Keemia alused Protokoll 2 (0)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI0020 Keemia alused
Laboratoorne
töö nr.
Töö pealkiri:
Õpperühm:
Töö teostaja :
Õppejõud:
Töö teostatud:
Protokoll esitatud:
Protokoll
arvestatud:
Sissejuhatus
Lahus on kahest või enamast komponendist (lahustunud ained, lahusti) koosnev homogeenne süsteem.
Tõelised lahused – lahused, milles on lahustunud aine jaotunud molekulideks, aatomiteks või ioonideks. Sellised lahused on termodünaamiliselt püsivad süsteemid.
Kolloidlahused on erinevalt tõelistest lahustest heterogeensed (mitmefaasilised) süsteemid, kus lahuses oleva aine osakesed on palju suuremad. Need osakesed on tekkinud paljude molekulide või aatomite liitumisel ja sellised lahused on suhteliselt ebapüsivad.
Lahusti – mittevesilahuste korral aine, mida on lahuses rohkem ja/või mis ei muuda oma agregaatolekut (vesilahuste korral alati vesi).
Lahustuvus – aine omadus lahustuda mingis lahustis – puhta aine mass, mis lahustub antud temperatuuril 100 grammis lahustis. Tahkete ainete ja vedelike lahustuvus temperatuuri tõusuga üldjuhul suureneb, gaaside lahustuvus aga väheneb.
küllastumata lahust – lahus, milles ainet antud temperatuuril ja rõhul veel lahustub
küllastunud lahust – lahus, mis sisaldab antud temperatuuril ja rõhul maksimaalse koguse lahustunud ainet ( tasakaaluolek )
üleküllastunud lahust – aeglasel jahutamisel saadud ebapüsiv süsteem, mis sisaldab lahustunud ainet üle lahustuvusega määratud koguse. Vähesel mõjutamisel (loksutamine, tahke aine kristallikese lisamine) liigne ainehulk eraldub.
Lahustunud aine eraldumist lahusest nimetatakse väljasadenemiseks (sademe tekkeks), tahke kristallilise aine puhul ka kristallisatsiooniks.
Soojushulka, mis eraldub või neeldub teatud koguse lahustatava aine (1 mol) lahustumisel teatud koguses lahustis nimetatakse lahustumissoojuseks.
Kui energia, mis on vajalik kristallvõre lagundamiseks, on suurem kui energia, mis eraldub lahustunud aine osakeste hüdratatsioonil (hüdratatsioonienergia), siis on lahustumisprotsess endotermiline (soojust neeldub – lahus jahtub). Kui aga energia, mis eraldub hüdratatsioonil, on suurem, siis on protsess eksotermiline (soojust eraldub – lahus soojeneb).
Gaaside lahustuvus
Gaaside lahustuvus väheneb temperatuuri tõusuga ja suureneb rõhu kasvuga. Gaaside lahustuvus vees väheneb, kui vesi sisaldab lahustunud soolasid.
Henry seadus
Gaasi lahustuvus vedelikus on proportsionaalses sõltuvuses gaasi osarõhuga lahuse kohal
kus
CM – gaasi molaarne kontsentratsioon lahuses mol/dm3
p – gaasi osarõhk lahuse kohal atm
kh – antud gaasile temperatuurist sõltuv konstant (nn Henry konstant).
Seadus ei kehti veega reageerivate gaasiliste ainete kohta (NH3, SO2, CO2 jt).
Lahuste kontsentratsioon
Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses (reeglipäraselt mahus) nimetatakse lahuse kontsentratsiooniks.
1. Massiprotsent (ehk protsendilisus) (C%)
Massiprotsent näitab lahustunud ainemassi sajas massiosas lahuses
Lahuse massi ja mahu seob lahuse tihedus. Lahuse tihedus näitab lahuse ühe ruumalaühiku massi
2. Molaarne kontsentratsioon (CM)
Lahustunud aine massi saab leida
Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses
3. Molaalsus (Cm)
Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis
4. Moolimurd (CX)
Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. Kui lahus koosneb lahustist ja vaid ühest lahustunud ainest, siis
Mitut lahustunud ainet sisaldava lahuse korral tuleb murru nimetajas liita nende kõikide moolide arvud
5. ppm (parts per million)
Ppm ehk parts per million näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis massiosas lahuses

Veelgi madalamate sisalduste korral kasutatakse ppb (parts per billion , biljon ehk miljard 109)
6. Normaalne kontsentratsioon (Cn)
Näitab lahustunud aine ekvivalentide (van. vaal) arvu ühes liitris lahuses
Ekvivalentmass sõltub nii ainest kui konkreetsest reaktsioonist ja sisaldab sisuliselt moolvahekorrale vastavat informatsiooni.
Kontsentratsiooni määramine tiitrimisega – tiitrimine on protseduur, kus reaktsiooniks kulunud ühe aine täpse konts. lahuse koguse järgi leitakse teise aine lahuse konts. Büretti kasutades mõõdetakse täpselt ühe lahuse maht, teist lahust doseeritakse täpse mahuga pipeti abil. Nt soolhappe tiitrimisel täpse kontsentratratsiooniga NaOH lahusega toimub reaktsioon
Vastavalt HCl ja NaOH moolsuhtele 1:1 saab soolhappe otsitava kontsentratsiooni leida
Tiitrimisel lisatakse lahusele indikaatorit. Stöhhiomeetriline punkt – hetk, mil kogu soolhape on ära reageerinud ja indikaator muudab juba ühest liiaga lisatud NaOH tilgast tekkinud aluselises lahuses värvust.
Eksperimentaalne töö 1
NaCl sisalduse määramine liiva ja soola segus
Töö eesmärk: Lahuste valmistamine tahketest ainetest, kontsentratsiooni määramine tiheduse kaudu, ainete eraldamine segust , kasutades nende erinevat lahustuvust.
Kasutatud ained: Naatriumkloriid segus liivaga
Töövahendid: Kaalud, kuiv keeduklaas, klaaspulk , lehter, kooniline kolb , mõõtesilinder (250 cm3), areomeeter , filterpaber .
Kaaluti kuiva keeduklaasi 5…9 g liiva ja soola segu täpsusega 0,01 g. Lahustati NaCl klaaspulgaga segades vähese koguse ( 50 ml) destilleeritud veega.
Lahus filtreeriti. Selleks valmistati kurdfilter, asetati see klaaslehtrisse ning niisutati vähese hulga destilleeritud veega. Lehter koos filterpaberiga asetati statiivi abil keeduklaasi kohale nii, et lehtri ots puutuks vastu keeduklaasi seina. Lahus valati mööda klaaspulka filtrile. Filtrist täidetakse ¾ ning klaaspulk tõstetakse kohe keeduklaasi tagasi nii, et ükski piisk ei läheks kaotsi. Tuli vältida suurema koguse liiva sättimist filtrile, mis oleks aeglustanud filtrimist oluliselt.
Jäägile keeduklaasis lisati NaCl täielikuks väljapesemiseks liivast veel 30..50 ml destilleeritud vett, segati ja filtriti läbi sama koonilise filtri. Keeduklaasi ja liiva jääki keeduklaasis pesti veel paar korda vähese veega (10…20 ml), jälgides, et keeduklaasi seinad saaksid puhtaks. Ka pesuvesi filtriti läbi sama filtri koonilisse kolbi. NaCl täielikuks väljapesemiseks filtri pooridest täideti filter destilleeritud veega, lastes ta lõpuks tühjaks tilkuda. Liiv keeduklaasist loputati kraaniveega liivakogumisnõusse.
Lahus valati koonilisest kolvist mõõtesilindrisse. Lisati mõõtesilindrisse nii palju destilleeritud vett, et lahus oleks täpselt 250 ml. Lahust mõõtesilindris segati hoolikalt, selleks valati lahus korraks uuesti koonilisse kolbi ja seejärel mõõtesilindrisse tagasi.
Mõõdeti aeromeetriga lahuse tihedus.
Katseandmed ja tulemuste analüüs
Eksperimentaalne töö 2
Soolhappelahuse valmistamine ja kontsentratsiooni määramine
Töö eesmärk: Lahuse valmistamine kontsentreeritud happe lahusest, lahuste lahjendamine, kontsentratsiooni määramine tiitrimisega.
Kasutatud ained: Kontsentreeritud HCl lahus (tõmbe all), täpse kontsentratsiooniga NaOH lahus, indikaator fenoolftaleiin (ff).
Töövahendid: Koonilised kolvid (250 ml), mõõtesilindrid (10 ml, 100 ml), mõõtekolb (100 ml), bürett, pipetid (10 ml, 20 ml), klaaspulk.
Happelahuse valmistamine kontsentreeritud happest
Arvutati, kui palju on vaja võtta kontsentreeritud soolhapet ja vett, et valmistada 100 ml etteantud protsendilisusega (küsiti õppejõult) HCl lahust. Mõõdeti 250 ml koonilisse kolbi arvutatud kogus vett ja lisati tõmbe all vajalik kogus kontsentreeritud soolhapet. Kolb sulgeti korgiga ja lahus segada tõmbe all ringikujuliste liigutustega. Tehti saadud soolhappelahusest viiekordne (5x) lahjendus. Selleks pipeteeriti destilleeritud veega loputatud 100 ml mõõtekolbi 20 ml lahust, lisati vett kriipsuni, sulgeti korgiga ning loksutati intensiivselt. Pipetid ja bürett loputati eelnevalt töölahusega – lahusega, mida pipeteeriti või lisati büretist. Seega 20 ml pipett tõmbe all valmistatud HCl lahusega, bürett NaOH lahusega. See oli vajalik selleks, et vee- või teistsuguse kontsentratsiooniga lahuse piisad pipeti ja büreti seintel ei muudaks mõõdetava lahuse kontsentratsiooni.
Soolhappelahuse kontsentratsiooni määramine tiitrimisega
Pipeteeriti destilleeritud veega loputatud koonilisse kolbi 10 ml 5x lahjendusega HCl lahust ja lisati 2...3 tilka fenoolftaleiinilahust. Bürett täideti nullini täpse kontsentratsiooniga NaOH lahusega ja tiitriti ühe tilga täpsusega, kuni roosa värvus jäi viimase tilga lisamisel püsima. Tiitrimist korrati 2...4 korda, kuni saavutati kolm tulemust NaOH mahtude erinevusega mitte rohkem kui 0,1...0,15 ml. Arvutati tiitrimiseks kulunud NaOH lahuse kokkulangevate mahtude järgi 5x lahjendusega HCl lahuse molaarne kontsentratsioon. Saadud tulemustest võeti keskmine. Arvestades viiekordset lahjendust võrreldi saadud tulemust tõmbe all valmistatud algse (lahjendamata) soolhappelahuse molaarse kontsentratsiooniga.
Katseandmed ja analüüs
Valmistatava lahuse massiprotsent ....................%
Valmistatava lahuse molaarsus .....................mol/l
Konts. soolhappe tihedus .....1,179...... g/cm3
Konts. soolhappe massiprotsent .....36,0........%
Vaja oli võtta konts. hapet .................... ml
Vaja oli võtta vett .................... ml
Tabel 1.
Tabel 2.