Lahuste valmistamine, kontsentratsiooni määramine (0)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI0020 Keemia alused
Laboratoorne töö nr.
Töö pealkiri:
Õpperühm:
Töö teostaja:
Õppejõud:
Töö teostatud:
Protokoll esitatud:
Protokoll arvestatud:
Laboratoorne töö nr. 2
Lahuste valmistamine, kontsentratsiooni määramine

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 .

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).

60% etanooli + 40%  atsetooni lahustiks  etanool

98%-ne väävelhappelahus lahustiks 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. Lahustunud aine sisalduse põhjal eristatakse 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.

Sarnane lahustub sarnases. Ioonvõrega ja polaarsed ühendid lahustuvad paremini polaarsetes  lahustites  ( soolad , alused,  happed     vees), mittepolaarsed ühendid    mittepolaarsetes lahustites (benseenis, tetraklorometaanis CCl4).

Kui  nii  lahusti  kui  lahustunud  aine  on  vedelikud,  kasutatakse  mõisteid

segunevad ja mittesegunevad vedelikud.

Lahustumise   ja   hüdraatide   tekkega   võib   kaasneda   kas    ekso -   või endotermiline    soojusefekt .  Näiteks  väävelhappe  valamisel  vette  tõuseb

lahuse temperatuur oluliselt, mistõttu seda protseduuri tuleb läbi viia suure

ettevaatlikkusega, valades väävelhapet peene joana vette lahust pidevalt

segades. Kindlasti kasutada  kaitseprille  ning happekindlaid kindaid.

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).

Soojushulka,  mis  eraldub  või  neeldub  teatud  koguse  lahustatava  aine

(1 mol) lahustumisel teatud koguses lahustis nimetatakse lahustumis-

soojuseks.

Gaaside lahustuvus

Gaaside  lahustuvus  väheneb  temperatuuri  tõusuga  ja  suureneb  rõhu

kasvuga. Gaaside lahustuvus vees väheneb, kui vesi sisaldab lahustunud

soolasid.

Gaasi lahustuvus vedelikus on proportsionaalses sõltuvuses gaasi osarõhuga lahuse kohal,

kus on gaasi molaarne kontsentratsioon lahuses mol/dm3, p on gaasi osarõhk lahuse kohal (atm) ja kh on antud gaasile temperatuurist sõltuv konstant

(nn Henry konstant).

Rõhu kiire vähenemine põhjustab osa gaasi eraldumise lahusest (CO2 eraldumine mineraalvee pudeli avamisel).

Seadus ei kehti veega reageerivate gaasiliste ainete kohta (NH3, SO2, CO2 jt). Näiteks NH3 ja SO2 reageerivad osaliselt veega ja nende lahustuvus osutub oodatust oluliselt kõrgemaks

NH3 + H2O
NH3 ⋅H2O

SO2 + H2O
H2SO3

Lahuste kontsentratsioon

Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses (reeglipäraselt

mahus) nimetatakse lahuse kontsentratsiooniks. Kasutatavamad kontsentratsiooni või sisalduse väljendusviisid on järgmised:

Massiprotsent (ehk protsendilisus)(C%) näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses

C%=

Lahuse massi ja mahu seob lahuse tihedus. Lahuse tihedus näitab lahuse ühe ruumalaühiku massi.

Lahustunud aine massi leidmine:

Aine protsendiline sisaldus lahuses:

C%=

Molaarne kontsentratsioon (CM) näitab lahustunud aine moolide arvu ühes

kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses.

Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kg lahustis

Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse.

Normaalne kontsentratsioon näitab lahustunud aine grammekvivaltentide arvu ühes liitris lahuses

ppm (parts per million) näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis (106) massiosas

lahuses. Kasutatakse väga väikeste sisalduste esitamiseks näiteks keskkonnakeemias.

Kontsentratsiooni 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 sõltub lahuse 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 nr. 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 mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid .

Naatriumkloriid segus liivaga, kaalud, kuiv keeduklaas , klaaspulk , lehter , kooniline kolb , mõõtesilinder (250 cm3), areomeeter , filterpaber.

Töö käik

Kuiva keeduklaasi kaalutakse liiva ja soola segu. NaCl lahustatakse klaaspulgaga segades vähese koguse (~50) destilleeritud veega. Lahus filtreeritakse. Selleks valmistatakse valge lindiga filterpaberist, 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 keeduklaasispesta 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. Liiv keeduklaasist loputada kraaniveega liivakogumisnõusse. 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. Areomeeter viia lahusesse ettevaatlikult, laskmata seda kõrgelt kukkuda . Peale mõõtmist pesta areomeeter kraaniveega, loputada destilleeritud veega ning kindlasti kuivatada.

Katseandmed .

ρ (mõõdetud tihedus) = 1,0075 g/

(sellest väiksem tihedus tabelis)=1,0054 g/

(sellest suurem tihedus tabelis)=1,0090 g/

C%(otsitav massiprotsent)=1,2916%

(massiprotsent, mis vastab väiksemale tihedusele )=1,00%

(massiprotsent, mis vastab suuremale tihedusele)=1,50 %

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Leian C%

Leian NaCl massi lahuses

Leian NaCl protsendilise sisalduse liiva ja soola segus

%=

Liivasoolasegu A tegelik protsendiline sisaldus oli 50%

Katse süstemaatiline viga:

∆%==3,26%

Leian NaCl sisalduse lahuses molaarsuse kaudu:

Leian NaCl sisalduse lahuses molaalsuse kaudu

Leian NaCl sisalduse lahuses moolimurru kaudu

Leian NaCl sisalduse lahuses normaalse kontsentratsiooni kaudu

g/ dm³ ja kg/ dm³:

Kokkuvõte ja järeldused

Töö ülesandeks oli lahuste valmistamine tahketest ainetest, kontsentratsiooni määramine tiheduse kaudu, ainete eraldamine segust. Minu segu oli A, mis oli 50%, vastuse sain ≈ 51,36 % . Eksimus 3,26% . See võis tuleneda mitmest asjaolust- silma järgi tehtud mõõtmised ei ole kõige täpsemad, paar piisa segu võis kaduma minna. Lahustunud aine kogust lahuses saab määrata mitmel erineval viisil, sõltuvalt sellest, mis on kõige mugavam või mida edaspidises töös vaja läheb. Üleüldises mõttes võib katse õnnestunuks lugeda.

Eksperimentaalne töö nr. 2
Soolhappelahuse valmistamine ja kontsentratsiooni määramine

Töö eesmärk

Lahuse valmistamine kontsentreeritud happe lahusest, lahuste lahjendamine, kontsentratsiooni määramine tiitrimisega.

Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid.

[Töövahendid: koonilised kolvid (250ml), mõõtesilindrid (10ml, 100ml ), mõõtekolb(100ml), bürett, pipetid (10ml, 20ml), klaaspulk.

Kasutatud ained: kontsentreeritud HCl lahus (tõmbe all), täpse kontsentratsiooniga NaOH lahus, indikaator fenoolftaleiin (FF).

Töö käik

Arvutada, kui palju on vaja võtta kontsentreeritud soolhapet ja vett, et valmistada 100ml 2,2% HCl lahust. Mõõtesilindriga mõõta 250ml koonilisse kolbi arvutatud kogus vett ja lisada tõmbe all väiksese mõõtesilindriga vajalik kogus kontsentreeritud soolhapet. Kolb sulgeda korgiga ja lahus segada tõmbe all ringikujuliste liigutustega. Saadud soolhappelahusest teha viiekordne lahjendus, milleks pipeteerida destilleeritud veega loputatud 100 ml mõõtekolbi 20 ml lahust, vett lisada kriipsuni, suleda korgiga ning loksutada intensiivselt. Pipetid ja bürett loputada eelnevalt töölahusega – pipett HCl lahusega ja bürett NaOH lahusega, et vee- või teistsuguse kontsentratsiooniga lahuse piisad pipeti ja büreti seintel ei muudaks mõõdetava lahuse kontsentratsiooni. Soolhappelahuse kontsentratsiooni määrata tiitrimisega. Destilleeritud veega loputatud koonilisse kolbi pipeteeerida 100ml 5x lahjendusega HCl lahust ja lisati 2-3 tilka fenoolftaleiinilahust. Bürett täita nullini täpse kontsentratsiooniga NaOH lahusega ja tiitrida, kuni roosa värvus jäi püsima. Tiitrimist korrata 2-4 korda, et katsete mahtude vahe poleks suurem kui 0,1-0,15 ml. Arvutada tiitrimiseks kulunud NaOH lahuse kokkulangevate mahtude järgi 5x lahjendusega HCl lahuse molaarne kontsentratsioon.

Katseandmed.

Valmistatava lahuse massiprotsent: 1,5%
Valmistatava lahuse molaarsus: 0,41 mol/l
Konts. soolhappe tihedus: 1,179 g/ml
Konts. soolhappe massiprotsent: 36,0%
Vaja on võtta konts. hapet: 3,56 ml
vaja on võtta vett: 96,4ml
valmistatava lahuse tihedus: ρ=1,0058 g/ml
m(HCl)=1,51 g

NaOH maht sooritatud korduskatsetel:
1) 7,12 ml
2) 7,11ml
3) 7,11 ml
NaOH= keskmine maht V=

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Arvutan CM
===0,41

Arvutan 100ml 2,5% lahuse valmistamiseks vajamineva vee ja kontsentreeritud soolhappe hulga:

Leian lahjendatud HCl lahuse massi

Leian HCl massi lahuses

Leian kontsentreeritud soolhappe massi

Leian kontsentreeritud soolhappe mahu

V= =

Leian valmistatava lahuse vee mahu

100 ml – 3,56 ml = 96,44 ml

Leian valmistatud lahuse molaarse kontsentratsiooni tiitrimise kaudu

Tiitrimisel toimuv reaktsioonivõrrand: HCl+NaOHàNaCl+

Leian katse molaarsuse teoreetiliselt

= 0,41

Leian katse suhtelise vea

∆%=

Kokkuvõte ja järeldused

Sooviti saada 1,5% kontsentratsiooniga (0,41M) lahust. Arvutuste kohaselt saadi katsetes 0,367M kontsentratsiooniga lahus, millega hakati katset läbi viima.Katse süstemaatiline viga oli 11,71%. Vead katse tulemustes võivad olla tingitud katsevigadest ning arvutamisel tehtud ümardustest, silmaga mõõtmisest tulenevatest ebatäpsustest ja kemikaalide kadudest (mõni piisk võis katse käigus kaduma minna).