CHEMIA ANALITYCZNA - część B -

Transkrypt

1 CHEMIA ANALITYCZNA - część B - Wersja 2.1, poprawiona i uzupełniona (październik 2017)

2

3 Spis treści Spis treści Spis treści... 2 Regulamin pracowni chemii analitycznej... 3 Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych... 4 Zagadnienia do kolokwiów... 5 Literatura... 6 Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych... 7 Efekty kształcenia... 8 Zestaw sprzętu laboratoryjnego na stanowisku... 9 Wzór arkusza sprawozdawczego do ćwiczeń z Chemii Analitycznej B ĆWICZENIE 1, Analiza dolomitu ĆWICZENIE Oznaczanie azotu w nawozach sztucznych zawierających jony amonowe ĆWICZENIE Analiza wody ĆWICZENIE Spektrofotometryczne oznaczanie jonów żelaza(iii) za pomocą tiocyjanianu potasu ĆWICZENIE Wydzielanie śladów żelaza(iii) z soli niklu na nośniku i spektrofotometryczne oznaczanie za pomocą tiocyjanianu potasu ĆWICZENIE Oznaczanie kwasu askorbinowego za pomocą 2,6-dichlorofenoloindofenolu Materiały dodatkowe

4 Regulamin pracowni chemii analitycznej Regulamin pracowni chemii analitycznej 1. Ćwiczenia rozpoczynają się i kończą zgodnie z ustalonym podziałem godzin. 2. W pracowni mogą przebywać wyłącznie studenci należący do grupy wykonującej ćwiczenia. 3. Obecność w pracowni obowiązuje przez cały czas trwania ćwiczeń. Studentowi wolno opuścić pracownię po uprzednim zgłoszeniu osobie prowadzącej ćwiczenia. 4. Godziny ćwiczeń należy poświęcić intensywnej pracy. 5. Palenie tytoniu, papierosów elektronicznych i spożywanie posiłków w pracowni jest zabronione. 6. Pracować wolno tylko w wyznaczonym miejscu, posługując się chemikaliami i sprzętem przydzielonym do danego stanowiska. 7. Każdy student zobowiązany jest posiadać własny fartuch laboratoryjny, okulary ochronne, ścierki do szkła i stołu, niezmywalny pisak do szkła, mydło, ręcznik oraz środek myjący do szkła. 8. W pracowni należy utrzymywać wzorową czystość i porządek (dotyczy to nie tylko szkła laboratoryjnego, stołów, szafek, ale również półek, zlewu, podłogi, etc.). Wszelkie rzeczy osobiste (np. torby) należy przechowywać w wyznaczonych do tego celu szafkach. Wierzchnie okrycia należy pozostawić w szatni. Przed wyjściem z pracowni należy starannie umyć ręce. 9. Z odczynników należy korzystać zgodnie z zasadami pracy laboratoryjnej. 10. Ciecze żrące (np. resztki stężonych roztworów kwasów i zasad) należy zlewać do wyznaczonych w tym celu pojemników, a inne roztwory do zlewu, spłukując dobrze wodą. 11. Zabrania się wynoszenia jakichkolwiek odczynników z pracowni. 12. Prądu, gazu, wody wodociągowej oraz destylowanej należy używać jak najoszczędniej. 13. Wszystkie prace z substancjami łatwopalnymi, toksycznymi i cuchnącymi należy przeprowadzać pod wyciągiem. 14. Wychodząc z pracowni należy zgasić wszystkie palniki oraz zamknąć główne zawory gazu i wody. 15. W przypadku pożaru nie należy wywoływać paniki. W miarę możliwości pożar zlokalizować, usunąć z najbliższego otoczenia materiały łatwopalne i przystąpić do gaszenia, stosując znajdujące się w pracowni środki gaśnicze (gaśnica). 16. O każdym skaleczeniu, oparzeniu i złym samopoczuciu należy niezwłocznie poinformować osobę prowadzącą ćwiczenia. 17. W pokoju wagowym wolno przebywać wyłącznie osobom korzystającym z wag. Ważenie na wagach technicznych i analitycznych powinno odbywać się zgodnie z obowiązującymi zasadami. 18. Każdy student waży tylko na tej wadze, do której został przydzielony. Przed rozpoczęciem ważenia student obowiązany jest wpisać się do zeszytu znajdującego się przy danej wadze. Każde nieprawidłowe działanie wagi oraz jej zanieczyszczenie należy zgłosić osobie prowadzącej ćwiczenia. 3

5 Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych ĆWICZENIE 1, 2. Omówienie regulaminu obowiązującego w pracowni chemii analitycznej oraz tematyki ćwiczeń laboratoryjnych i zagadnień do kolokwiów. Analiza dolomitu. ĆWICZENIE 3. ĆWICZENIE 4. ĆWICZENIE 5. Oznaczanie azotu w nawozach sztucznych zawierających jony amonowe. Analiza wody. Spektrofotometryczne oznaczanie jonów żelaza(iii) za pomocą tiocyjanianu potasu. ĆWICZENIE 6. Wydzielanie śladów żelaza(iii) z soli niklu na nośniku i spektrofotometryczne oznaczanie za pomocą tiocyjanianu potasu. ĆWICZENIE 7. Oznaczanie kwasu askorbinowego za pomocą 2,6-dichlorofenoloindofenolu. 4

6 Zagadnienia do kolokwiów Zagadnienia do kolokwiów I. KOLOKWIUM: Podstawowe etapy i operacje przygotowania próbek materiałów do analizy. (termin: 3 i 4 pracownia) 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: a) rozkład na mokro b) rozkład na sucho 3. Metody wzbogacania składników próbki. Podział i charakterystyka metod rozdzielania oraz zatężania: a) metody strąceniowe b) metody ekstrakcyjne c) metody wymiany jonowej d) metody oparte na lotności substancji II. KOLOKWIUM: Analiza materiałów złożonych. (termin: 5 i 6 pracownia) 1. Podstawy teoretyczne wybranych technik instrumentalnych: a) spektrofotometria UV-VIS b) metody elektrochemiczne (potencjometria, konduktometria) 2. Analiza wybranych materiałów różnego rodzaju: a) minerały i rudy b) metale i stopy c) nawozy sztuczne d) analiza wody 5

7 Literatura Literatura [1] Skoog D. A., West D. M., Holler F. J., Crouch S. R., Podstawy chemii analitycznej, tom 1 i 2, PWN, Warszawa 2007 [2] Minczewski J., Marczenko Z. Chemia analityczna, tom 1 i 2, PWN, Warszawa 2016 [3] Cygański A., Chemiczne metody analizy ilościowej, WNT, Warszawa 2013 [4] Szmal Z. S., Lipiec T., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, PZWL, Warszawa 1999 [5] Namieśnik J., Jamrógiewicz Z., Pilarczyk M., Torres L. Przygotowanie próbek środowiskowych do analizy, WNT, Warszawa 2000 [6] Szczepaniak W., Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa 2002 Karty charakterystyk stosowanych substancji są dostępne w pracowniach oraz na stronach internetowych: 6

8 Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych 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. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych z Chemii Analitycznej B jest wykonanie wszystkich zadań przewidzianych w harmonogramie oraz uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwiów i sprawozdań. W ramach każdych ćwiczeń student dostaje tylko jedną próbkę kontrolną. Każdy student wykonuje samodzielne oznaczenie. Wyniki końcowe oznaczeń otrzymuje się obliczając średnią wartość równoległych oznaczeń. Błąd względny oznaczenia (%), student oblicza z następującego wzoru: gdzie: x wartość oznaczona µ wartość rzeczywista b wzg. = x µ µ 100% (%) W zależności od wykonania próby kontrolnej z odpowiednią dokładnością, podaną w sprawozdaniu jako błąd względny (%), student otrzymuje następującą ocenę: 0 1% bardzo dobry 1,1 2% dobry+ 2,1 3% dobry 3,1 4% dostateczny+ 4,1 5% dostateczny Uwaga: z wyjątkiem ćwiczeń, w których obowiązują inne kryteria ocen. 7

9 Efekty kształcenia Efekty kształcenia Student potrafi posługiwać się szkłem i podstawowym sprzętem stosowanym w laboratorium analitycznym. Student zna podstawowe etapy i operacje przygotowania próbek materiałów do analizy, w tym pobieranie i przechowywanie próbek, techniki rozkładu próbek (rozkład na mokro, rozkład na sucho) oraz metody wzbogacania składników próbki (strąceniowe, ekstrakcyjne, wymiany jonowej, wykorzystujące lotność substancji). Student zna wagowe i miareczkowe metody analizy chemicznej. Student opanował umiejętność zapisu równań reakcji chemicznych oraz bilansów elektronowych. Student potrafi dokonać podstawowych obliczeń z zakresu chemii analitycznej dotyczących rozcieńczania roztworów, obliczania stężenia przygotowywanych roztworów mianowanych, przeliczania stężenia procentowego na molowe i molowego na procentowe oraz obliczania zawartości analitu w wydanej próbce. Student potrafi samodzielnie przygotować roztwory do analizy wagowej i miareczkowej, zaproponować metodę analizy klasycznej w zależności od właściwości analitu oraz przeprowadzić analizę ilościową wybranych analitów w materiałach złożonych (minerały, rudy, stopy metali, nawozy sztuczne, woda). Student opanował podstawy teoretyczne wybranych technik instrumentalnych (spektrofotometria UV-VIS, potencjometria, konduktometria). Student samodzielnie interpretuje, opracowuje i dokonuje oceny statystycznej wyników w sprawozdaniach z zakresu analizy ilościowej. Student ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania związane z pracą zespołową oraz za bezpieczeństwo pracy własnej oraz innych w laboratorium analitycznym. Student rozumie podstawowe zasady etyki pracy w laboratorium analitycznym. 8

10 Zestaw sprzętu laboratoryjnego Zestaw sprzętu laboratoryjnego na stanowisku biureta 25 ml 1 szt. kolba stożkowa 300 ml 3 szt. mały lejek do biurety 1 szt. lejek typu tulipan 1 szt. mała zlewka pod biuretę 1 szt. tryskawka 1 szt. dodatkowe szkło i sprzęt w zależności od ćwiczenia 9

11 Wzór arkusza sprawozdawczego Wzór arkusza sprawozdawczego do ćwiczeń z Chemii Analitycznej B... Imię i nazwisko... Grupa Temat laboratoryjnego zadania kontrolnego... I. Zasada oznaczania II. Wyniki III. Obliczenia... Wartość oznaczona Wartość rzeczywista Błąd względny oznaczenia (%)... Ocena i podpis sprawdzającego 10

12 Ćwiczenie 1,2 ĆWICZENIE 1,2 Analiza dolomitu Dolomit jest to podwójny węglan wapnia i magnezu (CaCO 3 MgCO 3 ). Pokrewnymi minerałami są kamień wapienny, marmur i kreda zawierające 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 oraz tlenków żelaza i glinu. Podstawowymi oznaczeniami w analizie materiałów węglanowych jest określenie wilgotności, zawartości CO 2, CaO, MgO, sumy Fe 2 O 3 + Al 2 O 3, strat prażenia oraz SiO 2, I. Zasada oznaczenia wilgotności Wilgotność oznacza się na podstawie ubytku masy próbki podczas suszenia w suszarce w temperaturze 110 C. Naczynko wagowe wysuszyć i zważyć na wadze analitycznej. Następnie odważyć ok. 2 g sproszkowanego dolomitu i suszyć w suszarce w temperaturze 110 C do stałej masy. U w a g i : - suszyć w otwartym naczynku wagowym w suszarce, - naczynko wagowe studzić w eksykatorze i zamknięte ważyć na wadze analitycznej. Z ubytku masy określić wilgotność w dolomicie w procentach. II. Zasada oznaczenia tlenku wapnia i tlenku magnezu Oznaczenie zawartości tlenku wapnia (CaO) i tlenku magnezu (MgO) w dolomicie wymaga roztworzenia próbki i oddzielenia krzemionki oraz tlenków żelaza i glinu z otrzymanego roztworu. Po rozpuszczeniu próbki w kwasie chlorowodorowym i odparowaniu do sucha, pozostałość suszy się w temperaturze 130 C. Dzięki temu po dodaniu rozcieńczonego HCl i ogrzaniu, SiO 2 pozostaje całkowicie w osadzie. Natomiast Fe 2 O 3 i Al 2 O 3 wydziela się z roztworu w postaci wodorotlenków żelaza i glinu za pomocą wodnego roztworu amoniaku. Wapń oznacza się metodą miareczkową - manganometrycznie za pomocą mianowanego roztworu manganianu(vii) potasu po wcześniejszym wydzieleniu wapnia w postaci szczawianu wapnia i rozpuszczeniu go w kwasie siarkowym(vi) zgodnie z poniższymi równaniami reakcji: Ca 2+ + C 2 O 4 2- CaC 2 O 4 CaC 2 O 4 + H 2 SO 4 CaSO 4 + H 2 C 2 O 4 5C 2 O MnO H + 2Mn CO 2 + 8H 2 O 11

13 Ćwiczenie 1,2 Magnez oznacza się w przesączu, po oddzieleniu wapnia, metodą miareczkową, poprzez kompleksonometryczne miareczkowanie próbki mianowanym roztworem etylenodiaminotetraoctanu disodu (EDTA, zob. str. 34) w środowisku buforu amonowego o ph 10 wobec czerni eriochromowej T jako wskaźnika, według poniższych reakcji: Mg 2+ + HT 2- MgT - + H + niebieski winnoczerwony MgT - + H 2 Y 2- MgY 2- + HT 2- + H + winnoczerwony bezbarwny niebieski gdzie: HT 2- zdysocjowana forma czerni eriochromowej T, jaka występuje przy ph 10 H 2 Y 2- jon diwodoroetylenodiaminotetraoctowy (EDTA) III. Odczynniki i roztwory 1. Stężony kwas azotowy(v) 65%. 2. Roztwór kwasu azotowego(v) o stężeniu 2 mol L Stężony kwas chlorowodorowy 35-38%. 4. Roztwór kwasu chlorowodorowego (1+1). 5. Roztwór wodny amoniaku o stężeniu 25%. 6. Roztwór szczawianu amonu o stężeniach 4% i 0,1%. 7. Roztwór kwasu siarkowego(vi) o stężeniu 1 mol L Roztwór manganianu(vii) potasu o stężeniu ok. 0,02 mol L Roztwór wersenianu disodu o stężeniu ok. 0,02 mol L Roztwór buforowy o ph Roztwór azotanu(v) srebra o stężeniu 0,01 mol L Wskaźniki: roztwór wodny oranżu metylowego o stężeniu 0,1%, czerń eriochromowa T. IV. Wykonanie oznaczenia Oznaczenie zawartości tlenku wapnia (CaO) Na wadze analitycznej odważyć ok. 2 g próbki dolomitu dokładnie roztartej i wysuszonej (do stałej masy w T=110 C). Odważkę w zlewce o pojemności 250 ml zwilżyć małą ilością wody destylowanej, dodać 15 ml kwasu chlorowodorowego (1+1) i 3-4 krople stężonego kwasu azotowego(v). Roztwór ogrzewać nie doprowadzając do wrzenia, aż odparuje do sucha. Zlewkę z pozostałością suszyć w suszarce przez 1h w temperaturze 130 C. Po ostudzeniu naczynia dodać 5 ml stężonego HCl, a po 10 minutach 50 ml gorącej wody destylowanej. Ogrzewać roztwór prawie do wrzenia i wytrącać wodorotlenki żelaza i glinu za pomocą 25% roztworu wodnego amoniaku, aż do wystąpienia wyraźnego jego zapachu i całkowitego strącenia osadu. Osad krzemionki i wodorotlenków odsączyć na twardym sączku bibułowym, zbierając przesącz do kolby miarowej o pojemności 250 ml i przemywać gorącą wodą destylowaną do całkowitego odmycia jonów Cl - (próba z roztworem AgNO 3 zakwaszonym HNO 3 ). Osad odrzucić. Otrzymany przesącz zakwasić lekko HCl (1+1), względem papierka uniwersalnego, rozcieńczyć wodą destylowaną do 250 ml i dokładnie wymieszać. 12

14 Ćwiczenie 1,2 Z tego roztworu odpipetować 25 ml do zlewki o pojemności 250 ml i rozcieńczyć wodą destylowaną do ok. 100 ml. Roztwór zakwasić 3 ml HCl (1+1), dodać 2-3 krople oranżu metylowego i 25 ml 4% roztworu szczawianu amonu. Roztwór ogrzać do temperatury 80 C i mieszając dodawać powoli 25% roztwór wodny amoniaku do zabarwienia oranżu metylowego na żółto. Pozostawić roztwór z osadem około 1h w łaźni wodnej. Osad odsączyć na twardym sączku bibułowym, zbierając przesącz do kolby miarowej o pojemności 250 ml. Osad przemywać 0,1% roztworem (NH 4 ) 2 C 2 O 4 do odmycia jonów Cl - (próba z roztworem AgNO 3 zakwaszonym HNO 3 ), a następnie 4 porcjami po 5 ml wody destylowanej lekko zalkalizowanej 25% roztworem wodnym amoniaku (2-3 krople NH 3 H 2 O w 100 ml wody) celem odmycia szczawianu amonu. Otrzymany przesącz zachować do oznaczania MgO. Osad CaC 2 O 4 rozpuścić w 100 ml 1 mol L -1 roztworu kwasu siarkowego(vi) ogrzanego do temperatury 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 mianowanym roztworem KMnO 4 aż do wystąpienia słabo różowego zabarwienia utrzymującego się ok. 30 sekund. Zawartość CaO w wysuszonej próbce dolomitu obliczyć ze wzoru: m CaO = 5 2 V KMnO 4 C KMnO4 M CaO W gdzie: V KMnO4 objętość KMnO 4 zużyta podczas miareczkowania (L) C KMnO4 stężenie molowe manganianu(vii) potasu (mol L -1 ) M CaO masa molowa tlenku wapnia (g mol -1 ) W=10 stosunek objętości używanej kolby miarowej i pipety 5 2 współczynnik wynikający ze stechiometrii reakcji jonów C 2O 4 2- z jonami MnO 4 - Oznaczenie zawartości tlenku magnezu (MgO) Uzyskany wcześniej przesącz rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Odpipetować po 50 ml roztworu do trzech kolb stożkowych o pojemności 300 ml i rozcieńczyć do około 100 ml wodą destylowaną. Dodać 5 ml roztworu buforowego o ph 10 i szczyptę czerni eriochromowej T. Otrzymany roztwór miareczkować mianowanym roztworem EDTA do zmiany zabarwienia z różowo-fioletowego na niebieskie. Zawartość MgO w wysuszonej próbce dolomitu obliczyć ze wzoru: (g) m MgO = V EDTA C EDTA M MgO W gdzie: V EDTA średnia objętość EDTA zużyta podczas miareczkowania (L) C EDTA stężenie molowe wersenianu disodu (mol L -1 ) M MgO masa molowa tlenku magnezu (g mol -1 ) W=50 stosunek objętości używanej kolby miarowej i pipety Obliczyć procentową zawartość CaO i MgO w wysuszonej próbce dolomitu. Przeprowadzić ocenę statystyczną dla wyników oznaczania CaO i MgO (średnia arytmetyczna po odrzuceniu wyników wątpliwych testem Q-Dixona, odchylenie standardowe, względne odchylenie standardowe w % i przedział ufności dla p=0,95). (g) 13

15 Ćwiczenie 3 ĆWICZENIE 3 Oznaczanie azotu w nawozach sztucznych zawierających jony amonowe I. Zasada oznaczenia Do nawozów sztucznych azotowych należą: saletra wapniowa (norweska) Ca(NO 3 ) 2, saletra sodowa (chilijska) NaNO 3, saletra potasowa (indyjska) KNO 3, saletra amonowa (saletrzak) NH 4 NO 3, chlorek amonu NH 4 Cl, siarczan(vi) amonu (NH 4 ) 2 SO 4 oraz mocznik CO(NH 2 ) 2. Amoniak jest słabą lotną zasadą. Jeżeli do soli amonowych doda się w nadmiarze mocnej zasady i roztwór ogrzeje się, to gazowy amoniak wydziela się zgodnie z reakcją: NH 4 Cl + NaOH NaCl + NH 3 + H 2 O Wydzielający się amoniak oddestylowuje się do odbieralnika, zawierającego znaną objętość mianowanego roztworu kwasu chlorowodorowego, dodanego w nadmiarze. Gazowy NH 3 zostaje związany zgodnie z reakcją: NH 3 + HCl nadmiar NH 4 Cl + HCl niezobojętniony Pozostały w odbieralniku, niezobojętniony kwas chlorowodorowy odmiareczkowuje się mianowanym roztworem wodorotlenku sodu zgodnie z reakcją: HCl niezobojętniony + NaOH NaCl + H 2 O Różnica między początkową, nadmiarową ilością HCl a ilością tego kwasu zobojętnionego podczas miareczkowania mianowanym roztworem NaOH, odpowiada ilości związanego NH 3. II. Odczynniki i roztwory 1. Roztwór kwasu chlorowodorowego o stężeniu ok. 0,2 mol L Roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu ok. 0,2 mol L Roztwór czerwieni metylowej o stężeniu 0,1% w 60% alkoholu etylowym. 4. Roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 20%. 5. Papierki wskaźnikowe uniwersalne. III. Sprzęt laboratoryjny 1. Kolba okrągłodenna o pojemności 250 ml. 2. Łapacz kropel. 3. Chłodnica wodna. 4. Kolba stożkowa o pojemności 300 ml. 5. Statywy z uchwytami 2 szt. 6. Kawałki tłuczonej porcelany. 7. Okulary ochronne lub osłona na twarz. 14

16 Ćwiczenie 3 IV. Ustalenie miana roztworu kwasu chlorowodorowego o stężeniu ok. 0,2 mol L -1 W naczynku wagowym odważyć na wadze analitycznej Na 2 CO 3 w granicach 0,15-0,20 g (co odpowiada ml 0,2 mol L -1 HCl) i przenieść ilościowo do kolby stożkowej o pojemności 300 ml. Odważony węglan sodu rozpuścić w około 70 ml wody destylowanej i dodać 1-2 krople oranżu metylowego. Otrzymany roztwór miareczkować powoli kwasem chlorowodorowym. Miareczkowanie prowadzi się do pierwszej widocznej zmiany zabarwienia z żółtego na cebulkowe, po czym roztwór ogrzewa się do wrzenia w celu odpędzenia powstałego w roztworze CO 2. Roztwór może ponownie przybrać barwę żółtą. Ostudzić roztwór i dokończyć miareczkowanie dodając roztwór kwasu chlorowodorowego do pierwszej zauważalnej zmiany zabarwienia. Należy wykonać co najmniej 3 oznaczenia. Podczas miareczkowania wobec oranżu metylowego zachodzi reakcja: Na 2 CO 3 + 2HCl 2NaCl + H 2 O + CO 2 Stężenie molowe roztworu HCl obliczyć ze wzoru: c HCl = 2 1 m Na 2CO 3 V HCl M Na 2CO3 (mol L -1 ) gdzie: m Na2 CO 3 masa odważki Na 2 CO 3 (g) M Na2 CO 3 masa molowa Na 2 CO 3 (g mol -1 ) V HCl średnia objętość roztworu HCl zużyta podczas miareczkowania (L) 2 1 współczynnik wynikający ze stechiometrii reakcji HCl z Na 2CO 3 V. Ustalenie miana roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu ok. 0,2 mol L -1 Do kolby stożkowej o pojemności 300 ml odmierzyć pipetą jednomiarową 20 ml mianowanego roztworu kwasu chlorowodorowego, rozcieńczyć 50 ml wody destylowanej i dodać 1-2 krople roztworu czerwieni metylowej. Otrzymany roztwór miareczkować powoli wodorotlenkiem sodu, którego miano oznaczamy. Miareczkowanie prowadzić do zmiany zabarwienia na żółte. Należy wykonać co najmniej 3 oznaczenia. Podczas miareczkowania wobec czerwieni metylowej zachodzi reakcja: NaOH + HCl NaCl + H 2 O Stężenie molowe roztworu NaOH obliczyć ze wzoru: c NaOH = V HCl C HCl V NaOH (mol L -1 ) gdzie: V HCl objętość roztworu HCl (ml) C HCl stężenie molowe roztworu HCl (mol L -1 ) V NaOH średnia objętość roztworu NaOH zużyta podczas miareczkowania (ml) 15

17 Ćwiczenie 3 Mając do dyspozycji wymieniony w pkt. III sprzęt laboratoryjny należy zmontować zestaw do destylacji amoniaku według podanego schematu. VI. Wykonanie oznaczenia Rys. Zestaw do destylacji amoniaku Oznaczenie zawartości azotu amonowego Odważyć na wadze analitycznej określoną ilość badanej próbki nawozu sztucznego, zawierającego azot w postaci jonu amonowego: a) w przypadku saletrzaku zawierającego NH 4 NO 3 : ok. 3 g, b) w przypadku siarczanu(vi) amonu (NH 4 ) 2 SO 4 : ok. 2 g, c) w przypadku chlorku amonu NH 4 Cl: ok. 2 g. Następnie odważkę przenieść ilościowo do zlewki o pojemności 100 ml i rozpuścić w 20 ml wody destylowanej. W przypadku uzyskania zawiesiny, próbkę przesączyć, zbierając roztwór w kolbie miarowej o pojemności 100 ml. Natomiast w przypadku uzyskania klarownego roztworu etap sączenia można pominąć i zawartość zlewki przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 100 ml. Zebrany w kolbie miarowej roztwór rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski. Z uzyskanej w ten sposób próbki odpipetować 20 ml roztworu do kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml. Do kolby stożkowej o pojemności 300 ml, pełniącej rolę odbieralnika, odmierzyć pipetą 50 ml mianowanego roztworu HCl. Do kolby okrągłodennej wrzucić kilka kawałków tłuczonej porcelany, a następnie wlać odmierzone cylindrem miarowym 50 ml 20% roztworu NaOH. Kolbę okrągłodenną natychmiast zamknąć korkiem z łapaczem kropel, który jest połączony z chłodnicą wodną i odbieralnikiem. Koniec chłodnicy powinien być zanurzony w roztworze kwasu chlorowodorowego i nie dotykać dna odbieralnika. 16

18 Ćwiczenie 3 Następnie ogrzewać roztwór w kolbie do wrzenia i tak regulować grzanie, aby wrzenie miało przebieg spokojny. Gdy ilość cieczy w kolbie zmniejszy się do 1/3 objętości, sprawdzić papierkiem wskaźnikowym 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 chlorowodorowy mianowanym roztworem NaOH aż do zmiany zabarwienia wskaźnika na żółte. Oznaczenie powtórzyć 2 razy. Zawartość NH 3 w próbce nawozu sztucznego obliczyć ze wzoru: m NH3 = (V HCl C HCl V NaOH C NaOH ) M NH3 W (g) gdzie: V HCl początkowa objętość mianowanego kwasu chlorowodorowego (L) C HCl stężenie molowe kwasu chlorowodorowego (mol L -1 ) V NaOH objętość wodorotlenku sodu zużyta podczas miareczkowania (L) C NaOH stężenie molowe wodorotlenku sodu (mol L -1 ) M NH3 masa molowa amoniaku (g mol -1 ) W=5 stosunek objętości używanej kolby miarowej i pipety Obliczyć zawartość azotu amonowego w gramach, a następnie przeliczyć na zawartość procentową azotu w próbce nawozu sztucznego. 17

19 Ćwiczenie 4 ĆWICZENIE 4 Analiza wody UWAGA! Każdy student na ćwiczenia powinien przynieść dwie próbki wody: (1) źródlanej lub mineralnej (2) wodociągowej lub studziennej z własnego ujęcia Analiza obejmuje wody naturalne (np. z rzek, studni i jezior), wody odpowiednio oczyszczone (np. z sieci wodociągowej) i wody przystosowane do różnych potrzeb przemysłowych. Woda przeznaczona do spożycia powinna charakteryzować się odpowiednią zawartością rozpuszczonych w niej makro- i mikroelementów, a także właściwym smakiem, zapachem i barwą. Na skład chemiczny wody wpływ ma wiele czynników, m.in. jakość surowca i materiały użyte do dezynfekcji oraz transportu. Niektóre składniki, np. rozpuszczony tlenek węgla(iv) czy związki wapnia i magnezu, nadają wodzie odpowiedni smak. Z kolei duża zawartość żelaza powoduje brunatne zabarwienie wody, zaś duża ilość manganu nadaje wodzie gorzki smak. Obecność bakterii, amoniaku czy metali ciężkich dyskwalifikuje wodę do celów spożywczych. Wartości powyższych parametrów regulowane są surowymi normami, m.in. obowiązującym w Polsce Rozporządzeniem Ministra Zdrowia, zaleceniami WHO czy Dyrektywą UE. Pełna analiza wody obejmuje wiele badań jakościowych i ilościowych: próby organoleptyczne (smak, zapach), analiza mikrobiologiczna, barwa, mętność, temperatura, ph, przewodnictwo elektrolityczne, zasadowość i kwasowość, ilość wolnego, związanego i agresywnego CO 2, zawartość krzemionki, suchej pozostałości oraz substancji rozpuszczonych lotnych i nielotnych, twardość ogólna, utlenialność, zawartość tlenu rozpuszczonego oraz BZT 5 (biochemiczne zapotrzebowanie tlenu), zawartość jonów Fe, Mn i Al, zawartość wolnego chloru oraz ubocznych produktów dezynfekcji wody, zawartość azotu w postaci jonów azotanowych(v) i amonowych, zawartość jonów siarczanowych(vi) i chlorkowych, obecność metali ciężkich. 18

20 Ćwiczenie 4 A. Pomiar ph wody Odczyn wód naturalnych może zawierać się w granicach ph 4-9. Najczęściej spotykane wody wykazują ph 6,5-8,5. Teoretycznie ph bardzo czystej wody powinno wynosić 7. W praktyce jednak zawarte w wodzie wodorowęglany, węglany, kwasy humusowe/huminowe oraz tlenek węgla(iv) powodują zmianę odczynu. Wykonanie pomiarów zmierzyć temperaturę otoczenia i wprowadzić jej wartość do pamięci urządzenia pomiarowego, elektrodę dokładnie przemyć wodą destylowaną i osuszyć bibułą, wykalibrować przyrząd z wykorzystaniem dwóch roztworów buforowych, przed pomiarem ph elektrodę przemyć wodą destylowaną i osuszyć bibułą, naczynko przepłukać badaną próbką wody, po czym umieścić w nim próbkę do ok. ¾ pojemności naczynka i dokonać pomiaru ph, po zakończeniu pomiarów elektrodę przemyć i zanurzyć w wodzie destylowanej. B. Pomiar przewodnictwa Przewodnictwo (przewodność elektrolityczna) roztworu wodnego to jego zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego. Prąd ten jest przenoszony w roztworze przy pomocy jonów. Im większe ich stężenie, tym większa wartość przewodnictwa. W wodach naturalnych jony pochodzą prawie wyłącznie z dysocjacji elektrolitycznej związków nieorganicznych, a zatem pomiar przewodnictwa może służyć do określenia ogólnej zawartości substancji rozpuszczonych. Badanie wykonuje się przy użyciu konduktometru wyposażonego w specjalne naczynko konduktometryczne. Wartości przewodnictwa podaje się w µs cm -1 lub ms cm -1. Przewodnictwo świeżo destylowanej wody wynosi około 0,5-2 µs cm -1, natomiast wody dejonizowanej 0,01-0,1 µs cm -1. Przewodność wód naturalnych powierzchniowych (źródła, rzeki, jeziora) waha się od 50 do kilkuset µs cm -1, przy czym dla wód głębinowych może osiągać wartości rzędu kilku tysięcy µs cm -1. Dla ścieków przewodnictwo może wynosić nawet kilkadziesiąt tysięcy µs cm -1. Wykonanie pomiarów zmierzyć temperaturę otoczenia i wprowadzić jej wartość do pamięci urządzenia pomiarowego, elektrodę dokładnie opłukać wodą destylowaną i osuszyć bibułą, przeprowadzić kalibrację konduktometru, przed pomiarem przewodnictwa elektrodę przemyć wodą destylowaną i osuszyć bibułą, naczynko przepłukać badaną próbką wody, po czym umieścić w nim próbkę do ok. ¾ pojemności naczynka i dokonać pomiaru przewodnictwa, po zakończeniu pomiarów elektrodę przepłukać i zanurzyć w wodzie destylowanej. 19

21 Ćwiczenie 4 C. Oznaczenie twardości węglanowej wody metodą acydymetryczną I. Zasada oznaczenia Twardość węglanową wody naturalnej powodują rozpuszczone w niej wodorowęglany wapnia i magnezu. 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 1. Roztwór kwasu chlorowodorowego o stężeniu ok. 0,1 mol L -1, mianowanym na odważkę 0,05-0,09 g Na 2 CO 3, zgodnie z procedurą przedstawioną w ćwiczeniu Roztwór wodny oranżu metylowego o stężeniu 0,1%. III. Wykonanie oznaczenia Do dwóch kolb stożkowych o pojemności 300 ml odmierzyć cylindrem miarowym po 100 ml badanej wody, dodać 2-3 krople oranżu metylowego i miareczkować mianowanym roztworem kwasu chlorowodorowego do zmiany zabarwienia z żółtej na cebulkową. Twardość węglanową wody obliczyć w stopniach niemieckich (1 d = 10 mg CaO w 1 L wody) ze wzoru: Tw w = V HCl C HCl 28 ( d) gdzie: V HCl średnia objętość roztworu HCl zużyta podczas miareczkowania (ml) C HCl stężenie molowe roztworu HCl (mol L -1 ) 28 stosunek masy molowej Ca(HCO 3 ) 2 do CaO oraz przelicznik z objętości próbki 100 ml na 1 L wody 20

22 Ćwiczenie 4 D. Kompleksonometryczne oznaczenie twardości ogólnej oraz zawartości jonów wapnia i magnezu w wodzie I. Zasada oznaczenia Twardością wody nazywa się właściwości wody wynikające z obecności w wodzie jonów wapnia i magnezu oraz innych jonów metali wielowartościowych. Na twardość całkowitą (ogólną) składa się zawartość wapnia i magnezu przeliczona na tlenek wapnia. Twardość ogólną najczęściej oznacza się kompleksonometrycznie miareczkując próbkę wody mianowanym roztworem etylenodiaminotetraoctanu disodu (EDTA, zob. str. 34). Metodę można zastosować do oznaczania twardości zarówno w wodach bardzo miękkich, jak i twardych, a nawet w koncentratach. Miareczkując wodę mianowanym roztworem EDTA w środowisku roztworu buforowego o ph 10 wobec czerni eriochromowej T, możemy oznaczyć sumę wapnia i magnezu, a więc twardość ogólną. Natomiast miareczkując drugą próbkę wody mianowanym roztworem EDTA w środowisku NaOH wobec mureksydu, oznaczamy tylko zawartość wapnia. Z różnicy tych dwóch miareczkowań można obliczyć zawartość magnezu. II. Odczynniki i roztwory 1. Roztwór EDTA o stężeniu ok. 0,05 mol L Roztwór chlorku wapnia o stężeniu 0,05 mol L Roztwór buforowy o ph Roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 1 mol L Czerń eriochromowa T. 6. Mureksyd. III. Ustalenie miana roztworu roztworu EDTA o stężeniu ok. 0,05 mol L -1 Miano roztworu EDTA nastawić na roztwór chlorku wapnia o ściśle określonym stężeniu (0,05 mol L -1 ), znajdującego się w biurecie Schillinga. W tym celu do trzech kolb stożkowych o pojemności 300 ml odmierzyć po 20 ml roztworu CaCl 2 o stężeniu 0,05 mol L -1, dodać 5 ml roztworu buforowego o ph 10, szczyptę wskaźnika - czerni eriochromowej T i miareczkować roztworem EDTA do zmiany barwy z winnoczerwonej na niebieską. Stężenie molowe roztworu EDTA obliczyć ze wzoru: C EDTA = V CaCl2 C CaCl2 V EDTA (mol L -1 ) gdzie: V CaCl2 objętość roztworu CaCl 2 (ml) C CaCl2 stężenie molowe roztworu CaCl 2 (mol L -1 ) V EDTA średnia objętość roztworu EDTA zużyta podczas miareczkowania (ml) 21

23 Ćwiczenie 4 IV. Wykonanie oznaczenia Oznaczenie twardości ogólnej wody Do dwóch kolb stożkowych o pojemności 300 ml odmierzyć po 100 ml badanej wody, dodać 5 ml roztworu buforowego o ph 10, szczyptę wskaźnika - czerni eriochromowej T i miareczkować mianowanym roztworem EDTA do zmiany barwy z winnoczerwonej na niebieską. Z ilości zużytego roztworu EDTA obliczyć twardość ogólną wody: Tw og = V EDTA C EDTA M CaO 1000 V próbki 10 ( d) Tw og = V EDTA C EDTA 1000 V próbki (mmol L -1 ) V EDTA średnia objętość roztworu EDTA zużyta podczas miareczkowania (ml) C EDTA stężenie molowe roztworu EDTA (mol L -1 ) M CaO masa molowa tlenku wapnia (g mol -1 ) V próbki objętość roztworu pobranego do miareczkowania (ml) 10 1 d = 10 mg CaO w 1 L wody Oznaczenie zawartości jonów wapnia Do dwóch kolb stożkowych o pojemności 300 ml odmierzyć po 100 ml badanej wody, dodać 20 ml roztworu NaOH, szczyptę wskaźnika - mureksydu i miareczkować mianowanym roztworem EDTA do zmiany barwy z czerwonej na lila. Z ilości zużytego roztworu EDTA obliczyć zawartość jonów wapnia w wodzie: X Ca 2+ = V EDTA C EDTA 1000 V próbki (mmol L -1 ) V EDTA średnia objętość roztworu EDTA zużyta podczas miareczkowania (ml) C EDTA stężenie molowe roztworu EDTA (mol L -1 ) V próbki objętość roztworu pobranego do miareczkowania (ml) Oznaczenie zawartości jonów magnezu Zawartość jonów magnezu w wodzie obliczyć z różnicy oznaczonej twardości ogólnej i zawartości jonów wapnia: Y Mg 2+ = Tw og X Ca 2+ (mmol L -1 ) Tw og twardość ogólna (mmol L -1 ) X Ca 2+ zawartość jonów wapnia (mmol L -1 ) 22

24 Ćwiczenie 4 Klasyfikacja twardości wód Lp. Stopień twardości wody mmol L -1 mgcaco 3 L -1 d mval L -1 1 woda bardzo miękka < 1 < 100 < 5,6 < 2 2 woda miękka ,6-11, woda średnio-twarda 2-3, ,2-19, woda twarda 3,5-5, ,6-30, woda bardzo twarda > 5,5 > 550 > 30,8 > 11 Twardość ogólna wody jest wyrażana w różnych jednostkach. Najpowszechniej stosowana w laboratoriach jednostka to mgcaco 3 L -1 (m.in. w Polskiej Normie PN-ISO 6059:1999). Poniższa tabela pozwala przeliczyć twardość ogólną wody na inne, równorzędnie stosowane jednostki. Wartości współczynników przeliczeniowych dla twardości ogólnej wyrażanej w różnych jednostkach Jednostka mmol L -1 mval L -1 d e f mgcaco 3 L -1 mmol L ,61 7, mval L -1 0,5 1 2,8 3, d 0,178 0, ,25 1,78 17,8 e 0,143 0,286 0,8 1 1,43 14,3 f 0,1 0,2 0,56 0, mgcaco 3 L -1 0,01 0,02 0,056 0,07 0,1 1 mmol L -1 międzynarodowa jednostka określająca zawartość CaCO 3 mval L -1 fizyczna jednostka określająca zawartość CaCO 3 d niemieckie stopnie twardości wody, w literaturze wyrażane również jako n lub dh e angielskie stopnie twardości wody f francuskie stopnie twardości wody, w literaturze wyrażane również jako fh mgcaco 3 L -1 jednostka amerykańska oraz stosowana w Polskich Normach i w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi Przykład obliczeń dla twardości wody wynoszącej 400 mgcaco 3 L -1 : 400/17,8=22,47 ( d) 400/100 = 4 (mmol L -1 ) 400/50 = 8 (mval L -1 ) 23

25 Ćwiczenie 5 ĆWICZENIE 5 Spektrofotometryczne oznaczanie jonów żelaza(iii) za pomocą tiocyjanianu potasu I. Zasada oznaczenia Oznaczenie polega na dodaniu do kwaśnego roztworu zawierającego jony żelaza(iii) roztworu tiocyjanianu potasu. W wyniku powstawania związków kompleksowych żelaza(iii) z jonami tiocyjanianowymi o liczbie skoordynowanych jonów L k = 1-6 według reakcji: Fe 3+ + SCN - FeSCN 2+ FeSCN 2+ + SCN - [Fe(SCN) 2 ] + [Fe(SCN) 2 ] + + SCN - [Fe(SCN) 3 ] [Fe(SCN) 3 ] + SCN - [Fe(SCN) 4 ] - [Fe(SCN) 4 ] - + SCN - [Fe(SCN) 5 ] 2- [Fe(SCN) 5 ] 2- + SCN - [Fe(SCN) 6 ] 3- roztwór zabarwia się na czerwono. Absorbancję badanego roztworu mierzy się za pomocą spektrofotometru. Następnie, posługując się uprzednio sporządzonymi krzywymi wzorcowymi absorbancji od stężenia jonów żelaza(iii), określa się zawartość żelaza w analizowanej próbce. II. Aparatura Spektrofotometr jednowiązkowy SP-830 Plus (Metertech) z kuwetami szklanymi o grubości warstwy absorbującej b=1cm. III. Odczynniki i roztwory 1. Roztwór wzorcowy żelaza(iii) R w1 o stężeniu 1 mg ml -1 przygotowany z soli Fe(NH 4 )(SO 4 ) 2 12H 2 O. 2. Roztwór roboczy żelaza(iii) R w2 o stężeniu 0,05 mg ml -1 przygotowany przez rozcieńczenie roztworu R w1 kwasem siarkowym(vi) o stężeniu 0,05 mol L Roztwór kwasu azotowego(v) (1+1). 4. Roztwór tiocyjanianu potasu o stężeniu 10%. 5. Roztwór kwasu siarkowego(vi) o stężeniu 0,005 mol L

26 Ćwiczenie 5 IV. Wykonanie oznaczenia 1. Przygotowanie roztworów wzorcowych Do 7 kolb miarowych o pojemności 50 ml odmierzyć z biurety od 0 ml (ślepa próba) do 6 ml co 1 ml roztworu wzorcowego żelaza(iii) zawierającego 0,05 mg ml -1 (R w2 ). Następnie do każdej kolbki dodać 10 ml wody destylowanej, 1 ml roztworu HNO 3 (1+1), 10 ml 10% roztworu tiocyjanianu potasu, uzupełnić do objętości 50 ml wodą destylowaną i dokładnie wymieszać. Spektrofotometr jednowiązkowy wykalibrować na ślepą próbę, a następnie zmierzyć absorbancję przygotowanych roztworów wzorcowych. Pomiary wykonywać przy długości fali świetlnej =480 nm w kuwetach o grubości warstwy absorbującej b=1cm. Rys. Przykładowa krzywa spektrofotometryczna absorbancji od długości fali dla roztworów wzorcowych: 1) o niższym stężeniu jonów żelaza(iii), 2) o dwukrotnie wyższym stężeniu jonów żelaza(iii). Pomiary należy wykonać dla co najmniej trzech serii roztworów wzorcowych. Otrzymane wyniki zestawić w tabeli według wzoru: 25

27 Ćwiczenie 5 Zależność absorbancji od stężenia jonów żelaza(iii) Objętość Fe(III) (ml) Stężenie Fe(III) (ilość mg w 50 ml) Absorbancja A 1 A 2 A 3 A śr. 1 0,05 2 0,10 3 0,15 4 0,20 5 0,25 6 0,30 2. Przygotowanie próbki do oznaczenia Otrzymaną próbkę zawierającą jony żelaza(iii) w ilości 0,5-1,0 mg uzupełnić 0,005 mol L -1 roztworem kwasu siarkowego(vi) do kreski w kolbie miarowej o pojemności 100 ml. Po dokładnym wymieszaniu pobrać do kolbek o pojemności 50 ml 4 równoległe próbki po 20 ml roztworu badanego. Następnie dodać do próbek wszystkie odczynniki w kolejności i ilościach jak w punkcie 1. Zmierzyć absorbancję roztworów badanych w tych samych warunkach jak roztwory wzorcowe. V. Opracowanie wyników 1. Wykreślić krzywą wzorcową w układzie A=f(c). 2. Obliczyć molowy współczynnik absorpcji oznaczania jonów żelaza(iii) za pomocą tiocyjanianu potasu na podstawie krzywej wzorcowej. 3. Zawartość jonów żelaza (III) w badanej próbce obliczyć: a) metodą krzywej wzorcowej na podstawie równania regresji A = ac x + b b) metodą porównania z jednym (1) lub dwoma roztworami wzorcowymi (2): c x = c wz A x A wz (1) i c x = c 1 + c 2 c 1 A 2 A 1 (A x A 1 ) (2) gdzie: c x stężenie jonów żelaza (III) w badanej próbce c wz stężenie wzorca c 1, c 2 stężenie dwóch roztworów wzorcowych tak dobranych aby A 1 A x A 2 A x absorbancja próbki badanej A wz absorbancja wzorca A 1, A 2 absorbancja wzorców 4. Przeprowadzić dyskusję wyników (średnia arytmetyczna po odrzuceniu wyniku wątpliwego testem Q-Dixona, odchylenie standardowe, względne odchylenie standardowe w % i przedział ufności dla p=0,95). 26

28 Ćwiczenie 6 ĆWICZENIE 6 Wydzielanie śladów żelaza(iii) z soli niklu na nośniku i spektrofotometryczne oznaczanie za pomocą tiocyjanianu potasu I. Zasada oznaczenia Oznaczanie śladowych ilości żelaza(iii) w solach niklu wymaga wstępnego ich wydzielania, ponieważ zabarwienie jonów Ni(II) przeszkadza spektrofotometrycznemu oznaczaniu żelaza(iii) za pomocą tiocyjanianu potasu. Nośnikiem przy wydzielaniu śladowych ilości żelaza z soli niklu może być kation, który strąca się w postaci wodorotlenku pod wpływem nadmiaru dodanego wodnego roztworu amoniaku. Nikiel w tych warunkach tworzy rozpuszczalny kompleks. Polecanym nośnikiem jest wodorotlenek lantanu. Wodorotlenek glinu jest mniej wskazany, ponieważ przy dużych stężeniach NH 3 H 2 O tworzy się rozpuszczalny glinian. Jednak za stosowaniem tego nośnika przemawia dostępność oraz cena soli glinu. II. Aparatura Spektrofotometr jednowiązkowy SP-830 Plus (Metertech) z kuwetami szklanymi o grubości warstwy absorbującej b=1cm. III. Odczynniki i roztwory 1. Roztwór wzorcowy żelaza(iii) R w1 o stężeniu 1 mg ml -1 przygotowany z soli Fe(NH 4 )(SO 4 ) 2 12H 2 O. 2. Roztwór roboczy żelaza(iii) R w2 o stężeniu 0,05 mg ml -1 przygotowany przez rozcieńczenie roztworu R w1 kwasem siarkowym(vi) o stężeniu 0,05 mol L Stężony kwas azotowy(v) 65%. 4. Roztwór azotanu(v) glinu o stężeniu 2%. 5. Roztwór wodny amoniaku o stężeniu 25%. 6. Chlorek amonu cz.d.a. 7. Roztwór alkoholowy dimetyloglioksymu o stężeniu 1%. 8. Roztwór kwasu chlorowodorowego o stężeniu 0,5 mol L Roztwór tiocyjanianu potasu o stężeniu 10%. 27

29 Ćwiczenie 6 IV. Wykonanie oznaczenia 1. Przygotowanie próbki do oznaczenia Otrzymaną próbkę soli niklu rozcieńczyć wodą destylowaną w kolbie do pojemności 100 ml. Po dokładnym wymieszaniu odpipetować 2 równoległe próbki po 20 ml roztworu badanego zawierającego ślady żelaza(iii) do zlewek o pojemności 50 ml. Do każdej próbki dodać 1 ml stężonego HNO 3 i ogrzać roztwór do wrzenia, po czym przerwać ogrzewanie i dodać na gorąco 5 ml 2% roztworu Al(NO 3 ) 3. Następnie do ostudzonego roztworu dodać szybko 10 ml 25% roztworu wodnego amoniaku i odczekać 20 minut. W tym czasie przygotować mieszaninę 25% roztworu wodnego amoniaku rozcieńczonego wodą w stosunku 1+9, w którym należy rozpuścić NH 4 Cl w ilości 1 g na każde 100 ml roztworu. Skoagulowany osad wodorotlenków odsączyć na miękkim sączku bibułowym i przemyć przygotowaną wcześniej mieszaniną do zaniku w przesączu jonów Ni 2+ (reakcja z dimetyloglioksymem). Przemyty osad rozpuścić w 10 ml gorącego roztworu HCl o stężeniu 0,5 mol L -1. Roztwór należy zbierać do kolby miarowej o pojemności 50 ml. Po rozpuszczeniu osadu sączek przemyć wodą destylowaną zbierając przesącz do tej samej kolbki. Przed samym pomiarem, do zebranego przesączu dodać 10 ml 10% roztworu KSCN, dopełnić wodą destylowaną do objętości 50 ml i dokładnie wymieszać. 2. Przygotowanie roztworów wzorcowych Do 5 zlewek o pojemności 50 ml odmierzyć z biurety od 0 ml (ślepa próba) do 4 ml co 1 ml roztworu wzorcowego żelaza(iii) zawierającego 0,05 mg ml -1 (R w2 ), rozcieńczyć wodą destylowaną do objętości 20 ml. Dalej postępować jak przy przygotowaniu próbki badanej ( punkt 1). 3. Pomiar absorbancji z użyciem spektrofotometru jednowiązkowego UV-VIS Spektrofotometr jednowiązkowy wykalibrować na ślepą próbę. Zmierzyć absorbancję przygotowanych wcześniej roztworów wzorcowych przy długości fali świetlnej =480 nm w kuwetach o grubości warstwy absorbującej b=1cm. Pomiary należy wykonać dla co najmniej trzech serii roztworów wzorcowych. Otrzymane wyniki zestawić w tabeli według wzoru: 28

30 Ćwiczenie 6 Zależność absorbancji od stężenia jonów żelaza(iii) Objętość Fe(III) (ml) Stężenie Fe(III) (ilość mg w 50 ml) Absorbancja A 1 A 2 A 3 A śr. 1 0,05 2 0,10 3 0,15 4 0,20 Następnie zmierzyć absorbancję przygotowanych próbek. V. Opracowanie wyników 1. Wykreślić krzywą wzorcową w układzie A=f(c). 2. Zawartość jonów żelaza(iii) w badanej próbce soli niklu obliczyć: a) metodą krzywej wzorcowej na podstawie równania regresji A = ac x + b b) metodą porównania z jednym (1) lub dwoma roztworami wzorcowymi (2): c x = c wz A x A wz (1) i c x = c 1 + c 2 c 1 A 2 A 1 (A x A 1 ) (2) gdzie: c x stężenie jonów żelaza(iii) w badanej próbce c wz stężenie wzorca c 1, c 2 stężenie dwóch roztworów wzorcowych tak dobranych aby A 1 A x A 2 A x absorbancja próbki badanej A wz absorbancja wzorca A 1, A 2 absorbancja wzorców 3. Obliczoną ilość żelaza(iii) w badanej próbce przeliczyć na zawartość procentową żelaza w określonej soli niklu. 4. Przeprowadzić dyskusję wyników (średnia arytmetyczna po odrzuceniu wyniku wątpliwego testem Q-Dixona, odchylenie standardowe, względne odchylenie standardowe w % i przedział ufności dla p=0,95). 29

31 Ćwiczenie 7 ĆWICZENIE 7 Oznaczanie kwasu askorbinowego za pomocą 2,6-dichlorofenoloindofenolu UWAGA! Każdy student na ćwiczenia powinien przynieść dwie próbki zawierające witaminę C (do wyboru): (1) owoce (o jasnej barwie miąższu, np. cytryna lub pomarańcza, NIE CZERWONE), (2) sok owocowy lub nektar (o jasnej barwie, NIE CZERWONY), (3) tabletki musujące lub powlekane z witaminą C. I. Zasada oznaczenia Witamina C, inaczej kwas askorbinowy, występuje w przyrodzie w formie utlenionej lub zredukowanej. Obie formy są biologicznie aktywne. Znanych jest kilka metod oznaczania witaminy C w żywności i materiale biologicznym (krew, mocz). Jedną z nich jest miareczkowanie wskaźnikiem redoks: 2,6-dichlorofenoloindofenolem (DCIP, zob. str. 34). Oznaczenie polega na utlenieniu kwasu askorbinowego, obecnego w owocach lub soku z kapusty, za pomocą mianowanego roztworu DCIP. Używany niebieski barwnik 2,6- dichlorofenoloindofenol w środowisku kwasowym w formie utlenionej jest różowy, a w formie zredukowanej bezbarwny. Trwała barwa różowa podczas miareczkowania powstaje po całkowitym utlenieniu kwasu askorbinowego w momencie dodania pierwszej kropli nadmiaru barwnika. DCIP (niebieskie) + H + DCIPH (różowe) DCIPH (różowe) + Witamina C DCIPH 2 (bezbarwny leukozwiązek) OH Cl Cl Cl Cl HO HO O O HO + O N HO O + NH HO OH O O kwas askorbinowy forma zredukowana kwas dehydroaskorbinowy forma utleniona OH OH DCIP - forma utleniona związek barwny DCIP - forma zredukowana leukozwiązek 30

32 Ćwiczenie 7 II. Odczynniki i roztwory 1. Jodek potasu cz.d.a. 2. Roztwór tiosiarczanu(vi) sodu o stężeniu 0,1 mol L -1 (z odważki fixanal). 3. Kwas siarkowy(vi) o stężeniu 1 mol L Roztwór 2,6-dichlorofenoloindofenolu. 5. Roztwór skrobi 0,5%. 6. Roztwór kwasu chlorowodorowego o stężeniu ok. 1 mol L -1. III. Ustalenie miana roztworu 2,6-dichlorofenoloindofenolu Miano roztworu 2,6-dichlorofenoloindofenolu (DCIP) określa się przez miareczkowanie jodometryczne mianowanym roztworem tiosiarczanu(vi) sodu o stężeniu 0,001 mol L -1 wobec skrobi jako wskaźnika zgodnie z reakcjami: 2KI + DCIP + H 2 SO 4 I 2 + DCIPH 2 + K 2 SO 4 I 2 + 2S 2 O 3 2-2I - + S 4 O 6 2- Roztwór tiosiarczanu(vi) sodu o stężeniu 0,001 mol L -1 należy przygotować poprzez 100 krotne rozcieńczenie roztworu bazowego otrzymanego z odważki fixanal (5 ml roztworu bazowego należy rozcieńczyć wodą destylowaną w kolbie miarowej o pojemności 500 ml). Następnie w kolbie stożkowej z doszlifowanym korkiem o pojemności 300 ml należy rozpuścić 1 g stałego KI w 5 ml H 2 SO 4 o stężeniu 1 mol L -1, dodać 10 ml roztworu DCIP, zamknąć szybko kolbę i pozostawić na 10 minut w ciemnym miejscu. Wydzielony jod odmiareczkować do odbarwienia rozcieńczonym, mianowanym roztworem Na 2 S 2 O 3 wobec 1 ml 0,5% roztworu skrobi jako wskaźnika. Należy wykonać co najmniej 3 oznaczenia. Stężenie molowe roztworu 2,6-dichlorofenoloindofenolu (DCIP) obliczyć ze wzoru: C DCIP = 1 2 (V Na2S2O3 V 0 Na2S2O3 ) C Na2S2O3 V DCIP (mol L -1 ) gdzie: V Na2 S 2 O 3 objętość roztworu Na 2 S 2 O 3 zużyta podczas miareczkowania roztworu DCIP (ml) V 0 Na2 S 2 O 3 objętość roztworu Na 2 S 2 O 3 zużyta podczas miareczkowania próby zerowej (ml) C Na2 S 2 O 3 stężenie molowe roztworu Na 2 S 2 O 3 (mol L -1 ) V DCIP objętość roztworu DCIP (ml) 1 2 współczynnik wynikający ze stechiometrii reakcji roztworu DCIP z Na 2S 2 O 3 31

33 Ćwiczenie 7 IV. Wykonanie oznaczenia Owoce cytrusowe, kwaszona kapusta Sok z cytryny, grejpfruta, limonki, mandarynki, pomarańczy lub kiszonej kapusty należy wycisnąć do małej zlewki o pojemności 150 ml. W przypadku obecności stałych fragmentów owoców próbkę przesączyć. Do trzech kolb stożkowych o pojemności 300 ml pobrać pipetą jednomiarową 2 ml soku, dodać 5 ml roztworu HCl o stężeniu 1 mol L -1 i miareczkować mianowanym roztworem DCIP do barwy lekko różowej utrzymującej się przez 10 sekund. Jednocześnie wykonać ślepą próbę, w której zamiast soku pobrać wodę destylowaną. Soki owocowe Metoda nadaje się tylko do badania soków o jasnej barwie. W przypadku obecności osadu lub stałych fragmentów owoców próbkę należy przesączyć. Do trzech kolb stożkowych o pojemności 300 ml pobrać pipetą jednomiarową 2 ml soku, dodać 5 ml roztworu HCl o stężeniu 1 mol L -1 i miareczkować mianowanym roztworem DCIP do barwy lekko różowej utrzymującej się przez 10 sekund. Jednocześnie wykonać ślepą próbę, w której zamiast soku pobrać wodę destylowaną. Tabletki musujące z witaminą C Tabletkę rozdrobnić. W zależności od wartości podanych przez producenta, odważyć na wadze analitycznej taką ilość badanej próbki, aby zawartość witaminy C mieściła się w przedziale 5-10 mg (przykładowo, jeśli producent w 100 g produktu deklaruje 1000 mg witaminy C, należy odważyć 0,5-1 g). Odważkę przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 100 ml, rozpuścić w 20 ml wody destylowanej oraz dodać 10 ml roztworu HCl o stężeniu 1 mol L -1. Po rozpuszczeniu próbkę dopełnić wodą destylowaną do kreski. Do trzech kolb stożkowych o pojemności 300 ml pobrać pipetą jednomiarową 5 ml roztworu i miareczkować mianowanym roztworem DCIP do barwy lekko różowej utrzymującej się przez 10 sekund. Jednocześnie wykonać ślepą próbę, w której zamiast badanego roztworu pobrać wodę destylowaną. Tabletki powlekane z witaminą C Tabletkę rozdrobnić. W zależności od wartości podanych przez producenta, odważyć na wadze analitycznej taką ilość badanej próbki, by zawartość witaminy C mieściła się w przedziale mg (przykładowo, jeśli tabletka o masie 0,5 g zawiera 100 mg witaminy C, należy odważyć 0,05-0,1 g). Odważkę przenieść ilościowo do zlewki o pojemności 150 ml, rozpuścić w 20 ml wody destylowanej, a następnie przesączyć przez miękki sączek bibułowy. Przesącz zbierać do kolby miarowej o pojemności 100 ml. Do przesączu dodać 10 ml roztworu HCl o stężeniu 1 mol L -1, próbkę dopełnić wodą destylowaną do kreski. Do trzech kolb stożkowych o pojemności 300 ml pobrać pipetą jednomiarową 10 ml roztworu i miareczkować mianowanym roztworem DCIP do barwy lekko różowej utrzymującej się przez 10 sekund. Jednocześnie wykonać ślepą próbę, w której zamiast badanego roztworu pobrać wodę destylowaną. 32

34 Ćwiczenie 7 Próbka kontrolna Z próbki kontrolnej zawierającej określoną ilość kwasu L-askorbinowego (około 0,1 g witaminy C w 1 L roztworu) pobrać pipetą jednomiarową 10 ml do trzech kolb stożkowych o pojemności 300 ml, dodać 5 ml roztworu kwasu chlorowodorowego o stężeniu 1 mol L -1 i miareczkować mianowanym roztworem DCIP do barwy lekko różowej utrzymującej się przez 10 sekund. Jednocześnie wykonać ślepą próbę, w której zamiast próbki pobrać wodę destylowaną. Do obliczeń należy przyjąć ilość zużytego mianowanego roztworu DCIP pomniejszoną o ilość ml tego roztworu zużytą w próbie ślepej. W związku z tym, że 1 mol DCIP reaguje z 1 molem witaminy C, zawartość witaminy C w 1 ml badanego soku owocowego obliczyć ze wzoru: m wit.c = M wit.c (V DCIP V 0 ) C DCIP V soku (mg ml -1 soku) Z kolei zawartość witaminy C w 1 g badanej próbki stałej (tabletka) obliczyć ze wzoru: m wit.c = 100 M wit.c (V DCIP V 0 ) C DCIP V próbki m próbki (mg g -1 próbki) gdzie: M wit.c masa molowa kwasu askorbinowego (witaminy C) (g mol -1 ) C DCIP stężenie molowe roztworu DCIP (mol L -1 ) V DCIP objętość roztworu DCIP (ml) V 0 objętość roztworu DCIP zużyta podczas miareczkowania próby ślepej (ml) V soku objętość próbki soku do analizy (ml) V próbki objętość pobranego do miareczkowania roztworu po rozpuszczeniu tabletki (ml) m próbki masa odważonej tabletki (g) Wyniki można podawać jako ilość mg witaminy C w 100 ml soku owocowego, ilość mg witaminy C w 100 g próbki stałej (tabletka) lub ilość mg witaminy C w 1 L próbki kontrolnej. Przykładowe zawartości witaminy C: tabletki musujące: mg w 100 g produktu, tabletki powlekane: mg w 1 pastylce, świeżo wyciśnięty sok z cytryny lub pomarańczy: mg w 100 ml soku, świeżo wyciśnięty sok z grejpfruta: mg w 100 ml soku, czarna porzeczka: mg w 100 g owoców, kiwi: mg w 100 g owoców, czerwona papryka: mg w 100 g miąższu, pomidory: mg w 100 g miąższu, kapusta kwaszona: mg w 100 ml soku, dzika róża: mg na 100 g owoców. 33