Keemia alused, protokoll 2. (1)

Sissejuhatus
Lahus on kahest või enamast komponendist (lahustunud ained, lahusti) koosnev homogeenne süsteem. Kui üks aine lahustub teises, jaotuvad lahustunud aine osakesed (aatomid, molekulid või ioonid) ühtlaselt kogu lahusti mahus. Lahused jagunevad tõelisteks lahusteks ja kolloidlahusteks. Lahustunud aine sisalduse põhjal eristatakse küllastumata lahust (lahus, milles ainet antud temperatuuril ja rõhul veel lahutub), küllastunud lahus (lahus, mis sisaldab antud temperatuuril ja rõhul maksimaalse koguse lahustunud ainet ( tasakaaluolek )) ja 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. Lahustumise ja hüdraatide tekkega võib kaasneda kas ekso - või endotermiline soojusefekt . Soojushulka, mis eraldub või neeldub teatud koguse lahustatava aine (1 mol) lahustumisel teatud koguses lahustis nimetatakse lahustumissoojuseks. 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.
CM=kh*p
CM – gaasi molaarne kontsentratsioon lahuses mol/dm3
p – gaasi osarõhk lahuse kohal atm
kh – antud gaasile temperatuurist sõltuv konstant
(nn Henry konstant).
Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses nimetatakse lahuse kontsentratsiooniks.
1. Massiprotsent (ehk protsendilisus) (C%)
Massiprotsent näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses.
C%=
2. Molaarne kontsentratsioon (CM)
Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses.
CM=
3. Molaalsus (Cm)
Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis.
Cm=
4. Moolimurd (CX)
Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse.
CX=
5. ppm (parts per million)
ppm näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis (106) massiosas lahuses. Kui ppm- ides väljendatavate lahuste kontsentratsioonid on väga madalad (lahuste tihedus ρ ≈ 1,00 g/cm3), siis võib kehtivaks lugeda ka järgmised seosed:
1 ppm====
6. Normaalne kontsentratsioon (Cn)
Näitab lahustunud aine ekvivalentide arvu ühes liitris lahuses. Ekvivalentmass on aine mass, mis keemilistes reaktsioonides vastab 1,008 massiühikule vesinikule või 8,0 massiühikule hapnikule.
Ekvivalentmass sõltub nii ainest kui ka konkreetsest reaktsioonist ja sisaldab sisuliselt moolvahekorrale vastavat informatsiooni.
Cn =
naine =
Konsentratsiooni määramine tiitrimisega
Tiitrimine on protseduur , kus reaktsiooniks kulunud ühe aine täpse kontsentratsiooniga lahuse koguse järgi leitakse teise aine lahuse kontsentratsioon. Büretti kasutades mõõdetakse täpselt ühe lahuse maht,
teist lahust doseeritakse täpse mahuga pipeti abil. Tiitrimisel lisatakse lahusele indikaatorit – ühendit, mille värvus sõltublahuse happesusest. Siin töös kasutatakse indikaatorina fenoolftaleiini, mis on soolhappelahuses värvitu, kuid NaOH aluselises lahuses punane. Stöhhiomeetriline punkt – hetk, mil kogu soolhape on ära reageerinud ja indikaator muudab juba ühest liiaga lisatud NaOH tilgast tekkinud aluselises lahuses värvust, määratakse ühe tilga täpsusega. Tiitrimisel pipeteeritakse koonilisse kolbi täpne kogus soolhapet, lisatakse indikaator ning kolbi ringikujuliste liigutustega pidevalt segades, lisatakse büretist tilkhaaval NaOH lahust kuni värvuse muutuseni.
Eksperimentaalne töö 1
NaCl sisalduse määramine liiva ja soola segus (segu A)
Töö ülesanne ja eesmärk
Lahuste valmistamine tahketest ainetest, kontsentratsiooni määramine tiheduse kaudu, ainete eraldamine segust , kasutades nende erinevat lahustuvust.
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid
Naatriumkloriid segus liivaga. Kaalud, kuiv keeduklaas , klaaspulk , lehter , kooniline kolb , mõõtesilinder (250 cm3), areomeeter , filterpaber.
Töö käik
Kaaluda kuiva keeduklaasi 5…9 g liiva ja soola segu (täpsusega 0,01 g). Lahustada NaCl klaaspulgaga segades vähese koguse (~ 50 cm3) destilleeritud veega. NaCl lahustub vees hästi, liiv ei lahustu. Kuna NaCl lahustuvus temperatuurist peaaegu ei olene, siis pole lahustuvuse tõstmiseks lahust vaja soojendada .
Lahus filtreerida . Selleks valmistatakse valge lindiga filterpaberist kurdfilter, asetatakse see klaaslehtrisse ning niisutatakse vähese hulga destilleeritud veega. Lehter koos filterpaberiga asetatakse statiivi abil keeduklaasi kohale nii, et lehtri ots puutub vastu keeduklaasi (kolvi) seina. Lahus valatakse filtrile mööda klaaspulka. Valamisel hoitakse keeduklaasi tila vastu klaaspulka nii, et ükski lahuse piisk ei voolaks mööda keeduklaasi seina alla. Klaaspulk peab olema veidi kaldu ega tohi puutuda vastu filtri põhja, mis võib kergesti puruneda. Filtrist täidetakse 3/4 ning klaaspulk tõstetakse kohe keeduklaasi tagasi, püüdes igati vältida pisemagi piisa kaotsiminekut.
Vältida suurema koguse liiva sattumist filtrile, mis aeglustab oluliselt filtrimist . Jäägile keeduklaasis lisada NaCl täielikuks väljapesemiseks liivast veel ~30...50 cm3 destilleeritud vett, segada ja filtrida koonilisse kolbi läbi sama filtri.
Keeduklaasi ja liiva jääki keeduklaasis pesta paar korda vähese veega (~10...20 cm3), jälgides, et keeduklaasi seinad saaksid puhtaks. Ka pesuvesi filtrida läbi sama filtri koonilisse kolbi.
NaCl täielikuks väljapesemiseks filtri pooridest täita filter destilleeritud veega, lastes ta lõpuks tühjaks tilkuda.
Lahus valada koonilisest kolvist mõõtesilindrisse. Lisada mõõtesilindrisse nii palju destilleeritud vett, et lahust oleks täpselt 250 cm3. Lahust mõõtesilindris segada hoolikalt. Selleks valada lahus korraks uuesti koonilisse kolbi ja seejärel mõõtesilindrisse tagasi.Mõõta areomeetriga lahuse tihedus.
Katseandmed
ρ mõõdetud tihedus 1,0110 g/cm3
ρ1 sellest väiksem tihedus tabelis 1, 0090 g/cm3
ρ2 sellest suurem tihedus tabelis 1,0126 g/cm3
C%1 massiprotsent, mis vastab tihedusele ρ1 1,50 %
C%2 massiprotsent, mis vastab tihedusele ρ2 2,00%
V = 250 ml = 250 cm3
Liiva(A)=7,79g
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
C%= C%1+
C%= 1,5+ *(1,011-1,0090)= 1,78%
Naatriumkloriidi mass m(NaCl)= ρ* V= 1,011 g/cm3 * 250 ml* = 252,75 mg
252,75 mg * = 4,49g
Soola sisaldus liivas (x)
X=
= 57,64%
Molaarsus : CM=3
Molaalsus: Cm=
Moolimurd: CX=
Normaalsus : Cn= =
= 0,000307 kg/m3
Veaarvutus :
Tegelik NaCl sisaldus liiva ja soola segus(A) oli 50%. Seega tegelik mNaCl=0,5*4,49=2,25g
Katse süstemaatiline viga, lähtudes NaCl tegelikust massist (mõõdetud ühikutes) liiva ja soola segus: 2,25g – 4,49g = -2,24g
ja suhteline süstemaatiline viga
%=(2,25/4,49)*100 = 50,1% 57,6-50,1=7,5%
Kokkuvõte
Katse eesmärgiks oli hinnata naatriumkloriidi konsentratsioon lahuses, kui algselt sool oli segatud liivaga. Ebatäpsus lõpliku NaCl massi määramises oli 7,5% ning viga võis tulla sisse katse käigus mõõtmisel. Kuid tegelikult saab seda meetodit kasutada väga edukalt lahuse konsentratsiooni määramiseks.
Eksperimentaalne töö 2
Soolhappelahuse valmistamine ja kontsentratsiooni määramine
Töö ülesanne ja eesmärk
Lahuse valmistamine konsentreeritud happe lahusest, lahuste lahjendamine ning uue lahuse kontsentratsiooni määramine tiitrimisega.
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid
Koonilised kolvid (250 ml), mõõtesilidrid (10 ml, 250 ml), mõõtekolb (100 ml), bürett, pipetid (10 ml, 20 ml), klaaspulk. Kontsentreeritud HCl lahus, NaOH lahus, indikaatoriks fenoolftaleiin .
Töö käik:
Mõõta mõõtesilindriga 250 ml koonilisse kolbi arvutatud kogus vett ja lisada tõmbe all väikese mõõtesilindriga vajalik kogus kontsentreeritud soolhapet. Kolb sulgeda korgiga ja lahus segada tõmbe all ringikujuliste liigutustega.
Teha saadud soolhappelahusest viiekordne (5x) lahjendus. Selleks pipeteerida destilleeritud veega loputatud 100 ml mõõtekolbi 20 ml lahust, lisada vett kriipsuni, sulgeda korgiga ning loksutada intensiivselt. NB! Pipetid ja bürett loputada eelnevalt töölahusega – lahusega, mida hakatakse pipeteerima või büretist lisama . Seega 20 ml pipett tõmbe all valmistatud HCl lahusega, bürett NaOH lahusega. See on vajalik selleks, et vee- või teistsuguse kontsentratsiooniga lahuse piisad pipeti ja büreti seintel ei muudaks mõõdetava lahuse kontsentratsiooni.
Soolhappelahuse kontsentratsiooni määramine tiitrimisega.
Pipeteerida destilleeritud veega loputatud koonilisse kolbi 10 ml 5x lahjendusega HCl lahust ja lisada 2...3 tilka fenoolftaleiinilahust.
Bürett täita nullini täpse kontsentratsiooniga NaOH lahusega ja tiitrida ühe tilga täpsusega, kuni roosa värvus jääb viimase tilga lisamisel püsima. Tiitrimist korrata 2...4 korda, kuni saavutatakse kolm tulemust NaOH mahtude erinevusega mitte rohkem kui 0,1...0,15 ml.
Arvutada tiitrimiseks kulunud NaOH lahuse kokkulangevate mahtude järgi 5x lahjendusega HCl lahuse molaarne kontsentratsioon. Saadud tulemustest võtta keskmine. Arvestades viiekordset lahjendust võrrelda saadud tulemust tõmbe all valmistatud algse (lahjendamata) soolhappelahuse molaarse kontsentratsiooniga.
Katseandmed
Valmistatava lahuse massiprotsent 1,8%
Valmistatava lahuse molaarsus 0,496 mol/l
Konts. soolhappe tihedus 1,179 g/cm3
Konts. soolhappe massiprotsent 36,0 %
Vaja on võtta konts. hapet 4,27 ml
Vaja on võtta vett 95,7 ml
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Leian, kui palju hapet tuleb võtta:
HCl lahuse mass m = ρ * V m = 1,0068 * 100 =100,68 g
100,73g – 100%
X - 1,8% X =
= 1,81 g
Konts. soolhape lahuses
1,81 = Vlahus * 1,179 *
Vlahus = 4,27 ml
Leian, kui palju tuleb vett võtta:
100ml – 4,27ml = 95,7ml
Tiitrimise tulemused: 1.tulemus 13,71 ml
2.tulemus 13,60 ml
3.tulemus 13,65 ml
CM=
I CM(HCl)=
II CM(HCl)=
III CM(HCl)=
Keskmine CM on ~ 0,1370 M (lahjendatud lahuse oma)
0,1370 M *5= 0,6852M
CM(alguses)=
Δ%=
Kokkuvõte
Katse eesmärgiks oli uue lahuse valmistamine vastavate andmete kohaselt ning saadud lahuse konsentratsiooni mõõtmine. Suhteline viga tuli 27,6%, mis on paraku päris suur viga. Ebatäpsus võis tulla katse käigus, eriti tiitrimise ajal, mis oli minu jaoks uus ja nõudis palju täpsust ja hetkel, millal lahus muutis värvi, sai büretilt andmed valesti maha märgitud (liiga hilja ).