TEMATYKA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z LABORATORIUM BADAŃ MATERIAŁÓW

Transkrypt

1 TEMATYKA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z LABORATORIUM BADAŃ MATERIAŁÓW Prac. 1,2 Omówienie tematyki ćwiczeń laboratoryjnych oraz regulaminu obowiązującego w pracowni. Analiza dolomitu. Prac. 3 Prac. 4 Prac. 5 Prac. 6 Prac. 7 Oznaczanie azotu w nawozach sztucznych Oznaczanie procentowej zawartości kwasu octowego w produktach spożywczych metodą miareczkową, z wizualną, pehametryczną i potencjometryczną detekcją PK Spektofotometryczne oznaczanie śladów żelaza w solach niklu z zastosowaniem strąceniowej metody zagęszczania. Analiza wody Odrabianie zaległych pracowni i zaliczenie laboratorium. 1

2 TEMATYKA SPRAWDZIANÓW Z LABORATORIUM BADAŃ MATERIAŁÓW Sprawdzian 1. Podstawowe etapy i operacje przygotowania próbek materiałów do analizy. 1. Pobieranie próbek do analizy: a) ogólne zasady pobierania próbek (próbki stałe ciekłe i gazowe ) b) techniki zmniejszania próbki ogólnej c) przechowywanie próbek 2. Podstawowe techniki rozkładu próbek materiałów: a) rozkład na mokro b) rozkład na sucho 3. Metody wzbogacania składników próbki. Podział metod i ich charakterystyka. a) metody strąceniowe b) ekstrakcyjne c) wymiany jonowej d) wykorzystujące lotność substancji Sprawdzian 2. Analiza materiałów złożonych. 1. Podstawy teoretyczne wybranych technik instrumentalnych a) spektrofotometria UV- VIS b) metody elektrochemiczne (potencjometria, konduktometria, elektroliza) 2. Analiza wybranych materiałów różnego rodzaju a) minerały rudy b) metale stopy c) nawozy sztuczne d) analiza wody 2

3 UWAGI OGÓLNE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z LABORATORIUM BADAŃ MATERIAŁÓW ORGANIZACJA ĆWICZEŃ W PRACOWNI Program ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu LABORATORIUM BADAŃ MATERIAŁÓW dla studentów II roku Chemii, Chemii Środowiska, Chemii Leków, Chemii Informacyjnej przewiduje 6 godzin tygodniowo przez 7 tygodni w semestrze III. Podczas zajęć student wykonuje oznaczenia analityczne, zapoznając się ze specyfiką analizy materiałów Wykonując analizę materiałów złożonych, student ma okazję zorientować się w oznaczeniach stanowiących często przedmiot badań analitycznych laboratoriów przemysłowych, jak również zaznajamia się z podstawowymi metodami rozdziału i zagęszczania. Na pierwszych ćwiczeniach student zapoznaje się regulaminem obowiązującym w pracowni, tematyką ćwiczeń i sprawdzianów przygotowuje sobie stanowisko pracy. Każde stanowisko pracy wyposażone jest w odpowiedni sprzęt i szkło laboratoryjne potrzebne do wykonania przewidzianego oznaczenia na danej pracowni. Oznaczeń dokonuje się według podanej w tematyce ćwiczeń laboratoryjnych kolejności. Teoretyczne przygotowanie do danego oznaczenia sprawdzane jest przez prowadzącego zajęcia przed rozpoczęciem danego ćwiczenia. Osoba nie przygotowana teoretycznie do danego oznaczenia nie może przystąpić do pracy w laboratorium. Każdy student wykonuje samodzielne oznaczenie. Wyniki końcowe oznaczeń otrzymuje się obliczając średnią wartość równoległych oznaczeń. Wszystkie poczynione w trakcie wykonywania ćwiczeń obserwacje, uzyskane wyniki pomiarów oraz obliczenia oznaczanych składników w analizowanych próbach student wpisuje do odpowiednich arkuszy sprawozdawczych przedkłada prowadzącemu ćwiczenia. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest wykonanie przewidzianych w harmonogramie zadań, pozytywne zaliczenie sprawozdania przez prowadzącego oraz uzyskanie pozytywnej oceny ze sprawdzianów ustnych. 3

4 Analiza dolomitu Dolomit jest to podwójny węglan wapnia i magnezu CaCO 3 MgCO 3. Pokrewnymi minerałami są : kamień wapienny, marmur, kreda zawierająca głównie CaCO 3, oraz magnezyt złożony głównie z MgCO 3. Wymienione minerały poza węglanami wapnia i magnezu zawierają domieszki piasku i materiałów gliniastych. Stąd pochodzi zawartość w minerałach węglanowych krzemionki i tlenków glinu i żelaza. Podstawowymi oznaczeniami w analizie materiałów węglanowych jest określenie wilgoci, zawartości dwutlenku węgla, strat prażenia SiO 2, sumy Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 oraz MgO i CaO. Wilgoć oznacza się na podstawie ubytku masy próbki podczas suszenia w temp. 110 C. Aby oznaczyć zawartość CaO i MgO w dolomicie należy próbkę roztworzyć i następnie z otrzymanego roztworu oddzielić krzemionkę oraz tlenki żelaza i glinu. Po rozpuszczeniu próbki w kwasie solnym i odparowaniu do sucha, suszy się pozostałość w temp. 130 C. Dzięki temu po dodaniu rozcieńczonego HCl i ogrzaniu, krzemionka pozostaje całkowicie w osadzie. Glin i żelazo wydziela się z roztworu w postaci wodorotlenków za pomocą amoniaku. Po wydzieleniu SiO 2, Al 2 O 3 i Fe 2 O 3 wapń oznacza się manganometrycznie po wydzieleniu go w postaci szczawianu. Magnez oznacza się kompleksonometrycznie w przesączu po oddzieleniu wapnia. Można również wybrać inną drogę oznaczania wapnia i magnezu. Wapń po strąceniu szczawianem można oznaczyć wagowo (wyprażyć do CaO). W przesączu po oddzieleniu szczawianu wapniowego można oznaczyć magnez również wagowo w postaci fosforanu. Szybciej oznacza się wapń i magnez kompleksonometrycznie. W jednej części roztworu po oddzieleniu SiO 2, Al 2 O 3 i Fe 2 O 3 miareczkuje się roztworem EDTA sumę zawartego w roztworze wapnia i magnezu wobec czerni eriochromowej T, a w drugiej - sam wapń wobec mureksydu jako wskaźnika. Sposób wykonania 1. Oznaczanie wilgoci Odważyć w suchym zważonym naczyńku wagowym 2g sproszkowanego dolomitu i suszyć w temp. 110 C do stałej masy. Z ubytku masy obliczyć zawartość wilgotności. U w a g i : - suszyć w otwartym naczyńku wagowym w suszarce. - studzić w eksykatorze naczyńko wagowe i zamknięte ważyć na wadze analitycznej. 2. Oznaczanie tlenku wapnia Odważyć na wadze analitycznej ok. 2g próbki dolomitu dokładnie roztartej i wysuszonej (do stałej masy w temp. 110 C). Odważkę w zlewce o poj. 250 ml zwilżyć małą ilością wody, dodać 15 ml kwasu solnego (1+1) i 3-4 krople stężonego kwasu azotowego. Ogrzewać roztwór nie doprowadzając do wrzenia, aż odparuje do sucha. Zlewkę z pozostałością suszyć 1h w temp. 130 C. Po ostudzeniu naczynia dodać 5 ml stężonego HCl, a po 10 min 50 ml gorącej wody. Ogrzewać roztwór prawie do wrzenia i wytrącać amoniakiem (25% r-r wodny) wodorotlenki 4

5 żelaza i glinu unikając nadmiaru amoniaku. Osad krzemionki i wodorotlenków odsączyć na sączku twardym, przemyć gorącą wodą do odmycia chlorków (reakcja z AgNO 3 ). Osad odrzucić. Otrzymany przesącz zakwasić lekko kwasem solnym (1+1) rozcieńczyć wodą do 250 ml w kolbie miarowej i dokładnie wymieszać. Z tego roztworu odpipetować po 25 ml roztworu do zlewek o poj. 250 ml i rozcieńczyć wodą do ok. 100 ml. Roztwór zakwasić 3-4 ml kwasu solnego (1+1), dodać 2-3 krople oranżu metylowego i 25 ml 4% roztworu szczawianu amonu. Roztwór ogrzać do temp. 80 C i mieszając dodawać powoli amoniak (25% r-r wodny) do zabarwienia oranżu metylowego na żółto. Pozostawić roztwór z osadem ok.1h na łaźni wodnej po czym osad odsączyć na sączku twardym. Przemyć osad rozcieńczonym (0,1%) roztworem szczawianu amonu do odmycia jonów chlorkowych (próba AgNO 3 ). Następnie osad przemyć 4 małymi porcjami wody lekko zalkalizowanej amoniakiem (2-3 krople amoniaku w 100 ml wody) celem odmycia szczawianu amonu. Otrzymany przesącz zachować do oznaczania tlenku magnezu. Osad CaC 2 O 4 rozpuścić w 100 ml 1 mol/l roztworu kwasu siarkowego ogrzanego do temp C. W tym celu sączek rozłożyć na ścianie zlewki i dokładnie spłukać osad gorącym H 2 SO 4. Następnie sączek spłukać strumieniem wody destylowanej. Gorący roztwór kwasu szczawiowego w rozcieńczonym H 2 SO 4 miareczkować 0,02 mol/l roztworem KMnO 4 do trwałego słabo różowego zabarwienia. Obliczyć procentową zawartość CaO w wysuszonej próbce dolomitu. 3. Oznaczanie tlenku magnezu Przesącz po oddzieleniu szczawianu wapnia umieścić w kolbie miarowej o poj. 250 ml, rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Odpipetować po 50 ml roztworu do 3-ch kolb stożkowych i rozcieńczyć do ok. 100 ml wodą destylowaną. Dodać 5 ml r-ru buforowego o ph 10 i szczyptę czerni eriochromowej T. Otrzymany roztwór miareczkować 0,02 mol/l roztworem EDTA do zmiany zabarwienia z różowo-fioletowego na niebieski (wobec świadka). Obliczyć procentową zawartość MgO w wysuszonej próbce dolomitu 5

6 Oznaczanie procentowej zawartości kwasu octowego w produktach spożywczych metodą miareczkową, z wizualną, pehametryczną i potencjometryczną detekcją PK I. Zasada oznaczeń Oznaczanie procentowej zawartości kwasu octowego w produktach spożywczych wykonuje się alkalimetrycznie (titrantem jest NaOH) wyznaczając punkt końcowy wizualnie wobec fenoloftaleiny (miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą) oraz pehametrycznie (mierząc ph roztworu) i potencjometrycznie ( mierząc SEM). Oznaczanie opiera się na reakcji: CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H 2 O W wyniku zobojętnienia tworzy się octan sodu (CH 3 COONa), którego roztwór ma ph ok. 8,8. Ćwiczenie wykonuje się parami. II. Odczynniki i roztwory 1. Roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu ok. 0,2 mol / L 2. Roztwór alkoholowy fenoloftaleiny 1 % 3. Mianowany roztwór kwasu solnego o stężeniu 0,2 mol /L III. Aparatura 1. ph-metr, np.pehametr typ Orion 4 STAR IV. Ustalenie miana roztworu NaOH Do kolby stożkowej o pojemności 250 ml odpipetować pipetą jednomiarową 20 ml mianowanego roztworu kwasu solnego, rozcieńczyć 50 ml wody destylowanej, dodać 1-2 kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny. Otrzymany roztwór miareczkować powoli roztworem NaOH, którego miano oznaczamy. Miareczkowanie prowadzić do pojawienia się czerwonego zabarwienia. Stężenie molowe roztworu NaOH obliczamy ze wzoru: c NaOH c HCl 20 V NaOH gdzie: c HCl - stężenie molowe roztworu HCl ; V NaOH - objętość roztworu NaOH zużyta na miareczkowanie 20 ml roztworu HCl c NaOH - stężenie molowe roztworu NaOH 6

7 V. Wykonanie oznaczenia Z produktu spożywczego pobrać 10 ml roztworu do kolby o pojemności 100 ml i uzupełnić do kreski świeżo przegotowaną i ostudzoną wodą destylowaną. Po dokładnym wymieszaniu odpipetować 20 ml roztworu do kolby stożkowej o pojemności 250 ml, rozcieńczyć wodą destylowaną do ok. 70 ml, dodać 1-2 kropel alkoholowego roztworu fenoloftaleiny i mieszając ciecz - miareczkować roztworem NaOH o dokładnie określonej molowości aż do pojawienia się jasno różowej barwy. Następnie wykonać porównawcze oznaczenie z pehametryczną i potencjometryczną detekcją PK miareczkowania. W tym celu do zlewki o pojemności 150 ml pobrać kolby miarowej 100 ml rozcieńczonego produktu spożywczego 20 ml roztworu i dodać wody destylowanej do objętości 100 ml. Zlewkę umieścić na mieszadle magnetycznym i zanurzyć elektrodę kombinowaną w roztworze badanym. Uruchomić mieszadło magnetyczne, po czym wyłączyć i odczytać wartość ph i SEM badanego roztworu. Następnie miareczkować roztworem NaOH o stężeniu 0,2 mol / L dodając po 1mL titranta, a w pobliżu PK co 0,2 ml. Po każdej dodanej porcji NaOH włączyć mieszanie. Zmniejszanie dodawanych porcji NaOH powinno następować z chwilą zwiększania się przyrostów ph lub zmniejszania SEM. Po skoku dodać jeszcze 5 porcji NaOH po 1 ml Otrzymane wyniki zapisać w tabeli: V NaOH ph SEM V ph SEM ph V SEM V Po ukończeniu miareczkowania dane zawarte w tabeli nanieść na papier milimetrowy w układzie współrzędnych: na osi rzędnych jednostki ph (SEM), na osi odciętych objętość dodanej zasady sodowej o stężeniu 0,2 mol /L. PK miareczkowania wyznaczyć metodą graficzną oraz metodą pierwszej pochodnej. Oznaczoną masę kwasu [g] metodą wskaźnikową, pehametryczną oraz potencjometryczną obliczyć ze wzoru: x = V Na OH c NaOH 0, gdzie : V NaOH - objętość ml NaOH użyta do miareczkowania; c NaOH - stężenie molowe NaOH (mol/l) 0, masa milimolowa CH 3 COOH (g / mmol) Następnie wynik należy przeliczyć i podać wynik zawartości kwasu octowego w produkcie handlowym procentach wagowo- objętościowych. Student podaje wyniki oznaczania kwasu octowego z detekcją PK wskaźnikową, pehametryczną i potencjometryczną i porównuje je z atestem handlowym. 7

8 Oznaczanie azotu w nawozach sztucznych I. Zasada oznaczenia Do nawozów sztucznych azotanowych należą: saletra wapniowa ( mieszanina Ca(OH)NO 3 i NH 4 NO 3 15,5% N), saletra sodowa ( 15,5% N ), saletra potasowa (13% N) i saletrzak ( NH 4 NO 3 i CaCO 3 lub MgCO 3-20,5% ). Zawartość azotu w saletrach oznacza się acydymetrycznie po uprzedniej redukcji azotanów stopem Devardy ( 50 części miedzi,45 części glinu i 5 części cynku ) do amoniaku. Amoniak oddestylowuje się ze środowiska wodorotlenku sodu do mianowanego roztworu kwasu solnego lub siarkowego (VI). Nadmiar kwasu odmiareczkowuje się mianowanym roztworem wodorotlenku sodu. Amoniak jest słabą lotną zasadą. Jeżeli do soli amonowych doda się w nadmiarze mocnej zasady i roztwór ogrzeje się, to amoniak ulatnia się zgodnie z reakcją NH 4 Cl + NaOH NaCl + NH 3 + H 2 O Wydzielający się amoniak oddestylowuje się do odbieralnika, zawierającego nadmiar mianowanego roztworu kwasu solnego, gdzie zostaje związany zgodnie z reakcją NH 3 + (1+n) HCl NH 4 Cl + n HCl Nadmiar nie zobojętnionego kwasu odmiareczkowuje się mianowanym roztworem wodorotlenku sodu. Różnica między ilością NaOH zużytego na zmiareczkowanie kwasu przed absorpcją amoniaku i po absorpcji, odpowiada ilości oddestylowanego amoniaku. II. Odczynniki 1. Roztwór kwasu solnego o stężeniu 0,2 mol/l sporządzony i mianowany przy oznaczaniu acydymetrycznym NaOH. 2. Roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 0,2 mol/l sporządzony i mianowany przy oznaczaniu alkalimetrycznym kwasu octowego. 3. Roztwór czerwieni metylowej 0,1% w 60 % alkoholu etylowym. 4. Roztwór wodorotlenku sodu 20 % 5. Papierki wzkaźnikowe uniwersalne. 6. Stop Devardy. III. Sprzęt laboratoryjny 1. Kolba okrągłodenna o pojemności 250 ml 2. Łapacz kropel 3. Chłodnica wodna 4. Kolba stożkowa o pojemności 250 ml 5. Statywy z uchwytami 2 szt. 6. Kawałki tłuczonej porcelany 7. Okulary ochronne lub osłona na twarz 8

9 IV. Ustalenie miana roztworu NaOH Do kolby stożkowej o pojemności 250 ml odpipetować pipetą jednomiarową 20 ml mianowanego roztworu kwasu solnego, rozcieńczyć 50 ml wody destylowanej, dodać 1-2 kropli roztworu czerwieni metylowej. Otrzymany roztwór miareczkować powoli roztworem NaOH, którego miano oznaczamy. Miareczkowanie prowadzić do zmiany zabarwienia na żółte. Na postawie otrzymanych wyników obliczyć miano roztworu NaOH. Mając do dyspozycji wymieniony sprzęt laboratoryjny należy zmontować zestaw do destylacji amoniaku wg podanego schematu. Rys. Zestaw do destylacji amoniaku V. Wykonanie oznaczenia Oznaczanie azotu amonowego Odważyć na wadze analitycznej ok. 3,0 g badanej próbki nawozu sztucznego (saletrzak), zawierającego azot, przenieść ilościowo do zlewki o pojemności 100 ml rozpuścić w wodzie destylowanej. Otrzymany roztwór przesączyć zbierając przesącz w kolbie miarowej o pojemności 100 ml. Otrzymany przesącz rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Następnie roztworu odpipetować 20 ml roztworu do kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml. Odmierzyć pipetą do odbieralnika 50 ml roztworu HCl o stężeniu 0,2 mol/l (mianowanego). Wrzucić do kolby kilka kawałków porcelany, wlać 50 ml 20 % roztworu NaOH (odmierzyć cylindrem miarowym). Kolbę natychmiast zamknąć korkiem z łapaczem kropel, który jest połączony z chłodnicą wodną i odbieralnikiem. Koniec chłodnicy powinien dotykać powierzchni kwasu w odbieralniku. Następnie ogrzewać roztwór w kolbie do wrzenia i tak regulować grzanie, aby wrzenie miało przebieg spokojny. Gdy objętość cieczy w kolbie zmniejszy się do 1/3 objętości sprawdzić papierkiem wskaźnikowym 9

10 uniwersalnym, czy krople destylatu spływające z chłodnicy nie zawierają amoniaku. Do zimnego roztworu w odbieralniku dodać kilka kropli czerwieni metylowej i odmiareczkować niezwiązany amoniakiem kwas solny roztworem NaOH o stężeniu 0,2 mol/l (mianowany) aż do zmiany zabarwienia wskaźnika na żółte. Oznaczenie powtórzyć 2 razy. Na podstawie otrzymanych wyników obliczyć zawartość procentową azotu amonowego w próbce. Oznaczanie azotu całkowitego Z otrzymanego przesączu w kolbie miarowej o pojemności 100 ml po roztworzeniu próbki nawozu sztucznego pobrać 20 ml roztworu do kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml. Odmierzyć pipetą do odbieralnika 50 ml roztworu HCl o stężeniu 0,2 mol/l. Wrzucić do kolby kilka kawałków porcelany, wlać 50 ml 20 % roztworu NaOH (odmierzyć cylindrem miarowym). Kolbę natychmiast zamknąć. Koniec chłodnicy powinien dotykać powierzchni kwasu w odbieralniku. Uchylić korek z łapaczem kropel, wsypać do kolby okrągłodennej ok. 1 g stopu Devardy i natychmiast zamknąć kolbę. Po dodaniu stopu Dewarda pozostawić kolbę bez ogrzewania kilka minut i następnie ogrzewać kolbę do oddestylowania ok. 2/3 objętości cieczy. Ostudzić odbieralnik do temperatury pokojowej i odmiareczkować nadmiar kwasu mianowanym roztworem NaOH wobec czerwieni metylowej do zmiany zabarwienia roztworu na żółte. Oznaczenie powtórzyć 2 razy. Na podstawie otrzymanych wyników obliczyć zawartość procentową azotu całkowitego w próbce. W obliczeniach przyjąć współmierność kolby i pipety za równą 5,00. 10

11 Spektrofotometryczne oznaczanie jonów żelaza III za pomocą tiocjanianu (rodanku) potasu I. Zasada oznaczania Metoda polega na dodaniu do kwaśnego roztworu zawierającego jony żelaza (III) roztworu rodanku potasowego (lub amonowego). Wskutek wytworzenia się związków zespolonych żelaza (III) z jonami rodankowymi o liczbie skoordynowanych jonów 1-6 według reakcji: Fe 3+ + SCN - FeSCN 2+ FeSCN 2+ + SCN - [ Fe(SCN) 2 ] + [ Fe(SCN) 5 ] -2 + SCN - [ Fe(SCN) 6 ] 3- roztwór zabarwia się na czerwono. Intensywność zabarwienia badanego roztworu mierzy się za pomocą spektrofotometru. Następnie, posługując się uprzednio sporządzonymi krzywymi wzorcowymi, ujmującymi zależność absorbancji od stężenia jonów żelaza (III), określa się zawartość żelaza w analizowanej próbce. II. Aparatura Spektrofotometry VIS wraz z kuwetami szklanymi o grubości warstwy absorbującej b = 1cm. III. Odczynniki i roztwory 1. Roztwór wzorcowy żelaza (III) - RW 1 o stężeniu 1 mg Fe / ml przygotować przez rozpuszczenie 8,6350 g Fe(NH 4 ) (SO 4 ) 2 12H 2 O w wodzie z dodatkiem 5 ml stężonego H 2 SO 4 i rozcieńczenie roztworu wodą w kolbie miarowej do 1 L. 2. Roztwór roboczy żelaza (III) - RW 2 o stężeniu 0,05 mg Fe / ml przygotować przez odpowiednie rozcieńczenie roztworu wzorcowego kwasem siarkowym(vi) c(h 2 SO 4 ) = 0,005 mol/l. 3. Roztwór rodanku potasowego 10 % 4. Kwas azotowy (V) ( 1+1 ) 5. Kwas siarkowy (VI) c(h 2 SO 4 ) = 0,005 mol/l 11

12 IV Wykonanie ćwiczenia 1. Przygotowanie roztworów wzorcowych. Do 7 kolb miarowych o pojemności 50mL odmierzyć z biurety 0-6 ml co 1mL roztworu wzorcowego żelaza III zawierającego 0,05 mg Fe/mL (RW 2 ). Następnie do każdej kolbki dodać 10mL wody destylowanej, 1mL roztworu HNO 3 (1+1), 10ml 10% roztworu rodanku potasowego, uzupełnić do kreski wodą destylowaną i starannie wymieszać. Przygotowane próbki zawierają odpowiednio 0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 g Fe/mL. Próbkę zawierającą 0 g/ml żelaza należy traktować jako roztwór odniesienia. 2. Dobór analitycznej długości fali świetlnej a) Wykreślić krzywe spektrofotometryczne dla roztworów wzorcowych zawierających 3 i 6 g Fe / ml na Spektrofotometrze w zakresie 350 nm nm względem roztworu odniesienia przy grubości warstwy absorbującej b = 1 cm. b) Zmierzyć absorbancję roztworów wzorcowych dla stężenia 3 i 6 g Fe/mL w zakresie = nm co 5 nm na Spektrofotometrze względem roztworu odniesienia przy grubości warstwy absorbującej b = 1 cm. c) Na podstawie otrzymanych wyników wyznaczyć max oznaczania żelaza (III) metodą tiocjanianową. 3. Pomiar absorbancji roztworów wzorcowych do krzywej wzorcowej. Zmierzyć absorbancję przygotowanych roztworów wzorcowych na Spekolu przy wyznaczonym max w kiuwetach 1cm względem roztworu odniesienia. Pomiary należy wykonać dla conajmniej trzech serii roztworów wzorcowych. Otrzymane wyniki zestawić w tablicy. Zależność absorbancji od stężenia jonów żelaza Stężenie Stężenie Absorbancj Fe(III) Fe(III) a mg/50ml g/ml śr. 0,05 1 0,10 2 0,15 3 0,20 4 0,25 5 0,

13 4. Oznaczanie próbki kontrolnej. Otrzymaną próbkę zawierającą jony żelaza III uzupełnić 0,005 mol/l roztworem kwasu siarkowego do kreski w kolbie miarowej o pojemności 100 ml. Po dokładnym wymieszaniu pobrać do kolbek o pojemności 50 ml 4 równoległe próbki po 20mL roztworu badanego. Następnie dodać do tych próbek wszystkie odczynniki w kolejności i ilościach jak w punkcie 1.Zmierzyć absorbancję roztworów badanych w tych samych warunkach jak roztwory wzorcowe (punkt 3). V Opracowanie wyników 1. Wykreślić krzywą spektrofotometryczną A = f ( ) 2. Wykreślić krzywą analityczną (wzorcową) w układzie A = f (c) ( Należy tak dobrać podziałki na osiach poziomej i pionowej, aby uzyskana krzywa była nachylona mniej więcej pod kątem 45 % ). 3. Obliczyć molowy współczynnik absorpcji oznaczania żelaza metodą tiocjanianową na podstawie krzywej spektrofotometrycznej i krzywej regresji. 4. Określić zawartość żelaza w badanej próbce a) metodą graficzną z krzywej wzorcowej b) metodą algebraiczną ze wzorów : c x = c wz A x A wz gdzie : c x - stężenie próbki badanej ; c wz - stężenie wzorca ; ( 1 ) A x - absorbancja próbki badanej A wz - absorbancja wzorca c x = c 1 + c c 2 1 A A 2 1 ( A A ) x 1 (2) gdzie : c 1 i c 2 - stężenia dwóch roztworów wzorcowych tak dobranych aby A 1 A x A 2 5. Przeprowadzić dyskusję wyników (obliczyć x, s, s śr, przedział ufności dla = 0,05). 13

14 Wydzielanie śladów żelaza (III) z soli niklu na nośniku i spektrofotometryczne oznaczanie metodą tiocyjanianową I. Zasada oznaczania Oznaczanie małych ilości żelaza w solach niklu wymaga wstępnego ich wydzielania, ponieważ zabarwienie jonów Ni 2+ przeszkadza spektrofotometrycznemu oznaczaniu żelaza metodą tiocyjanianową. Nośnikiem przy wydzielaniu śladowych ilości żelaza z soli niklu może być kation, który strąca się w postaci wodorotlenku pod wpływem nadmiaru amoniaku. Nikiel w tych warunkach tworzy rozpuszczalny kompleks. Nośnikiem polecanym jest wodorotlenek lantanu. Wodorotlenek glinu jest mniej wskazanym, ponieważ przy dużych stężeniach amoniaku tworzy się rozpuszczalny glinian. Dostępność oraz cena soli glinu przemawia za stosowaniem tego nośnika. II. Aparatura Spektrofotometr VIS z kuwetami szklanymi o grubości warstwy absorbującej b=1cm III. Roztwory i odczynniki 1. Roztwór wzorcowy żelaza (III) - Rw 1 o stężeniu 0,5 mg Fe/mL przygotowany z soli. 2. Roztwór roboczy żelaza (III) - Rw 2 o stężeniu 0,05 mg/ml przygotowany przez rozcieńczenie roztworu Rw 1 kwasem siarkowym (VI) o stężeniu c(h 2 SO 4 ) = 0,05 mol/l. 3. Roztwór rodanku potasowego 10 %. 4. Roztwór azotanu glinowego 2 % 5. Roztwór kwasu solnego o stężeniu c(hcl) = 0,5 mol/l 6. Amoniak 25 % 7. Kwas azotowy (V) stężony 8. Chlorek amonowy cz.d.a. 9. Dimetyloglikosym 1 % roztwór w alkoholu etylowym 95 % IV. Wykonanie ćwiczenia 1. Przygotowanie próbki do oznaczenia Określoną odważkę ok. 4g badanej soli niklu przenieść ilościowo i rozpuścić wodą destylowaną w kolbie miarowej o pojemności 100 ml. Po dokładnym wymieszaniu odpipetować 3 równoległe próbki po 20mL roztworu badanego zawierającego ślady żelaza do zlewek 50 ml. * Do każdej próbki dodać 1 ml stężonego HNO 3 i ogrzać roztwór do wrzenia. Dodać 5mL 2 % roztworu Al(NO 3 ) 3. Następnie do ostudzonego roztworu dodać szybko 10 ml stężonego amoniaku. Po upływie 20 minut odsączyć skoagulowany osad wodorotlenków na małym sączku z rzadkiej bibuły. Osad na sączku przemyć mieszaniną rozcieńczonego amoniaku (1+9) zawierającego 1g NH 4 Cl w 100 ml roztworu. Przemywać osad do zaniku w przesączu jonów Ni 2+ (reakcja z dimetyloglioksymem). 14

15 Przemyty osad rozpuścić w 10 ml gorącego kwasu solnego o stężeniu c(hcl) = 0,5 mol/l. Roztwór należy zbierać do kolby miarowej o pojemności 50 ml. Po rozpuszczeniu osadu sączek przemyć wodą destylowaną zbierając przesącz do tej samej kolbki. Do zebranego przesączu w kolbie dodać 10 ml 10% roztworu KSCN, dopełnić wodą destylowaną do kreski. Roztwór dokładnie wymieszać. Zmierzyć absorbancję otrzymanych roztworów na Spektrofotometrze przy długości fali świetlnej = 480 nm w kuwetach o grubości warstwy absorbującej b=1cm względem roztworu odniesienia. Roztwór odniesienia przygotować analogicznie jak próbki badane oprócz roztworu soli niklu ( w miejsce 20 ml badanej soli wprowadzić 20 ml wody destylowanej). 2. Przygotowanie roztworów wzorcowych Po odczytaniu absorbancji badanych roztworów przygotować dwa roztwory wzorcowe dla metody tiocyjanianowej oznaczenia żelaza (III), których absorbancje będą spełniały warunek A 1 A x A 2 gdzie : A x - absorbancja roztworu badanego A 1, A 2 - absorbancja roztworów wzorcowych Określoną ilość roztworu wzorcowego żelaza (III) zawierającego 0,05 mg Fe/mL (Rw 2 ) odmierzyć z biurety do zlewek o pojemności 50 ml, rozcieńczyć wodą do objętości 20 ml. Dalej postępować jak przy przygotowaniu próbki badanej ( od miejsca zaznaczonego * punkt 1). V. Opracowanie wyników 1. Zawartość żelaza w badanej próbce soli niklu określić a) metodą graficzną - korzystając z krzywej wzorcowej oznaczania żelaza (III) metodą tiocyjanianową. b) metodą algebraiczną ze wzorów : c x = c wz - A x A wz i c x = c 1 + c c 2 1 A A 2 1 ( A x - A 1 ) gdzie : c 1, c 2 - stężenie dwóch roztworów wzorcowych dobranych tak aby A 1 A x A 2 c x - stężenie żelaza w badanej próbce A x ; A 1 ; A 2 - absorbancja odpowiednio próbki badanej i wzorców. 2. Obliczoną ilość żelaza w badanej próbce przeliczyć na zawartość % Fe w określonej soli niklu. 15

16 I. Zasada oznaczeń Oznaczanie twardości węglanowej wody metodą acydymetryczną Twardość węglanową wody naturalnej powodują rozpuszczone w niej wodorowęglany (IV) wapnia i magnezu. Sole te znajdują się w wodzie wraz z rozpuszczonym CO 2, dzięki któremu istnieją w roztworze HCO 3 -. Twardość węglanowa wody jest częścią twardości ogólnej, na którą składają się także niewęglanowe sole wapnia i magnezu. Oznaczanie twardości węglanowej polega na rozkładzie wodorowęglanów kwasem do CO 2 zgodnie z równaniami reakcji : Ca(HCO 3 ) 2 + 2HCl CaCl 2 + 2CO 2 + 2H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 + 2HCl MgCl 2 + 2CO 2 + 2H 2 O Miareczkowanie prowadzi się wobec oranżu metylowego. Metodę tę można zastosować tylko do wód, które nie zawierają innych wodorowęglanów (np. NaHCO 3 ). II. Odczynniki i roztwory Kwas solny, 0,1 mol/l mianowany roztwór Oranż metylowy, 0,1 % (m/m) roztwór III. Wykonanie oznaczenia W celu wykonania oznaczenia twardości węglanowej odmierzyć pipetą lub cylindrem miarowym po 100 ml badanej wody do dwóch kolb stożkowych o pojemności 300 ml, dodać 2-3 kropli oranżu metylowego i miareczkować roztworem kwasu solnego o stężeniu 0,1 mol/l aż do zmiany zabarwienia z żółtej na cebulkową. Twardość wody obliczyć w stopniach niemieckich. Stopień niemiecki jest jednostką twardości, odpowiadającą zawartości 10 mg CaO w 1L wody. Twardość węglanową w stopniach niemieckich oblicza się ze wzoru : tw w = V HCl c HCl 28 ( d ) gdzie : V HCl i c HCl - objętość (ml) i stężenie (mol/l) kwasu solnego. 16

17 Kompleksometryczne oznaczanie twardości całkowitej oraz zawartości wapnia i magnezu w wodzie I. Zasada oznaczania Twardością wody nazywa się właściwości wody wynikające z obecności w wodzie jonów wapnia i magnezu oraz innych jonów metali wielowartościowych. Na twardość całkowitą (inaczej ogólną) składa się zawartość wapnia i magnezu przeliczona na tlenek wapnia. Twardość całkowitą najczęściej oznacza się metodą miareczkową kompleksonometrycznie miareczkując mianowanym roztworem EDTA. Metodę tą można zastosować do oznaczania twardości zarówno w wodach twardych, jak i bardzo miękkich, a nawet w koncentratach. Miareczkując wodę mianowanym roztworem wersenianu disodu w środowisku o ph około 10 wobec czerni eriochromowej T, możemy oznaczyć sumę wapnia i magnezu, a więc twardość ogólną. Miareczkując drugą próbkę wody wersenianem disodu w środowisku NaOH wobec mureksydu, oznaczamy tylko zawartość wapnia. Z różnicy tych dwóch miareczkowań można obliczyć zawartość magnezu. II. Odczynniki i roztwory 1. Wersenian disodu roztwór o stężeniu 0,05 mol/l, roztwór o mianie nastawionym na roztwór CaCl 2 o stężeniu 0,05 mol/l. 2. Chlorek wapnia roztwór o stężeniu 0,05 mol/l 3. Roztwór buforowy o ph Czerń eriochromowa T - pasta 5. Wodorotlenek sodu roztwór o stężeniu 1 mol/l 6. Mureksyd - pasta III. Przygotowanie i mianowanie roztworu EDTA o stężeniu 0,05 mol/l W kolbie miarowej o pojemności 500 ml należy przygotować roztwór wersenianu disodu o stężeniu 0,05 mol/l. W tym celu należy odważyć na wadze technicznej odpowiednio obliczoną ilość Na 2 H 2 Y 2H 2 O cz.d.a. rozpuścić w wodzie destylowanej, przenieść ilościowo do kolby miarowej, uzupełnić wodą destylowaną do kreski i dokładnie wymieszać. Następnie do trzech kolb stożkowych, o pojemności 300 ml, odmierzyć po 20 ml roztworu CaCl 2 o stężeniu 0,05 mol/l znajdującego się na stacji miareczkowej, dodać 5 ml buforu amoniakalnego o ph 10, trochę wskaźnika czerni eriochromowej T, i miareczkować roztworem EDTA do zmiany barwy z winnoczerwonej na niebieską. Obliczyć stężenia molowe roztworu EDTA c EDTA = V c CaCl CaCl 2 2 V EDTA gdzie : c EDTA i V EDTA - objętość i stężenie molowe roztworu EDTA c CaCl2 i V CaCl2 - objętość i stężenie molowe roztworu CaCl 2 17

18 IV. Wykonanie oznaczenia Oznaczanie ogólnej twardości wody Do dwóch kolb stożkowych o pojemności 300 ml odmierzyć po 100 ml badanej wody, dodać 5 ml buforu o ph 10, trochę wskaźnika czerni eriochromowej T i miareczkować roztworem EDTA do zmiany barwy z winnoczerwonej na niebieską. Z ilości użytego roztworu EDTA należy obliczyć ogólną twardość wody, podając wynik w stopniach twardości (niemieckich) oraz w mval/l. Oznaczanie zawartości wapnia tw og = 56 c EDTA V EDTA ( d ) tw og = 20 V EDTA c EDTA ( mval / L ) Do dwóch kolb stożkowych pojemności 300 ml odmierzyć po 100 ml badanej wody, dodać 20 ml roztworu NaOH o stężeniu 1 mol/l, trochę wskaźnika mureksydu i następnie miareczkować roztworem EDTA do zmiany barwy z czerwonej na lila. Z ilości zużytego roztworu EDTA obliczamy zawartość jonów wapnia w wodzie podając wynik w mval/l oraz mg/l. x Ca 2+ = 20 V EDTA c EDTA ( mval / L ) y Ca 2+ = 400 V EDTA c EDTA ( mg / L ) Oznaczanie zawartości magnezu Zawartość jonów magnezu w wodzie obliczamy z różnicy oznaczonej twardości ogólnej i zawartości jonów wapnia. x Mg 2+ = tw og - x Ca 2+ ( mval / L ) y Ca 2+ = ( tw og - x Ca 2+) 12,2 ( mg / L ) 18