ĆWICZENIA PRZEPROWADZANE W FORMIE POKAZÓW: Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego 1. Rozdzielanie w układzie ciało stałe/ciało stałe. Sublimacja. Sublimacja stałego jodu z jego mieszaniny z piaskiem. Odczynniki i przybory laboratoryjne: zanieczyszczony jod, zlewka, kolba okrągłodenna, elektryczna płyta grzewcza UWAGA! Ze względu na trujące działanie par jodu doświadczenie należy wykonać pod wyciągiem. Wykonanie ćwiczenia: W suchej czystej zlewce o pojemności ok. 100 cm 3 umieścić ~1 g zanieczyszczonego jodu. Zlewkę z preparatem przykryć kolbą okrągłodenną napełnioną w 3/4 zimną wodą. Zlewkę umieścić na gorącej płycie grzewczej aż do pojawienia się fioletowych par sublimującego jodu. Zmniejszyć temperaturę płyty grzewczej i przeprowadzić sublimację do końca. Po ochłodzeniu zlewki (brak fioletowych par) zebrać ostrożnie czysty jod z powierzchni kolby. Tak otrzymany preparat zawiera jeszcze lotne zanieczyszczenia (głównie zaokludowany Cl2). 2. Rozdzielanie w układzie ciecz/ciecz. Destylacja frakcjonowana. Destylacja wody z wodnego roztworu chlorku miedzi(ii) (CuCl2) Destylacja jest powszechnie stosowaną metodą rozdzielania mieszających się ze sobą cieczy. Przeprowadza się ją w specjalnie przygotowanym zestawie (kolba okrągłodenna, chłodnica, odbieralnik) przedstawionym na Rysunku 1. Ciecz, którą chcemy rozdzielić przez destylację umieszcza się w kolbie (A) zaopatrzonej w tubus boczny i termometr (D) osadzony w korku. Objętość cieczy nie powinna przekraczać połowy pojemności kolby. Zbiornik z alkoholem termometru powinien się znajdować nieco poniżej tubusa bocznego. Tak umieszczony termometr wskazuje temperaturę wrzenia składnika. Do kolby należy wrzucić kamyczki wrzenne (koraliki szklane lub kawałki niepolerowanej porcelany), których obecność zapobiega przegrzaniu cieczy. W czasie wrzenia, pary cieczy kierowane są do chłodnicy (B) przez tubus boczny kolby. W zależności od temperatury wrzenia destylowanej cieczy stosuje się chłodnice z chłodzącym płaszczem wodnym - chłodnice Liebiega (temp. wrzenia poniżej 120 C) lub bez płaszcza chłodzącego - odpowiednio długa rurka szklana (temp. wrzenia powyżej 150 C). W chłodnicy Liebiega strumień chłodzącej wody płynie w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu par destylowanej substancji. W przypadku cieczy o niskich temperaturach wrzenia stosuje się chłodnice kulkowe, w których powierzchnia kontaktu par jest znacznie większa niż w poprzednio omówionych typach chłodnic. Pary destylatu ulegają skropleniu w chłodnicy a ciecz spływa do odbieralnika (C). Strona 1 z 7
Destylację można prowadzić pod ciśnieniem atmosferycznym lub pod zmniejszonym ciśnieniem. W przypadku konieczności rozdzielenia mieszaniny kilku cieczy różniących się temperaturami wrzenia i nie tworzących azeotropu stosuje się destylację frakcjonowaną. W tym celu w odbieralniku (C) zbiera się najpierw ciecz o najniższej temperaturze wrzenia, a proces oddestylowania tego składnika obserwuje się poprzez sprawdzanie temperatury (pozostaje stała) na termometrze (D). Gdy temperatura zacznie się podnosić, odbieralnik należy zmienić na nowy, w którym zostanie zgromadzony następny składnik wrzący w wyższej temperaturze. Taki sposób postępowania stosuje się aż do całkowitego rozdzielenia mieszaniny. W ramach pokazu na laboratorium prowadzi się pod ciśnieniem atmosferycznym destylację wodnego roztworu chlorku miedzi(ii). Do chłodzenia używa się chłodnicy Liebiega. Rysunek 1: Schemat do destylacji cieczy wykorzystywany w ramach pokazu podczas kursu podstawy chemii - laboratorium. Kolba zaopatrzona w tubus boczny (A), chłodnica Liebiega (B), odbieralnik (C) oraz termometr (D). 3. Rozdzielanie w układzie ciecz ciecz. Ekstrakcja. Ekstrakcja barwników roślinnych metodą ciągłą w aparacie Soxhleta. Odczynniki i przybory laboratoryjne: zielone części roślin (liście lub łodygi), etanol, aparat Soxhleta, płaszcz grzewczy Wykonanie ćwiczenia: Okrągłodenną kolbę o pojemności 10-25 cm 3 aparatu Soxhleta (Rysunek 2) napełnić etanolem do 2/3 objętości (do kolby należy wrzucić kamyczki wrzenne). Gilzę Strona 2 z 7
wypełnić drobno pokrojonymi liśćmi dowolnej rośliny zielonej (liście świeże lub wysuszone) i umieścić w aparacie Soxhleta. Ćwiczenie można również przeprowadzić bez użycia gilzy. Włączyć przepływ wody w chłodnicy pamiętając, że ma ona wpływać do chłodnicy od dołu. Za pomocą specjalnego elektrycznego płaszcza grzejnego włączyć ogrzewanie kolby. Uwaga! Kolby z etanolem nie wolno ogrzewać płomieniem palnika. Ogrzewany etanol zaczyna wrzeć a jego pary po skropleniu w chłodnicy trafiają do komory z materiałem roślinnym rozpoczyna się ekstrakcja chlorofilu. Gdy poziom alkoholu osiąga wysokość bocznej rurki zostaje on przeciągnięty przez syfon na powrót do kolby okrągłodennej. Jest to pierwszy cykl ekstrakcji ciągłej. Można ją wielokrotnie powtarzać, aż do całkowitego usunięcia chlorofilu z rośliny. Fakt ten objawi się odbarwieniem liści, natomiast etanol będzie miał barwę zieloną. Rysunek 2: Schemat aparatu Soxhleta. Strona 3 z 7
ĆWICZENIA DO SAMODZIELNEGO WYKONANIA: Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego 4. Chromatografia na pasku i krążku bibuły. Odczynniki i przybory laboratoryjne: Wodne roztwory soli zwierające jony Cu 2+, Ni 2+, Fe 3+, Zn 2+ i Al 3+ oraz roztwory stanowiące mieszaniny soli i zawierające odpowiednio jony Cu 2+, Ni 2+, Fe 3+ (roztwór oznaczony jako a) oraz Zn 2+ i Al 3+ (roztwór b), stężony amoniak, nasycone roztwory alkoholowe dimetyloglioksymu i alizaryny, NH4SCN, eluent (90 % aceton + 5% stężony HCl + 5%H2O), bibuła chromatograficzna Whatmana nr 1, komora chromatograficzna, krystalizator (o średnicy 8-12 cm), szalka Petriego, 2 płytki szklane, nożyczki, rozpylacz. 4.1 Rozdzielanie mieszaniny jonów na pasku bibuły Wykonanie ćwiczenia: Na pasku bibuły filtracyjnej o szerokości 2,5 cm i długości około 20 cm (rzeczywista długość jest określona wysokością komory chromatograficznej) nanieść w odległości ok. 5 cm od końca 1 kroplę roztworu zawierającego jony Cu 2+, Ni 2+, Fe 3+ (roztwór oznaczany w toku ćwiczenia jako roztwór a). Miejsce naniesienia kropli zaznaczyć delikatnie z boku ołówkiem poprzeczną kreską. Bibułę wysuszyć na powietrzu, a następnie zawiesić w komorze tak, aby u dołu znajdował się koniec paska z naniesionymi solami (Rysunek 3). Jeżeli istnieje taka konieczność w jednej komorze należy umieścić dwa paski bibuły, przy czym należy zapewnić ich separację w przestrzeni (np. za pomocą zapałki lub wykałaczki). Dolna krawędź paska bibuły powinna prawie dotykać dna komory. Boczną rurką wlewową, znajdującą się blisko dna komory, wlać eluent. Poziom jego powinien sięgać około 1,5 cm powyżej dna komory (jednocześnie poniżej kropli naniesionego analitu). Przy nalewaniu eluenta należy pamiętać o lekkim uchyleniu górnego korka komory, aby z niej wypuścić powietrze. Po nalaniu zamknąć obydwa wyloty komory doszlifowanymi korkami. Rozwijanie chromatogramu trwa około dwie godziny i jest zakończone wtedy, gdy czoło eluenta podniesie się na pasku bibuły na wysokość ok. 15-20 cm od miejsca naniesienia kropli. Należy wówczas wyjąć pasek z komory, zdjąć go z zaczepów na korku i wysuszyć na powietrzu a następnie wywołać chromatogram. W tym celu wysuszony pasek rozciąć wzdłuż na dwie części i jedną spryskać NH4SCN, a drugą nasycić parami amoniaku w następujący sposób: na dno krystalizatora (φ 8-12 cm) włożyć małą zlewkę (o pojemności maksymalnie 25 cm 3 ) lub niewielką szalkę Petriego z kilkoma kroplami stężonego amoniaku, a następnie umieścić w krystalizatorze bez kontaktu z amoniakiem zwinięty pasek bibuły. Całość należy nakryć dużym szkiełkiem. UWAGA! Czynności wykonać pod wyciągiem. Po kilku minutach nasycania wyjąć pasek z krystalizatora i Strona 4 z 7
niezwłocznie spryskać za pomocą rozdzielacza alkoholowym roztworem dimetyloglioksymu. Wywołany chromatogram wysuszyć na powietrzu. Rysunek 3: Komora do chromatografii bibułowej prowadzonej na pasku bibuły (lewy panel) oraz schemat przygotowania zestawu do chromatografii krążkowej (prawy panel). 4.2. Rozdzielanie mieszaniny jonów na krążku bibuły Wykonanie ćwiczenia Z bibuły chromatograficznej wyciąć kwadrat o wielkości dopasowanej do wykorzystywanej w ćwiczeniu płytki szklanej (Rysunek 3a). W kwadracie należy wykonać dwa równoległe nacięcia (oddalone o ok. 3 mm) i prowadzące od środka jednego z boków kwadratu do jego środka. Pasek ten odgiąć ku dołowi i obciąć na długości ok. 3 cm. Na środek krążka nanieść 1 kroplę analizowanego roztworu b (mieszanina jonów Al 3+ i Zn 2+ ). Po wysuszeniu na powietrzu, krążek bibuły kładzie się na płytce szklanej z otworem tak, aby wycięty pasek bibuły przechodził przez otwór, a następnie nakrywa drugą płytką szklaną (bez otworu) Rysunek 3b. Całość kładzie się na małym krystalizatorze lub szalce Petriego napełnionej eluentem, zanurzając wystający pasek bibuły do tego roztworu. Rozwijanie chromatogramu trwa w zależności od średnicy krążka 20-35 minut i jest zakończone wtedy, gdy czoło eluenta zbliży się na odległość 1-1,5 cm do krawędzi Strona 5 z 7
bibuły. Po zakończeniu rozwijania krążek wyjąć, wysuszyć na powietrzu i wywołać chromatogram. Jako wywoływacza używa się alizaryny po wcześniejszym nasyceniu chromatografu parami amoniaku (nasycanie parami amoniaku przeprowadzić w sposób opisany wcześniej). Wykonanie reakcji charakterystycznych umożliwiających identyfikację jonów (wspólne dla obu rodzajów chromatografii bibułowej i użytych mieszanin jonów) Aby po wywołaniu chromatogramu możliwa była identyfikacja jonów należy wykonać reakcje poszczególnych jonów ze stosowanymi wywoływaczami. W tym celu przygotować cztery paski bibuły filtracyjnej (NIE chromatograficznej) o szerokości ok. 3 cm i długości 25-30 cm, które posłużą do wykonania tzw. ślepych prób. Na pasek 1 nanieść po 1 kropli soli Cu 2+, Ni 2+ i Fe 3+ w odstępach 1-2 cm i poniżej podpisać każdy roztwórr ołówkiem. Tak przygotowany pasek nasycić parami amoniaku (podpisać wywoływacz) i zapisać barwy. Na pasek 2 nanieść po 1 kropli soli Cu 2+, Ni 2+ i Fe 3+, w odstępach 1-2 cm, podpisać ołówkiem. Pasek nasycić parami amoniaku a następnie spryskać dimetyloglioksymem (podpisać wywoływacz) i zapisać barwy. Na pasek 3 nanieść po 1 kropli soli Cu 2+, Ni 2+ i Fe 3+ w odstępach 1-2 cm, podpisać ołówkiem, spryskać NH4SCN (podpisać wywoływacz) i zapisać barwy. Na pasek 4 nanieść po 1 kropli soli Zn 2+ i Al 3+ w odstępie 2 cm, nasycić parami amoniaku i spryskać alizaryną (podpisać wywoływacz) i zapisać barwy. Strona 6 z 7
Strona 7 z 7