a G3-as. A szűrőpapírt is többféleképpen alkalmazhatjuk. A sima papír egy egyszerűen hajtott tölcsér, amit az üvegtölcsérbe illesztünk. Ezzel lassú a szűrés, akkor használjuk, ha nem válik ki az oldatból értékes anyag, és szükségünk van a kiszűrt anyagra és a szűrletre is.

30 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző Redős szűrőt akkor alkalmazunk, ha gyorsan akarunk szűrni, és nincs szükségünk a kiszűrt anyagra. Nagyobb a felülete, mint egy sima szűrőnek. A következőképp hajtogatjuk: - egy közel négyzet alakú szűrőpapírdarabot többször félbehajtunk - a papír szélét levágjuk ívesen (ne legyen sarkos a szűrő). A vágás előtt mérjük az üvegtölcsér nagyságához; úgy kell elvágni, hogy a kész szűrő pereme a tölcsér peremén ne lógjon túl, kb. 0,5 cm-el alá érjen majd. - a tölcsért kifordítjuk, hogy a tiszta (eddig nem fogdosott) oldala nézzen majd a lecsöpögő oldat felé, így nem szennyezzük be a szűrletet

31 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző A következő ábrán egy egyszerű szűrőállvány látható. Egy szűrőkarikát rögzítünk a Bunsen-állványra, beleillesztjük az üvegtölcsért, majd belehelyezünk egy redős szűrőpapírt. A tölcsért ezelőtt pár percig fejjel lefelé fordítva vízfürdőre helyezzük, hogy felmelegedjen, így nem fog lehűlni a vele érintkező oldat, nem fog a tölcsér falán kiválni kristály. A szűrés előtt felmelegítjük a szűrni kívánt oldatot, szintén azért, hogy ne váljon ki kristály a tölcsérben, és hogy ne maradjon anyag a főzőpohárban. Bunsen-állvány szűrőkarika üvegtölcsér kristályosító csésze (szűrlet) A szűrés gyorsabb, ha a tölcsér szárának vége hozzáér a kristályosító csésze falához, mert ekkor nem csöpög, hanem folyik a szűrlet, nem alakul ki levegődugó a tölcsér szárában. A kristályosító csésze mérete ne legyen túl nagy, sem túl kicsi a szűrlet mennyiségéhez mérten. Ideális az 1-2 cm magas folyadékréteg.

32 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző Büchner-tölcsér Szívópalack Vákuumcsonk Gumi kónusz A szűrés meggyorsítására alkalmazhatunk vákuumszűrést. Ekkor az alábbi ábrán látható készüléket állítjuk össze. A Büchner-tölcsérbe szűrőpapírt helyezünk, amely éppen lefedi a tölcsér összes lyukát (különben a szűrendő anyag is átjut), és nem túl nagy, tehát nem hajlik fel a tölcsér falára (a felhajló papír és a tölcsér pereme közti részen szintén szűrés nélkül halad át a folyadék). A szűrés megkezdése előtt célszerű egy kevés desztillált vízzel megnedvesíteni a papírt, hogy rátapadjon a tölcsérre. A szívópalackot használat előtt célszerű kimosni, hogy a belefolyó anyalúgot később felhasználhassuk. A készüléket minden esetben rögzíteni kell egy fogó és egy dió segítségével vagy szűrőállványhoz, vagy pedig az asztalokon lévő rúdhoz. A vákuumcsonk egy vákuumszivattyúhoz tartozik, amely többféle típusú lehet; az általános kémia gyakorlatban vízsugár- szivattyút alkalmazunk, amit a következő oldalon mutatunk be. A készülék megbontása mindig a vákuumcsonknál történik, még működő szivattyúval, így elkerülhető, hogy a palack „visszaszívjon”, és az anyalúg beszennyeződjön.

33 KilépésFőoldalKövetkezőElőző A következő ábrán egy vízsugár-vákuumszivattyú működési elvét mutatjuk be. A készülék lényegében egy üvegcső, amelynek belsejében egy rövidebb üvegcső fut, amin a víz beáramlik. A szerkezet a vákuumcsonkra szerelt gumicsővel csatlakozik az előző oldalon látott szűrőberendezéshez. A működési elv a következő: az áramló vízsugár magával ragadja a levegő részecskéit. A létrehozható legjobb vákuum mértéke megegyezik a víz adott hőmérsékleten mért tenziójával (egyensúlyi gőznyomásával). Ennek oka, hogy amennyiben már minden levegőt kiszivattyúztunk a vákuumcsonkra csatlakozó edényből, akkor is lesz a gőztérben vízpára, amelynek parciális nyomása az áramló vízzel egyensúlyt tartó gőz nyomásával egyenlő. A valóságban (a készülék nem tökéletes szigetelése miatt) ennél csak rosszabb vákuumot (nagyobb nyomást) tudunk létrehozni.

34 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző Az átkristályosítás menete: - lemérjük a kapott kiindulási anyagot (nem vízoldható szennyezővel kevert anyag) táramérlegen, egy főzőpohárban: először letárázzuk a főzőpoharat, majd beleöntjük a mérendő anyagot. - kiszámítjuk, mennyi desztillált vízben oldódna az anyag 80 °C-on - egy vasháromlábra dróthálót helyezünk, alá pedig egy Bunsen-égőt. A hálóra feltesszük az anyagunkat tartalmazó főzőpoharat, és beleöntjük a számított mennyiséghez képest feleslegben desztillát vizet. Meggyújtjuk az égőt, és kevergetés közben feloldjuk az anyagot. - összeállítunk egy szűrőállványt, és redős szűrőn keresztül egy kristályosító csészébe szűrjük az oldatunkat - a kristályosító csészét vízfürdőre helyezzük a folyadék felszínén megjelenő kristályhártya megjelenéséig. Ekkor levesszük az oldatunkat a vízfürdőről, hagyjuk lehűlni, és a kivált kristályokat Büchner-tölcséren leszűrve összegyűjtjük. - a leszűrt kristályokat óvatosan megszárítjuk szűrőpapír közt - a kitermelés javítására az anyalúgot újra bepárolhatjuk vízfürdőn

35 Kilépés Átkristályosítás FőoldalKövetkezőElőző Számítások: - az átkristályosítás során számítani kell az anyag oldhatóságából a hozzáadott desztillált víz mennyiségét. A víz mennyisége függ attól, hogy a kiindulási anyag tartalmaz-e kristályvizet. Az oldhatóságot 80 ºC-ra kell számítani, az adat megtalálható táblázatban a laborjegyzetben, vagy diagramként a laboratóriumban kifüggesztve. A következő példában 10 gramm olyan kristályvizes réz-nitrátra mutatjuk be a számításokat, amikor a kiindulási anyagban 1, a termékben pedig 6 kristályvízzel szerepel. A vízmentes só móltömege: 187,5 g/mol A vízmentes réz-nitrát oldhatósága 80 ºC-on 212,5 g/ 100 g víz. Ez alapján: Az egy kristályvizet tartalmazó só móltömege: 205,5 g/mol A 10 gramm egy kristályvizet tartalmazó só mólszáma: A 10 gramm 1 kristályvizes só tehát megfelel: vízmentes sónak. vízre van szükség azonban a kiindulási anyag már tartalmaz 1 kristályvizet, ami 0,87 g. A szükséges víz így:

36 Kilépés Átkristályosítás Számítások: az előző példát folytatva, tegyük fel, hogy a kristályosítás végén 6 gramm anyagot sikerült kinyernünk. Mivel a kristályok immár 6 kristályvizet tartalmaznak, ezért az anyag móltömege: 295,5 g/mol Mólszáma: Az előbb számított kiindulási mólszám segítségével számítható a kitermelés: Beadandók: - számítások - az átkristályosított anyag anionjának tulajdonságai (előállítás, kimutatás, színek) - az átkristályosított anyag oldhatósági görbéje - a beadott anyag és adatai (szerepeljen az anyag tárolóedényén is): B (bruttó tömeg, anyag + tároló); N (nettó tömeg, az anyag tömege); T (tára, a tároló tömege); % (a fent számított kitermelés) - megfigyelések FőoldalKövetkezőElőző

37 Kilépés Fémoldás FőoldalKövetkezőElőző Általánosan oldatnak nevezik kémiailag különböző anyagok fizikailag homogén elegyeit, amelyekben az alkotók keveredése elérheti a molekuláris szintet is. Így az oldott anyag és az oldószer halmazállapota szerint sokféle oldatfajta létezik: az általános, folyadékban oldott szilárd anyag, folyadékban oldott folyadék, folyadékban oldott gáz, egyes fémötvözetek (szilárd oldat), szilárd anyagban oldott gáz (pl. platinában oldott hidrogén). Szűkebb értelemben oldatnak nevezzük az olyan két- vagy többkomponensű folyékony fázisú rendszereket, amelyben az egyik komponensnek, az oldószernek kitüntetett szerepe van. Az oldószer mennyisége az oldott anyaghoz képest rendszerint nagyobb. Az oldás az a folyamat, amelynek során az oldószer hatására kémiailag különböző (heterogén) komponensekből fizikailag homogén rendszer alakul ki. Az oldás lehet fizikai vagy kémiai folyamat. Fizikai oldásról beszélünk akkor, ha az oldás következtében az oldott anyag nem szenved kémiai változást. Szervetlen anyagok fizikai oldására általában alkalmas a víz. A kémiai oldás során ezzel szemben az oldott anyag és az oldószer közt kémiai reakció játszódik le. A kémiai oldást mindig fizikai oldásnak kell követnie, hogy a létrejövő oldat tiszta (átlátszó) legyen.

38 Kilépés Fémoldás FőoldalKövetkezőElőző A kémiai oldás során a fizikailag oldhatatlan vegyületek, elemek sav vagy lúg hatására vízben, illetve más oldószerben fizikailag oldható vegyületté alakulnak. Az elemek kémiai oldódása mindig redoxi reakció. A fémek általában savakban oldódnak, sóképződés közben. A fémek kémiai oldhatóságáról információt ad az elektrokémiai standardpotenciál. A hidrogénnél negatívabb standardpotenciálú fémek (pl. alkálifémek, alkáliföldfémek, cink, vas, nikkel) képesek a hidrogént felszabadítani vegyületeiből, így nem oxidáló savakban is oldódnak a megfelelő só és hidrogéngáz fejlődése közben. A hidrogénnél pozitívabb standardpotenciálú fémek (pl. réz, nemesfémek) nem képesek a hidrogént felszabadítani vegyületeiből, így csak oxidáló savakban oldódnak. Az amfoter fémek (pl. alumínium, cink, ón) nem csak savakban, hanem lúgokban is oldódnak, hidroxo-komplex és hidrogéngáz keletkezésével. A fémeket csak olyan savban lehet feloldani, amelynek savmaradékával vízben oldható sót képez. Példa: az ólom standardpotenciálja negatív (ε Pb/Pb 2+ = -0,13V) mégsem oldható sósavban, mert a felületen kialakuló ólom-klorid nem vízoldható. Tömény kénsavval (bár oxidáló hatású sav) sem tapasztalunk oldódást, mert az ólom-szulfát is rosszul oldódó só. A tömény kénsav így passziválja az ólmot. Az ólom oldható viszont salétromsavban és tömény nátrium-hidroxidban is (tehát amfoter).

39 KilépésFőoldalKövetkezőElőző A preparátum készítése során, és általában a laboratóriumi műveletek során gyakran kell szűrnünk. A szűrés egy elválasztási művelet: egy folyadékból választjuk el a szilárd alkotókat. Ez a szilárd alkotó lehet szennyezés, vagy az éppen kinyerni kívánt csapadék vagy kristály. Ettől függően más-más módszerrel szűrünk. A szűrést végezhetjük szűrőpapír és tölcsér segítségével, vagy üvegszűrőn. Az üvegszűrőt akkor alkalmazzuk, ha a szűrt anyag reagálna a papírral (pl. ammóniaoldat), vagy a leszűrendő szilárd anyag nagyon kis szemcseméretű. Az üvegszűrők szűrőképességét G-vel és egy számmal jelölik; pl. a G4 üvegszűrő kisebb szemcséket tud kiszűrni, mint a G3-as. A szűrőpapírt is többféleképpen alkalmazhatjuk. A sima papír egy egyszerűen hajtott tölcsér, amit az üvegtölcsérbe illesztünk. Ezzel lassú a szűrés, akkor használjuk, ha nem válik ki az oldatból értékes anyag, és szükségünk van a kiszűrt anyagra és a szűrletre is. Fémoldás

40 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Fémoldás Redős szűrőt akkor alkalmazunk, ha gyorsan akarunk szűrni, és nincs szükségünk a kiszűrt anyagra. Nagyobb a felülete, mint egy sima szűrőnek. A következőképp hajtogatjuk: - egy közel négyzet alakú szűrőpapírdarabot többször félbehajtunk - a papír szélét levágjuk ívesen (ne legyen sarkos a szűrő). A vágás előtt mérjük az üvegtölcsér nagyságához; úgy kell elvágni, hogy a kész szűrő pereme a tölcsér peremén ne lógjon túl, kb. 0,5 cm-el alá érjen majd. - a tölcsért kifordítjuk, hogy a tiszta (eddig nem fogdosott) oldala nézzen majd a lecsöpögő oldat felé, így nem szennyezzük be a szűrletet

41 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Fémoldás A következő ábrán egy egyszerű szűrőállvány látható. Egy szűrőkarikát rögzítünk a Bunsen-állványra, beleillesztjük az üvegtölcsért, majd belehelyezünk egy redős szűrőpapírt. A tölcsért ezelőtt pár percig fejjel lefelé fordítva vízfürdőre helyezzük, hogy felmelegedjen, így nem fog lehűlni a vele érintkező oldat, nem fog a tölcsér falán kiválni kristály. A szűrés előtt felmelegítjük a szűrni kívánt oldatot, szintén azért, hogy ne váljon ki kristály a tölcsérben, és hogy ne maradjon anyag a főzőpohárban. Bunsen-állvány szűrőkarika üvegtölcsér kristályosító csésze (szűrlet) A szűrés gyorsabb, ha a tölcsér szárának vége hozzáér a kristályosító csésze falához, mert ekkor nem csöpög, hanem folyik a szűrlet, nem alakul ki levegődugó a tölcsér szárában. A kristályosító csésze mérete ne legyen túl nagy, sem túl kicsi a szűrlet mennyiségéhez mérten. Ideális az 1-2 cm magas folyadékréteg.

42 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Fémoldás Büchner-tölcsér Szívópalack Vákuumcsonk Gumi kónusz A szűrés meggyorsítására alkalmazhatunk vákuumszűrést. Ekkor az alábbi ábrán látható készüléket állítjuk össze. A Büchner-tölcsérbe szűrőpapírt helyezünk, amely éppen lefedi a tölcsér összes lyukát (különben a szűrendő anyag is átjut), és nem túl nagy, tehát nem hajlik fel a tölcsér falára (a felhajló papír és a tölcsér pereme közti részen szintén szűrés nélkül halad át a folyadék). A szűrés megkezdése előtt célszerű egy kevés desztillált vízzel megnedvesíteni a papírt, hogy rátapadjon a tölcsérre. A szívópalackot használat előtt célszerű kimosni, hogy a belefolyó anyalúgot később felhasználhassuk. A készüléket minden esetben rögzíteni kell egy fogó és egy dió segítségével vagy szűrőállványhoz, vagy pedig az asztalokon lévő rúdhoz. A vákuumcsonk egy vákuumszivattyúhoz tartozik, amely többféle típusú lehet; az általános kémia gyakorlatban vízsugár- szivattyút alkalmazunk, amit a következő oldalon mutatunk be. A készülék megbontása mindig a vákuumcsonknál történik, még működő szivattyúval, így elkerülhető, hogy a palack „visszaszívjon”, és az anyalúg beszennyeződjön.

43 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Fémoldás A következő ábrán egy vízsugár-vákuumszivattyú működési elvét mutatjuk be. A készülék lényegében egy üvegcső, amelynek belsejében egy rövidebb üvegcső fut, amin a víz beáramlik. A szerkezet a vákuumcsonkra szerelt gumicsővel csatlakozik az előző oldalon látott szűrőberendezéshez. A működési elv a következő: az áramló vízsugár magával ragadja a levegő részecskéit. A létrehozható legjobb vákuum mértéke megegyezik a víz adott hőmérsékleten mért tenziójával (egyensúlyi gőznyomásával). Ennek oka, hogy amennyiben már minden levegőt kiszivattyúztunk a vákuumcsonkra csatlakozó edényből, akkor is lesz a gőztérben vízpára, amelynek parciális nyomása az áramló vízzel egyensúlyt tartó gőz nyomásával egyenlő. A valóságban (a készülék nem tökéletes szigetelése miatt) ennél csak rosszabb vákuumot (nagyobb nyomást) tudunk létrehozni.

44 Az fémoldás menete: - lemérjük a kapott kiindulási anyagot (elporított vagy őrölt fém) táramérlegen, egy főzőpohárban: először letárázzuk a főzőpoharat, majd beleöntjük a mérendő anyagot. - kiszámítjuk, mennyi tömény savra van szükség, és ehhez képest 10% feleslegben bemérjük egy mérőhengerben. A tömény savból 1:2 (sav : desztillált víz) hígítású oldatot készítünk. Mindig a savat öntjük üvegbot mentén lassan, kevergetés mellett a vízbe! Ellenkező esetben a kis mennyiségű víz gyorsan felforrhat, szétfröccsentve a savat. A hígítást egy megfelelő méretű (a végső folyadékmennyiség ne legyen több a névleges térfogat ¾-énél) főzőpohárban végezzük, elszívófülke alatt. - a hígított savat és a fémreszeléket egy Erlenmeyer lombikba töltjük, és vízfürdőre helyezzük. A lombik szájába szárral lefelé fordítva kisméretű tölcsért helyezünk, hogy a keletkező gázok eltávozhassanak. Ez különösen fontos a salétromsavas oldásnál, ahol nitrózusgázok keletkeznek. A munka előtt ellenőrizzük a fülke működését, az elszívóhoz helyezett kis papírdarabbal! A tölcsér megakadályozza azt is, hogy a víz elpárologjon az elegyből, és az oldat betöményedjen. KilépésFőoldalKövetkezőElőző Fémoldás

45 Az fémoldás menete (folytatás): - az anyag oldódása sokáig eltarthat, akár több laborgyakorlaton keresztül is. A gyakorlatok közt a lombikot fóliadarabbal kell lezárni, hogy ne párologjon el róla az oldószer és a sav - ha az anyag nagy része már feloldódott, összeállítunk egy szűrőállványt, és redős szűrőn keresztül egy kristályosító csészébe szűrjük az oldatunkat, így a fel nem oldódott fémet kiszűrjük. - a kristályosító csészét vízfürdőre helyezzük a folyadék felszínén megjelenő kristályhártya megjelenéséig. Ekkor levesszük az oldatunkat a vízfürdőről, hagyjuk lehűlni, és a kivált kristályokat Büchner-tölcséren összegyűjtjük - a leszűrt kristályokat óvatosan megszárítjuk szűrőpapír közt - a kitermelés javítására az anyalúgot újra bepárolhatjuk vízfürdőn - a kristályosodás sokáig elhúzódhat. Ha eltesszük az anyagunkat a következő hétre, akkor biztosítani kell, hogy ne oxidálódjon el (különösen a vas(II) tartalmú preparátumok). Ilyenkor kis darab fémet (vasszöget) helyezünk a kristályosító csészébe KilépésFőoldalKövetkezőElőző Fémoldás

46 Kitermelés számítása: A kiindulási anyag mólszáma: n fém M fém : a kiindulási anyag móltömege m fém : a kiindulási anyag tömege A keletkezett anyag mólszáma: n keletkezett A keletkezett anyag móltömegének számításakor ügyeljünk arra, hogy ha kristályvízzel kristályosodik az anyag, akkor azt vegyük figyelembe! Kitermelési százalék: Beadandók: - a fémoldás reakcióegyenlete, számítások - a savmaradékból származó anion tulajdonságai (előállítás, kimutatás, színek) - a beadott anyag és adatai (szerepeljen az anyag tárolóedényén is): B (bruttó tömeg, anyag + tároló); N (nettó tömeg, az anyag tömege); T (tára, a tároló tömege); % (a fent számított kitermelés) - megfigyelések KilépésFőoldalKövetkezőElőző Fémoldás

47 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum Komplexeknek nevezzük azokat az anyagokat, amelyekben ligandumok kapcsolódnak koordinatív (datív) kötéssel egy (vagy különleges, többmagvú komplexek esetén több) központi atommal. A központi atom általában fém vagy fémion, leggyakrabban átmeneti fém (d-elem). A központi atom köré meghatározott számú ligandum kapcsolódhat. A koordinációs szám megadja, hogy hány koordinatív kötést képes kialakítani a központi atom. Ilyen ligandum például az oxalátion ((COO) 2 2- ), a dimetil- glioxim, vagy a komplexometriás titráláshoz használt etil- diammin-tetraacetát (EDTA). A többfogú ligandummal kialakított, általában gyűrűs komplexet kelátkomplexnek nevezzük Jobbra látható az alumínium három oxalátionnal képezett komplexe (trioxaláto-aluminát). A ligandumok lehetnek negatív töltésű ionok (F -,Cl -,I -,OH - ) vagy koordinációra képes (elektronegatív nemkötő elektronpárral rendelkező) molekulák (H 2 O, NH 3 ). Ha a ligandum egy molekulája (ionja) több koordinációs helyet foglal el, azaz több koordinatív kötés kialakítására képes, akkor többfogú ligandumnak nevezzük.

48 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum A koordinatív kötés akkor jön létre, ha egy Lewis-bázis (elektron akceptor, központi atom) magános elektronpárral egy Lewis-savhoz (elektron donor, ligandum) kapcsolódik. A koordinatív kötés szempontjából nem csak nemkötő elektronpár, hanem σ–kötő vagy π–kötő elektronpár donor is lehet ligandum. Ezeknek a komplex vegyületeknek katalitikus reakciókban van fontos szerepe. Komplexeket előállíthatunk a komplexképző központi atom és a ligandumok közvetlen reakciójával, vagy komplex vegyületből kiindulva ligandumcserés reakcióval. A laboratóriumi gyakorlat során négyféle preparátum közül kell valamelyiket előállítani. Arról, hogy pontosan melyiket, a kiadott laborprogramban találnak információt. A négy preparátum: réz(I)-[tetrajodo-merkurát(II)] (Cu 2 [HgI 4 ]) ; kálium-[trioxaláto-ferrát(III)]- víz(1/3) (K 3 [Fe(C 2 O 4 ) 3 ]·3H 2 O); [hexakarbamido-króm(III)]-klorid-víz(1/3) (Cr[(H 2 NCONH 2 ) 6 ]Cl 3 ); [tetraaminn-réz(II)]-nitrát-víz(1/1) ([Cu(NH 3 ) 4 ](NO 3 ) 2 ·H 2 O). A továbbiakban ezen preparátumok előállításának receptjét és az egyes preparátumokra vonatkozó munkamenetet tárgyaljuk.

49 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum Réz(I)-[tetrajodo-merkurát(II)] (Cu 2 [HgI 4 ]) előállítása: Egy réz(II) - só (pl. CuSO 4 ) oldatot kálium-jodidot (KI) tartalmazó kálium-[tetrajodo-merkurát(II)] – K 2 [HgI 4 ] – oldatot reagáltatunk. Ez utóbbit frissen készítjük, higany(II)-jodidot (HgI 2 ) kálium- jodidban feloldva. Ha a KI tartalmú K 2 [HgI 4 ] oldatot réz(II) só oldathoz öntjük, az oldatban lévő kevés KI a réz (II) ionok kis részét redukálja réz(I)-ionokká, réz(I)-jodid (CuI) és elemi jód képződése közben. A CuI tovább reagál a K 2 [HgI 4 ]-al, oldhatatlan piros csapadék, Cu 2 [HgI 4 ] és KI képződése közben. Ez további réz(II)-ionokat redukál, és a reakció tovább folytatódik, amíg az összes réz(II)-ion redukálódik és Cu 2 [HgI 4 ] alakjában kiválik. A lejátszódó reakciók: Bruttó (összesített) reakcióegyenlet:

50 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum Réz(I)-[tetrajodo-merkurát(II)] (Cu 2 [HgI 4 ]) előállítás menete: - 14,6 g (0,088 mol, a többi reagenshez 10% felesleg) KI - ot feloldunk 120cm 3 vízben lassan, kevergetés közben, majd ebben az oldatban feloldunk 9,1 g (0,02 mol) HgI 2 -ot szintén kevergetés közben - másik edényben feloldunk 60 cm 3 forró desztillált vízben 10 g (0,04 mol) CuSO 4 ·5H 2 O-t. Ha az oldat zavaros, redős szűrőn forrón átszűrjük, majd lehűtjük. - az így kapott tiszta, kék színű oldathoz hozzáöntjük az előző, KI-os K 2 [HgI 4 ]-oldatot, miközben a Cu 2 [HgI 4 ] kiválása megkezdődik; ezt a piros, mikrokristályos csapadék kiválása és az oldat barnára színeződése (elemi jód kiválás) jelzi - az oldatot lefedjük egy óraüveggel, és állni hagyjuk (akár a következő laborgyakorlatig), hogy a csapadék leválása teljes legyen. A csapadékot G3-as üvegszűrőn alaposan leszívatjuk, és metanollal (egyszerre csak pár ml-t ráöntve) addig mossuk, amíg a lecsepegő folyadék víztiszta nem lesz (nem tartalmaz már elemi jódot). Ezután a csapadékot szárazra szívatjuk. Az elméleti kitermelés 16,7 g (0,02 mol) Cu 2 [HgI 4 ]. Az anyag megjelenése vörös mikrokristályos. Melegítve 70ºC-on reverzibilisen változtatja a színét.

51 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum Kálium-[trioxaláto-ferrát(III)]-víz(1/3) (K 3 [Fe(C 2 O 4 ) 3 ]·3H 2 O): Előállítása a komplexképző ligandum és a központi atomot tartalmazó vegyületek reagáltatásával történik. A komplexképzés reakcióegyenlete: A preparátum készítésének menete: - 0,02 mol vas(III)-kloridot (FeCl 3 ) lassan, kevergetés közben feloldunk 10 cm3 vízben, majd egy másik edényben 0,064 mol H 2 C 2 O 4 ·H 2 O oldatot 20 cm3 vízben. Amennyiben az oldatok zavarosak, redős szűrőn keresztül átszűrjük őket. - az oldatokat felmelegítjük és forrón összeöntjük, majd hűtés nélkül hagyjuk kristályosodni. - a kristályokat Büchner-tölcséren leszűrjük, majd kevés jeges desztillált vízzel mossuk - a kristályokat szűrőpapír közt kinyomkodjuk, és exszikkátorban szárítjuk. Az anyag megjelenése: világoszöld, apró kristályok. Levegőn állva lassan megsárgul, meleg vízben jól oldódik.

52 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum [Hexakarbamido-króm(III)]-klorid-víz(1/3) (Cr[(H 2 NCONH 2 ) 6 ]Cl 3 ); Előállítása egyszerű ligandumcserés reakcióban történik,kristályos króm(III)-kloridból (CrCl 3 ) és karbamidból (H 2 NCONH 2 ), vizes közegben. A komplexképző reakció egyenlete: A preparátum készítésének menete: - 0,02 mol 6 kristályvizet tartalmazó króm(III)-kloridot melegítés és kevergetés közben feloldunk 10 cm 3 vízben. Ha a keletkező oldat zavaros, redős szűrőn forrón átszűrjük. - a tiszta oldathoz hozzáadunk 8 g karbamidot, és 8-10 csepp (1-2 cm 3 ) 1:1 hígítású sósavat. - az oldatot vízfürdőre helyezzük, és nagyobb mennyiségű kristályos anyag kiválásáig pároljuk - ha túl sűrű szuszpenziót kapunk, 1-2 cm 3 vízzel meghígítjuk, majd gyorsan leszűrjük Büchner- tölcséren. A kristályokat szárazra szívatjuk, majd metanollal (egyszerre csak pár cm 3 -t ráöntve) mossuk. Az anyagot levegőátszívatással szárítjuk. A kapott anyag megjelenése: fűzöld, mikrokristályos anyag.

53 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum [Tetraaminn-réz(II)]-nitrát-víz(1/1) ([Cu(NH 3 ) 4 ](NO 3 ) 2 ·H 2 O): Réz(II)-sók oldatából ammónium-hidroxid (NH 4 OH) hatására világoskék színű, vízben oldhatatlan bázisos réz-sók válnak ki, amelyek NH 4 OH hatására mélykék színű [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ képződése közben oldódnak. A preparátum készítésének menete: - 0,05 mol elporított kristályvizes réz(II)-nitrátot (Cu(NO 3 ) 2 ·3H 2 O) 37 cm 3 cc. NH 4 OH 24 cm 3 desztillált vízzel készült oldatában feloldunk. Az oldathoz lassan 50 cm 3 metanolt adunk, és a főzőpoharat jeges vízfürdőbe tesszük. Kb. 3 órát állni hagyjuk. - a kivált mélykék kristályokat G3-as üvegszűrőn leszűrjük, majd kb. 50 cm 3 1:1 arányú metanol- cc. ammónium-hidroxid elegyével mossuk. A terméket kevés (pár cm 3 ) metanollal átöblítjük, és levegőátszívással szárítjuk. A kapott anyag megjelenése: búzavirágkék tűs kristályok. Vízben jól, alkoholban kevésbé oldódnak. A [Cu(NH 3 ) 4 ](OH) 2 oldja a cellulózt (szűrőpapír)

54 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Komplex preparátum Számítások: A kitermeléshez mindig azt a komponenst vesszük, amelyikből a legkisebb mennyiségű (mólszámú!) állt rendelkezésre kiinduláskor. A komplexképzésnél általában a ligandumot adjuk feleslegben A kiindulási anyag mólszáma: n kiind M kiind : a kiindulási anyag móltömege m kiind : a kiindulási anyag tömege A keletkezett anyag mólszáma: n keletkezett Kitermelési százalék: Beadandók: - az elvégzett feladat rövid leírása - a komplexképzési reakció reakcióegyenlete - a beadott anyag és adatai (szerepeljen az anyag tárolóedényén is): B (bruttó tömeg, anyag + tároló); N (nettó tömeg, az anyag tömege); T (tára, a tároló tömege); % (a fent számított kitermelés) - megfigyelések

55 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Az elektrokémia a fizikai kémia egyik ága, amely a makroszkopikus elektromos hatásokra létrejövő kémiai változásokkal, illetve a kémiai változásokat kísérő makroszkopikus elektromos hatásokkal foglalkozik. Ilyen jelenségek: - elektromos vezetés - elektrolízis - galvánelemek - elektrokémiai korrózió (és korrózióvédelem) A laborgyakorlat preparátumkészítést és mérést is magába foglal, az egyszerűség kedvéért soroljuk a preparátumok közé. A gyakorlat során egy vaslemezt kell ellátni cinkbevonattal. Egy egyszerű teszttel vizsgálni kell a kész bevonat korrózióvédelmi tulajdonságait. Össze kell állítani egy egyszerű réz-cink galvánelemet (Daniell-elem).

56 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Az elektromos vezetés nem más, mint potenciálkülönbség (feszültség) hatására végbemenő töltésáramlás. Az anyagi testek elektromos vezetőképesség szerint alapvetően három csoportba sorolhatók: vezetők, félvezetők és szigetelők. Ez a tulajdonság az anyag elektronszerkezetével kapcsolatos, és leírására alakult ki a sávelmélet. A sávelmélet megértéséhez végezzük el az alábbi gondolatkísérletet: képzeljünk el egy második vagy harmadik periódusbeli fématomot. Ennek a legkülső elektronhéján (vegyértékhéján) 1 db s és 3 db degenerált (megegyező energiájú) p pályája van. s p E

57 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Ha előbbi fématomunk mellé helyezünk (mintha fémrácsban volna) egy másik fématomot, akkor ezek a pályák felhasadnak, két új nívót (energiaszintet) hozva létre. Egy további fématommal már három energiaszintté hasad mindkét eredeti szint. Egy fémrácsban nagyon sok (n db) fématom van; a sokszoros felhasadás miatt már nem különálló szintek, hanem sávok alakulnak ki, ahol elektron fordulhat elő. Példánkban egy s és egy p sáv alakul ki. Azt az intervallumot, ahol nem fordulhat elő elektron, tiltott sávnak nevezzük. E n s-pályákból kialakuló sávp-pályákból kialakuló sáv tiltott sáv

58 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Tekintsünk egy konkrét példát, a magnéziumot! A magnéziumatom legkülső elektronhéjának (M) konfigurációja: 3s 2 3p 0, azaz a héj 1 db kétszeresen betöltött 3s és 3 db betöltetlen 3p pályából áll. Az elektronok mindig a legkisebb energiájú pályákat töltik be. Az ábrán ez a következőképp látszik. A legmagasabb energiájú betöltött sáv az úgynevezett vegyértéksáv (itt a 3s pályákból kialakuló sáv), a legalacsonyabb energiájú betöltetlen sáv a vezetési sáv (itt a 3p pályákból kialakuló sáv). A magnézium fém, tehát nem alakul ki a tiltott sáv. E 123 n s-pályákból kialakuló telített sáv (vegyértéksáv) p-pályákból kialakuló üres sáv (vezetősáv)

59 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző E A vezető és tiltott sávok elhelyezkedése szerint megkülönböztethetünk: - fémes vezetőket: a vegyértéksáv részlegesen betöltött a vegyértéksáv és a vezető sáv átlapol - szigetelőket: betöltött vegyértéksáv és széles tiltott sáv jellemző rájuk - félvezetőket: keskeny tiltott sávval rendelkeznek, amelyet már hő vagy fény hatására is át tudnak lépni az elektronok; ha elektron kerül a vezetési sávba, az anyag vezet Az eddig tárgyalt példákban elsőfajú vezetőket mutattunk be, ahol a vezetés elektronokon keresztül történt. Léteznek még másodfajú vezetők, ahol a vezetés ionokon keresztül megy végbe. Ilyen például egy ionos só oldata, vagy olvadéka. A másodfajú vezetőket nevezzük elektrolitnak is. betöltött sáv üres sáv tiltott sáv betöltött sáv fémes vezetők szigetelő félvezető

60 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Az elektrokémiai rendszer jellemző alapegysége az elektród. Az elektród olyan elektrokémiai rendszer, amelyben legalább két fázis (jellemzően szilárd és oldat) érintkezik egymással, és ezek közül az egyik elektronvezető (általában fém), a másik pedig ionvezető (elektrolit oldat). Ha két elektród közös elektrolitba merül, vagy elektrolitjaik érintkeznek, galváncella jön létre. Két elektrolit érintkezését biztosíthatjuk diafragmával vagy áramkulccsal. A diafragma egy csak elektronokat átengedő szűrő (pl. agyag). Az áramkulcs egy harmadik elektrolitot (kálium-kloridot) tartalmazó, két végén üvegszűrővel lezárt cső, szerepe a diafragmával azonos. A galváncellákban önként végbemenő redox reakció eredményeként termelt munkát elektromos munkává alakíthatjuk, így galvánelem alakul ki. A galváncellában külső elektromos potenciál hatására végbemenő redox folyamatot elektrolízisnek nevezzük.

61 Az elektródok több csoportba sorolhatók: - elsőfajú elektródok: - fémelektród: a fém saját kationját tartalmazó elektrolitba merül (pl. ZnSO 4 oldatba merülő cink lemez) - amalgámelektród: a fém higannyal képzett amalgámja érintkezik a fém saját kationját tartalmazó elektrolittal (pl. nátrium-amalgám és NaCl oldat fém nátrium gyártásánál) - komplex fémelektród: a fém saját kationját komplex formában tartalmazó elektrolitba merül - gázelektród: inert fém (platina) felületén gáz halmazállapotú komponens vesz részt az elektrokémiai reakcióban (pl. standard hidrogénelektród) - másodfajú: a fémet saját rosszul oldódó sójával (vagy oxidjával) érintkezésbe hozva jön létre, és a rosszul oldódó só anionját tartalmazó oldatba merül (pl. ezüst/ezüst-klorid elektród, higany/higany- klorid elektród) - redoxi elekródok: indifferens fém (platina) olyan oldatba merül, ami tartalmazza ugyanannak az anyagnak az oxidált és a redukált formáját is (pl. Sn 2+ /Sn 4+, Fe 2+ /Fe 3+ ) Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző

62 Egy elektród potenciálját a Nernst-egyenlet segítségével határozhatjuk meg. Általános formája: ahol ε az elektródreakció potenciálja, ε 0 a standard elektródpotenciál, R az egyetemes gázállandó (8,314 j·mol -1 ·K -1 ), F a Faraday állandó (96500 C ·mol -1 ), z az elektrokémiai folyamatban résztvevő elektronok száma, T a hőmérséklet (K), a ox az anyag oxidált formájának aktivitása, a red a redukált forma aktivitása. Szilárd anyagok aktivitása 1, az oldatbeli komponensek aktivitása helyett pedig koncentrációt (mol/dm 3 ) szoktak alkalmazni. Az elektrolízis során leváló anyag mennyiségét Faraday első törvénye alapján határozhatjuk meg: ahol m a levált anyag tömege, k az anyagi minőségtől függő arányossági tényező (az anyag móltömegét, a Faraday-állandót és a folyamatban résztvevő elektronok számát tartalmazza), I az elektrolízis áramerőssége (A), t az elektrolízis időtartama (s). Faraday második törvénye azt mondja ki, hogy azonos töltésmennyiségek esetén a leváló tömegek aránya megegyezik az egyenértéktömegek arányával. Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző

63 Az anód az az elektród, amelynek felületén oxidáció megy végbe. A katód az az elektród, amely felületén redukció megy végbe. Ez az elnevezés független attól, hogy melyik elektród a pozitív vagy a negatív pólus. Így míg elektrolízis folyamán a katódon kell negatív töltésfelesleget létrehozni (negatív pólusnak kötni az áramkörbe), addig a galvánelemben a katód felületén végbemenő redukció elektronhiányt hoz létre (a katód lesz a galvánelem pozitív sarka). Egy galvánelem elektromotoros ereje (munkavégző képessége) a két félcella elektródpotenciáljának különbsége: A galvánelemek is több csoportba sorolhatók: - primer elemek: az áramtermelő elektrokémiai reakció irreverzibilis (nem visszafordítható), az elem anyagai elhasználódnak a reakció során. (pl. kereskedelmi forgalomban kapható szén-cink elemek) - szekunder elemek: reverzibilisen működő galvánelemek. A kisütés után újratölthetők elektrolízis által. (pl. ólomakkumulátorok) - tüzelőanyag cellák: olyan folyamatosan működő galvánelemek, ahol valamilyen szokásos energiahordozó (földgáz, kőolaj) levegő általi oxidációja az áramtermelő folyamat Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző

64 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Az elektrokémia egyik gyakorlati alkalmazása a fémek korrózióvédelme. Korróziónak nevezzük a környezeti hatások nyomán végbemenő változást, amely a szerkezeti anyagok nemkívánatos vegyületképzését, és így a kívánt tulajdonságok elvesztését eredményezi. A fémek esetén általában valamilyen elektrolit-oldattal való érintkezés váltja ki a korróziót, ezt elektrokémiai korróziónak nevezzük. A korrózióvédelem többféle lehet: - passzív védelem: ilyenkor elzárjuk a fém felületét a környezettől (pl. festés, műanyag bevonat; ezek hátránya, hogy csak a sértetlen bevonat biztosít védelmet) - aktív védelem: valamilyen másik anyag oxidációjával védjük meg a fémet. (pl. katódos védelem, amikor a védeni kívánt fémet katódnak kapcsolva elektromos kapcsolatba hozunk egy nála könnyebben oxidálódó fémet, vagy fémötvözetet. A könnyebben oxidálódó fém az áldozati anód, rendszeres cseréje szükséges; csak addig biztosít védelmet, amíg az anód aktív. Másik megoldás, ha könnyebben oxidálódó fémmel vonjuk be a védendő fémet: ekkor egyrészt elzárjuk a külvilágtól, másrészt a fémbevonat katódos védelemként is működik.)

65 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző A gyakorlat során egy vaslemez felületére választunk le cinkbevonatot elektrolízissel. A folyamathoz az alábbi áramkört állítjuk össze a következő elemekből: két elektródot,egy gáz Coulomb-mérőt, egy tolóellenállást, egy ampermérőt és egy akkumulátort kell sorba kötni. Az akkumulátort kötjük be utoljára, miután a gyakorlatvezető ellenőrizte a készülék összeállítását.

66 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző A gáz Coulomb-mérő az áthaladt töltésmennyiség mérésére alkalmas. A készülékben híg kénsavoldat található, amelyből az áthaladó áram a platinaelektródokon gázt fejleszt: hidrogéngázt fejleszt a katódon és oxigéngázt az anódon. A gázfejlődés reakcióegyenletei: A mérés megindítása előtt a nívóedény segítségével nullára állítjuk az edényt, és elzárjuk a csapot. A preparátum készítése közben az áthaladó töltés hatására fejlődő durranógáz kinyomja a bürettából a folyadékot. Ha a nívóedény folyadékszintjét és a büretta folyadékszintjét azonosra állítjuk, a bürettában légköri nyomás fog uralkodni. A légköri nyomást a barométer leolvasásával kapjuk meg. Ennek ismeretében a gáztörvényből számítható a keletkezett gáz mólszáma, és így az áthaladt töltésmennyiség. Az egyenletek szerint 2 mol elektron hatására 1 mol hidrogéngáz és 0,5 mol oxigéngáz keletkezik; 1 mol elektron hatására tehát 0,75 mol durranógáz fejlődik. csap nívóedény gázbüretta platina elektród

67 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző A cinkbevonat készítésének menete: - A vaslemezt a cinkbevonat megfelelő tapadása és egyenletessége érdekében alaposan tisztítani, zsírtalanítani kell. A tisztítás lépései: mechanikai tisztítás (csiszolás, polírozás); lúgos tisztítás (40% -os NaOH oldat, 10 perc, vízfürdőn); desztvizes öblítés; oldószeres mosás (aceton); szárítás; sósavas maratás; aktiválás (10 % -os sósavoldat, 5 perc); desztvizes öblítés. A tisztítás után a vaslemezt papírtörlővel megszárítjuk, lemérjük élhosszait. Lemérjük a vaslemez tömegét analitikai mérlegen (négy tizedesre). - a cinkező elektrolit elkészítéséhez 500 ml desztillált vízben feloldunk 50g ZnCl 2 ·H 2 O és 75g NH 4 Cl-ot. A cink-klorid az elektrolit kezdeti cinktartalmát biztosítja, és hozzájárul az oldat vezetéséhez, az NH 4 Cl növeli az elektrolit vezetőképességét, komplexálja a cinkionokat, növeli a mikroszórást (egyenletesebb felületet hoz létre, mert gátolja a mikroméretű, tű alakú (dendrit) kristály képződését), beállítja a pH-t. - összeállítjuk az áramkört. Az áramkört az áramforrás egyik sarkánál nyitva hagyjuk. Az elkészült oldatot a kristályosító csészébe helyezzük, belemerítjük a cinkanódot és a katódként kapcsolt vaslemezt. - zárjuk az áramkört, és a potenciométer segítségével 1A/dm 2 áramsűrűségnek megfelelő áramot (a katód felületét az élhosszakból számíthatjuk) állítunk be. A bevonat leválasztását 30 percig végezzük. - a vaslemezt kiemeljük az elektrolitból, majd megszakítjuk az áramkört. A lemezt desztvízzel leöblítjük, megszárítjuk, tömegét analitikai mérlegen lemérjük.

68 Korrózióvédelmi vizsgálat: - a gyakorlat során két csoport két cinkezett vaslemezt hoz létre. Az egyik felületét megkarcoljuk, a másikat érintetlenül hagyjuk. Veszünk egy harmadik, bevonat nélküli vaslemezt is. - mindhárom lemezt egy-egy óraüvegre helyezzük, és óvatosan cseppentünk rá egy-egy csepp ammónium-tiocianátot (NH 4 SCN). A rodanid-ion intenzív vörös elszíneződést képez a vas(III)-ionokkal. A reakció érzékeny, jelzi, ha már kis mennyiségű vas(III)-ion van a rendszerben. - mindhárom lemezre cseppentünk egy-egy csepp híg kénsavoldatot, ami a vasat Fe(II) ionok és hidrogéngáz keletkezése közben oldja: - mindhárom lemezre cseppentünk egy-egy csepp hidrogén-peroxidot. A Fe(II) ionok savas közegben hidrogén-peroxiddal Fe(III) ionokká oxidálhatóak: - figyeljük meg a színváltozás mértékét, sebességét. Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző

69 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Réz-cink galváncella összeállítása: - a réz - és cinklemez felületét 2M sósavba való merítéssel aktiváljuk, majd öblítjük. - kb. 2x5 cm-es szűrőpapír darabkára egymástól 3 cm-re egy-egy cseppet cseppentünk az 1M réz-szulfát és az 1M cink-szulfát elektrolit-oldatokból. - a lemezeket ráhelyezzük az oldataikkal megnedvesített felületre, így kialakul két elektród - az 1M KNO 3 oldatból a két lemez közé cseppentünk úgy, hogy a nedvesített területek átfedjék egymást. A kálium-nitrát az áramkulcs szerepét ölti be a galvánelemünkben. - kézi feszültségmérő műszerrel megmérjük a fémlemezkék között kialakult feszültséget. szűrőpapír réz lemez cink lemez 1M CuSO 4 1M KNO 3 1M ZnSO 4

70 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző Számítások: - az áthaladt töltésmennyiség számítása a gáz Coulomb-mérőn fejlődött durranógázból Ha a bürettában „V” (m 3 ) térfogatú gáz keletkezett, a külső hőmérséklet „T” (K), a légköri nyomás pedig „p” (Pa), akkor a fejlődött gáz mólszáma a gáztörvény alapján: ahol R az egyetemes gázállandó (8,414 J·mol -1 ·K -1 ). A korábbiakban tárgyaltak szerint 1 mol elektron áthaladása 0,75 mol durranógázt fejleszt, az áthaladt elektronok mólszáma tehát: Egy mol fém cink leválasztásához két mol elektron szükséges, a következő egyenlet szerint: Az elméletileg levált cink mólszáma tehát: A cink atomtömege 65,39 g/mol. Az elméletileg leválasztott cink tömege: Az áramkihasználás a ténylegesen leválasztott és az elméletileg leválasztott cink tömegéből számítható:

71 Kilépés Elektrokémia FőoldalKövetkezőElőző A cinkréteg vastagságát a leválasztott cink sűrűségéből (ρ Zn = 8,8 g/cm 3 ), a mért leválasztott cink tömegéből és a vaslemez felületéből számíthatjuk: A vaslemez felületének számításakor a vaslemez vastagságát elhanyagolhatjuk. Figyelem, a lemeznek két oldala van! A felülete így A lemez =2·a·b, ahol a és b lemez élhossza. Beadandók: - a gáz Coulomb-mérő segítségével számított áthaladt töltésmennyiség - a leválasztott cinkréteg tömege, vastagsága - az elektrolízis hatásfoka - a barométerállásból számított légköri nyomás - az összeállított galvánelem mért elektromotoros ereje - megfigyelések - készülékrajz (kapcsolási rajz)

72 Kilépés Kettős só preparátum FőoldalKövetkezőElőző A kettős sók olyan anyagok, amelyek valamely sav két, különböző fémmel képezett sójából keletkeznek. A két fém - kation az ionrácsban szabályosan rendezve helyezkedik el, hasonlóan egy egyszerű sóhoz. Az előállításuk a két fémsó együtt kristályosításával történik. A szulfátok (a kénsav sói) különleges csoportját alkotják a timsók, amelyek egy egyértékű és egy háromértékű fém szulfátjából keletkezett kettős sók. Általános képletük: Me I Me III (SO 4 ) 2 ·12H 2 O A laboratóriumi gyakorlat során négyféle preparátum közül kell valamelyiket előállítani. Arról, hogy pontosan melyiket, a kiadott laborprogramban találnak információt. A négy preparátum: kálium-alumínium-szulfát-víz(1/12) (AlK(SO 4 ) 2 ·12H 2 O); ammónium-alumínium- szulfát-víz(1/12) (NH 4 Al(SO 4 ) 2 ·12H 2 O); vas(II)-ammónium-szulfát-víz(1/6) (Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 ·6H 2 O), vas(III)-ammónium-szulfát-víz(1/12) (Fe(NH 4 )(SO 4 ) 2 ·12H 2 O). A továbbiakban ezen preparátumok előállításának receptjét és az egyes preparátumokra vonatkozó munkamenetet tárgyaljuk.

73 Kilépés Kettős só preparátum FőoldalKövetkezőElőző Kálium-alumínium-szulfát-víz(1/12) (AlK(SO 4 ) 2 ·12H 2 O), közönséges timsó Legegyszerűbben kálium-szulfát (K 2 SO 4 ) és alumínium-szulfát (Al 2 (SO 4 ) 3 ) - oldat elegyítésével és együtt kristályosításával állíthatjuk elő: 33,3 g (0,05 mol) Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O-ot 25 cm 3 forró desztillált vízben feloldunk, és hozzáöntjük 8,7 g (0,05 mol) K 2 SO 4 50 cm 3 desztillált vízzel készített forró (kb. 80 ºC-os) oldatát. Lehűléskor a timsó kikristályosodik. A kristályokat szívótölcséren leszívatjuk, kevés hideg vízzel mossuk. A kristályokat 90 cm 3 forró vízből átkristályosítjuk. A kristályokat szűrőpapír közt megszárítjuk. Az elméleti kitermelés 47,4 g (0,1 mol) kristály. A keletkezett anyag megjelenése: színtelen, oktaéderes kristályok (a timsókra jellemző ez e kristályforma)

74 Kilépés Kettős só preparátum FőoldalKövetkezőElőző Ammónium-alumínium-szulfát-víz(1/12) (NH 4 Al(SO 4 ) 2 ·12H 2 O), ammónium-alumínium-timsó Ammónium-szulfát ((NH 4 ) 2 SO 4 ) és alumínium-szulfát (Al 2 (SO 4 ) 3 )-oldat elegyítésével és együtt kristályosításával állíthatjuk elő: 33,3 g (0,05 mol) Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O-ot 25 cm 3 forró desztillált vízben feloldunk, és hozzáöntjük 6,6g (0,05 mol) (NH 4 ) 2 SO 4 50 cm 3 desztillált vízzel készített forró (kb. 80º C -os) oldatát. Lehűléskor a timsó kikristályosodik. A kristályokat szívótölcséren leszívatjuk, kevés hideg vízzel mossuk. A kristályokat 90 cm 3 forró vízből átkristályosítjuk. A kristályokat szűrőpapír közt megszárítjuk. Az elméleti kitermelés 45,3 g (0,1 mol) kristály. A keletkezett anyag megjelenése: színtelen, oktaéderes kristályok (a timsókra jellemző ez e kristályforma)

75 Kilépés Kettős só preparátum FőoldalKövetkezőElőző Vas(II)-ammónium-szulfát-víz(1/6) (Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 ·6H 2 O), Mohr-só Vas(II)-szulfát (FeSO 4 ) és ammónium-szulfát ((NH 4 ) 2 SO 4 ) együttes kristályosításával állítjuk elő: 27,8 g 0,1 mol FeSO 4 ·7H 2 O-ból forrón telített oldatot készítünk. 13,2 g (0,1 mol) ammónium- szulfátot feloldunk 25 cm 3 40ºC-os desztillált vízben, és öntsük a meleg vas(II)-szulfát oldathoz. Az oldatot tartalmazó főzőpoharat jeges vízbe helyezzük, és megvárjuk amíg az oldat lehűl. A kiváló kristályokat szívótölcséren leszűrjük. Az elméleti kitermelés 39,2 g (0,1 mol) kristály. A kapott anyag megjelenése: halványzöld, csaknem színtelen, átlátszó kristályok. Levegővel szemben ellenállóbbak, mint a vas(II)-szulfát (lassabban oxidálódnak)

76 Kilépés Kettős só preparátum FőoldalKövetkezőElőző Vas(III)-ammónium-szulfát-víz(1/12) (Fe(NH 4 )(SO 4 ) 2 ·12H 2 O), ammónium-vas-timsó Vas(II)-szulfát hidrogén-peroxidos-kénsavas oxidációjával állítjuk elő ammónium szulfát jelenlétében. Oldjunk fel melegítés közben 22,3 g (0,08 mol) FeSO 4 ·7H 2 O-ot 1M-os kénsavban, amelyből a számított mennyiségnél 10%-al többet használjunk. Adjunk az oldathoz 10,56 g (0,04 mol) (NH 4 ) 2 SO 4 -ot. Az oldatot melegítsük fel, és ha nem tiszta, szűrjük át redős szűrőn. Üvegbot mellett, állandó keverés közben adjunk az oldathoz 20 cm 3 30%-os hidrogén-peroxid oldatot. A vas(II)-ionok ekkor vas(III)- ionokká oxidálódnak. Az oxidáció végbementéről úgy győződhetünk meg, ha az oldat kis részletét (pár ml) egy kémcsőbe öntjük, desztillált vízzel felhígítjuk, és kálium-hexaciono-ferrát(III) reagenst adunk hozzá. Ha maradt még vas(II)-ion az oldatban, kék csapadék keletkezik, ha végbement az oxidáció barnászöld elszíneződést tapasztalunk. Az oldatot kissé bepároljuk, és félretesszük állni (akár a következő laborgyakorlatig). A kivált kristályokat szívótölcsérre gyűjtjük, majd szűrőpapír közt megszárítjuk. Az elméleti kitermelés 38,56 g (0,08 mol). A kapott anyag: színtelen, levegőn megbarnuló kristályok.

77 Számítások: A kiindulási anyag mólszáma: n kiind M kiind : a kiindulási anyag móltömege (ne feledjük a kristályvizet) m kiind : a kiindulási anyag tömege A keletkezett anyag mólszáma: n keletkezett Kitermelési százalék: Beadandók: - szulfátok tulajdonságai (előállítás, kimutatás, színek) - a sóképzés reakcióegyenlete - a beadott anyag és adatai (szerepeljen az anyag tárolóedényén is): B (bruttó tömeg, anyag + tároló); N (nettó tömeg, az anyag tömege); T (tára, a tároló tömege); % (a fent számított kitermelés) - megfigyelések Kilépés Kettős só preparátum FőoldalKövetkezőElőző

78 Kilépés Réz(I)-klorid preparátum FőoldalKövetkezőElőző Fém réz oxidációja általában réz(II) sókat eredményez. Ennek oka vizes közegben a réz/réz(I) és a réz/réz(II) redox rendszerek eltérő standard potenciálja: ε 0 Cu/Cu + =+0,522 V ε 0 Cu/Cu 2+ =+0,35V. A réz/réz(I) redox rendszer tehát több energiát igényel, termodinamikailag a fém réz réz(II)-ionokká alakulása a kedvezményezettebb. Ahhoz, hogy réz(I) ionokat nyerjünk, speciális körülményeket kell létrehoznunk. Kiindulási anyagnak egy réz(II)-sót választva, redukcióval hozhatjuk létre a réz(I)-sót. Olyan redukálószert kell választanunk, ami elég erős ahhoz, hogy a rezet redukálja, de nem alakítja vissza fém rézzé. Ahhoz hogy kinyerjük a réz(I)-sót, ki kell választanunk az oldatból. Erre a kristályosítás nem megfelelő, hiszen állás közben visszaoxidálódna a réz; rosszul oldódó (csapadék) formába kell tehát alakítanunk. Ugyanezért kell zárni a reakciótérből a levegőt, mert oxigéntartalma a keletkező réz(I)-ionokat azonnal visszaoxidálná. Redukálószernek fém rezet fogunk alkalmazni; ez megfelel a fenti kívánalmaknak, hiszen gyenge redukálószer, és biztosan nem fogja fémmé redukálni a réz(II)-ionokat. Azt a folyamatot, amikor egy anyag redukált és oxidált formája reagál egymással, szinproporciónak nevezzük. A reakcióegyenlet:

79 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Réz(I)-klorid preparátum Az előző egyenletekben előrevetítettük, hogy a réz(I)-só elválasztását klorid formában végezzük. Ez egy vízben rosszul oldódó só: szobahőfokon 100 g víz 1,5 g CuCl-os old. A reakcióelegyhez nátrium- kloridot adunk, a klorid-ion lesz a sóképző, a nátrium-ionokat pedig a csapadék mosásával könnyen eltávolíthatjuk a kiváló réz(I)-kloridból. A réz(II)-klorid jól oldódik vízben. A harmadik feltétel teljesítéséhez az ábrán látható Bunsen-feltétes, csiszolatos, 300 cm 3 -es Erlenmeyer-lombikot alkalmazzuk. A feltét felhelyezése előtt (az elegy betöltése után) a csiszolatot kevés szilikonzsírral kenjük be, hogy biztosítsuk a szigetelést. A zsír felvitele után mozgassuk meg a csiszolatot, hogy egyenletes, átlátszó, buborékmentes zsírfilmet kapjunk. A Bunsen-feltét egy 20 cm hosszú csőben végződő csiszolatos üvegfeltét, amelynek végére egy dugóval lezárt gumicsövet illesztünk. A gumicsövön hosszirányú bemetszéseket készítünk, így a melegítés során keletkező gőz távozhat, de a levegő nem áramlik be az edénybe. A nyílás biztosítja a légköri nyomást a készülékben, ha szükséges, ékeljük ki egy gyufaszállal, miközben a benne lévő elegyet forraljuk!

80 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Réz(I)-klorid preparátum A preparátum készítésének menete: cm 3 -es csiszolatos Erlenmeyer-lombikba mérünk 12,5 g (0,05 mol) CuSO 4 ·5H 2 O-ot, 12,7 g (0,2 mol) rézport, 29,2 (0,5 mol) NaCl-ot, és 100 cm 3 desztillált vizet. A csiszolatot bezsírozzuk, és felhelyezzük a Bunsen-feltétet. Ellenőrizzük a feltét nyílását. Az elegyet felforraljuk, ekkor az oldat kék színűből sötétzöldre változik. Ezt a réz-ionok hidrátburkának a klorid ionok miatt végbemenő változása okozza. Az elegyet enyhén forraljuk, amíg elveszíti zöld színét (30-60 perc) - a reakció megkezdése után el kell készíteni az ecetsavas kicsapó oldatot: kiforralunk (kb. 20 percen keresztül egy főzőpohárban) 150 cm 3 desztillált vizet. Erre azért van szükség, hogy a benne oldott oxigént eltávolítsuk; a gázok oldhatósága a hőmérséklet növelésével lecsökken. A kiforralt vizet óraüveggel lefedve hagyjuk lehűlni, majd egy 300 cm 3 -es Erlenmeyer lombikba öntjük, és hozzáadunk 2 cm 3 tömény ecetsavat. A kicsapó elegyet ezután gumidugóval lezárjuk, és félretesszük.

81 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Réz(I)-klorid preparátum A preparátum készítésének menete (folytatás): - a már megsárgult és még forrásban lévő reakcióelegyet redős szűrőn beleszűrjük a kicsapóelegybe. A redős szűrőn fennmarad az el nem reagált rézpor (amit kiinduláskor négyszeres feleslegben adagoltunk). A tölcsért szűrés előtt pár percre vízfürdőre helyezzük, hogy felmelegedjen. A szűrést minél gyorsabban végezzük, hogy levegővel érintkezve ne következzen be oxidáció. A réz(I)-klorid azonnal kiválik a kicsapó oldatban, mint fehér csapadék. - ha az egész oldatot leszűrtük, a csapadékot tartalmazó lombikot be dugaszoljuk, és vízcsap alatt, folyó vízzel, vagy jeges hűtőkeverékkel lehűtjük. Ekkor teljesen végbemegy a csapadék kiválása és ülepedése. - előkészítünk egy tiszta, alaposan kiszárított kémcsövet, és egy illeszkedő dugóval együtt lemérjük - szívótölcséren gyorsan, dekantálva szűrjük az oldatot. Az anyagot szívassuk teljesen szárazra (ezt ellenőrizhetjük, ha tiszta spatulával megkaparjuk a csapadékot; ha száraz, akkor könnyen, nem nedves felülettel hasad), majd néhány (kb. 5-10) cm 3 vízmentes acetonnal mossuk. Az anyagot betöltjük a kémcsőbe, ledugaszoljuk és leparaffinozzuk. - a kapott anyag fehér, kristályos por. Száraz levegőn stabil, víz hatására bezöldül. Elméleti kitermelés: 9,9 g (0,1 mol) CuCl.

82 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Réz(I)-klorid preparátum Számítások: - a reakció során a fém rezet feleslegben adagoltuk, a kitermelést tehát a réz(II)-ionokra kell számítanunk. A reakcióegyenlet szerint egy mol réz(II)-sóból két mol réz(I)-klorid keletkezik. Ezek alapján a kitermelés számítása: A kiindulási anyag mólszáma: n kiind M kiind : a kiindulási anyag móltömege (ne feledjük a kristályvizet) m kiind : a kiindulási anyag tömege A keletkezett anyag mólszáma: n keletkezett Kitermelési százalék: Beadandók: - reakcióegyenlet - kloridok tulajdonságai (előállítás, reakciók, színek, kimutatás) - a beadott anyag és adatai (szerepeljen a kémcsövön is): B (bruttó tömeg, anyag + tároló); N (nettó tömeg, az anyag tömege); T (tára, a tároló tömege); % (a fent számított kitermelés) - megfigyelések, készülékrajz

83 Kilépés Sűrűségmérés FőoldalKövetkezőElőző A sűrűség a térfogategységre eső anyag tömege. Mértékegysége: kg/m 3, laboratóriumban leggyakrabban a g/cm 3 egységet használjuk. A testek hőtágulása miatt a sűrűség a hőmérséklet függvénye is. Az m tömegű,V térfogatú test sűrűsége T hőmérsékleten: A relatív sűrűség a kérdéses anyag valamilyen más közegre vonatkoztatott sűrűsége: dimenziómentes szám. A ρ V,T annak az anyagnak a sűrűsége T hőmérsékleten, amelyre a relatív sűrűséget vonatkoztatjuk. Bármilyen halmazállapotú anyag sűrűsége meghatározható a tömeg és a hozzá tartozó térfogat mérésével (közvetlen sűrűségméréssel), de ismeretesek más fizikai tulajdonság mérésén alapuló, közvetett módszerek is. A laboratóriumi gyakorlat során elvégzendő egy szilárd anyag sűrűségének meghatározása tömeg- és térfogatméréssel (ún. piknométeres sűrűségméréssel), egy folyadék sűrűségének megmérése Archimedes elve alapján areométerrel, és egy másik folyadék sűrűségének megmérése a szintén Archimédesz elve alapján működő Mohr-Westphal-mérleggel.

84 KilépésFőoldalKövetkezőElőző A piknométer egy kis méretű, jó minőségű üvegből készült, lombikra emlékeztető hasas üvegedény, amelybe meghatározott mennyiségű folyadék fér. Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározására is alkalmas. Az alsó, hasas részének egy kívül és belül is csiszolatos nyílása van. Megtöltésekor ügyelnünk kell, hogy ne maradjon anyag a csiszolaton, és ne karcoljuk össze az üveget. Az edény nyaka egy vastag falú kapilláris, amely csiszolattal illeszkedik az edény alsó részéhez. A csövön egy körkörös szintjel fut végig. A vékony kapilláris a folyadékszint pontos beállítására alkalmas. Az edény harmadik része egy csiszolatos üvegkupak, amely az alsó rész külső csiszolatára illeszkedik. Miután a kapillárisban beállítottuk a folyadékszintet, azonnal le kell fedni, hogy kiküszöböljük a mérőfolyadék (toluol) párolgásából eredő hibát. Ügyeljünk arra, hogy a lehető legrövidebb ideig tartsuk a kezünkben az edényt, mert a test melege is hőtágulást okozhat. Sűrűségmérés: Szilárd anyag sűrűségének meghatározása piknométerrel

85 KilépésFőoldalKövetkezőElőző A mérés menete: - összeállítjuk a mérőedényt, és lemérjük a tömegét táramérlegen (m pikno ) - feltöltjük a lombikot toluollal. Az edény nyakát felhelyezve a folyadék felfut a kapillárisban. Ha kibuggyan, egy papírdarabbal letöröljük, majd egy papírdarabkát a kapilláris végéhez helyezve a folyadékszintet jelre állítjuk. Lemérjük a megtöltött edényt (m toluol+pikno ). - a toluolt visszaöntjük a tárolóedénybe. A piknométert a toluolgőz kiszívatásával kiszárítjuk, majd harmadáig megtöltjük a mérendő anyag darabkáival. Felhelyezzük az üvegfeltéteket, és lemérjük az edény tömegét (m anyag+pikno ). - levesszük az üvegfeltéteket, és toluollal megtöltjük az edényt a feléig. Körkörösen megmozgatjuk az edényt, hogy kirázzuk a mérendő anyag darabkái közül a levegőbuborékokat. Feltöltjük toluollal az edényt, felhelyezzük a feltéteket, jelre állítjuk és lemérjük az edényt (m anyag+toluol+pikno ) - a mérés végeztével a piknométert kiürítjük, a mérendő anyagot szűrőpapíron, fülke alatt megszárítjuk Sűrűségmérés: Szilárd anyag sűrűségének meghatározása piknométerrel

86 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Számítások: - a piknométer térfogatát meghatározzuk a beletöltött toluol térfogatából. A toluol sűrűsége 25 ºC-on: 0,865 g/cm 3. Ebből a piknométer térfogata: - a bemért anyag térfogata a kiszorított toluol térfogatával egyenlő. A kiszorított toluol tömegéből kiszámítjuk a minta térfogatát: - a minta sűrűsége a minta tömegének és térfogatának hányadosa: Beadandók: - készülékrajz - a minta sorszáma (az üvegen feltüntetett háromjegyű szám) - a minta számított sűrűsége (g/cm 3 egységben, két tizedesjegyre kerekítve) Sűrűségmérés: Szilárd anyag sűrűségének meghatározása piknométerrel

87 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása areométerrel Az areométer egy általánosan használt egyszerű sűrűségmérő eszköz. Folyadékok sűrűségének meghatározására alkalmas. Egy súlyból és egy skálázott nyakból áll. Működése Archimedes törvényén alapul: a súlyerő lefelé, a folyadékban ébredő felhajtóerő felfelé irányul. A felhajtóerő a bemerülő test által kiszorított folyadék súlyával egyenlő. Az egyensúlyi pont így a test által kiszorított folyadék-térfogat valamint a folyadék és a test sűrűségének különbségétől függ. Az areométeren a skála a két erő egyensúlyában a folyadék sűrűségét mutatja. Az areométer annál pontosabb, minél vékonyabb a nyaka. Ha egy skálarésszel kisebb térfogat merül a folyadékba, akkor egy skálaosztás kisebb sűrűséget jelent. Így megkülönböztetünk kereső-areométert (nagyobb sűrűségtartományban mér, de kevéssé pontosan) és finomskálás areométert. Egy kereső areométeres sűrűség-tartományt több, különböző finomskálás areométer használatával fedhetünk le. A gyakorlat során egy alkoholos oldat vagy egy sóoldat sűrűségét, és ezáltal összetételét kell meghatározni. Az areométert használják iparban folyadékok sűrűségének gyors, de kevéssé pontos meghatározására (alkoholométer, szachariméter, alkaliméter, mustfokoló). G F fel

88 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása areométerrel A mérés menete: - a mérést a mérésvezető segítségével, csoportosan végezzük - a megadott számú üvegből egy egyliteres mérőhengerbe töltünk. Belehelyezzük a kereső areométerek közül a legkisebb sűrűségre kalibráltat. Ha ugyanis a nagyobb sűrűségre kalibráltat helyezünk bele, előfordulhat, hogy az areométer teljesen elmerül (nagyon kis folyadéksűrűség esetén). Az areométert a mérőhenger közepébe állítjuk, és megpörgetjük. A skála beállta után leolvassuk a mért sűrűséget. Ha a skála nem merül a folyadékba, folytatjuk a mérést a nagyobb sűrűségre kalibrált areométerekkel. - kiemeljük a kereső areométert, majd a megfelelő (legkisebb sűrűségre kalibrált) finomskálással folytatjuk a mérést. - a mérés végeztével a mérendő folyadékot tölcsér segítségével visszatöltjük (a megfelelő számú üvegbe!), az areométert desztillált vízzel lemossuk, letöröljük. - a mérlegszobában elhelyezett diagramok segítségével megállapítjuk az oldat tömegszázalékos koncentrációját

89 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása areométerrel Számítások: - vegyes-százalékos összetétel (g oldott anyag/100 cm 3 oldat) A sűrűségből megkaphatjuk egy ismert térfogatú oldat tömegét: A tömegszázalékos összetétel megmutatja, hány g oldott anyag van 100 g oldatban. Jelöljük ezt „x”-el, „y” pedig jelentse az „m” g tömegű, 100 cm 3 térfogatú oldatban lévő oldott anyag tömegét. Ekkor felírható a következő aránypár: Egyszerűsítve: azaz a vegyes-százalék a tömegszázalék és a sűrűség szorzatával egyenlő. - térfogat-koncentráció (g oldott anyag/1 dm 3 oldat) A vegyes-százalékos összetételhez hasonlóan számíthatjuk ki. Vegyük észre azonban, hogy 1 dm 3 =1000 cm 3, és ha 100 cm 3 oldatban „y” g oldott anyag van, akkor 1000 cm 3 -ban tízszer annyi, (10y) g van. A térfogat koncentráció tehát a vegyes-százalék tízszeresével egyezik meg.

90 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása areométerrel Számítások (folytatás): - mólszázalékos összetétel (mol oldott anyag/100 mol oldat) Jelöljük a tömegszázalékos összetételt „x”-el, az oldott anyag móltömegét „M”-el. Ekkor 100 g oldatban x g oldott anyag, és (100-x) g oldószer, jelen esetben víz található. Az oldott anyag mólszáma 100 g oldatban: Az oldószer mólszáma 100 g oldatban (a víz móltömege 18 g/mol) : 100 mol oldatra a következő aránypár írható fel, ahol „n/n %” a mólszázalékos koncentráció: - móltört (mol oldott anyag/1 mol oldat) A móltörtet kiszámíthatjuk a mólszázalékhoz hasonlóan, azonban egyetlen mól oldatra kell vonatkoztatni. Az előző jelöléseket megtartva, és a móltörtet „w”-vel jelölve:

91 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása areométerrel Számítások (folytatás): - molaritás (mol oldott anyag/1 dm 3 oldat) Kiszámítjuk 1 dm 3, azaz 1000 cm 3 oldat tömegét: Ismét a tömegszázalékból indulunk ki: ha 100 g oldat „x” g oldott anyagot tartalmaz, „m” g oldatban „y” g oldott anyag van: Ha „M” az oldott anyag móltömege, „y” g oldott anyag „n” mólnak felel meg: „n” az oldat molaritása, ennyi mól oldott anyag található 1 dm 3 oldatban. Egyszerűbben megkaphatjuk a molaritást a térfogat-koncentrációból, ha azt elosztjuk az oldott anyag móltömegével (a térfogati koncentráció megmutatja, 1 dm 3 oldat hány g oldott anyagot tartalmaz).

92 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása areométerrel Számítások (folytatás): - Raoult-koncentráció (mol oldott anyag/1000 g oldószer) Jelöljük a tömegszázalékos összetételt „x”-el, az oldott anyag móltömegét „M”-el. Ekkor 100 g oldatban x g oldott anyag, és (100-x) g oldószer, jelen esetben víz található. Az oldott anyag mólszáma 100 g oldatban: Tehát (100-x) g oldószerre jut „n oldott anyag ” mól oldott anyag. Ekkor 1000 g oldószerre felírhatjuk a következő arányosságot, ahol „r” a Raoult-koncentráció:

93 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása areométerrel Beadandók: - az oldat azonosítója és az oldott anyag - az oldat sűrűsége (g/cm 3 ) - tömegszázalékos összetétel (g oldott anyag/100 g oldat) - vegyes-százalékos összetétel (g oldott anyag/100 cm 3 oldat) - mólszázalékos összetétel (mol oldott anyag/100 mol oldat) - móltört (mol oldott anyag/1 mól oldat) - térfogatkoncentráció (g oldott anyag/1 dm 3 oldat) - molaritás (mol oldott anyag/1 dm 3 oldat) - Raoult-koncentráció (mol oldott anyag/1000 g oldószer)

94 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása Mohr-Westphal mérleggel A Mohr-Westphal mérleg egy különleges súlysorozattal ellátott hidrosztatikai mérleg. A mérleg egyik karján egy kismértékben mozgatható ellensúly, a másik karján egy platinaszálon függő üvegtest található. A különleges súlykészlet U alakban meghajlított, nikkelezett rézdrótokból, úgynevezett lovasokból áll. A súlysorozat egysége a mérleghez tartozó üvegtesttel egyenlő térfogatú, 4 ºC-os víz légüres térre redukált tömegével (a konvenció szerint ennek sűrűsége 1 g/cm 3 ) egyenlő tömegű lovas. A kisebb súlyok az egység 0,1 és 0,01 részei. Az üvegtestre ható felhajtóerőt ezekkel a súlyokkal kiegyenlítve kapjuk meg az adott hőmérsékletű vízre vonatkoztatott relatív sűrűséget. A lovasokat a 10 osztályrészre (9 a karon plusz a kampó) beosztott karra helyezzük el. Az egyes súlyok névértékének tized részét a karhossz változtatásával mérjük; ha tehát az egység súlyt balról a 4. osztásba helyezzük, az 0,4 g/cm 3 -nek felel meg. A kisebb súlyokat felhelyezve, és a mérleget kiegyensúlyozva a lovasok helyzetéből egyszerűen leolvasható a mért sűrűség. ….

95 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása Mohr-Westphal mérleggel A mérés menete: - a mérésvezető által megadott oldat tömegéből („m oldat ”) és mólszázalékos összetételből kiszámítjuk az bemérendő anyag mennyiségét. Az oldott anyag móltömege 44 g/mol, az oldószeré 18 g/mol (víz). Jelölje „m oldott anyag ” az oldott anyag tömegét, „m oldószer ” a bemért víz, azaz az oldószer tömegét, „c” pedig az oldat koncentrációját mólszázalékban. A mólszázalék azt mutatja meg, hány mól oldott anyag található 100 mol oldatban. Írjuk fel az oldott anyag (n oldott anyag ) és az oldószer (n oldószer ) mólszámával a következő arányosságot: A mólszámok megegyeznek a tömeg és a moláris tömeg hányadosaival, ezeket behelyettesítve: Az oldószer tömege kifejezhető a mérésvezető által megadott oldattömeg és a bemérendő oldott anyag tömegének különbségeként:

96 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása Mohr-Westphal mérleggel A mérés menete (folytatás): - az előző egyenletből a bemérendő anyag tömegét kifejezve a következő összefüggést kapjuk: - táramérlegen letárázunk egy óraüveget, majd rámérjük az előző módon számított szilárd anyagot. Ezután (levesszük az óraüveget) táramérlegre állítunk egy tiszta, száraz főzőpoharat, és letárázzuk. Egy desztillált vizes palack segítségével a főzőpohárba mossuk az óraüvegről a szilárd anyagot, majd a megadott oldattömegre egészítjük ki desztillált vízzel. - ellenőrizzük a Mohr-Westphal mérleg egyensúlyi helyzetét levegőn. Ha a mérleg eltér az egyensúlytól, először ellenőrizzük, száraz-e az üvegtest és a felfüggesztő szál, nem maradt-e egy folyadékcsepp az üveghasáb alján. Ha az üvegtesten rászáradt anyagot látunk, pár percre merítsük desztillált vízbe, majd óvatosan töröljük szárazra. Amennyiben még ekkor sem áll be a mérleg, ellenőrizzük a talpcsavarokat és az ellensúly helyzetét. Ezeket csak a mérésvezető engedélyével változtassuk!

97 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása Mohr-Westphal mérleggel A mérés menete (folytatás): - a készített oldat kis részletével (pár cm3) átöblítjük a mérleghez tartozó üveghengert - az üveghengert az üvegtestet alá helyezzük vigyázva, hogy ne érjen a falához. A hengert feltöltjük lassan a mérendő folyadékkal úgy, hogy az üvegtestet teljesen ellepje - kiegyensúlyozzuk a mérleget a mellette található súlyok segítségével. A súlyokat csipesszel helyezzük fel, a kezünkről feltapadó szennyeződés változtatja a súly tömegét. Először a nagy súlyt próbáljuk a 10. értékre (kampó), ez 1 g/cm 3 -nek felel meg. Ezután szintén egy nagy súlyt próbálunk az 1. értékre, ez 0,1 g/cm 3 -nek felel meg. Ezt a súlyt végigpróbáljuk az összes értéken, amíg a mérleg mutatója az egyensúlyi helyzet fölé nem mozdul. Ha a mérleg mutatója az egyensúlyi helyzet fölé emelkedik, akkor túl van súlyozva a mérleg, ekkor az adott súlyt eggyel kisebb értékre helyezzük, és folytatjuk a következő, egy helyiértékkel kisebb súllyal. Ha egy értékre több súly kerül, a kisebbet a nagyobb lovas „lábára” akasztjuk. A mérleg kiegyensúlyozása után leolvassuk a mért sűrűséget. - a súlyokat a dobozukba helyezzük. Mérlegek közt tilos a súlyokat összecserélni! Az üveghengert desztillált vízzel átöblítjük, majd meg is töltjük, és pár percre belemerítjük az üvegtestet. - szárazra töröljük a mérleget és az üveghengert

98 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Sűrűségmérés: Folyadék sűrűségének meghatározása Mohr-Westphal mérleggel Beadandók: - a mérleg rajza - a készített oldat térfogata - a készített oldat koncentrációja (mólszázalékban) - a végzett számítások - a készített oldat sűrűsége, a leolvasott három tizedesjegy pontossággal - a méréshez használt mérleg sorszáma - megfigyelések

99 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző Egy anyag megolvadása fázisátalakulás: egy szilárd halmazállapotú anyag folyadék fázisú lesz. Fázisnak nevezzük az anyagnak a környezettől határfelülettel elválasztott részét. Két fázis például az olaj és a víz elegye (két folyadék fázis); egy anyag szilárd és folyadék állapota, de egy anyag két kristály-módosulata is. Azt a hőmérsékletet, amelyen az anyag szilárd és folyadék fázisa egymással egyensúlyban van, olvadáshőmérsékletnek nevezzük. Az olvadáspont az a hőmérséklet, amelyen 101,325 kPa nyomáson az anyag szilárd és folyadék fázisa egymással egyensúlyban van. Arról, hogy egy anyagi rendszerben hány intenzív (a rendszer méretétől független) állapothatározót választhatunk (változtathatunk) szabadon úgy, hogy a kérdéses rendszer ne változzon, a Gibbs-féle fázisszabály ad információt. Eszerint: Sz=K-F+2, ahol Sz a szabadsági fokok (szabadon választott intenzív állapothatározók), K a komponensek (alkotók), F pedig a rendszerben létező fázisok száma. Egy egykomponensű (K=1) rendszerben például az olvadásponton (szilárd és folyadék fázis, F=2): Sz=1-2+2=1, egyetlen állapothatározót változtathatunk a rendszer változása nélkül. Az anyag egyensúlyi állapotait és ezek átalakulásait a nyomás és a hőmérséklet függvényében fázisdiagramon ábrázoljuk.

100 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző Az alábbi ábra általános példa egy egykomponensű, tiszta anyag fázisdiagramjára. Az abszcissza (x) tengely a hőmérséklet, az ordináta (y) tengely a nyomás. Az egyes tartományok az adott nyomáson és hőmérsékleten stabil anyagformát (fázist) mutatják. A görbék egyensúlyi állapotokat jelölnek: - forráspont görbe - szublimációs görbe - olvadáspont görbe Az egyes görbék meredeksége információt ad az egyensúlyi hőmérséklet nyomásfüggéséről; minél meredekebb a görbe, annál kisebb a nyomásfüggés. A diagram nevezetes pontjai: - hármaspont: mindhárom fázis egyensúlyban van - kritikus pont: efölött nem vihető a gáz állapot folyadék fázisba sem a nyomás, sem a hőmérséklet növelésével; az anyag fluid állapotú lesz. T p szilárd folyadék gáz fluid

101 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A következő diagramokon az olvadási folyamat hőmérséklet (T) - idő (t) diagramját mutatjuk be. A melegítést úgy végezzük, hogy a melegített test minden pontjában azonos a hőmérséklet (nincs helyi eltérés a hőmérsékletben), és állandó a testtel közölt hőáram (Q). A folyamat három szakaszból áll: t T T op SS+LL - a szilárd anyag melegedése: az anyag fajlagos hőkapacitásának (c szilárd ) és tömegének megfelelően nő a hőmérséklete(T): Q=c szilárd ·m·ΔT - az anyag megolvadása: az olvadáspontot elérve a rendszerrel közölt energia a kristályrács átalakítására fordítódik: Q=m·L olvadás ahol L az anyag fajlagos olvadáshője. Ez egy ún. látens hő; a hőmérséklet ilyenkor nem változik, amíg van szilárd anyag a rendszerben. - az olvadék melegedése: hasonlóan a szilárd anyagéhoz, de a folyadék fajlagos hőkapacitásával

102 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A következő diagramokon az olvadási folyamat hőmérséklet (T) - idő (t) diagram és a fázisdiagram kapcsolatát mutatjuk be. Az előző oldalon látott diagram tengelyeit megcserélve kapjuk az alsó, idő (t) – hőmérséklet (T) diagramot. Az olvasztást légköri nyomáson végezzük (p 0 ), a kiindulási hőmérséklet T 0. Az olvadás szakaszai megegyeznek az előzően bemutatottakkal: - a szilárd anyag felmelegedése az olvadáspontig - a fázisátalakulás állandó hőmérsékleten (olvadásponton) - a folyadék (olvadék) melegedése T p szilárdfolyadék gáz T t T op p0p0 T0T0

103 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A következő ábrán egy olvadáspont - összetétel görbe látható kétkomponensű, ideális elegyre. Mindkét ordináta olvadáshőmérséklet, az abszcissza összetétel móltörtben. A móltört számítása „m” db komponensből álló elegyre a következő: Kétkomponensű elegyre: Belátható, hogy: ha n B =0, akkor x B =0 (tiszta A anyag) és ha n B =0, akkor x B =1 (tiszta B anyag) A fölső görbe fölött csak olvadék (Liquid), a két görbe közt olvadék és szilárd anyag, az alsó görbe alatt csak szilárd (Solid) halmazállapotú anyag van a rendszerben. xBxB 0 1 TT T op,A T op,B S S+L L

104 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző Léteznek speciális, nemideális elegyek, ún. eutektikumok. Ezek olvadáspontja, az eutektikus hőmérséklet, mindkét tiszta alkotó olvadáspontja alatt helyezkedik el. Az eutektikus hőmérséklet alatt szilárd elegy, a felső görbék alatt szilárd-folyadék elegy, a felső görbék felett folyadék fázis a stabil. xBxB 0 1 TT T op,A T op,B T eutektikus S S+L L Az eutektikus összetételű elegy esetén tapasztalunk csak éles olvadáspontot, más esetben az olvadás az eutektikus hőmérséklettől valamelyik tiszta alkotó olvadáspontjáig történik. Azt, hogy melyik alkotó olvadáspontja a felső határ, szintén a diagramról láthatjuk: ha az eutektikus összetételnél kisebb a „B” alkotó móltörtje a kiindulási elegyben, akkor (mivel mindig x eutektikus összetételű anyag olvad meg) az olvadás során a szilárd fázisban folyamatosan csökken a „B” alkotó mennyisége, míg csak tiszta „A” anyag marad. Ennek ellenkezője történik a „B” anyag feleslege esetén: az „A” anyag olvad ki a szilárd elegyből. x eutektikus

105 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A mérőkészülék a bal oldali ábrán látható. Lényegében egy szilikonolajjal feltöltött üveghurok, amibe két oldalcsövön keresztül helyezhetjük be a mérendő mintát. A melegítéshez egy mikroégőt használunk, az ábrának megfelelő ponton, a hurok végét melegítve. Ekkor a melegített pontban az olaj felmelegszik, sűrűsége lecsökken, felfelé kezd áramlani. A helyére hidegebb olaj érkezik. Ezt a melegítés következtében kialakuló folyadék - cirkulációt nevezzük termoszifon - hatásnak. Ügyelnünk kell, hogy a melegítés ne legyen túl gyors; a hőmérő azt a hőmérsékletet mutatja, amelyen éppen a higanyzsák van, és túl gyors melegítés esetén az olaj (és a kis mennyiségű mérendő anyag) gyorsabban melegszik fel, mint a higanyzsák. Ekkor az anyag megolvadásának pillanatában a hőmérő alacsonyabb hőmérsékletet fog mutatni a ténylegesnél, és a valódi olvadáspont alá fogunk mérni. oldalcső + kapilláris hőmérő mikroégő

106 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete: - gyakorló mérést végzünk az ismert olvadáspontú karbamiddal (o.p.: 133 ºC). - a karbamidot ha szükséges, dörzsmozsárban elporítjuk, majd az egyik végén gondosan leforrasztott kapillárisba töltjük. Ha már nem tudunk többet beletölteni, óraüvegre állított üvegcsövön leejtjük; ekkor az anyag a kapilláris lezárt végébe fog rázódni. Kb. 1-1,5 cm hosszan célszerű a kapillárist megtölteni, ekkor olvadáskor az anyag hirtelen összehúzódása is látható. - a kapillárist belehelyezzük az olvadáspont-mérő készülékbe úgy, hogy az anyag pont a higanyzsák előtt helyezkedjen el. - a mikroégővel melegítjük a készüléket, kb ºC/perc sebességgel. Amikor a kristályok élei kezdenek megolvadni, feljegyezzük az olvadáspontot - kivesszük a megolvadt anyagot tartalmazó kapillárist, és a mért olvadáspont alá engedjük hűlni a készüléket (kb. 30 ºC-al). - az első, közelítő mérés után még két mérést végzünk

107 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - az ismeretlen anyagot ha szükséges, dörzsmozsárban elporítjuk, majd az egyik végén gondosan leforrasztott kapillárisba töltjük. Ha már nem tudunk többet beletölteni, óraüvegre állított üvegcsövön leejtjük; ekkor az anyag a kapilláris lezárt végébe fog rázódni. Kb. 1-1,5 cm hosszan célszerű a kapillárist megtölteni, ekkor olvadáskor az anyag hirtelen összehúzódása is látható. - a kapillárist belehelyezzük az olvadáspont-mérő készülékbe úgy, hogy az anyag pont a higanyzsák előtt helyezkedjen el. - a mikroégővel melegítjük a készüléket, először kb. 10 ºC/perc sebességgel. Amikor a kristályok élei kezdenek megolvadni, feljegyezzük az olvadáspontot - kivesszük a megolvadt anyagot tartalmazó kapillárist, és a mért olvadáspont alá engedjük hűlni a készüléket (kb. 30 ºC-al). - a következő mérést úgy végezzük, hogy a mért olvadáspont 20 ºC-os közelében csak 3-5 ºC/perc melegítést alkalmazunk. Így elkerülhetjük a túl gyors melegítésből származó hibát. - az első, közelítő mérés után még három-öt mérést végzünk

108 Kilépés Olvadáspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző Beadandók: - a karbamid mért olvadáspontja (a három mérés átlaga) - az ismeretlen olvadáspontja (a három-öt pontos mérés átlaga). Ha nagy eltéréseket találunk a mért olvadáspontokban, akkor valamelyik mérés során valószínűleg túl gyors melegítést alkalmaztunk. Emlékezzünk vissza, hogy a túl gyors melegítés a valódinál kisebb mért olvadáspontot eredményez; célszerű a legmagasabb mért olvadáspontokat átlagolni, vagy nagyon nagy eltéréseknél csak a legmagasabb olvadáspontot beadni. Az átlagot mindig páratlan számú mérésből vonjuk. Az eredményeket egész értékre kerekítve, ºC-ban kell megadni; gondoljuk meg,van-e értelme a számológépből kapott átlagban a tizedesjegyeknek, amikor az eredeti leolvasást is egész ºC-ra végeztük. - megfigyelések - készülékrajz

109 Kilépés Forráspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A gőztenzió (egyensúlyi gőznyomás) az a nyomás, amit egyensúlyi állapotban az anyag elpárolgó gőze hoz létre. A gőztenzió függ a hőmérséklettől: az a hőmérséklet, amelyen eléri a külső nyomást a forráshőmérséklet. Azt a hőmérsékletet, amelyen a tenzió eléri a 101,325 kPa nyomást, forráspontnak nevezzük. A forrás folyamata fázisátalakulás: folyadékból gőz halmazállapotba alakul az anyag. Fázisnak nevezzük az anyagnak a környezettől határfelülettel elválasztott részét. Arról, hogy egy anyagi rendszerben hány intenzív (a rendszer méretétől független) állapothatározót választhatunk (változtathatunk) szabadon úgy, hogy a kérdéses rendszer ne változzon, a Gibbs-féle fázisszabály ad információt. Eszerint: Sz=K-F+2, ahol Sz a szabadsági fokok (szabadon választott intenzív állapothatározók), K a komponensek (alkotók), F pedig a rendszerben létező fázisok száma. Egy egykomponensű (K=1) rendszerben például az olvadásponton (szilárd és folyadék fázis, F=2): Sz=1-2+2=1, egyetlen állapothatározót változtathatunk a rendszer változása nélkül. Az anyag egyensúlyi állapotait és ezek átalakulásait a nyomás és a hőmérséklet függvényében fázisdiagramon ábrázoljuk.

110 KilépésFőoldalKövetkezőElőző Az alábbi ábra általános példa egy egykomponensű, tiszta anyag fázisdiagramjára. Az abszcissza (x) tengely a hőmérséklet, az ordináta (y) tengely a nyomás. Az egyes tartományok az adott nyomáson és hőmérsékleten stabil anyagformát (fázist) mutatják. A görbék egyensúlyi állapotokat jelölnek: - forráspont görbe - szublimációs görbe - olvadáspont görbe Az egyes görbék meredeksége információt ad az egyensúlyi hőmérséklet nyomásfüggéséről; minél meredekebb a görbe, annál kisebb a nyomásfüggés. A diagram nevezetes pontjai: - hármaspont: mindhárom fázis egyensúlyban van - kritikus pont: efölött nem vihető a gáz állapot folyadék fázisba sem a nyomás, sem a hőmérséklet növelésével; az anyag fluid állapotú lesz. T p szilárd folyadék gáz fluid Forráspont-mérés

111 KilépésFőoldalKövetkezőElőző A következő ábrán egy forráspont - összetétel görbe (halgörbe) látható kétkomponensű, ideális elegyre. Mindkét ordináta forráshőmérséklet, az abszcissza összetétel móltörtben. A móltört számítása „m” db komponensből álló elegyre a következő: Kétkomponensű elegyre: Belátható, hogy: ha n B =0, akkor x B =0 (tiszta A anyag) és ha n B =0, akkor x B =1 (tiszta B anyag) xBxB 0 1 TT T fp,A T fp,B Forráspont-mérés

112 Kilépés Forráspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző Eddig ideális elegyek tulajdonságait tárgyaltuk. Léteznek azonban nemideális elegyek, amelyek speciális viselkedést mutathatnak. Ha az elegy harmatpont-görbéje érinti a forráspont-görbéjét, akkor azeotróp elegyről beszélünk. Az érintési pontban mindkét függvénynek szélsőértéke van; ez alapján megkülönböztetünk maximális és minimális forráspontú azeotrópokat.

113 Kilépés Forráspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A forráspont - mérést Smith-Menzies ún. gömbi módszerével végezzük. A méréshez összeállított készüléket mutatja az alábbi ábra. hőmérő gömbi rögzítő gumi Bunsen-égő szűrőkarika drótháló melegítő fürdő A gömb egy kis, kb. 1 cm átmérőjű üveggömb, ami 3-4 cm hosszú, visszahajlított csővel van ellátva. Ebbe töltünk bele a mérendő anyagból néhány tized cm 3 -t, majd egy gumival vagy cérnával a hőmérő alsó részéhez rögzítjük úgy, hogy a gömbi csövének vége egy vonalban legyen a hőmérő aljával. Így a gömbiből a melegítés során távozó buborék hőmérsékletét fogjuk mérni. A méréshez melegítő fürdőnek vizet alkalmazunk. A fürdőhöz használt főzőpohár ne legyen túl nagy, mert a nagy fürdőt nehezebb (lassabb) melegíteni. Ideális az 500 ml-es pohár.

114 Kilépés Forráspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete: - a kapott folyadékból cseppentő segítségével megtöltjük a gömbit kb. az üveggömb harmadáig, feléig. A megtöltés menete a következő: cseppentővel az oldalcsőbe helyezzük a mintát, majd a gömbi óvatos rázogatásával betöltjük az üveggömbbe. - a gömbit rögzítjük a hőmérőhöz úgy, hogy a szára a hőmérő higanyzsákjának aljával legyen egy vonalban - a hőmérőt gumiujj segítségével befogatjuk, majd belemerítjük a melegítő fürdőbe. Meggyújtunk egy Bunsen-égőt, és megkezdjük a mérést. A fürdőt üvegbot segítségével folyamatosan kevergetjük, hogy egyenletes legyen a fürdő hőmérséklete. - a melegítés során a minta párologni, majd forrni kezd, ezt buborékképződésként tapasztaljuk. Először a levegő távozik a gömbiből, majd az anyag tiszta gőzei lesznek a buborékokban. Ekkor a gömböcskében a gőz fázis a légköri nyomással (és a felette lévő vízoszloppal) tart egyensúlyt. Emlékezzünk a forráspont definíciójára: az ekkor mért hőmérséklet a forráshőmérséklet.

115 Kilépés Forráspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - ha már egyenletes a buborékolás, kihúzzuk az égőt a fürdő alól. Nem oltjuk el! Megvárjuk, amíg a buborékolás megszűnik, és az utolsó buboréknál, amely már visszafelé indulna a gömbi oldalcsövében, leolvassuk a hőmérsékletet. Ezzel egy időben visszahelyezzük a gázégőt, és intenzíven melegíteni kezdjük az oldatot. Ez azért szükséges, mert a gömbiben lecsökkent a nyomás (a légköri alá), és a külső légnyomás benyomná a vizet. Ha mégis víz kerül a gömbibe, megszakítjuk a mérést, kirázzuk a gömbi tartalmát, kiöblítjük acetonnal, majd vákuumszivattyúval kiszívatjuk belőle az acetongőzt - amint újra egyenletes a buborékolás, megismételjük a mérést, összesen három-öt (de mindenképp páratlan számú) mérést végzünk - ha elfogy a mérendő folyadék, megszakítjuk a mérést, és újratöltjük a gömbit - kiemeljük a gömbit a fürdőből, kirázzuk a tartalmát, kiöblítjük acetonnal, majd kiszívatjuk vízsugárszivattyúval

116 Kilépés Forráspont-mérés FőoldalKövetkezőElőző Beadandók: - az ismeretlen forráspontja (a mért forráspontok átlaga. Ha nagyon kiugró értéket mértünk, akkor hagyjuk ki az átlagszámításból, de mindig páratlan számú mérésből vonjunk átlagot. A beadott forráshőmérséklet °C-ban, egész értékre kerekítve legyen, hiszen ilyen pontosan olvastuk le a hőmérőt) - légköri nyomás (a forráspont erősen függ a külső nyomástól, ezért a barométerállást leolvassuk, és a mellette szereplő képlettel számítjuk a légnyomást. A gömbi feletti vízréteg is mérési hibát okoz, de ez elhanyagolható, a század ºC nagyságrendjébe esik ) - megfigyelések - készülékrajz

117 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző Híg oldatok kollogatív tulajdonságainak mérésével meghatározható egy ismeretlen anyag móltömege. Kollogatív tulajdonságnak azt nevezzük, ami csak az oldószer minőségétől és az oldott anyag koncentrációjától függ. Ilyen tulajdonság az ozmózisnyomás, a gőznyomás, a forráspont- emelkedés és a fagyáspont-csökkenés. Ezek a jelenségek azzal hozhatók kapcsolatba, hogy az oldott anyag megváltoztatja (csökkenti) az oldószer kémiai potenciálját. Ez a változás az oldott anyag mennyiségével csak híg (általánosan az oldott anyagra 0,05-nél kisebb móltörtű) oldatokban egyenesen arányos. Az ezekre vonatkozó lineáris összefüggéseket nevezzük híg oldatok törvényeinek. Ismert tömegű, tiszta anyagból ismert koncentrációjú (g oldott anyag/dm 3 oldat) oldatot készítve, majd a fagyáspont-csökkenést megmérve az anyag móltömege az oldószer krioszkópos együtthatójának ismeretében meghatározható. A krioszkópos együttható az oldószerre jellemző érték, megmutatja, hogy az oldószer 1 dm 3 -ében 1 mól oldott anyag mekkora fagyáspont-csökkenést okoz. Az oldott anyag mennyiségét az oldatban lévő részecskék száma jelenti. Egy disszociáló vegyület (pl. ionos vegyület, sav, bázis) 1 mólja annyi mól oldott anyagnak számít, ahány részre az adott anyag disszociál.

118 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző Tekintsünk néhány példát az előző gondolatmenetre: - 1 mól glükóz az oldatban is 1 mól oldott anyagnak felel meg, nem disszociál - 1 mól konyhasó vízben 2 mól oldott anyagnak felel meg, mert disszociál 1 mól Na + és 1 mól Cl - ionra. Mint korábban említettük, a fagyáspont csökkenés kollogatív tulajdonság, tehát független az oldott anyag minőségétől, így a két ion közt nincs különbség. Ebben az esetben ha ismert tömegű NaCl-ból készítünk oldatot, és megmérjük a fagyáspont-csökkenést, a számított móltömegre a két ion tömegének átlagát kapjuk majd. Fontos tehát tudnunk, milyen mértékben disszociál a molekula; ha ezt nem ismerjük, akkor csak az előbb látott példához hasonlóan egy átlag-móltömeget fogunk mérni. - 1 mól ecetsav vízben készült oldatában az ecetsav csak részlegesen disszociál, mivel gyenge sav. Valamivel több, mint 1 mól oldott részecske lesz az oldatban, de 2 mólnál biztosan jóval kevesebb. - 1 mól nátrium-acetát (az előző ecetsav sója) viszont teljes mértékben disszociál, mert erős bázis gyenge savval képezett sója. Az acetát-ion a vízzel egyensúlyi folyamatban hidroxid ionokat hoz létre; valamivel több, mint 2 mól oldott részecske lesz tehát az oldatban. A gyenge bázisok erős savval képezett sói hasonlóan viselkednek.

119 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző A következő diagramon tiszta anyag lehűlési (fagyási) görbéjét mutatjuk be. A folyamat lényegében az olvadási görbe ellentéte, azonban a lehűtés során létrejöhet túlhűlés: az anyag fagyáspontja alá kerülve nem fagy meg, hanem metastabil állapotba kerül. Ekkor bármilyen külső hatásra (pl. rezgés, beoltás) megindul a fagyás. Ezt a jelenséget nevezzük túlhűlésnek. A lehűlés folyamata a következő részfolyamatokra bontható: t T T op S S+LL - a folyadék halmazállapotú anyag lehűlése - a folyadék halmazállapotú anyag túlhűlése (metastabil állapot) - fázisátalakulás, a folyadék megfagy - a szilárd anyag hűlése A szilárd fázis kiválásának megkezdésekor mért hőmérséklet és a fagyáspont közötti különbséget nevezzük a túlhűlés fokának (δ). δ

120 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző A kriszkóp egy oldalcsővel ellátott, egyik végén zárt üvegcső. A csőben egy 0,02ºC osztású differenciál-hőmérő és egy fém keverő van elhelyezve. A keverővel biztosítjuk az oldat egyenletes hőeloszlását (minden pontban lehetőleg azonos hőmérséklet legyen). A differenciál-hőmerő nevét onnan kapta, hogy hőmérséklet- különbséget mérünk vele, nincs rögzített pontja. Így a skálán szereplő 0 ºC nem a víz fagyáspontjának felel meg. A hőmérőt emiatt kalibrálni kell, desztillált víz fagyáspontjának mérésével. A differenciál-hőmérő sajátsága, hogy nem szabad vízszintes helyzetbe fektetni – ha mégis vízszintesbe hozzuk az jobb esetben a a kalibrációs pont elmozdulásával, rosszabb esetben a higanyszál megszakadásával jár. Emiatt a mérés megkezdése előtt ellenőrizzük, nem-e szakadt meg a szál a hőmérőben. Differenciál - hőmérő Keverő

121 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző A krioszkópot kívülről egy levehető légköpeny veszi körül. A Ennek szerepe a hőszigetelés: segítségével lassíthatjuk a hőátadást a hűtőkeverék és a vizsgált oldat közt, így kisebb mértékű túlhűlést tapasztalunk. A légköpeny a hűtőkeverékbe merül, amely jégből-vízből és konyhasóból áll. A megolvadó jég endoterm olvadáshője miatt lehűti a sóoldatot (melynek fagyáspontja az oldott só miatt 0 ºC alatt van). A hűtőkeverékbe merülő keverővel biztosíthatjuk a keverék egyenletes hőmérsékletét. A hűtőkeverékben elhelyezünk egy hagyományos hőmérőt, amivel figyelhetjük a keverék hőmérsékletét. Az ideális a ºC közötti keverék; ennél melegebb keverék nagyon lassan hűti le a mintánkat, hidegebb keverék pedig nagyon nagy túlhűlést okoz. Hűtőkeverék Keverő Hőmérő Légköpeny

122 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete: - a mérés megkezdése előtt a krioszkópot kimossuk, desztillált vízzel többször átöblítjük, majd szárítószekrényben kiszárítjuk. A differenciál - hőmérőt desztillált vízzel lemossuk, és papír törlővel szárazra töröljük. Erre azért van szükség, hogy egy korábbi mérés ne szennyezhesse a mintánkat. - súlypipetta segítségével bemérünk kb. 20 g desztillált vizet a krioszkópba. A súlypipetta egy U alakban meghajlított hasas pipetta. Megtöltésekor egy főzőpohárba kiöntött desztillált vízbe helyezzük a hegyesebb végét és a tompa végen keresztül teleszívjuk a pipettát. Táramérlegen lemérjük a pipetta és a víz együttes tömegét. Ehhez célszerű egy üres főzőpoharat a mérlegre helyezni, letárázni, majd belehelyezni a pipettát; így nem fog felborulni. A pipettából a függőleges csövön (nem az oldalcsövön) keresztül megtöltjük a krioszkópot, majd újra lemérjük az üres, de nedves pipettát. A két mért tömeg különbsége lesz a krioszkópban található oldószer tömege. - a elkészítjük a hűtőkeveréket, a jeget apróra zúzzuk, sót adagolunk hozzá, majd amikor már eléri a krioszkópban található folyadék szintjét, kevés vizet öntünk hozzá. Mérés közben mindig figyeljük a keverék hőfokát, és ha szükséges a jeget pótoljuk.

123 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a differenciál – hőmérőt mint említettük, kalibrálni kell. Ehhez a víz fagyáspontját fogjuk megmérni, a krioszkópban lévő desztillált víz segítségével. A krioszkópot belemerítjük a hűtőkeverékbe, és a tartalmát folyamatosan kevergetjük. Idézzük fel a tiszta anyag fagyási görbéjét! A hőmérőn láthatjuk, hogyan változik a hőmérséklet mérés közben. t T - a mérés megkezdésekor a hőmérséklet csökken, az oldat hűl, majd túlhűl, a hőmérő higanyszála egy pillanatra megáll (túlhűtési hőmérséklet, feljegyezzük) - megindul a fagyás, az oldat felmelegszik a fagyáspontig, jégkása alakul ki. A higanyszál a fagyásponton áll meg (kalibrációs 0 ºC, feljegyezzük) - az összes víz megfagyott, a jég hűl tovább

124 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a kalibráció során nem várjuk meg, hogy az összes víz megfagyjon, hanem miután a hőmérő beállt, a krioszkópot kiemeljük a hűtőkeverékből és hagyjuk felmelegedni - a kalibrációt legalább három alkalommal megismételjük, és a mért fagyáspontok átlagát tekintjük ezután a differenciál – hőmérő zéruspontjának - a kalibráció után kiszámítjuk, mennyi szilárd anyag szükséges, hogy a krioszkópban lévő desztillált vízből 2 m/m%-os oldatot készítsünk. Analitikai mérlegen mérőcsónakra mérünk ennél kisebb mennyiségű anyagot. A mérőcsónak egy kis üvegedény, amit pontos beméréseknél alkalmazunk; illeszkedik az analitikai mérlegeken találtható 2x2 szarvra, méréskor ezekre kell helyezni. Ez biztosítja, hogy a csónak csak a mérleg serpenyőjével érintkezzen. - a csónak orrán keresztül a krioszkóp függőleges csövén (nem az oldalcsövön) át a desztillált vízbe öntjük. Ügyeljünk, hogy a differenciál-hőmérő kiemelésekor ne cseppenjen ki a desztillált vízből; kiemelés előtt érintsük a hőmérőt a krioszkóp falához. Szintén fontos, hogy a bemért anyag az oldatba kerüljön, ne maradjon a krioszkóp falán. Ha mégis a falra tapadna, a keverő segítségével óvatosan mossuk az oldatba. A csónakot analitikai mérlegen visszamérjük.

125 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a készített oldat fagyáspontját megmérjük, legalább három alkalommal. A híg oldatból először csak a tiszta oldószer fagy ki, emiatt az oldatban a fagyás során folyamatosan nő az oldott komponens koncentrációja. Emiatt a fagyás során a fagyáspont változik (csökken), a mérés szempontjából fontos, hogy azt az értéket olvassuk le, amire a hőmérő „visszaugrik”. Feljegyezzük a túlhűlés mértékét is. - két mérés közt fel kell melegíteni az oldatot, ehhez célszerű egy főzőpohár meleg vizet alkalmazni. - a mérések végeztével kiöntjük az oldatot és a hűtőkeveréket, a krioszkópot desztillált vízzel átöblítjük.

126 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző Számítások: - a mért fagyáspontok (T op ) és a mért túlhűlési pontokból (T th ) kiszámítjuk a túlhűléseket (δ), majd ezek átlagát képezzük: - a számított átlagos túlhűlésből számítjuk az átlagos kifagyott jég mennyiségét (m jég ). A víz fajhője és a jég fagyáshője kismértékben függ a hőmérséklettől, az egyszerűség kedvéért ezt elhanyagoljuk, és a 0 ºC-on vett állandó értékekkel számolunk: c pvíz =4,185 J·g -1 · K -1 L ojég = 333,5 J·g -1 - a bemért anyag tömegéből (m anyag ) a bemért oldószer (m old ) és a kifagyott oldószer (m jég ) tömegéből kiszámítjuk az oldat tömegkoncentrációját (G) [g /1000 g oldószer]: - a kalibrációs zéruspont és a mért fagyáspontok eltérését kiszámítjuk, majd az átlagukat vesszük:

127 Kilépés Moltömeg meghatározása fagyáspont-csökkenés méréssel FőoldalKövetkezőElőző Számítások (folytatás): - a víz moláris fagyáspont-csökkenése ΔT M =1,86 ºC. A számított átlagos fagyáspont-csökkenés (ΔT) és a ismeretében kiszámítjuk az ismeretlen anyag móltömegét: Beadandók: - készülékrajz - az ismeretlen anyag móltömege (egész g/mol egységre kerekítve; a mérés ilyen pontosságot tesz lehetővé a számítási elhanyagolások miatt) - megfigyelések

128 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző Avogadro törvénye szerint azonos térfogatban azonos nyomású és hőmérsékletű gázok részecskeszáma azonos, relatív sűrűségük aránya megegyezik az átlagos móltömegek hányadosával: ha n 1 =n 2 és V 1 =V 2, valamint megegyezik a hőmérséklet és a nyomás: Folyadékok átlagos móltömegének meghatározását elvégezhetjük egy ismert tömegű kis részletük elpárologtatásával, és a keletkező gőz térfogatának, hőmérsékletének és nyomásának mérésével. A mennyiségek közti összefüggést az ideális gáztörvény átalakításával kapjuk: ahol p a minta nyomása(Pa), m a tömege(g), n a mólszáma, T a hőmérséklete (K), V a térfogata (m 3 ), R pedig az egyetemes gázállandó (8,314 J·mol -1 ·K -1 ). Az ideális gáztörvény csak közelítés valós gázelegyek esetén, azonban a gyakorlati körülményeinek hibája (a használt mérési eszközök bizonytalansága, a légnyomás ingadozása) nagyobb eltérést okoz az eredményben.

129 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző A gyakorlat során egy ismeret anyagokat ismeretlen arányban tartalmazó folyadékelegy átlagos móltömegét, és ezen keresztül összetételét határozzuk meg. A méréshez használt készülék egy elpárologtató edényből és egy gázbürettából áll, amiket egy hővédő pajzs választ el. A mérés elve, hogy egy zárt, levegővel töltött edényben elpárologtatjuk a minta egy kis részletét, és a keletkező gőz által kiszorított levegő térfogatából meghatározzuk a mintarészlet mólszámát. A bemért anyag tömegének ismeretében így meghatározható a minta móltömege. gőzfejlesztő gázbüretta hőszigetelő pajzs

130 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző A gázbüretta egy 0,1 cm 3 beosztású, 50 cm 3 térfogatú, egyenletes keresztmetszetű, a két végén leszűkített és olívázott üvegcső. A jobb leolvashatóság érdekében a büretta színezett vízzel van feltöltve. Leolvasásnál mindig a meniszkusz (folyadékív) legalsó pontját olvassuk le. A nívóedény és a büretta folyadékszintjét egy magasságba állítva a bürettában és a készülékben légköri nyomás uralkodik. A mérés megkezdése előtt szintén a nívóedénnyel ellenőrizhetjük a készülék szigetelését: a nívóedényt felemelve a büretta folyadékszintje egy szint után követi a nívóedényét, a nívóedényt szintben tartva pedig a büretta szintje nem változik. A segédhőmérő a büretta hőmérsékletét mutatja. Ez azért szükséges, mert a bürettában lévő víz tenziója is hozzájárul a készülékben uralkodó nyomásához, ezzel pedig korrigálni kell. A korrekció a vízgőz táblázatból a hőmérséklet segítségével kiolvasott érték. nívóedény segédhőmérő gázbüretta

131 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző A készülék másik része a gőzfejlesztő. A fűtőköpenyben folyamatosan forrásban lévő víz gőze biztosítja az elpárologtató edény állandó hőmérsékletét. A víz forrását forrkővel segítjük. A köpenyen lévő lyuk biztosítja, hogy ne alakuljon ki túlnyomás az edényben. Az elpárologtató edény felső részén elhelyezett lágyvas retesz fölé helyezzük a mintát tartalmazó, lezárt ampullát. Az üvegdugók behelyezése és megmozgatása (a csapzsír egyenletesen eloszlatásához kell) után mindig ellenőrizni kell, hogy a készülék jól zár-e. Ezután a reteszt egy mágnes segítségével elhúzzuk, az ampulla leesik és eltörik. A bemérőedény tartalma pillanatszerűen elpárolog, és megnöveli a nyomást a készülékben; az anyag gőze a levegőt kiszorítja a gázbürettába. bemérő ampulla lágyvas retesz elpárologtató edény fűtőköpeny szűrőkarika és azbesztháló Bunsen-égő légzőnyílás

132 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete: A mérés előtt el kell készítenünk a bemérő ampullákat. Ahhoz hogy pontosan ismerhessük a bemért minta tömegét, a következő lépéseket követjük: - analitikai mérlegen lemérjük az üres ampullákat. Ügyeljünk arra, hogy az ampullákat a mérleg szarvaira fektessük fel, különben a serpenyő mellett leérő rész meghamisíthatja a mérést. A tömegméréskor becsukjuk a mérleg ablakait. A mérés után célszerű alkoholos filccel megszámozni az ampulla hasát és a fejét is. Öt-hat ampullát mérjünk le. - egy cseppentő segítségével megtöltjük az ampulla hasát. Hagyjunk egy kis levegőt a has felső részén; ha teletöltjük, az ampulla lezárásakor a minta felforr és meg is gyulladhat - az ampulla nyakát egy Bunsen – égővel melegítjük, és amikor megfolyik az üveg, egy határozott mozdulattal széthúzzuk. Az olvasztásra a láng csúcsát használjuk, az a legmelegebb pont. A fejrészen keletkező csonkot gyönggyé olvasztjuk, így nem törhet le. - a kész ampullákat és a hozzájuk tartozó nyakat analitikai mérlegen visszamérjük. A két mért tömeg különbsége az bemért minta tömege.

133 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - ellenőrizzük a készülék dugóit a gázbüretta segítségével: a dugókat bezárva emeljük a gázbüretta szintje fölé a nívóedényt, és tartsuk ott pár másodpercig. A gázbüretta szintje ekkor jó szigetelés mellett nem változik. Az üvegdugót a csiszolatban megmozgatva egyenletes, buborékmentes szilikonzsír - filmet kell, hogy lássunk. Ha szükséges, zsírozzuk be a csiszolatokat (az üvegdugó csiszolatához érintsük a zsíros fapálcát, majd tegyük a dugót a csiszolatba, és mozgassuk meg). A készüléken lévő csiszolatra nem viszünk fel a fapálcával zsírt, mert ebbe könnyen beleragad a vas retesz és az ampulla. - a fűtőköpeny alsó részét kétharmadáig megtöltjük vízzel, és forrkövet teszünk bele. Meggyújtjuk a Bunsen – égőt, és hagyjuk a vizet felmelegedni. Ekkor van időnk elkészíteni a bemérő ampullákat a korábban ismertetett módon. - ha a forrás már egyenletes a fűtőköpenyben, és készen vannak a bemért ampullák, helyezzünk egy ampullát a retesz fölé. Állítsuk a nívóedénnyel 0-ra a gázbürettát, majd helyezzük be a dugókat (ismét mozgassuk át őket és ellenőrizzük, jól zárnak-e). Leolvassuk a segédhőmérőt, és feljegyezzük a hőmérsékletet.

134 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a reteszt elmozdítjuk, hogy az ampulla a gőzfejlesztő kamrába essen. Ha elég vékonyra húztuk az ampulla hegyét, könnyen eltörik, tartalma pedig elpárolog. A nívóedénnyel követjük a gázbüretta szintjét. Amint a büretta szintje beáll, leolvassuk a változást. Törekedjünk a gyors mérésre: az anyag elpárolgásakor levegőt szorít át a gázbürettába, azonban ha sokáig várunk, a minta gőze is áthalad a bürettába, ahol lekondenzál. Ekkor a valódi helyett alacsonyabb gőztérfogatot mérünk, és a valódinál nagyobb lesz a meghatározott móltömeg. - a mérés végeztével kiemeljük az elpárologtató edényt (vigyázat, forró!), az elhasznált ampulla maradékát kirázzuk belőle, majd vákuumszivattyú és egy hosszú üvegcső segítségével kiszívatjuk a minta gőzeit - újra összeállítjuk a mérőállást, ellenőrizzük a szigetelést, majd megismételjük a mérést (ne feledjük minden mérésnél ellenőrizni a segédhőmérőt). Legalább három, de inkább öt mérést célszerű végezni - a mérés végeztével kiöntjük a fűtőköpenyből a vizet, kitisztítjuk az elpárologtató edényt leolvassuk a barométert, és kiszámítjuk a légköri nyomást

135 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző Számítások: - a mért adatokból egyenként célszerű kiszámítani a minta átlagos móltömegét, így az esetleges kiugró vagy irreális értéket kihagyhatjuk az átlagérték számításakor - a móltömeget a következő egyenlet segítségével számíthatjuk: ahol a M a kérdéses átlag-móltömeg (g/mol), m minta a minta bemért tömege (g), p a légköri nyomás (a barométerállásból számított érték), p V a segédhőmérő hőmérsékletén a víz tenziója (táblázatból), V a mért gőztérfogat, R az egyetemes gázállandó (8,314 J·mol -1 ·K -1 ), T pedig a segédhőmérő hőmérséklete (K). Azért ezzel a hőmérséklettel számolunk, mert a minta gőze által kiszorított levegő a bürettában erre a hőmérsékletre hűl. - a számított móltömegek átlagát vesszük, és egész g/mol- ra kerekítjük; ez a minta mért móltömege - kiszámítjuk a minta gőzének levegőre vonatkoztatott relatív sűrűségét (ρ rel )a következő egyenlet segítségével: A levegő átlagmóltömege 28,84 g/mol

136 Kilépés Moltömeg meghatározása Victor-Meyer módszerével FőoldalKövetkezőElőző Számítások (folytatás): - a minta két anyag keveréke, szén-tetrakloridot és ciklohexánt tartalmaz. A ciklohexán móltömege 84 g/mol, a szén-tetrakloridé 154 g/mol. Az átlag móltömegből a minta mólszázalékos összetétele („x”; ciklohexánra): - a tömegszázalékos összetétel („y”; a mólszázalékos összetétel itt is „x”; ciklohexánra): Beadandók: - az ismeretlen móltömege (egész g/mol-ra kerekítve) - a minta gőzének levegőre vonatkoztatott sűrűsége - az ismeretlen mólszázalékos és tömegszázalékos összetétele - a barométerállásból számított légköri nyomás - készülékrajz, megfigyelések

137 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző Vizes oldatok kémhatását az oldatban lévő hidrogén-ion (H + ) illetve hidroxid-ion (OH - ) koncentrációja (aktivitása) határozza meg. A kémhatásra jellemző adat az oldat pH értéke. A pH definíció szerint a rendszer (oldat) hidrogénion aktivitásának tízes alapú negatív logaritmusa, ami híg oldatokban közel azonos a hidrogénion-koncentrációjával: pH = -lg a H + ≈ -lg [H + ]. A hidrogénion az oldatban valójában valamilyen komplexált formában, általában oxónium-ionként (H 3 O + ), vagy még nagyobb asszociátumban (H + ·n H 2 O) fordul elő. Az oxónium és hidroxid-ionok a víz autoprotolíziséből is keletkeznek, ami következő egyensúlyi reakcióval írható le: A vízion-szorzat megadja a két forma koncentrációjának (aktivitásának) szorzatát, értéke állandó: Tiszta desztillált vízben az oxónium-ionok és hidroxid-ionok mennyisége megegyezik, mol/dm 3. Az autoprotolízis magyarázza azt, hogy a tiszta víz elektromos vezetőképessége más, nagytisztaságú anyagokkal összehasonlítva nagyságrendekkel nagyobb, hiszen a benne található ionok révén ionvezetés jön létre (másodfajú vezető).

138 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző Azokat az oldatokat, amelyekben az oxónium-ionok mennyisége nagyobb, mint a hidroxid-ionoké, savasnak nevezzük. Ezek pH-ja kisebb, mint 7. Azokat az oldatokat, amelyekben a hidroxid-ionok vannak többségben, lúgos kémhatásúnak nevezzük, ezek pH-ja nagyobb, mint 7. Az oldatok kémhatásának pontos meghatározására és kívánt értéken tartására alkalmasak az úgynevezett pufferodatok. Pufferoldatnak (vagy kiegyenlítő oldatnak) nevezzük azokat az oldatokat, amelyek pH-jukat külső hatással szemben bizonyos határokon belül állandónak tartják. Puffereket előállíthatunk: - gyenge savból és gyenge sav erős bázissal alkotott sójából (pl. ecetsav és nátrium - acetát) - gyenge bázisból és a gyenge bázis erős savval alkotott sójából (pl ammónium - hidroxid és ammónium - klorid) - savanyú sókból (pl. nátrium-dihidrogén-foszfát) Erős savnak és erős bázisnak azokat a savakat és bázisokat nevezzük, amelyek vizes oldatban teljes mértékben disszociálnak savmaradék - ionra és hidrogén - ionra, illetve konjugált bázisra és hidroxid - ionra. A gyenge savak és bázisok csak részben disszociálnak.

139 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A pufferkapacitás az az egyértékű sav vagy bázis mennyisége molban kifejezve, amely szükséges 1 dm 3 pufferoldat pH-jának 1 egységgel történő megváltoztatásához. A pufferkapacitás jellemzi a puffer ellenálló képességét a külső hatásokkal szemben. Bizonyos anyagok a színüket a közeg pH-jától függően változtatják, ezeket a színezékeket indikátornak nevezzük. Azt a pH-tartományt, ahol az anyag színe a közeg kémhatásától függ, az indikátor átcsapási tartományának nevezzük. Az emberi szem színérzékenységének következtében ez a tartomány 2 pH egység széles (az érzékelt színváltozás kezdete és vége között). Az indikátorok maguk is gyenge savak vagy bázisok, amelyek színe eltér disszociált és disszociálatlan formában. A színváltozás oka az indikátor-molekula szerkezetében bekövetkező változás: ez lehet tautomerizáció (oxo-enol átrendeződés), vagy egy kialakuló hiperkonjugált rendszer (többszörös kötések, aromás rendszerek kölcsönhatása), stb. Az indikátor két formája eltérően nyeli el a látható fény sugarait, így látjuk más színűnek (vagy a színtelen indikátormolekula így lesz színes). Ha az indikátoranyag két formájának koncentrációja azonos, akkor mutatja az indikátor az úgynevezett átcsapási színét.

140 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző Mivel az indikátorok maguk is gyenge savak vagy bázisok, felírható egy disszociációs egyensúly. Egy egyértékű gyenge sav indikátorra például: Ahol HIn az indikátor disszociálatlan In - a disszociált formája. A reakcióra felírt egyensúlyi állandó (K d, disszociációs állandó): Az egyenletet átrendezve arra az esetre, ha a két forma koncentrációja egyenlő: Tehát az indikátor két formájának mennyisége akkor egyenlő (akkor mutatja az átcsapási színét) ha a hidrogén-ion koncentráció számértékben megegyezik az indikátor disszociációs állandójával. Ezt a pH-t, azaz a disszociációs állandó negatív logaritmusát nevezzük indikátor exponensnek (I ex ).

141 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A pH mérésére különböző eljárásokat dolgoztak ki. Az egyik legpontosabb módszer, amikor a minta egy ismert térfogatú részletét erős savval vagy lúggal titrálják, megfelelő indikátor mellett. Ekkor a titrálószer mennyiségéből és a mintarészlet térfogatából kiszámítható az oldat pH-ja. Az indikátor helyett alkalmazhatnak más módszert is a titrálás végpontjának jelzésére (mérhető például az oldat vezetőképessége, ezt konduktometriás titrálásnak nevezik), így a titrálás automatizálható. Alkalmaznak hidrogén – ion - szelektív elektródokat, amelyeket egy referenciaelektróddal galváncellává kapcsolva, és a cella elektromotoros erejét mérve számítható a minta pH-ja. Ez a módszer gyors, de a pontossága elmarad a titrálástól. Az elektromos jel és a módszer gyorsasága miatt könnyen alkalmazható szabályozórendszerekben, így az iparban ezt használják. Gyors, de pontatlan pH mérésre alkalmas eszköz az univerzál pH papír. A papíron különböző indikátorok vannak megkötve, amelyek bizonyos pH-n látható együttes színét mutatja a papírhoz tartozó színskála. A papírra felvisszük az oldatcseppet (vagy belemártjuk a mintába), majd pár másodpercig levegőn megvárjuk, amíg a papír telítődik szén-dioxiddal, a skála ugyanis erre az állapotra van kalibrálva. A mérés bizonytalansága 1 pH egység.

142 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A pH papírból létezik finomskálás is, amely nem fedi le a teljes vizes oldat tartományt, csupán néhány pH egységet. Működési elve megegyezik az univerzál indikátorpapíréval, de pontossága kb. 0,2 pH egység. A kolorimetriás pH mérés alapja az, hogy egy indikátor az átcsapási tartomány közelében az indikátor színe a pH kismértékű változására is különböző,szemmel követhető lesz. Létrehozunk egy ismert pH-jú puffersorozatot, és mindegyik egységbe azonos mennyiségű indikátort teszünk. A mérendő pH-jú mintánkból kiveszünk egy, a puffersorozat egységeivel megegyező térfogatú részt, és azokkal megegyező mennyiségű indikátort helyezünk bele. Ekkor a mintánk színét a puffersorozat elemeinek színével összehasonlítva megkapjuk a minta pH-ját. A módszer pontossága 0,1 pH egység. A gyakorlat során egy ismeretlen pufferoldat pH-ját kell meghatározni kolorimetriás méréssel.

143 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete: - a mérés elkezdése előtt összeállítunk egy vasháromlábat és egy azbeszt hálót. Egy 800 ml-es főzőpohárba betöltünk kb. 600 ml desztillált vizet, a hálóra helyezzük, majd az állvány alá helyezett Bunsen-égővel felforraljuk. Kb. 15 percig hagyjuk forrni. Ekkor a vízben oldott gázok felszabadulnak, mert a gázok vízoldhatósága a hőmérséklet növelésével lecsökken. Erre azért van szükség, mert a levegő szén-dioxid tartalma beoldódik a desztillált vízbe, és a keletkező szénsav megváltoztatja a víz pH-ját. A kiforralt vizet óraüveggel fedjük le, és hagyjuk lehűlni szobahőmérsékletre. - a kapott pufferminta pH-ját először univerzál indikátorpapír segítségével, közelítőleg határozzuk meg. A kémcsőbe mártunk egy tiszta, száraz üvegbotot, és egy darabka pH papírra cseppentünk a folyadékból. A papír színe és a mellékelt színskála alapján megállapítjuk a pH-t. Ne feledjük, hogy az indikátorpapír hibája ±1 pH egység - a mintánk vizsgálatára először indikátort kell választanunk. A közelítő pH alapján ezt a következő táblázat segítségével tehetjük meg

144 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző Indikátorok Átcsapási pH tartomány Színváltozás a növekvő pH irányában Az indikátoroldat összetétele Timolkék (első átcsapás)1,2 - 2,8vörös – sárga0,04 %-os alkoholos oldat Benzilnarancs1,9 - 3,3narancsvörös – sárga0,01 %-os vizes oldat Bróm-fenolkék3,0 - 4,6sárga – ibolyáskék0,04 %-os alkoholos oldat Kongóvörös3,0 - 5,2kék – vörös0,1 %-os vizes oldat Metilnarancs3,1 - 4,4vörös – narancssárga0,01 %-os vizes oldat Metilvörös4,2 - 6,3vörös – sárga0,02 %-os alkoholos oldat Bróm-krezol-bíbor5,2 - 6,8sárga – ibolyáskék0,04 %-os alkoholos oldat Bróm-timolkék6,0 - 7,6sárga – kék0,04 %-os alkoholos oldat Fenolvörös6,8 - 8,4narancssárga- ibolyásvörös0,02 %-os alkoholos oldat Krezolvörös7,2 - 8,8vörösessárga – ibolyáskék0,02 %-os alkoholos oldat Timolkék (második átcsapás)8,0 - 9,6sárga – kék0,04 %-os alkoholos oldat Fenolftalein8,0 - 9,8színtelen – lilásvörös1 %-os oldat 70%-os alkoholban Timolftalein9,3 - 10,5színtelen – kék0,04 %-os oldat 50%-os alkoholban Alazarinsárga-R10,0 - 12,1sárga - vörös0,1 %-os vizes oldat

145 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folyatás): - a táblázatból kiválasztott indikátort ellenőrizni kell. Ehhez a vizsgálandó pufferből három Wasserman - kémcsőbe (kis kémcső) öntünk azonos mennyiséget (kb. 1 cm magas folyadékoszlopot kapjunk). Mindhárom kémcsőbe cseppentünk egy-egy cseppet a kérdéses indikátorból. Az egyik kémcsőbe cseppentünk egy csepp 1 M-os HCl oldatot, a másikba 1 csepp 1 M NaOH oldatot, a harmadikba pedig egy csepp kiforralt desztillált vizet. A puffer viselkedése miatt a sav és a lúg hozzáadása csak nagyon kis mértékben tolja el a rendszer pH-ját, és így láthatóvá válik, hogy az a szín, amit az indikátor az eredeti (savval vagy lúggal nem módosított) pufferoldatban mutatott, valóban az átcsapási színe. Ez a gyakorlatban abból látszik, hogy a nem módosított pufferben az indikátor színe a savasabb és a lúgosabb szín „közé” esik. Például bróm-fenolkék indikátor esetén a savanyított oldatnak sárgának, a nem módosított oldatnak halványzöldnek, a lúgosított oldatnak pedig kéknek kell lennie, ha az a megfelelő indikátor. A kémcsövek tartalmának színét úgy állapítjuk meg, hogy a kémcsövekre fehér háttér előtt (pl. egy papírlap), felülről nézünk.

146 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a gyakorlat során szükség lesz kb. 10 db, azonos belső átmérőjű nagyméretű kémcsőre. A kémcsöveket használat előtt kimossuk, desztillált vízzel alaposan átöblítjük, majd egy főzőpohárba tesszük, és szárítószekrényben kiszárítjuk. A kémcsövek azonos belső átmérője azért fontos, mert csak így lesz azonos oldattérfogat esetén azonos a folyadékmagasság a bennük. Ha eltérő vastagságú, de megegyező színű folyadékrétegen nézünk át, akkor a vastagabb réteg színét mélyebbnek látjuk. Ezt a jelenséget számszerűen a Lambert-Beer törvény írja le: „A” az abszorbancia (az átengedett és a ráeső fény intenzitásainak a hányadosának a tízes alapú logaritmusa), amely mennyiség megmutatja, mennyire mély (sötét) a minta színe. Ez függ a minta koncentrációjától (c), a moláris abszorbciós tényezőtől (ε, az anyagra jellemző érték), és mint említettük, a mintaréteg vastagságától (l). Az indikátor koncentrációjától tehát szintén függ a színmélység, ezért minden mintába egy-két csepp, de mindenképpen megegyező mennyiségű indikátort adagolunk. l cεcε

147 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - ha kiválasztottuk a megfelelő indikátort, a következő lépés a megfelelő pufferrendszer kiválasztása. Ehhez a következő diagramot használjuk. A diagram vonalai a rajtuk szereplő oldatokból létrehozott pufferek összetételét és pH-ját mutatják. A vízszintes tengely a létrejövő oldat pH-ja, a függőleges pedig az összetétel. Az összetétel mutatja meg, hogy 10 cm 3 pufferhez hány cm 3 -at kell a diagramon alul szereplő komponensből bemérnünk. A másik oldattal pedig 10 cm 3 -re egészítjük ki az elegy térfogatát. Így ha például a citrát + sósav puffert alkalmazzuk, és 4-es pH-jú oldatot akarunk létrehozni, akkor 5,6 cm 3 citrát oldatot és 4,4 cm 3 sósav oldatot kell összemérni.

148 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - egy adott pH-t gyakran több pufferből is létre lehet hozni. Ilyenkor azt választjuk, amelynek az összetétel – pH görbéje meredekebb az univerzál indikátorral mért értéken. Ez az oldatok könnyebb bemérése miatt hasznos. Szintén fontos szempont, hogy a puffer lehetséges pH-ja a pH-papírral mért érték ±1 pH egységes környezetét lefedje (a papírral mért érték hibája miatt). - a következő táblázat a pufferek elkészítéséhez használatos oldatok összetételét adja meg Oldat neveÖsszetétel Glikokoll0,7505 g glikokoll + 0,585 g NaCl 100 ml oldatban Sósav0,1 mol/l sósavoldat Citrát2,1008 g citromsav + 20 ml 1,0 M-os NaOH 100 ml oldatban Nátron0,1 M szénsavmentes NaOH oldat Primer foszfát0,9078g KH 2 PO ml oldatban Szekunder foszfát1,1876 g Na 2 HPO 4 · 2 H 2 O 100 ml oldatban Borát1,2402 g bórsav + 10 ml 1,0 M-os NaOH 100 ml oldatban

149 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a kiválasztott pufferrendszer alkotóit analitikai mérlegen, mérőcsónak segítségével mérjük le. A mérőcsónak egy kis üvegedény, amit pontos beméréseknél alkalmazunk; illeszkedik az analitikai mérlegeken találtható 2x2 szarvra, méréskor ezekre kell helyezni. Ez biztosítja, hogy a csónak csak a mérleg serpenyőjével érintkezzen. A csónak letárázása (csukott mérlegfülkével) után rámérjük a receptben szereplő anyagmennyiséget, majd a mérleg fülkéjét ismét becsukjuk, és az ekkor mutatott tömegnek megfelelően korrigáljuk az anyag mennyiségét. A csónak száját ezután a tiszta, desztillált vízzel kiöblített mérőlombik szájához illesztjük, és beleöntjük az anyagot. A csónakon maradó anyagot kis mennyiségű kiforralt desztillált vízzel óvatosan belemossuk a lombikba. - az oldat komponenseket savpipetta segítségével mérjük a mérőlombikba. A vegyszeres üvegből közvetlenül nem pipettázunk, egy főzőpoharat a bemérendő oldat pár milliliterével kiöblítünk, majd a főzőpohárba öntünk az oldatból, és onnan pipettázunk.

150 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a mérőlombik egy pontosan meghatározott térfogatú, csiszolatos üvegdugóval és a nyakán körbefutó jelzéssel ellátott üvegedény. Pontos térfogatú oldatok létrehozására alkalmas. A lombikot a jelzésig feltöltve (jelre állítva) a lombik hasán feltüntetett névleges térfogat lesz benne (a névleges térfogat a lombik 25 ºC - on mért térfogata; gyakran feltüntetik a hőtágulás okozta eltérés mértékét is). A lombik jelre állítása azt jeleni, hogy a lombikban a folyadékszint (meniszkusz) legalsó pontja oldalról nézve fedésben van a lombik jelzésével. - ha az összes recept szerinti komponens benne van a mérőlombikban, jelre állítjuk kiforralt desztillált vízzel. Ha túlfutunk a jelen, gyorsan mártsunk egy törlőpapír-darabot az edénybe; ekkor még nem követünk el számottevő hibát, mert csak elhanyagolhatóan híg oldatot veszünk ki a lombikból.

151 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - felhelyezzük a dugót, majd alaposan összerázzuk a lombik tartalmát. (először célszerű fejjel lefelé fordítani a lombikot, hogy a leülepedett bemért szilárd anyag felkeveredjen; ne felejtsük el fogni a dugót) - az oldatok összemérését egy másik térfogatmérő eszköz, a büretta segítségével végezzük. A büretta egy állandó keresztmetszetű cső, amely üveg- vagy tefloncsapban végződik. A büretta oldalán végigfutó osztások alapján meghatározható a belőle kifolyt folyadéktérfogat. A mérés során a két oldatkomponenst egy-egy bürettába öntjük, ahonnan kémcsövekbe mérjük. A bürettát feltöltése előtt átöblítjük a később belekerülő oldat kis részletével. Ezután elzárjuk a csapot, és feltöltjük a bürettát, majd a csap óvatos megnyitásával a felső folyadékszintet a skála 0 cm 3 -hez igazítjuk. Itt is a meniszkusz (a felületi feszültség miatt az üvegcsőben kialakuló folyadékív) legalsó pontját állítjuk a jelre, és a kifolyt térfogat megállapításakor is ezt figyeljük.

152 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - a büretták feltöltése után egy pipetta segítségével 10 cm 3 -t mérünk egy tiszta nagy kémcsőbe. Ezután elkészítjük az első 3 puffert: az elsőt az indikátorpapírral mért pH-júra, a másodikat a mért pH fölé egy egységgel a harmadikat pedig a mért pH alá egy egységgel állítjuk be. Célszerű alkoholos filccel megjelölni, melyik kémcsőben milyen pH-jú puffer található. A mérendő anyagunkba és az elkészített pufferekbe is cseppentünk egy-egy cseppet a kiválasztott indikátorból, majd óvatosan összerázzuk a kémcsövek tartalmát. Megnézzük, hova esik az ismeretlen pH - jú oldat színe. Attól függően, hogy melyik tartományba esik a minta, elkészítjük a tartomány közepének megfelelő pH - jú puffert, belehelyezzük az indikátort, majd ismét összehasonlítjuk a mintával a puffersorozatunk színét. - a pH tartomány „felezgetésével” gyorsan megtalálhatjuk a keresett pH-t. Fontos, hogy a mérés végén legyen három pufferünk, ami a minta vélt pH-ján és annak ± 0,1 pH- jú környezetébe esik, ezekkel összehasonlítva pontosan megállapítható az ismeretlen pH-ja.

153 Kilépés pH meghatározása kolorimetriás méréssel FőoldalKövetkezőElőző A mérés menete (folytatás): - az ismeretlen pH – jának megállapítása után a használt edényeket elmosogatjuk, és desztillált vízzel átöblítjük. A bürettákat desztillált vízzel átöblítjük, majd a csapokat elzárva feltöltjük (a büretták csapjait nem szabad hosszabb ideig szárazon hagyni, a kiszáradt csap eldeformálódik, így nem zár majd tökéletesen) Beadandók: - az ismeretlen pH-ja - a választott pufferrendszer - a választott indikátor


Letölteni ppt "Általános kémia laboratóriumi gyakorlat Segédanyag Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék."

Hasonló előadás


Google Hirdetések