Kemijsko - tehnoloki fakultet u Splitu Zavod za opu i anorgansku kemiju

VJEBE IZ OPE KEMIJEInterna skripta

Split, 2008.

1

SADRAJ1. UVOD..........................................................................................................................................2 1.1. OSNOVNA PRAVILA LABORATORIJSKOG RADA .........................................2 1.2. MJERE OPREZA I ZATITE ..................................................................................4 1.2.1. PRAVILA ODIJEVANJA U LABORATORIJU .....................................6 1.3. OSNOVNI LABORATORIJSKI PRIBOR ..............................................................7 1.3.1. STAKLENI PRIBOR ..................................................................................7 1.3.2. PORCULANSKI PRIBOR..........................................................................9 1.3.3. METALNI PRIBOR..................................................................................10 1.3.4. OSTALI PRIBOR......................................................................................11 1.4. PRANJE, IENJE I SUENJE LABORATORIJSKOG POSUA...............11 2. VANIJI LABORATORIJSKI PRIBOR I NJEGOVA UPORABA..................................13 2.1. PRIBOR I NAINI ZAGRIJAVANJA ..................................................................13 2.2. PRIBOR I NAINI MJERENJA TEMPERATURE ............................................16 2.3. PRIBOR I NAINI MJERENJA VOLUMENA ...................................................17 2.3.1. UPORABA MEHANIKE PROPIPETE ...............................................19 2.4. PRIBOR I NAIN RADA S PLINOVIMA............................................................21 2.5. PRIBOR I NAINI MJERENJA MASE ...............................................................23 2.5.1. PRAVILA KORITENJA VAGE............................................................23 3. KEMIKALIJE I POSTUPAK S NJIMA ...............................................................................25 4.VJEBE .....................................................................................................................................26 4.1. NEKE OSNOVNE LABORATORIJSKE OPERACIJE ......................................26 4.2. RASTAVLJANJE TVARI NA ISTE TVARI .....................................................32 4.2.1. RASTAVLJANJE HETEROGENIH SMJESA......................................32 4.2.2. RASTAVLJANJE HOMOGENIH SMJESA..........................................36 4.3. FIZIKE I KEMIJSKE PROMJENE....................................................................43 4.4. ZAKON KEMIJSKOG SPAJANJA PO VOLUMENU........................................46 4.5. STRUKTURA ISTIH TVARI...............................................................................48 4.6. RELATIVNA ATOMSKA I MOLEKULSKA MASA (TEINA).......................50 4.7. ODNOSI MASA PRI KEMIJSKIM REAKCIJAMA...........................................52 4.8. PLINSKI ZAKONI ...................................................................................................54 4.9. OTOPINE ..................................................................................................................64 4.9.1. OTOPINE I NJIHOVA SVOJSTVA .......................................................64 4.9.2. OTOPINE ELEKTROLITA ....................................................................76 4.10. KEMIJSKE REAKCIJE........................................................................................82 4.10.1. VRSTE KEMIJSKIH REAKCIJA ........................................................82 4.10.2. KEMIJSKA KINETIKA.........................................................................89 4.11. KEMIJSKA RAVNOTEA...................................................................................95 4.11.1. RAVNOTEE U HOMOGENIM I HETEROGENIM SUSTAVIMA............................................................................................95 4.11.2. RAVNOTEE U OTOPINAMA ELEKTROLITA .............................95 4.11.3. REDOKS - RAVNOTEE ......................................................................97 4.12. KOLOIDNO - DISPERZNI SUSTAVI...............................................................111 5. PRILOG..........114

VJEBA BR.: 12

1. UVOD1.1. OSNOVNA PRAVILA LABORATORIJSKOG RADA Prije poetka rada obavezno je upoznati se s mjerama opreza i zatite pri radu u laboratoriju, te se strogo pridravati istih. Zbog stalne opasnosti od poara svaki student je na poetku semestra duan saznati gdje se nalazi aparat za gaenje poara i kako se njime rukuje, sanduk s pijeskom, deka za gaenje poara, glavni prekidai struje, te glavni ventili plina i vode. Na poetku vjebi studenti e od voditelja vjebi dobiti naputke vane za rad tog radnog dana. Tijekom rada u laboratoriju potrebno je voditi radni dnevnik. Dnevnik se vodi prema uputama voditelja. Osnovna pravila laboratorijskog rada su slijedea: U laboratoriju trebaju vladati red i tiina. Tijekom rada student je duan nositi radni mantil. Nije dozvoljeno izvoditi nekontrolirane eksperimente, odnosno eksperimente koji nisu propisani planom i programom vjebi. Prije poetka svakog eksperimenta student je duan proitati kompletnu uputu za taj eksperiment. Pri tome potrebno je obratiti pozornost ne samo na to to se radi, ve kako se radi i zato se tako radi. Ne poinjati eksperiment dok nije pripremljen sav potreban pribor i kemikalije. Potrebno je voditi rauna o koncentraciji traene kemikalije. Ako u uputi za izvoenje eksperimenta nije navedena koliina reagensa, upotrijebiti najmanju potrebnu koliinu. Reagense nikada ne vraati natrag u bocu za reagense. Posue je preporuljivo prati odmah dok je vlano, jer se kasnije teko pere. Nakon vaganja vagu treba oistiti, a utege uredno sloiti u kutiju. Otpadne kapljevine i u vodi topljive soli bacati u izljev, te isti odmah oprati tekuom vodom. Organska otapala izlijevaju se u boce za otpadna organska otapala. U vodi netopljive soli, kao i sve ostale vrste otpatke, bacati samo u posude za otpatke.

3 Tijekom rada radno mjesto odravati isto i uredno. Zato je potrebno da svaki student ima krpu za brisanje stola. Po zavrenom radu izljeve treba oprati, a radno mjesto dovesti u red.

Svaku ozljedu potrebno je prijaviti odmah voditelju vjebi.

4

1.2. MJERE OPREZA I ZATITE Priroda laboratorijskog rada je takva da uvijek postoji potencijalna mogunost ozljeda. Da bi se ta mogunost svela na minimum, odnosno eliminirala, svaki student je duan radu pristupiti ozbiljno, pridravajui se mjera opreza i zatite: U laboratoriju se ne smije jesti, piti i puiti. U laboratoriju se ne smiju primati posjete. Ne dozvoliti da reagensi dou u dodir s koom i odjeom. Za to postoje zatitne rukavice, radni mantil, pinceta itd. U sluaju da kemikalija doe u dodir s koom, to mjesto treba odmah oprati mlazom vodovodne vode. Daljnji tretman ovisi o prirodi kemikalije. Ne smije se zavirivati u otvor posuda u kojima se odvija eksperiment. U cilju zatite oiju potrebno je nositi bezdioptrijske naoale. Ako u oko doe kemikalija, treba ga odmah isprati mlazom vodovodne vode u trajanju ne duem od 3 do 4 minute. Daljnje lijeenje poduzima se prema prirodi kemikalije. Kod eksperimenta gdje se trai poseban oprez obvezno je lice zatititi specijalnim providnim titom za lice, a ruke gumenim rukavicama. Uvijek je potrebno provjeriti naziv kemikalije na boci, jer pogreno uzeta kemikalija moe izazvati nesreu. Ukoliko treba mirisom ispitati kemikaliju, to se radi na nain da se boca odmakne od lica i dlanom ruke priblie pare do nosa (slika 3.). Prigodom otvaranja boce u kojoj je lako isparljiva kapljevina bocu treba drati podalje, da se ne udiu pare. Prigodom otvaranja boce u kojoj je lako isparljiva kapljevina bocu treba drati podalje, da se ne udiu pare. Eksperimenti kod kojih se razvija otrovan plin, kao i eksperimenti kod kojih se razvija previe plina ili para izvode se u digestoru. Pretakanje lako upaljivih kemikalija ne smije se izvoditi u blizini plamena.

5 Pri zagrijavanju kapljevine u epruveti, zbog opasnosti od prskanja, otvor epruvete ne smije se okrenuti prema sebi, niti prema drugim osobama. Nikada ne dodavati vodu u koncentriranu kiselinu, ve kiselinu u vodu uz obavezno mijeanje (slika 1.). Dodavanje vode u kiselinu izazvati e prskanje kapljevine. Kod rada sa staklenim priborom potrebno je paziti da ne doe do loma istog i ranjavanja ruku ili nekog drugog dijela tijela. U sluaju loma staklenog pribora potrebno je odmah ukloniti krhotine, i ako je mogue, otre rubove ostatka pribora ispolirati u plamenu. Provlaenje staklene cijevi i termometra kroz gumeni ep izvoditi hvatanjem cijevi i epa krpom (slika 2.). Prethodno je potrebno staklo podmazati glicerinom, sapunicom ili vodom. Kod vaenja staklene cijevi upotrijebiti bua za epove. Predmete od kemijskog stakla zagrijavati na azbestnoj mreici ili putem kupelji. Predmeti od obinog stakla ne smiju se zagrijavati jer lako pucaju. Ne ostavljati zapaljen plamenik pri naputanju radnog mjesta.

Slika 1. Ispravno ulijevanje koncentrirane kiseline u vodu uz mijeanje

Slika 2. Provlaenje staklene cijevi kroz gumeni ep

Slika 3. Ispitivanje mirisa kemikalija

6 Gorue ibice ne smiju se bacati u posude za otpatke. Manji poari u laboratoriju gase se vlanim krpama ili pijeskom. Vei poari gase se aparatima za gaenje poara.

1.2.1. PRAVILA ODIJEVANJA U LABORATORIJU Tijekom rada u laboratoriju student mora nositi zatitni mantil. Zatitni mantil titi gornji dio tijela i ruke do aka. Ukoliko duina radnog mantila nije do koljena hlae su obavezne. Obua mora zatiti stopala sa svih strana: u laboratoriju nije dozvoljeno nositi sandale, papue, lape, klompe. Duga kosa mora biti skupljena. Kontaktne lee ne nose se u laboratoriju. Tijekom izvoenja eksperimenata studenti su duni nositi bezdioptrijske naoale, a kod opasnijih eksperimenata, kada je to navedeno u uputama vjebi, lice je potrebno zatititi zatitnom maskom.

7

1.3. OSNOVNI LABORATORIJSKI PRIBOR

1.3.1. STAKLENI PRIBOR Staklo je najzahvalniji i najee upotrebljavani materijal u kemijskom laboratoriju. Za izradu laboratorijskog pribora koriste se dvije vrste stakla: obino staklo i kemijsko staklo. Pribor od obinog stakla ne smije se zagrijavati, jer je neotporan na temperaturne promjene. Od obinog stakla izraene su boce za reagense, kristalizirka, posudica za vaganje, menzura, pipete, birete, odmjerne tikvice, lijevci.

Eksikator

Menzura

Lijevak za odjeljivanje

Lijevak

Posudica za vaganje

Satno staklo

Kristalizirka

Reagens boca

Slika 4. Pribor od obinog stakla

8 Pribor od kemijskog stakla za razliku od obinog stakla, ima veu vrstou, bolju otpornost na temperaturne promjene i bolju postojanost prema kemikalijama. Poznata su kemijska stakla: "Pyrex", "Jena", "Duran", "Supremaks" i "Boral". Od kemijskog stakla izraene su tikvice s ravnim i okruglim dnom, epruvete, erlenmayerove tikvice, destilirke...

Epruveta

Destilirka

Liebigovo hladilo

Retorte

aa

Erlenmayerova tikvica sa irokim grlom i sa bruenim epom

Tikvica s okruglim dnom

Tikvica s ravnim dnom

Slika 5. Pribor od kemijskog stakla

9

1.3.2. PORCULANSKI PRIBOR Dio laboratorijskog pribora izrauje se od porculana (slika 6.), koji ima veu mehaniku vrstou i otpornost od stakla. Porculanske zdjelice i lonii izraeni su od vrlo kvalitetnog porculana i mogu se zagrijavati na otvorenom plamenu, dok se tarionici, lijevci i ploice ne smiju zagrijavati.

Tarionik

Porculanski loni s Porculanska zdjelica poklopcem

Poloaj metalnog lonia prilikom arenja Laica Ploica s jaicama Bchnerov lijevak

Slika 6.

10

1.3.3. METALNI PRIBOR Za izradu metalnog pribora koriste se najvie eljezo, platina, nikal i neke legure. Jedan dio najvanijeg metalnog pribora prikazan je na slici 7.

Stativ

Laboratorijska klijeta

Mufa i stezaljke

Kleme i prsteni

Tronog za arenje

Ceran ploa za arenje

Metalni loni

Ostali metalni pribor

Slika 7.

11 1.3.4. OSTALI PRIBOR U preostali laboratorijski pribor spada pribor koji je nainjen od drva, plastine mase, azbesta, gume, pluta, i sl., kao i pribor izraen od vie materijala. Jedan dio tog pribora prikazan je na slici 8.

Drvena hvataljka

Stalak za epruvete - drveni

Stalak za epruvete - plastini

Mreica za arenje

Trokut za arenje

Plastina boca trcaljka

Zatitne naoale

epovi

Pincete

Slika 8.

12

1.4. PRANJE, IENJE I SUENJE LABORATORIJSKOG POSUA Treba stei naviku pranja posua odmah nakon upotrebe, jer se tada najlake uklanjaju neistoe. Stakleno posue ne smije se istiti mehanikim sredstvima za ienje (pijesak, Vim, stakleni tapii, metalne ice), jer oni uzrokuju oteenja stakla. Manje zaprljano posue pere se otopinom detergenta, pomou etke za pranje. Ako je posue dosta masno upotrebljavaju se organska otapala, alkoholna otopina kalijevog hidroksida i krom sumporna kiselina. Ukoliko se radi o oneienju anorganskim tvarima, za ienje se koriste klorovodina kiselina, duina kiselina, sumporna kiselina i zlatotopka. Nakon ienja bilo kojim od spomenutih sredstava posue treba dobro isprati vodovodnom vodom, a zatim tri puta destiliranom vodom. Posue je isto kada se, nakon ispiranja destiliranom vodom, kapljice vode ne zadravaju na stjenkama. Oprano posue treba ostaviti da se sui u ormariu. Brzo suenje postie se u elektrinom suioniku. U suionik se posue stavlja s otvorom prema gore, da bi vodena para mogla izai. Kalibrirano posue (posue za mjerenje volumena) ne smije se suiti u suioniku, ve se sui u struji zraka. Organska otapala i otopine kiselina i luina, nakon upotrebe za pranje ne bacaju se u izljev, ve se spremaju u posebne posude za otpadna otapala.

13

2. VANIJI LABORATORIJSKI PRIBOR I NJEGOVA UPORABA2.1. PRIBOR I NAINI ZAGRIJAVANJA Zagrijavanje spada meu najvanije operacije u kemijskom laboratoriju. Zagrijavanje se izvodi: izravno u plamenu; preko azbestne mreice; u kupeljima; pomou elektrinih ureaja za zagrijavanje. Kod prva tri naina zagrijavanja najee se koriste plinski plamenici. U upotrebi su dosta esto Meckerov (Meker) plamenik i Tecluov (Teklu) plamenik, dok se najee upotrebljava Bunsenov (Bunzen) plamenik (slika 9.). Bunsenov plamenik sastoji se od: postolja s dovodom plina, sapnice i dimnjaka s prstenom za regulaciju dovoda zraka. Kod novijih modela mogua je i regulacija dovoda plina na samom plameniku.

Slika 9. Plamenik po Bunsenu

Slika 10. Plamene zone u plamenu Bunsenova plamenika

Najvea koliina topline oslobaa se pri potpunom sagorijevanju plina, kad je plamen skoro bezbojan. U bezbojnom plamenu Bunsenovog plamenika uoavaju se tri plamene zone: (slika 10.) - unutarnja (A), gdje dolazi do mijeanja plina i zraka i nema sagorijevanja

14 - srednja (B), gdje je sagorijevanje nepotpuno. Ovaj dio plamena ima redukcijsko djelovanje, pa se naziva jo i redukcijskom zonom. - vanjska (C), gdje je sagorijevanje plina potpuno. Kako ovaj dio plamena ima oksidacijsko djelovanje, naziva se i oksidacijskom zonom. Ako je dovod plina premalen, a dovod zraka prevelik moe doi do "uskakanja plamena", tj. izgaranja plina na samoj sapnici. Uskakanje se prepoznaje po jakom utanju iz plamenika i jakom zagrijavanju plamenika. U tom sluaju plamenik treba ugasiti i priekati da se potpuno ohladi, a zatim izvriti pravilno paljenje. Pravilno paljenje izvodi se na slijedei nain: Zatvoriti dovod zraka, a otvoriti dovod plina. Upaliti plamen i postepeno poveavati dovod zraka do skoro bezbojnog plamena, tj. do potpunog izgaranje plina. Pri izravnom zagrijavanju staklenog posua u plamenu, plamen ne smije dulje vrijeme zagrijavati jedno mjesto, jer moe doi do omekavanja stakla. Da bi se to izbjeglo, zagrijavanje treba izvoditi tako da se pri tom pomie ili plamenik ili posuda. Stakleno posue (ae, tikvice) preporuljivo je zagrijavati preko azbestne mreice, jer se time umanjuje mogunost da pucanja. U sluaju kada je potrebno dulje i ravnomjernije zagrijavanje, pri stalnoj temperaturi, upotrebljavaju se kupelji. Izbor kupelji ovisi o potrebnoj temperaturi zagrijavanja. Tako se kod zagrijavanja do temperature vrenja vode (100C) najee koristi vodena kupelj (slika 11.).

Slika 11. Jednostavna vodena kupelj

Slika 12. Uljna kupelj

15

Slika 13. Pjeana kupelj

Slika 14. Elektrini suionik

Za temperature do oko 350C koriste se razliite uljne kupelji. Pri radu s njima treba paziti da voda ne dospije u ulje, jer tada dolazi do prskanja ulja. Ako se pri radu ulje zapali ne smije se gasiti vodom, ve se kupelj prekrije azbestnom ili salonitnom ploom. Za vie temperature koristi se pjeana kupelj, koja se sastoji od posude napunjene kvarcnim pijeskom (slika 13.). Za postizanje vrlo visokih temperatura upotrebljavaju se elektrine pei raznih tipova. Za suenje posua i nekih tvari koristi se elektrini suionik (slika 14.).

16

2.2. PRIBOR I NAINI MJERENJA TEMPERATURE Za mjerenje temperature u kemijskom laboratoriju najee se koriste ivini termometri. Uporaba ovih termometara mogua je u intervalu od -38.9oC (temperatura skruivanja ive) do 357oC (vrelite ive). Za temperature nie od -38.9oC rabe se termometri u kojim je iva zamijenjena toluenom (do -80oC), alkoholom (do -120oC) odnosno pentanom (do -220oC). Radi lakeg oitanja temperature te kapljevine obojene su crvenom ili plavom bojom. Temperature vie od 357oC mogue je mjeriti specijalnim ivinim termometrom kod kojeg je u kapilarni prostor stavljen inertni plin pod tlakom, ime se vrelite ive znatno poveava. Takav ivin termometar s spremnikom od kvarca moe se rabiti do 750oC. Termometri se izrauju u razliitim veliinama, oblicima i badarenim skalama, ve prema svojoj namjeni. Tako se pored obinih termometara kod kojih je skala podijeljena na cijele ili na pola stupnja, radi tonijeg oitavanja temperature izrauju termometri s badarenom skalom s tonou od 0.1 do 0.02oC. Prigodom mjerenja temperature neke kapljevine termometar mora biti uronjen u kapljevinu tako da ivin spremnik ne dodiruje stijenke posude. Za mjerenje visokih temperatura upotrebljavaju se termolanci ili pirometri.

17

2.3. PRIBOR I NAINI MJERENJA VOLUMENA Uobiajeno je da se kod vrstih tvari mjeri masa, a kod kapljevitih i plinovitih volumen. Za mjerenja volumena plina najee se koriste plinske pipete i plinske birete, a za sakupljanje i priblino mjerenje menzure uronjene u vodu (slika 17).

Slika 17. Priblino mjerenje volumena plina

Za mjerenje volumena kapljevina slue menzure, pipete, birete i odmjerne tikvice. Menzure su graduirani stakleni cilindri izraeni od obinog stakla, a slue za priblino odreivanje volumena. Izrauju se u raznim veliinama, najee od 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 i 2000 cm3. Za precizno odreivanje volumena slue pipete, birete i odmjerne tikvice. Pipete (slika 15.1. i 15.2.) su cilindrinog oblika i mogu biti trbuaste (1) i graduirane (2). Trbuaste slue za odmjeravanje uvijek istog, odreenog volumena, za koji su badarene. Na suenom dijelu pipete je prstenasta oznaka (marka) do koje treba napuniti pipetu. Pipeta se puni usisavanjem. Uvijek se usie neto vie kapljevine, pa se gornji otvor zatvori kaiprstom (ne palcem) i polako isputa viak dok se nivo kapljevine ne spusti do oznake. Trbuaste pipete izrauju se obino od 2, 5, 10, 25, 50, 100 i 200 cm3. Ove pipete tonije su od graduiranih. Graduirane pipete izrauju se u razliitim veliinama i mogu se upotrebljavati za mjerenje razliitih volumena od 0.1 cm3 na vie. Birete (slika 15.3. i 15.4.) su dugake graduirane staklene cijevi, koje se uvruju na stative. Za neutralne i kisele otopine upotrebljavaju se birete koje zavravaju staklenim pipce. Za lunate otopine koriste se birete koje zavravaju gumenom cijevi s kapilarom i tipaljkom, jer luine otapaju staklo. Bireta ima raznih veliina i vrsta, ve prema njihovoj namjeni. Najee se upotrebljavaju Mohrova (Mor) i Schellbachova (elbah) bireta.

18

a b c

Mikropipeta 3

4.

3a Slika 15.a) Odmjerna tikvica Slika 16. Oitavanje volumena u menzuri; a i cneispravno; b-ispravno

Slika 15. Pribor za mjerenje volumena kapljevina: 1-trbuasta pipeta; 2-graduirana pipeta; 3- Schellbachova bireta; 3 a- nivo na Schellbachovoj bireti; 4- Automatska bireta

Odmjerne tikvice (slika 15a.) su staklene posude krukastog oblika s ravnim dnom i dugim uskim grlom na kojemu je prstenasta oznaka (marka) do koje treba napuniti tikvicu. Na vrhu se zatvaraju izbruenim grlom i epom, koji omoguuje da se otopine u tikvicama mogu dobro izmijeati. Odmjerne tikvice slue za pripremanje otopina odreene koncentracije, a izrauju se najee od 5, 10, 50, 100, 250, 500 i 1000 cm3.

19 Menzura, bireta i odmjerne tikvice pune se ulijevanjem, a pipete usisavanjem kapljevine na donji otvor. Pri oitavanju volumena promatra se donji menisk kapljevine, a treba se postaviti tako, tj. posudu treba drati, da menisk bude u visini oiju (slika 16.). Temperatura kapljevine pri mjerenju treba biti priblino jednaka temperaturi pri kojoj je posuda badarena. Na svakoj kalibriranoj posudi oznaena je temperatura pri kojoj je badarena (najee 20oC). Pipete, birete i menzure badarene su na izljev. To znai da je odreeni volumen kapljevine postignut isputanjem kapljevine iz posude, te se ne smije npr. kod pipete puhati da izae "zadnja kap", kao to praktikanti to obiavaju. Odmjerne tikvice badarene su na uljev.

2.3.1. UPORABA MEHANIKE PROPIPETE Otrovne kapljevine, lako isparljive kapljevine i korozivne kapljevine ne smiju se usisavati u pipetu ustima, ve uporabom mehanike propipete (slika 18.). Propipeta je izraena od gume. Propipeta se donjim otvorom navue na gornji otvor pipete. Stiskanjem prstima "ventila" A, uz istovremeno stiskanje loptastog dijela, istisne se iz loptastog dijela zrak i propipeta je spremna za usisavanje kapljevine u pipetu. Usisavanje se vri stiskanjem "ventila" B. Usisavanje treba vriti oprezno, da kapljevina ne ue u propipetu. Isputanje kapljevine vri se pritiskanjem "ventila" C. Osim mehanike propipete, za rad s otrovnim kapljevinama, koriste se i klipne pipete, kao i mikropipete s promjenjivim nastavcima.

20

Zrani ventil; istisnuti zrak iz propipete

Ventil za usisavanje; povlai kapljevinu u pipetu

Ventil za pranjenje; isputanje kapljevine

Slika 18. Mehanika propipeta

21

2.4. PRIBOR I NAIN RADA S PLINOVIMA Plinovi se za laboratorijske potrebe mogu prirediti neposredno pred samu uporabu, direktno u laboratoriju. Meutim, laboratorijski nain njihova dobivanja ponekad je sloen, a kada je potrebna vea koliina i skup. U tom sluaju koriste se gotovi plinovi iz elinih boca (bombi). Obojeni prsten oko grla boce oznaava sadraj boce . Plinovi se u elinim bocama (bombama) nalaze pod tlakom i do 2104 kPa, te se u svrhu uporabe u laboratoriju (101 - 1010 kPa) iz elinih boca smiju isputati samo preko redukcijskog ventila (slika 19.). Zadatak redukcijskog ventila je da regulira istjecanje plina iz boce. Na redukcijskom ventilu su dva manometra. Manometar blii boci mjeri tlak u samoj boci, dok drugi manometar mjeri tlak pod kojim plin izlazi iz ventila.

B H2SO4 H2 Zn

C

A Slika 19. Redukcijski ventil Slika 20. Kippov aparat Slika 21. Jednostavni generator plina

Najpoznatiji aparat za laboratorijsko dobivanje plinova jest Kippov aparat (slika 20.). Kippov aparat sastoji se od krukastog dijela (A) i kuglastog lijevka (B). U srednji dio aparata, iznad suenja krukastog dijela, stavlja se vrsta tvar (Zn, CaCO3, FeS), ve prema tome koji plin se eli dobiti. U kuglasti lijevak, odozgo, ulijeva se klorovodina kiselina, w(HCl) = 20% ili sumporna kiselina, w = 20% (ne za CO2!). Kada je Kippov aparat pun, otvaranjem pipca (C)

22 kiselina iz dijela (B) ide u dio (A) i stupa u reakciju s vrstom tvari. Da ne bi dolo do prskanja aparata uslijed naglog oslobaanja plina, pipac (C) mora se polako otvarati i na taj nain kiselinu postepeno putati u kontakt s krutom tvari. Zn(s) + 2 H+ Zn2+ + H2 (g) CaCO3(s) + 2H+ Ca2+ + CO2 (g) + H2O FeS + 2H+ Fe2+ + H2S (g) Razvijeni plin izlazi kroz pipac (C). Zatvaranjem pipca (C) prekida se izlazak plina, ali reakcija izmeu vrste tvari i kiseline i dalje se odvija. Osloboeni plin sada potiskuje kiselinu natrag u kuglasti lijevak i kada se uspostavi ravnotea izmeu tlaka plina i teine kiseline reakcija prestaje. Za laboratorijsko dobivanje plinova moe posluiti i jednostavni generator plinova (slika 21.). Plinovi se prije uporabe proiavaju i sue provoenjem kroz ispiralice s odgovarajuim sredstvima za ienje i suenje. Pri radu sa stlaenim (komprimiranim) plinovima treba biti posebno oprezan. Ventile i brtve opasno je podmazivati. Da bi se sprijeilo prevrtanje elinih boca, one se moraju uvrstiti uz laboratorijski stol ili uz zid. Prigodom transporta boce s nje se skida redukcijski ventil, dok se glavni ventil prekriva zatitnom elinom kapom. Nain postupanja s plinskim bocama propisan je mjerama zatite na radu.

23

2.5. PRIBOR I NAINI MJERENJA MASE Ureaj koji omoguava mjerenja mase jest vaga. Za grubo odreivanje mase slue tehnike vage, koje vau s preciznou 0.01 g. (slika 22.).

Slika 22. Tehnika vaga

Slika 23. Analitike automatske vage

Analitike vage slue za vrlo precizna mjerenja do 0.0001g. One se ugrauju u staklene ormarie s vratima. U ormarie se stavlja i sredstvo za upijanje vlage. Razvoj tehnike omoguio je izradu preciznih poluautomatskih i automatskih vaga na jednu polugu, ija uporaba skrauje vrijeme vaganja (slika 23.). Vage se smjetaju u posebnu prostoriju, na posebno izraene stolove. Na taj nain su zatiene od mehanikih udara, strujanja zraka, temperaturnih promjena i isparavanja kemikalija.

2.5.1. PRAVILA KORITENJA VAGE Postupak vaganja propisuje proizvoa vage. Zbog toga je prije vaganja potrebno dobro prouiti uputstvo. Opa pravila kojih se treba pridravati kod vaganja su : S vagom je potrebno uvijek paljivo rukovati. Predmet vaganja i utege stavljati na zdjelicu vage i skidati s nje samo ako je vaga zakoena (aretirana).

24 Na zdjelice se ne smiju stavljati vrui, vlani ili neisti predmeti. Predmet koji se vae mora imati temperaturu vage. Predmet vaganja nikada ne stavljati izravno na zdjelicu, ve ga mjeriti u posudici za vaganje, satnom staklu ili laici od papira. Isparljive tvari, ije pare mogu otetiti vagu, uvijek vagati u dobro zatvorenim posudama. Utege (ako ih vaga ima) hvatati samo pincetom iz kompleta utega. Utezi mase vei od 1 g prihvaaju se pincetom tako da je svinuti kraj pincete okrenut prema gore, a utezi od 0.5 g i manji tako da je svinuti kraj pincete okrenut prema dolje. Nakon uporabe svaki uteg treba vratiti na njegovo mjesto u kompletu utega. Utezi se ne smiju zamjenjivati iz jednog kompleta u drugi. Vage nikada ne opteretiti preko njenog kapaciteta vaganja. Oitavanje otklona vriti samo uz zatvorena vrataca vage. Kada nije u uporabi, vagu uvijek drati zakoenu, a vrataca ormaria zatvorena. Vagu odravati istom i urednom. U sluaju bilo kakve neispravnosti vage, ne popravljati je sam ve se obratiti voditelju vjebi.

25

3. KEMIKALIJE I POSTUPAK S NJIMAKemikalije se uvaju u staklenim i plastinim bocama. Kapljevite kemikalije uvaju se u bocama s uskim grlom, a vrste u bocama sa irokim grlom. Boce uvijek moraju biti zaepljene epom. epovi su najee od stakla, ali mogu biti od plastike, gume ili pluta, ovisno o prirodi kemikalije. vrsta kemikalije uzimaju se iz boce istom plastinom ili metalnom licom. Prilikom uzimanja kapljevitih kemikalija ne smije se ii pipetom direktno u bocu, ve se kemikalija iz boce prelijeva u epruvetu ili au, te se odatle pipetom uzima potrebna koliina. Viak se iz epruvete ili ae ne smije vratiti natrag u bocu. Kad se iz boce vadi ep, treba ga staviti na stol tako da lei na svojoj iroj bazi. Ako je stakleni ep na svojoj gornjoj strani spljoten dri se u ruci izmeu prstenjaka i malog prsta (slika 24.).

Slika 24. Pravilno dranje epa

U sluaju da se stakleni ep ne moe lako izvaditi iz boce treba lagano udarati epom po rubu stola, a ako ni to ne uspije obratiti se voditelju vjebi. Na bocama u kojima se uvaju kemikalije nalijepljene su etikete s nazivima kemikalija, te prelijevanjem treba izvoditi s one strane boce gdje se ne nalazi etiketa, kako se ista ne bi otetila. Bocu iz koje je uzeta potrebna koliina reagensa potrebno je odmah zaepiti i spremiti na njeno mjesto. Ostali postupci s kemikalijama navedeni su ve u poglavlju 1.1 i 1.2.

26

4.VJEBE4.1. NEKE OSNOVNE LABORATORIJSKE OPERACIJE EKSPERIMENT 1. Rad s plamenikom PRIBOR: Plamenik po Bunsenu Metalna klijeta ibice Komadi tvrdog papira POSTUPAK: Plamenik rastaviti na sastavne dijelove, pogledati svaki dio i plamenik ponovo sastaviti. Pregledati da li je gumena cijev, koja spaja plamenik s plinovodom, u ispravnom stanju. Prikljuiti plamenik na plin i izvriti pravilno paljenje plamenika (opisano u poglavlju 2.1.).

Slika 25. Komad tvrdog papira stavljen vodoravno u plamen.

Slika 26. Komad tvrdog papira stavljen okomito u plamen.

Jedan komad tvrdog papira staviti, trenutno, vodoravno u plamen, blizu otvora dimnjaka (slika 25.), a zatim drugi komad okomito u plamen (slika 26.). Papire drati metalnim klijetima. Ako je eksperiment pravilno izveden na papirima se oituju plamene zone. Papire spremiti i zalijepiti u referat.

27 ZADATAK: 1. Od kojih se dijelova sastoji Bunsenov plamenik? 2. Skicirajte sastavne dijelove Bunsenova plamenika. 3. Nacrtajte i opiite zone u plamenu Bunsenova plamenika! 4. Zato dolazi do uskakanja plamena i to se u tom sluaju radi?

EKSPERIMENT 2. Rezanje, poliranje, savijanje, izvlaenje i zataljivanje stakla PRIBOR: Staklene cijevi manjeg promjera Turpija ili pilica za staklo Plamenik POSTUPAK: Odrezati etiri komada staklene cijevi duljene po oko 15 cm. Staklo se ree na nain da se pomou turpije ili pilice tapi, odnosno cijev zaree samo na jednom mjestu (slika 27.). Zarez se odmah navlai, cijev uhvati s obje ruke (slika 28.) i prelomi. Prigodom lomljenja palci se moraju skoro doticati, a zarez mora biti na suprotnoj strani paleva. Ako lomljenje ne ide uz slab pritisak ruku, treba nainiti dublji rez. Bridovi polomljenih cijevi su otri i treba ih ispolirati. To se postie zagrijavanjem najprije u slabom a zatim u jaem plamenu uz lagano okretanje. im se plamen oboji uto, poliranje je zavreno. Kada se jedan brid ohladi, polira se drugi. Treba paziti da se cijev ne dri dugo u plamenu da ne doe do suavanja otvora cijevi.

Slika 27. Rezanje staklene cijevi

Slika 28. Lom staklene cijevi

Od jednog komada cijevi treba savijanjem dobiti koljeno pod kutom od 90o. U tu svrhu prihvaa se ohlaena cijev s obje ruke i grije na duljini oko 5 cm neprekidno okretanjem u istom smjeru (slika 29.). Kad cijev omeka, izvadi se iz plamena, brzo savije na 90o uz istovremeno slabo rastezanje i dri dok se ne ohladi (slika 30).

28 Od drugog komada cijevi izvlaenjem napraviti kapaljku. U tu svrhu grijati cijev, na ve opisani nain, na onom mjestu gdje se eli suziti (slika 31.). Kad cijev omeka, stisnuti cijev da se malo skrati i da stijenke odebljaju. Nakon toga izvaditi cijev iz plamena i brzo je izvui do eljenog suenja. Kad se cijev ohladi odrezati je i otre rubove ispolirati.

Slika 29. Zagrijavanje staklene cijevi

Slika 30. Savijanje staklene cijevi

Na analogan nain od treeg komada cijevi napraviti kapilare (slika 31). Na etvrtom komadu vjebati zataljivanje staklene cijevi. U tu svrhu postupati kao kod izrade kapaljke, zatim otkinutu uski dio a sueni kraj cijevi grijati u plamenu dok se potpuno i pravilno ne zatali.

Slika 31. Faze izrade kapaljke

EKSPERIMENT 3. Buenje epova i izrada boce trcaljke PRIBOR: Tikvica s ravnim dnom Plutani ili gumeni ep Staklena cijev

29 POSTUPAK: Prema otvoru tikvice odabrati ep. U epu izbuiti dvije rupe promjera staklene cijevi. Rupe se bue buaima za epove (slika 32.). Kod buenja plutenog epa bua mora biti neto manjeg promjera od promjera cijevi koja se eli provui kroz rupu. Za gumeni ep bua mora biti neto vei od promjera cijevi. Buenje se izvodi tako da se ep svojom irom bazom poloi na dasku od mekanog drva. Bua se namae glicerinom, stavi na ep i okree pritiskanjem jednom rukom, dok se drugom rukom dri ep (slika 33.). Bua se mora okretati uvijek u istom smjeru. Poslije uporabe bua oistiti i spremiti u kutiju. Prema slici 34. izraditi staklene cijevi za bocu trcaljku. Dua cijev ide skoro do dna boce a na vanjskom dijelu ima kapilarno suenje. Kraa cijev, kroz koju se pue zrak, see unutar boce do malo ispod epa.

Slika 32. Bua za epove

Slika 33. Buenje epova

Slika 34. Boca trcaljka

Na kraju sastaviti bocu trcaljku.

Gustoa Gustoa neke tvari, pri danoj temperaturi, jest masa te tvari u jedinici volumena: gustoa = masa / volumen

=

m V

U meunarodnom sustavu mjernih jedinica gustoa se izraava u kilogramima po metru kubinom (kg m-3). U tablicama nalazimo gustoe tvari izraene u razliitim jedinicama, npr. g mL-1, g cm-3, g dm-3, kg dm-3. Pri tome se mijenjaju samo mjerni brojevi gustoe, ovisno o jedinicama mase i volumena. Gustoa tvari ovisi o temperaturi, tako da svaki podatak za gustou mora sadravati jo i napomenu pri kojoj je temperaturi ta gustoa tvari izmjerena.

30 Openito, gustoa tvari se smanjuje kad se temperatura povisi, a raste kada se ona sniava. Izuzetak je voda koja ima najveu gustou pri 3.98C. EKSPERIMENT 4. Odreivanje gustoe kapljevine piknometromPRIBOR:

Termostat Piknometar Kapaljka Vaga

KEMIKALIJE: Otopina natrijeva klorida, w(NaCl) = 25 %

POSTUPAK: Utvrditi volumen piknometra. Na analitikoj vagi izvagati prazan piknometar. U piknometar kapaljkom uliti do vrha termostatiranu otopinu NaCl. Termostatirati jo 10 minuta. Izvaditi piknometar iz termostata, obrisati ga i osuiti, te izvagati. Odrediti gustou otopine NaCl. ZADATAK: 1. Koliki je volumen piknometra? 2. Koliko iznosi masa praznog piknometra? 3. Na kojoj temperaturi je termostatirana otopina NaCl? 4. Koliko iznosi masa piknometra napunjenog otopinom NaCl? 5. Koliko iznosi masa otopine NaCl ? 6. Izraunajte gustou otopine NaCl!

EKSPERIMENT 5. Pipetiranje, uparavljanje i vaganjePRIBOR:

Plamenik Tronog Trokut za arenje Metalna klijeta Porculanska zdjelica Graduirana pipeta

KEMIKALIJE: Otopina natrijeva klorida, w(NaCl) = 25 %

31 POSTUPAK: Izvagati porculansku zdjelicu. U nju otpipetirati 4 cm3 otopine natrijevog klorida. Pravilno dranje pipete prikazano je na slici 35. Sadraj zdjelice opreznim i polaganim zagrijavanjem ispariti do suha (slika 36.). Kada se ohladi, zdjelicu s talogom izvagati.

pravilno

nepravilno Slika 36. Uparavanje sadraja porculanske zdjelice.

Slika 35. Dranje pipete.

Vaganje u oba navrata obavljati na analitikoj vagi. ZADATAK: 1. Koliko iznosi masa prazne porculanske zdjelice? 2. Koliko iznosi masa zdjelice s talogom NaCl nakon uparavanja? 3. Koliko je NaCl dobiveno uparavanjem? 4. Koliki je gubitak NaCl uparavanjem? Rezultat izrazite u gramima, te u postocima. Za ovaj proraun koristite gustou NaCl odreenu u eksperimentu 4. 5. Zbog ega je nastao gubitak NaCl? 6. Kojom preciznou mjeri analitika vaga na kojoj ste vagali?

VJEBA BR.: 232 4.2. RASTAVLJANJE TVARI NA ISTE TVARI Tvar je naziv za bilo koju vrstu materije. Tvari se u prirodi mogu podijeliti na homogene tvari i na heterogene tvari.Homogene tvari su one tvari koje su u cijeloj svojoj masi jedinstvene. Heterogene tvari predstavljaju heterogene smjese razliitih homogenih tvari. Homogene tvari dijele se na iste tvari i homogene smjese. iste tvari su homogene tvari

tono odreenog i stalnog kemijskog sastava i ostalih karakteristinih osobina. Homogene smjese ili otopine su homogene tvari sastavljene od smjese istih tvari. I homogene i heterogene smjese mogu se posebnim operacijama rastaviti na sastavne tvari tj. na iste tvari.

4.2.1. RASTAVLJANJE HETEROGENIH SMJESA iste tvari odjeljuju se lako iz njihovih heterogenih smjesa fizikim putem na osnovu razliitih fizikalnih svojstava tih istih tvari. U tu svrhu slue postupci sedimentiranja, dekantiranja, centrifugiranja i filtriranja.Sedimentiranje je odjeljivanje suspenzija kod kojih je gustoa suspendirane tvari znatno vea

od gustoe kapljevite tvari, te se suspendirana tvar taloi na dno. Uzastopni postupak sedimentiranja i odlijevanja kapljevine iznad taloga naziva se dekantiranje.Centrifugiranje je sedimentiranje ubrzano djelovanjem centrifugalne sile. Centrifugalna sila

dobije se djelovanjem centrifuge (runa, vodena, elektrina).Filtriranje se upotrebljava za odjeljivanje suspendirane tvari (taloga) od kapljevine

koritenjem filtar papira. Promjer pora filtar papira mora biti manji od promjera suspendiranih estica, kako bi one ostale na njemu. Na filtar papiru ostaje talog, a kroz njega prolazi filtrat. EKSPERIMENT 6. Sedimentiranje, dekantiranje i centrifugiranjePRIBOR:

Stalak s epruvetama Menzura Runa centrifuga s kivetama

KEMIKALIJE: Otopina olovnog(II) nitrata, w(Pb(NO3)2) = 2 %

Otopina natrijeva klorida, w(NaCl) = 2 %

33 POSTUPAK: U epruvetu uliti 5 cm3 otopine olovnog (II) nitrata. Zatim dodati 5 cm3 otopine natrijeva klorida. Nastaje bijeli talog olovnog (II) klorida: Pb2+ + 2Cl- PbCl2 (s) Odloiti epruvetu u stalak za epruvete i priekati da talog sedimentira. Zatim bistru kapljevinu iznad taloga oddekantirati. Eksperiment ponoviti, tj. sedimentiranje ubrzati uporabom rune centrifuge.

EKSPERIMENT 7. Filtriranje na obino sloen filtar-papirPRIBOR:

Stalak s epruvetama Filtar papir, kare Obian stakleni lijevak za filtriranje eljezni stativ, eljezni prsten, hvataljka.

KEMIKALIJE: Otopina srebrova(I) nitrata, w(AgNO3)=2 %

Otopina klorovodine kiseline, razrijeena POSTUPAK: Filtar-papir pripremiti i sloiti prema slici 37. Jedan vrh ovako sloenog papira otkinuti (slika 37.c.), a papir rairiti da se dobije stoac, koji se uloi u stakleni lijevak (slika 37. d). Rub filtar-papira treba biti oko 1 cm ispod ruba lijevka. Papir navlaiti destiliranom vodom da se priljubi uz stjenke lijevka. Ovako pripremljeni lijevak i filtar-papir osiguravaju brzo filtriranje. Aparaturu postaviti i filtriranje izvriti prema slici 38. Pri tom treba paziti da cijev lijevka dodiruje unutarnju stjenku posude u kojoj se sakuplja filtrat. To je potrebno zato da bi filtrat to bre i bez prskanja otjecao. Pripremljenu smjesu za filtriranje lijevati niz tapi (slika 38.) na filtar-papir. Pri tom treba paziti da nivo kapljevine bude oko 1 cm ispod ruba papira. U epruvetu uliti 5 cm3 otopine srebrova(I) nitrata i dodati isti volumen otopine klorovodine kiseline. Epruvetu protresti i nastali bijeli sirasti talog srebrova klorida (AgCl) profiltrirati na prethodno opisan nain.

34 ZADATAK: Napiite jednadbu reakcije srebrova(I) nitrata i klorovodine kiseline!

Slika 37. Priprema filtar-papira.

Slika 38. Ispravan nain filtriranja.

EKSPERIMENT 8. Filtriranje na naborani filtar-papirPRIBOR:

(Isti kao u eksperimentu 6).

KEMIKALIJE: Otopina aluminijeva(III) klorida, w(AlCl3)=10 %

Otopina amonijaka, w(NH4OH)=2 % POSTUPAK: Naborani filtar-papir pripremiti prema slici 39. Rub filtar-papira treba biti oko 1 cm ispod ruba lijevka za filtriranje. Naborani filtar-papir ne vlai se prije uporabe! U epruvetu uliti 5 cm3 otopine aluminijeva(III) klorida i dodati isti volumen otopine amonijaka. Protresti i staviti u stalak da se istaloi. Nastaje bijeli elatinozni talog aluminijeva hidroksida (Al(OH)3). Aparaturu sloiti i filtriranje izvriti prema slici 39.

35

Slika 39. Priprema naboranog filtar-papira. ZADATAK: Napiite jednadbu reakcije aluminijeva(III) klorida i otopine amonijaka!

EKSPERIMENT 9. Filtriranje na filtar-papiru u Bchnerovom lijevkuPRIBOR:

Stalak s epruvetama Filtar-papir ,kare Bchnmerov (Bihner) lijevak Boca sisaljka Vodena vakuum pumpa

KEMIKALIJE: Otopina olovnog(II) nitrata, w(Pb(NO3)2 = 2 %

Otopina kalijeva jodida, w(KI) = 2 % POSTUPAK: U epruvetu uliti 5 cm3 otopine olovnog(II) nitrata i dodati 5 cm3 otopine kalijeva jodida. Nastaje uti svilenkasti talog olovnog(II) jodida. Epruvetu oprezno zagrijavati (vidi poglavlje 1.2., toka 13.) uz potresanje. im suspenzija zakuha epruvetu odloiti u stalak da se hladi. Hlaenjem se izluuje uti kristalinini PbI2. Pripremiti za filtriranje Bchnerov lijevak. Promjer filtar-papira mora biti oko 1 mm manji od promjera perforirane ploe u lijevku. Lijevak pomou gumenog epa postaviti na bocu sisaljku, a bocu sisaljku spojiti na vodenu vakuum pumpu (slika 40.). Izrezani odgovarajui papir staviti na plou lijevka i navlaiti destiliranom vodom. Ukljuiti vodenu vakuum pumpu, koja priljubi filtar-papir na plou lijevka i izvriti filtriranje.

36

Slika 40. Filtriranje na Bchnerovom lijevku: 1-boca sisaljka, 2-Bchnerov lijevak, 3-vodena vakuum pumpa

ZADATAK: Napiite jednadbu nastajanja taloga PbI2 u ovom eksperimentu!

4.2.2. RASTAVLJANJE HOMOGENIH SMJESA Za odjeljivanje istih tvari iz njihovih homogenih smjesa slue: destilacija, frakcijska destilacija, ekstrakcija (izmukavanje) i sublimacija.Destilacija je proces koji se sastoji od operacije uparavanja i operacije ukapljavanja.

Destilacijom se odjeljuju kapljevite, lake hlapljive tvari iz otopina, a zaostanu teko hlapljive tvari. Postupnim hvatanjem frakcija, tzv. frakcijskom destilacijom mogue je postupno odvojiti tvari vrlo bliskog vrelitem.Sublimacija je izravan prijelaz iz vrstog stanja u plinovito stanje i opet natrag u vrsto stanje,

bez kapljevitog meustanja. Tim postupkom odjeljuju se tvari koje sublimiraju od ostalih.Ekstrakcija ili izmukavanje temelji se na razliitoj topljivosti neke tvari u dva otapala, koja

se meusobno ne mijeaju (Nernstov zakon razdjeljenja). Viestrukim izmukavanjem moe se ta tvar potpuno ekstrahirati iz smjese.

37 EKSPERIMENT 10. Destilacija i frakcijska destilacijaPRIBOR:

Tikvica za destilaciju s okruglim dnom Termometar Liebigovo (Libig) hladilo Dvije gumene cijevi za hladilo Dva ispravno probuena epa Erlenmayerova tikvica Stalak s epruvetama Menzura Graduirana pipeta od 10 cm3 Plamenik, azbestna mreica eljezni prsten, dva eljezna stativa, dvije hvataljke Kamenii za vrenje

a) DESTILACIJA OTOPINE CuSO4 5H2OKEMIKALIJE: Otopina CuSO4 5H2O

POSTUPAK: Sastaviti aparaturu kao to je prikazano na slici 41.

h la d ilo

d e s tila t

Izla z v o d eU la z v o d e vodevode

Slika 41. Aparatura za destilaciju.

38 Termometar mora biti, pomou epa, postavljen tako da ivin rezervoar bude neto nie od odvodne bone cijevi destilirke kako bi se rezervoar "kupao" u parama destilata i tako pokazivao stvarnu temperaturu vrenja. U tikvicu za destilaciju uliti oko 50 cm3 otopine CuSO4 5H2O i dodati 2 do 3 kamenia za vrenje. Otopina CuSO4 5H2O je modre boje. Zagrijavati tikvicu preko mreice i hvatati destilat u Erlenmayerovu tikvicu. Zabiljeiti temperaturu pri kojoj je otopina poela destilirati. Nakon to je sakupljeno oko 10 cm3 destilata prekinuti zagrijavanje i ohladiti aparaturu. ZADATAK: 1. Navedite temperaturu poetka destilacije! 2. Odredite boju destilata i destilacijskog ostatka. 2. Da li je CuSO4 5H2O preao u destilat? Objasnite odgovor! b) FRAKCIJSKA DESTILACIJA SMJESE VODA ETANOL U ovom eksperimentu poetna smjesa za frakcijsku destilaciju je smjesa dvije lako hlapljive komponente: etanol i voda. Obje komponente e isparavati, odnosno destilirati iz vrijue otopine. Etanol ima temperaturu kljuanja 79C, a voda 100C. Jedan od zadataka eksperimenta je promatrati to se dogaa kada se otopina tekue-tekue grije i pusti da vrije odreeni vremenski period. Tijekom destilacije volumen destilata, nazvan frakcija,se prikuplja na izlazu iz hladila. Udjeli etanola i vode za svaku frakciju bit e naknadno odreeni iz gustoe frakcija. Gustoa vode iznosi 1,00 g/cm3 (pri 20C), a etanola 0,79 g/cm3 (pri 20C). Frakcije koje dobijete imati e gustou u ovom okviru.

KEMIKALIJE Etanol, C2H5OH, denaturirani (94-96%)

Otopina natrijeva hidroksida, w(NaOH)=8 % Otopina fenolftaleinaPRIBOR

Osobno raunalo Logger Pro ureaj Vernier temperaturni senzor za probu Liebigovo hladilo Plamenik, Azbestna mreica, Tronog Tikvica za destilaciju, 500 ml Dva prstena i tri hvataljke

39 3 graduirane menzure, 25 ml Graduirana menzura, 100 ml ep s dva otvora Kamenii za vrenje POSTUPAK: Dat u prilogu na kraju skripte ZADATAK: 1. Nakon to odredite masu frakcije (oduzeti masu prazne menzure od mase menzure s destilatom = masa frakcije), izraunajte gustou za svaku frakciju: gustoa = masa/volumen. 2. Koristei tablicu gustoe etanola, odrediti maseni udio etanola koji odgovara gustoi za svaku frakciju. Zapisati vrijednosti. 3. Koristei podatke za udio etanola iz prethodnog koraka, odrediti udio vode u svakoj frakciji. 4. Koja je zastupljenija komponenta u frakciji 1? Objasniti zato nije ista komponenta. 5. Je li gustoa frakcije raste ili opada kako eksperiment napreduje? Objasniti. 6. to se dogaa s udjelom etanola u frakcijama kako eksperiment napreduje? to se dogaa s udjelom vode? 7. to moete napraviti naknadno kako biste poveali istou etanola (smanjiti udio vode) u prvoj frakciji? Objasniti. 8. U koraku 16 postupka nali ste (i zabiljeili na grafu) poetnu temperaturu vrenja smjese. Je li ova temperatura vea ili manja od temperature vrenja istog etanola (79C)? 9. Destiliran je sustav s dvije hlapljive komponente (voda-etanol). Koja frakcija sadri najvie etanola, a najmanje vode, a koja najvie vode a najmanje etanola? 10. Koja je od dvije navedene komponente hlapljivija?

40 PODACI I RAUN

Frakcija 1 Masa destilata i menzure Masa menzure Masa destilata Volumen destilata Poetna temperatura vrenja g g g cm3

Frakcija 2 g g g cm3

Frakcija 3 g g g cm3

C

Gustoa Maseni udio etanola Maseni udio vode

g/cm3 % %

g/cm3 % %

g/cm3 % %

Gustoa etanola i vodenih otopina etanola na 20C Etanol (%) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Gustoa (g/cm3) 0.998 0.995 0.991 0.988 0.985 0.982 0.979 0.977 0.974 0.971 0.969 0.966 0.964 0.960 0.957 0.954 0.950 Etanol (%) 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 Gustoa (g/cm3) 0.947 0.943 0.939 0.935 0.931 0.927 0.923 0.918 0.913 0.909 0.905 0.900 0.896 0.891 0.887 0.882 0.877 Etanol (%) 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 Gustoa (g/cm3) 0.872 0.868 0.863 0.858 0.853 0.848 0.843 0.839 0.834 0.828 0.823 0.818 0.813 0.807 0.801 0.795 0.789

41 EKSPERIMENT 11. Sublimacija jodaPRIBOR:

aa od 150 cm3 Tronog, azbestna mreica, plamenik Porculanska zdjelica

KEMIKALIJE: Jod (u kristalima)

POSTUPAK: POKUS IZVODITI U DIGESTERU! U suhu au staviti nekoliko kristala joda. au pokriti porculanskom zdjelicom. Porculansku zdjelicu ispuniti hladnom vodom. Dno ae lagano zagrijavati preko mreice i promatrati sublimaciju joda. Na dnu porculanske zdjelice stvaraju se kristali joda. Pustiti da se aparatura ohladi i da sav jod kondenzira. (PARE JODA SU OTROVNE). Tek tada otkriti au i oprati posue. Otpadni jod ne bacati ve ga predati laborantu da ga spremi u posebnu posudu. ZADATAK: 1. Koje boje su pare joda?

EKSPERIMENT 12. Ekstrakcija joda iz vodene otopinePRIBOR:

Lijevak za odjeljivanje Stativ, eljezni prsten aa od 250 cm3

KEMIKALIJE: Vodena otopina joda,

Kloroform (CHCl3) POSTUPAK: U lijevak za odjeljivanje uliti oko 10 cm3 vodene otopine joda. Dodati 5 cm3 kloroforma i dobro izmukati. Prigodom izmukavanja lijevak okrenuti naopako i povremeno otvarati pipac da se tlak u lijevku izjednai s vanjskim tlakom. Nakon izmukavanja, lijevak staviti u eljezni prsten na stativu (slika 42.) i pustiti da se slojevi odijele. Nakon izmukavanja oituju se dva sloja. Gornji sloj jest otopina joda u vodi, a donji sloj je otopina joda u kloroformu. Naime, jod se razdijeli izmeu vode i kloroforma tako da je njegova koncentracija u kloroformu 250 puta vea nego u vodi:

42

250 =

[I2 ](CHCl ) [I2 ](H O)3 2

Donji sloj otpustiti u au, a u lijevak za odjeljivanje dodati jo 5 cm3 kloroforma i ponoviti izmukavanje. Donji sloj opet otpustiti u au. Otpadnu otopinu joda u kloroformu ne bacati u izljev, ve je dati laborantu da je spremi u posebnu bocu! ZADATAK: 1. Koje je boje vodena otopina joda, a koje otopina joda u kloroformu?

Slika 42. Aparatura za ekstrakciju.

VJEBA BR.: 34.3. FIZIKE I KEMIJSKE PROMJENE

43

Kod f i z i k e p r o m j e n e mijenja se samo energetsko stanje tvari, a sama tvar se kod toga ne mijenja - ona ostaje ista. Kod k e m i j s k e p r o m j e n e dolazi do bitne promjene sastava tvari - produkt kemijske promjene nije vie ista tvar kao ona prije kemijske promjene. Kemijsku promjenu prati fizika promjena, tj. promjenom sastava tvari mijenja se i njezino energetsko stanje.

EKSPERIMENT 13. Zagrijavanje eljezne i magnezijeve icePRIBORPlamenik, klijeta eljezna ica, magnezijeva ica (vrpca)

POSTUPAK:eljeznu icu primiti klijetima i zagrijavati je u plamenu plamenika. ica se usije. icu zatim odloiti da se ohladi. Magnezijevu icu takoer primiti klijetima i drati u plamenu. ica se zapali i izgori dajui MgO.

ZADATAK: 1. U kojem sluaju se radi o fizikoj, a u kojem o kemijskoj promjeni? Obrazloite odgovor i napiite jednadbu reakcije za kemijsku promjenu.

ZAKONI KEMIJSKOG SPAJANJA PO TEINI (MASI) Postoje etiri zakona prema kojima se elementi spajaju u kemijske spojeve: - ZAKON O ODRAVANJU TEINE (ZAKON O NEUNITIVOSTI MATERIJE). Otkrio ga je A. L. Lavoisier (Lavoazje) i glasi: Nikakve promjene ne mogu se opaziti u ukupnoj teini svih tvari koje sudjeluju u nekoj kemijskoj reakciji. - ZAKON STALNIH TEINSKIH OMJERA. Otkrio ga je J.Proust (Prust) i glasi: Neki odreeni kemijski spoj uvijek sadri iste kemijske elemente spojene u istom stalnom teinskom omjeru.

44 - ZAKON UMNOENIH TEINSKIH OMJERA. Otkrio ga je J. Dalton i glasi: Kada se dva elementa spajaju tako da daju vie nego jedan kemijski spoj, onda su teine jednog elementa, koje se spajaju s odreenom teinom drugog elementa, u jednostavnim umnoenim omjerima. - ZAKON SPOJNIH TEINA. Otkrio ga je J. B. Richter (Rihter) i glasi: Teine dvaju elemenata (ili jednostavni umnoci tih teina), koje reagiraju s jednom te istom teinom nekog treeg elementa, reagiraju i meusobno, a isto tako i s odreenom teinom nekog etvrtog elementa.

EKSPERIMENT 14. Zakon o odranju teinePRIBOR:Erlenmeyerova tikvica Mala epruveta Pinceta Gumeni ep

KEMIKALIJE: Otopina natrijeva klorida, w(NaCl) = 2 %Otopina srebrova(I) nitrata, w(AgNO3) = 2 % POSTUPAK: U Erlenmeyerovu tikvicu staviti 10 cm3 otopine natrijeva klorida. Malu epruvetu do polovine napuniti otopinom srebro-nitrata i oprezno je pincetom smjestiti u tikvicu, pazei da se sadraj epruvete i tikvice ne pomijeaju (slika 43.). Tikvicu zaepiti gumenim epom i sve zajedno izvagati. Vagu zakoiti.

Slika 43.Utege ostaviti na vagi, a tikvicu skinuti i nagnuti je da se otopine izmijeaju. Dolazi do kemijske reakcije u kojoj nastaje bijeli sirasti talog AgCl(s). Bez skidanja epa ponovo odvagnuti tikvicu. Teina (masa) ostaje ista kao i prije kemijske reakcije!

45 ZADATAK: 1. Napiite jednadbu kemijske reakcije koja se odvija u ovom eksperimentu.

46

4.4. ZAKON KEMIJSKOG SPAJANJA PO VOLUMENUGAY - LUSSACOV (Ge - Lisak) ZAKON SPOJENIH VOLUMENA GLASI: Volumeni plinovakoji meusobno reagiraju ili nastaju kemijskom reakcijom odnose se kao mali cijeli brojevi, kada su mjerenja obavljena pri stalnom tlaku i temperaturi.

EKSPERIMENT 15 . Gay-Lussacov zakon spojenih volumenaPRIBOR:Hofmannov aparat za elektrolizu vode

aa od 400 cm3Ispravljiva sa icom za prikljuivanje

KEMIKALIJE: Destilirana vodaSumporna kiselina, razrijeena POSTUPAK: Destiliranu vodu uliti u au i slabo zakiseliti s razrijeenom sumpornom kiselinom. Tako je voda, koja slabo vodi elektrinu struju, postala boljim vodiem. Zakiseljenom vodom napuniti Hofmannov aparat (slika 44.).

Slika 44. Hofmannov aparat za elektrolizu vode.

Aparat se puni kroz proirenje na srednjoj cijevi uz istovremeno otvorene pipce na vanjskim cijevima. Kada su vanjske cijevi potpuno ispunjene, zatvoriti pipce. Platinske elektrode aparata spojiti s izvorom istosmjerne struje (ispravlja) jakosti do 2 A. Ukljuivanjem

47 ispravljaa poinje elektroliza vode. Na katodi redukcijom vode nastaje vodik, a na anodi oksidacijom vode kisik. Nakon par munuta oitati volumen razvijenih plinova. Vidljivo je da se volumeni razvijenih plinova odnose kao mali cijeli brojevi, tj. da se volumen vodika prema volumenu kisika odnosi kao 2:1. Katoda: 4H+ + 4e- 2H2(g) Anoda: 2H2O O2(g) + 4H+ + 4e---------------------------------------------2H2O 2H2(g) + O2(g)

ZADATAK: 1. Na temelju sumarne reakcije elektrolize vode izraunajte koji je volumen vode (u plinovitom stanju) potreban za dobivanje vae koliine kisika!

48

4.5. STRUKTURA ISTIH TVARIVeina istih tvari u vrstom je stanju kristaline prirode. Kristal ima odreeni geometrijski oblik. Kutovi meu odgovarajuim plohama kristala neke tvari stalni su karakteristini. Najmanja jedinica kristala koja pomicanjem, uzdu triju prostornih osi, za veliinu svojih dimenzija, reproducira kristal jest jedinina ili elementarna elija. Dakle, nizanjem elementarnih elija u prostoru nastaje kristal, tj. prostorna reetka kristalne vrste tvari. Prostorne reetke mogu se svrstati u sedam kristalnih sustava. U kubinom ili teseralnom sustavu jedinina elija je kocka. U stvari, u kubinom sustavu javljaju se tri vrste jedininih i za tu tvar

elija:- jednostavna (primitivna) jedinina elija: Osam atoma smjeteno je na kutovima kocke i meusobno se dodiruju uzdu brida kocke. - prostorno (volumno) centrirana jedinina elija: Osam atoma smjeteno je na kutovima kocke i jedan atom u sredini kocke. Atomi se meusobno dodiruju uzdu volumne dijagonale kocke.

- plono centrirana jedinina elija: Osam atoma smjeteno je na kutovima kocke, a u sredinisvake od est ploha nalazi se jo po jedan atom. Atomi se meusobno dodiruju uzdu plone dijagonale kocke.

A

B

C

Slika 45. Jedinine elija kubinog sustava: A - jednostavna jedinina elija, B - volumno centrirana elija, C - plono centrirana jedinina elija. a = b = c, = = = 90Jednostavna jedinina elija, prostorno centrirana jedinina elija i plono centrirana jedinina

elija prikazane su na slici 45.

49

ESPERIMENT 16. Vjeba s modelima jedinine elijePRIBOR:Modeli jedinine elije teseralnog sustava

POSTUPAK: Promatrati jednostavne jedinine elije, volumno centrirane jedinine elije iplono centrirane jedinine elije. ZADATAK: 1. Nacrtajte "idealizirane" modele jednostavne, volumno centrirane i plono centrirane jedinine elije! Izraunajte (raunom prikaite) koliko atoma pripada pojedinoj jedininoj eliji!

50

4.6. RELATIVNA ATOMSKA I MOLEKULSKA MASA (TEINA) EKSPERIMEN 17. Odreivanje relativne atomske mase cinka ZnPRIBOR:"U-cijev", sastavljena od nivo-cijevi i odmjerne cijevi Epruveta

aaDvije gumene cijevi Stativ, dvije hvataljke, tipaljka

KEMIKALIJE: CinkOtopina sumporne kiseline Razrijeena otopina bakrova(II) sulfata POSTUPAK: Aparaturu sastaviti prema slici 46. Epruvetu do polovine ispuniti sumpornom kiselinom i postaviti je na stativ u kosi poloaj (slika 46.). Dolijevanjem vode u nivo-cijev namjestiti nivo vode u odmjernoj cijevi na nulu (gornji dio skale). Na analitikoj vagi odvagati komadi cinka mase 0.03 do 0.30 grama. Ampulu s cinkom staviti u epruvetu tako da ne doe u dodir s kiselinom. Dobro zaepiti epruvetu i izjednaiti nivoe vode u odmjernoj i nivo-cijevi. U tom trenutku oitati poetni poloaj. Kuckanjem po epruveti ubaciti ampulu s cinkom u kiselinu. Reakcijom cinka s kiselinom razvija se vodik. (U cilju boljeg razvijanja vodika kiselini je dobro dodati malo otopine bakrova sulfata i sve skupa s cinkom lagana zagrijati): Zn(s) Zn2+ + 2e2H+ + 2e- H2(g) --------------------------------------------Zn(s) + 2H+ Zn2+ + H2(g) ,

Razvijeni vodik potiskuje vodu u odmjernoj cijevi. Viak vode iz nivo-cijevi treba ispustiti u

au otvaranjem tipaljke. Kada se vodik prestane razvijati i epruveta ohladi izjednaiti nivovode u odmjernoj i nivo-cijevi. Oitati volumen razvijenog vodika i preraunati ga na standardne uvjete prema jednadbi:

51

p V p V = T Tp = barometarski tlak u laboratoriju / Pa V = volumen istisnute vode u odmjernoj cijevi (volumen H2) / cm3T = temperatura u laboratoriju / K p = 101 325 Pa; T = 273.15 K V = volumen pri tlaku p i temperaturi T Mnoina vodika koji se dobije eksperimentom jednaka je

n(H 2) =

V Vm

V m = molarni volumen plina pri standardnim uvjetima, 22.4 dm3 mol-1,

n(ej Zn) = ekvivalentna jedinka cinka Iz reakcije vidimo da mnoini ekvivalentne jedinke cinka , odgovara: n(Zn) = n(H2), jer je ekvivalentna koliina vodika polovina molekule vodika, odnosno jedan atom vodika je ekvivalentna jedinka vodika, pa je n(H) = 2n(H2)

M (Zn) =

m(Zn) m(Zn) = n(Zn) n(H2 )

i

Ar(Zn) =

M (Zn) g/mol

ZADATAK: 1. Iz eksperimentalnih podataka izraunajte relativnu atomsku masu ekvivalentne jedinke 1/2 Zn i odredite relativnu pogreku.

Slika 46. Aparatura za odreivanje relativne atomske mase ekvivalentne jedinke 1/2 Zn.

52 4.7. ODNOSI MASA PRI KEMIJSKIM REAKCIJAMA Rauni koji su u vezi s koliinama i masama tvari koje sudjeluju u kemijskim reakcijama nazivaju se stehiometrijskim raunima. Evo jednog primjera: Naeno je da 10.0 g aluminijeva oksida sadri 5.30 g aluminija i 4.70 g kisika. Odredite empirijsku formulu (najjednostavniju formulu) tog oksida! Rjeenje: Zadano je: m(Al) = 5.30 g m(O) = 4.70 g Openito, formula oksida je AlxOy, odnosno n(Al) : n(O) = x : y tj. x : y = 0.196 mol : 0.294 mol, to, ako se podijeli s manjim brojem, daje: x : y = 1 mol : 1.5 mol Ovaj odnos treba pomnoiti sa 2 da bi se dobio omjer malih cijelih brojeva: x : y = 2 mol : 3 mol, prema tome je empirijska formula aluminijeva oksida Al2O3.

EKSPERIMENT 18. Odreivanje empirijske formule bakrova kloridaPRIBOR:

aa od 100 cm3Satno staklo Tronog, azbestna mreica, plamenik

KEMIKALIJE: Bakar (prah)Otopina duine kiseline, w(HNO3) = 35 % Otopina klorovodine kiseline, w(HCl) = 20 % POSTUPAK: EKSPERIMENT IZVODITI U DIGESTORU!

istu i suhu au izvagati na analitikoj vagi. Sada u au staviti 0.2 do 0.3 g bakra, te svezajedno tono izvagati. au prenijeti u digestor i u nju staviti 5 cm3 otopine duine kiseline.

au pokriti sa satnim staklom i lagano zagrijavati, preko mreice, da se sav bakar otopi.(Ako je potrebito dodati jo par kapi duine kis.). Kada se sav bakar otopio u au dodati 5

53 cm3 otopine klorovodine kiseline. Satno staklo ukloniti i sadraj ae lagano upariti, preko mreice, do uto-smeeg taloga. Plamenik ugasiti, a au s talogom ostaviti da se ohladi na temperaturu laboratorija. Potom au s talogom tono izvagati. ZADATAK: 1. Iz podataka dobivenih eksperimentom, a po analogiji prikazanog primjera, odredite empirijsku formulu bakrova klorida. Na osnovu dobivene formule bakrova klorida, napiite jednadbu reakcije nastajanja bakrova klorida iz otopine bakrova nitrata i klorovodine kiseline.

VJEBA BR.: 44.8. PLINSKI ZAKONIPostoje dva osnovna zakona prema kojima se vladaju idealni plinovi:

54

BOYLE - MARIOTTEOV (Bojl-Mariotov) ZAKON: Produkt tlaka (p) i volumena (V) nekeodreene koliine plina pri stalnoj temperaturi je konstantan: p V = konstanta, (T = konstanta)

CHARLES - GAY - LUSSACOV (arl-Ge-Lisak) ZAKON:(ili padne) za 1oC: gdje je V volumen plina pri temperaturi t, a V pri 0oC.

Pri stalnom tlaku volumen

odreene mase plina raste (ili pada) za 1/273.15 volumena pri 0oC, kada temperatura poraste

V V =V + t 273.15

ili

V=

V (273.15C + t ) 273.15

Poto je 273.15oC + t = T, a V / 273.15oC konstantna vrijednost, to se moe pisati: V = konstanta * T (pri stalnom tlaku i stalnoj masi plina)

AVOGADROV ZAKON: Plinovi jednakog volumena pri istoj temperaturi i tlaku sadre isti broj molekula. A to znai da isti broj molekula bilo kojeg plina zauzima u identinim fizikim uvjetima isti volumen. Tako i 1 mol bilo kojeg plina pri identinim fizikim uvjetima zauzima isti volumen, kojeg nazivamo molarnim volumenom (Vm). Vrijednost molarnog volumena plina pri standardnim (normalnim) okolnostima (STP ili NTP: T = 273.15 K, p = 101.325 kPa) iznosi Vm = 22.4 dm3 mol-1. Primjer odreivanja molarnog volumena eksperimentom:

55 Kisik razvijen eksperimentom istisnuo je 320 cm3 vode, pri temperaturi od 295.15 K i tlaku 100.258 kPa. Masa razvijenog kisika bila je 0.4176 g. Rjeenje: Volumen razvijenog kisika (pri navedenim uvjetima) jednak je volumenu istisnute vode: V = 320 cm3. Volumen pri standardnim okolnostima rauna se iz jednadbe:

p V p V = T Todnosno,

V =

p V T p T

100.258 kPa 320 cm3 273.15 K V = 101.325 kPa 295.15 K

V = 293 cm3.

Dakle, pri standardnim okolnostima: 0,417 g O2 M*( O2) ima volumen 293 cm3 Vm

_______________________________________ 0,417 g 32 g 293 cm3 Vm

________________________________________ Vm =

293 cm3 32 g/mol 0.417 g

56

V m = 22484 cm 3

= 22.5dm3/mol.

Vrijednost Vm neto odstupa od tone vrijednosti 22.4 dm3 mol-1 ali to je posljedica pogreke koja je neizbjena pri eksperimentiranju. Kada odvagnemo onoliko grama neke tvari definirane kemijske formule, kolika je njezina molekulska teina, odvagali smo upravo 1 mol te tvari. Znai, molarna masa M = Mr g/mol.

EKSPERIMENT 19. Odreivanje molarnog volumena kisikaPRIBOR: Epruveta (velika) Tikvica s ravnim dnom Menzura

aa od 800 cm3 etiri staklene cijeviDvije gumene spojne cijevi, dva gumena epa tipaljka Hvataljka, stativ, plamenik KEMIKALIJE: Kalijev klorat (KClO3(s)) Manganov(IV) oksid (MnO2(s)) POSTUPAK: Aparaturu sastaviti prema slici 47. Aparatura treba dobro brtviti. Epruveta mora biti ista i potpuno suha. U epruvetu staviti dvije lice smjese (KClO3 i MnO2) u omjeru 5:1. Epruvetu sa smjesom izvagati na analitikoj vagi. Nakon toga laganim kuckanjem epruvete o dlan izmijeati smjesu. Sada epruvetu staviti na njeno mjesto u aparaturi (slika 47). Tikvicu napuniti vodovodnom vodom do vrha. Odvodnu cijev (d-e-f) ispuniti vodom tako da se puhne u cijev (a) (uz otovorenu tipaljku) i kad voda potee zatvoriti odvodnu cijev tipaljkom. Otvor odvodne cijevi (f) mora biti ispod povrine vode, podignuti au tako da se nivoi vode u tikvici i ai izjednae. U tom poloaju otvoriti tipaljku par sekunda da se izjednai tlak u tikvici s atmosferskim tlakom u laboratoriju. Sada zatvoriti cijev tipaljkom i vodu izliti iz ae. Nakon toga vratiti odvodnu cijev u au i skinuti (otvoriti) tipaljku. Ako aparatura dobro britvi iz cijevi nee tei voda. U protivnom aparaturu treba podesiti.

57 Epruvetu sa smjesom zagrijavati najprije blago (laganim plamenom), a zatim jae, da se kisik stalno i umjereno razvija. Naime, zagrijavanjem smjese (KClO3 i MnO2) manganov (IV) oksid katalizira raspad kalijeva klorata tako da se razvija kisik: MnO2 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) Kisik potiskuje vodu iz tikvice u au. Otvor odvodne cijevi (f) mora za vrijeme eksperimenta stalno biti ispod nivoa vode u ai! Kada se u ai sakupi oko 250 cm3 vode zagrijavanje prekinuti. Priekati da se epruveta ohladi na temperaturu laboratorija. Neto vode e se, tijekom hlaenja, vratiti iz ae u tikvicu. Kada se epruveta ohladila au, uz otvor (f) ispod povrine vode, podignuti tako da se izjednae nivoi vode u ai i u tikvici (izjednaavanje tlakova) i u tom poloaju zatvoriti tipaljku. Izmjeriti volumen vode u ai menzurom. Volumen vode odgovara volumenu razvijenog kisika. Epruvetu, zajedno sa sadrajem, odvagnuti na analitikoj vagi. Razlika u masi epruvete (sa sadrajem) prije i nakon zagrijavanja odgovara masi razvijenog kisika.

Slika 47. Aparatura za odreivanje molarnog volumena kisika.

ZADATAK: 1. Na osnovu podataka dobivenih eksperimentom, a po analogiji prikazanog primjera, odredite (izraunajte) molarni volumen kisika.

58

EKSPERIMENT 20. Boyle-Mariotteov zakonOsnovni zadatak eksperimenta je odrediti odnos izmeu tlaka i volumena plina koji se nalazi u zatvorenom odreenom prostoru. Plin koji emo koristiti je zrak i bit e zatvoren u prici spojenoj na Vernier plinski tlani senzor ili tlani senzor (Slika 48). Kako se mijenja volumen plina u prici pomicanjem klipa price, mijenja se i tlak naprezanja zatvorenog plina. Promjene tlaka bit e oitovane na monitoru raunala uporabom tlanog senzora. Pretpostavka je da je temperatura konstantna tijekom izvoenja eksperimenta. Parovi podataka tlak volumen bit e prikupljeni tijekom eksperimenta i zatim analizirani. Iz podataka i grafa potrebno je odrediti matematiki odnos koji postoji izmeu tlaka i volumena plina koji se nalazi u zatvorenoj prici. Povijesno gledano, zakon je prvi utemeljio Robert Boyle 1662. godine i od tada je poznat kao Boyleov zakon.

Slika 48. Aparatura za odreivanje ovisnosti P V u Boyle-Mariotteovom zakonu.PRIBOR: Osobno raunalo Logger Pro ureaj Vernier plinski tlani senzor ili tlani senzor prica za plin od 20 ml

59 POSTUPAK: Dat u prilogu na kraju skripte

PODACI I REZULTATI Volumen (ml) Tlak (kPa) Konstanta, k (P / V ili P V)

ZADATAK

1.

Ako volumen udvostruimo s 5 ml na 10 ml, to se dogaa s tlakom? Prikaite vrijednost tlaka u odgovoru.

2.

Ako volumen prepolovimo s 20 ml na 10 ml, to se dogaa s tlakom? Prikaite vrijednost tlaka u odgovoru.

3.

Ako volumen utrostruimo s 5 ml na 15 ml, to se dogaa s tlakom? Prikaite vrijednost tlaka u odgovoru.

4.

Na osnovu odgovora na prva tri pitanja i oblika krivulje na grafu tlak volumen je li odnos izmeu tlaka i volumena zatvorenog plina direktna ili inverzna? Objasniti odgovor.

5.

Na osnovu podataka, kakvu promjenu tlaka oekujete ako se volumen povea na 40 ml. Objasniti ili potvrditi eksperimentom svoju tvrdnju.

6.

Na osnovu podataka, kakvu promjenu tlaka oekujete ako se volumen smanji na 2.5 ml. Objasniti ili potvrditi eksperimentom svoju tvrdnju.

7.

Za koje eksperimentalne faktore se podrazumijeva da su konstantni tijekom eksperimenta?

60 8. Jedan nain da se utvrdi je li odnos direktan ili inverzan je nai konstantu proporcije, k, iz podataka. Ako je odnos direktan, k=P/V. Ako je odnos inverzan, k=P*V. Na osnovu odgovora na pitanje br. 4, izaberite jednu od tih jednadbi i izraunajte konstantu, k, za sedam odreenih parova iz tablice podataka (podijeli ili pomnoi vrijednosti P i V). Prikaite rezultate u treoj koloni tablice. 9. Kakve su vrijednosti konstante, k, dobivene iz pitanja 8? Dobri podaci mogu pokazati manja odstupanja, ali vrijednosti konstante, k, treba biti relativno konstantna. 10. Koristei P, V i k prikaite jednadbu koja predstavlja Boyleov zakon.

EKSPERIMENT 21. Charles-Gay Lussacov zakonPRIBOR: Tri stativa, prsten, hvataljka Graduirana pipeta Obian lijevak Tikvica s okruglim dnom Velika aa Termometar Dvije due gumene cijevi Gumeni ep Staklena cijev Azbestna mreica, tronog, plamenik

POSTUPAK: Aparaturu sloiti prema slici 49. U lijevak polako ulijevati vodovodnu vodu dok se pipeta ne napuni do polovine (paziti da u gumenoj cijevi ne ostane zraka!). Tikvicu, koja je smjetena u

au s vodom, dobro zaepiti epom kroz koji prolazi staklena cijev. U tikvici je zrak!Podignuti lijevak da se izjednae nivoi vode u lijevku i u pipeti. U tom poloaju oitati nivo vode u pipeti. Oitati temperaturu vode u ai. (Temperatura zraka u tikvici). Vodu u ai zagrijati za 10 K i podizanjem lijevka izjednaiti nivoe vode u lijevku i u pipeti, te oitati nivo vode u pipeti. Postupak ponoviti nakon to se vodi u ai temperatura zagrijavanjem ne podigne za jo 10 K.

61

Slika 49. Aparatura za demonstraciju Charles-Gay Lussacova zakona

ZADATAK: 1. Popunite tablicu: T/K VH2O / cm3

2. Uvidom u tablicu (pod 1) odgovorite kako se mijenja volumen zraka u tikvici kada se temperatura zraka (vode) povisi za 1 K? Tlak je stalan!

EKSPERIMENT 22. Ovisnost tlaka o temperaturi kod plinovaPlinovi se sastoje od molekula koje su u stalnom kretanju i definirani su tlakom naprezanja prilikom sudara sa stjenkama posude u kojoj se nalaze. Na brzinu i broj sudara molekula plina utjee rast ili pad temperature plina. U ovom eksperimentu e te promatrati odnos temperature uzorka plina i tlaka naprezanja. Koristei aparat prikazan na slici 50, u Erlenmeyerovu tikvicu

e te zatvoriti zrak (to je plin koji promatramo) i sve zajedno smjestiti u vodenu kupelj imjeriti temperaturu. Tlak e biti praen pomou senzora za tlak, a temperatura pomou senzora za temperaturu. Volumen uzorka plina i broj molekula zraka u tikvici e biti konstantni. Parovi podataka tlak temperatura bit e prikupljani tijekom trajanja eksperimenta, a zatim analizirani. Na osnovu podataka i grafa odrediti ete kakva matematika relacija povezuje ove dvije komponente tlak i apsolutna temperatura

62 zatvorenog plina. Takoer moete izraunati promjenu tlaka naprezanja i iskoristiti dobivene podatke za nai vrijednost apsolutne nule na Celsiusovoj temperaturnoj skali.

Slika 50. Aparatura za demonstraciju ovisnosti tlaka i temperature kod plinova.

PRIBOR:

Osobno raunalo Vernier suelje raunala Logger Pro Vernier senzor tlaka Erlenmeyerova tikvica, 125-ml Vernier temperaturni senzor Plastina cjevica s dva konektora Gumeni epovi Prsten Sigurnosna spojnica Tronog, azbestna mreica i plamenik po Bunsenu Rukavice ili krpa

etiri ae, 1000 mlLed POSTUPAK: Dat u prilogu na kraju skripte

63 ZADATAK: 1. Pri pravilnom izvoenju eksperimenta koja dva eksperimentalna faktora trebate drati konstantnima? 2. Temeljem podataka koje ste dobili za ovaj eksperiment, objasnite odnos izmeu tlaka plina i temperature. 3. Objasnite taj koncept, tj. odnos, koristei koncept brzine kretanja molekula plina i sudara molekula. 4. Napisati jednadbu kako bi izrazili odnos izmeu tlaka i apsolutne temperature (K). Koristite simbole P, T i k. 5. Jedan nain za utvrditi je li odnos direktan ili inverzan je nai konstantu proporcionalnosti, k, iz podataka. Ako je funkcija direktna, k = P/T. Ako je funkcija inverzna, k = PT. Na temelju odgovora na pitanje br. 4, izaberite jednu od funkcija i izraunajte k za parove podataka T P (podijeli ili pomnoi P i T vrijednosti). Iznos konstante, k, prikai u etvrtoj koloni tablice podataka i rezultata. Je li konstanta, k, konstantna za svaki par vrijednosti P i T? 6. Prema tvrdnji ovog eksperimenta, to e se dogoditi s tlakom plina ako se apsolutna temperatura povea dva puta? Provjerite ovu pretpostavku tako to ete nai vrijednost tlaka na -73C (200 K) i na 127C (400 K) na vaem grafu tlak - temperatura. Kako se poklapaju dobivene vrijednosti tlaka? PODACI I PRORAUN Tlak (kPa) Temperatura (C) Temperatura (K) Konstanta, k (P / T ili PT)

VJEBA BR.: 54.9. OTOPINE

64

4.9.1. OTOPINE I NJIHOVA SVOJSTVA

Otopine su homogene smjese istih tvari, tj. otopine sadre dvije ili vie tvari pomijeanih ustanju molekulske disperzije. Otopine mogu biti plinovite, vrste i kapljevite. Najee se misli na otopine kapljevitog agregatnog stanja. Tvari koje ine otopine nazivaju se komponentama. Komponenta koje je nazona u otopini u veoj koliini od ostalih komponenta naziva se otapalom, a ostale komponente su otopljene tvari. Otapalo je u najveem broju sluajeva voda, te se najee govori o vodenim otopinama. Sve tvari ipak nisu topljive u vodi, pa su u uporabi i druga otapala: (npr. etanol, benzen, kloroform itd.). Kvantitativno se sastav otopina najee izraava slijedeim veliinama: (A - otapalo ; B - otopljena tvar)

MNOINSKA KONCENTRACIJA (OTOPLJENE TVARI) jest omjer mnoine otopljene tvari i volumena otopine:

c( B ) =

n( B ) ; V (otopine)

SI jedinica = mol m-3

Vie je u uporabi decimalna SI-jedinica mol dm-3

MASENA KONCENTRACIJA (OTOPLJENE TVARI) jest omjer mase otopljene tvari i volumena otopine: y( B) = m( B ) ; SI jedinica = kg m-3 V (otopine)

U laboratorijskom radu najee se masena koncentracija izraava g dm-3.

MOLALITET (OTOPLJENE TVARI) jest omjer mnoine otopljene tvari i mase otapala: b( B ) = n( B ) ; m( A) SI jedinica = mol kg-1

65 MNOINSKI (KOLIINSKI) UDIO neke tvari u otopini jednak je omjeru mnoine te tvari prema ukupnoj mnoini svih tvari: x( A) = n( A) n( A) + n( B )

Mnoinski udio je bezdimenzijska veliina, jer joj je jedinica broj 1.

MASENI UDIO neke tvari u otopini jednak je omjeru mase te tvari prema ukupnoj masi svih tvari u otopini: w( A) = m( A) m( A) + m( B )

Maseni udio je, kao i mnoinski udio, bezdimenzijska veliina. Maseni udio se esto izraava u postocima. Postotak se dobiva mnoenjem vrijednosti masenog udjela sa 100.

Primjer pripreme otopine zadane koncentracije:Na raspolaganju je sumporna kiselina: w(H2SO4) = 96%, = 1.84 kg dm-3, Mr(H2SO4) = 98.08. Treba od te kiseline pripremiti 250 cm3 otopine sumporne kiseline, koncentracije c(H2SO4) = 0.2 mol dm-3. Masa H2SO4 (100%) potrebna za pripremu 250 cm3 otopine H2SO4, c(H2SO4) = 0.2 mol dm-3 jest: m(H2SO4) = V c M(H2SO4) m(H2SO4) = 0.250 dm3 0.2 mol dm-3 98.08 g mol-1 m(H2SO4) = 4.9 g 96 g H2SO4 je u 100 g 96%-tne otopine, a 4.9 g je u: (100/96) 4.9 g otopine = 5.1 g. Masa od 5.1 g 96%-tne otopine ima volumen: V = m/ = 5.1 g / 1.84 g cm-3 = 2.8 cm3 Znai da u odmjernu tikvicu od 250 cm3 treba menzurom odmjeriti tono 2.8 cm3 96%-tne otopine H2SO4 i nadopuniti je destiliranom vodom do oznake. Sadraj tikvice dobro protresti.

66 Priblino vrijedi staro pravilo da se slino otapa u slinom, tj. nepolarni spojevi otapaju se u nepolarnim kapljevinama, a polarni i ionski spojevi u polarnim kapljevinama. Zasiena otopina neke tvari pri odreenoj temperaturi jest ona otopina koja se nalazi u ravnotei s neotopljenom vrstom tvari. Ako otopina sadri vie otopljene tvari nego li odgovara zasienoj otopini pri toj temperaturi, takva otopina naziva se prezasienom otopinom. Topljivost vrste tvari u odreenoj kapljevini (otapalu) moe rasti ili opadati s porastom temperature. Obino topljivost raste s porastom temperature. Otapanjem vrste tvari u vodi toplina se ili oslobaa ili vee. Ako se toplina prilikom otapanja oslobaa proces je e g z o t e r m a n, a ako se toplina vee e n d o t e r m a n. Ako je otapanje endoterman proces, topljivost raste s porastom temperature. Ako je otapanje egzoterman proces, topljivost opada s porastom temperature. Promjena topljivosti vrste tvari s promjenom temperature povezana je s toplinom otapanja jednim opim principom koji vrijedi za svako ravnoteno stanje. - L e C h a t e l i e r o v p r i n c i p (L,atelje): Ako se na sustav koji se nalazi u ravnotei izvana djeluje nekim nasiljem, sustav pomie ravnoteu u cilju izbjegavanja nasilja (tj. uspostavljanja prvobitnih uvjeta).

Otopine kapljevina u kapljevinama

Kod otapanja kapljevina u kapljevinama mogua su tri sluaja: - Kapljevine se potpuno mijeaju: U tom sluaju postoji samo jedna kapljevita faza s dvije ili vie komponenata. - Kapljevine se ne mijeaju: U tom sluaju evidentna su dva sloja: Gornji jest kapljevina manje gustoe, a donji kapljevina vee gustoe. - Kapljevine se djelomino mijeaju: U tom sluaju kapljevine daju u odreenom koncentracijskom intervalu homogenu otopinu, a izvan tog podruja postoje dva sloja kapljevina. Jedan sloj je zasiena otopina komponente A u komponenti B, a drugi sloj je zasiena otopina komponente B u komponenti A.

67

Otopine plinova u kapljevinama

Koliina plina koje se otapa u odreenoj koliini kapljevine ovisi o prirodi plina, temperaturi i tlaku plina koji je u dodiru s kapljevinom. Utjecaj prirode plina oituje se u njegovom kemijskom ponaanju. Plinovi koji kemijski ne reagiraju s kapljevinom slobo se u njoj otapaju, dok se plinovi koji kemijski reagiraju s kapljevinom dobro u njoj otapaju. Tako se u vodi dobro otapaju plinovi: NH3, HCl, H2S, SO2 i CO2, dok se slabo otapaju plinovi: H2, O2, N2 i CO.

Utjecaj temperature: to je via temperatura kapljevine to se manja koliina plina u njojotapa.

Utjecaj tlaka plina:

HENRYJEV ZAKON: Masa plina otopljena u odreenoj masi kapljevine pri odreenoj temperaturi direktno je proporcionalna parcijalnom tlaku tog plina iznad kapljevine: x = Kx p (x je mnoinski udio plina u otopini)

Volumen otopljenog plina neovisan je o tlaku plina! Henryjev zakon vrijedi samo za slabo topljive plinove pri niskim parcijalnim tlakovima. RAOULTOV ZAKON (Raul): Parcijalni tlak pare otapala nad otopinom manji je od parcijalnog tlaka pare istog otapala: pA = pAo xA pA - parcijalni tlak pare otapala A nad otopinom;

pAo - parcijalni tlak pare istog otapala; xA - mnoinski udio otapala u otopini

EKSPERIMENT 23. Priprema otopine zadane koncentracijeZADATAK: 1. Priredi 250 cm3 otopine HCl koncentracije 0.1 mol dm-3. Na raspolaganju Vam je 36% otopina HCl gustoe 1.18 g/cm3. Izraunati.

68 2. Priredi 250 cm3 vodene otopine limunske kiseline, monohidrata, 0.1 mol dm-3. Na raspolaganju Vam je 36 % otopina limunske kiseline, monohidrata, (C6H8O7*H2O) gustoe 1.049 g/cm3. Izraunati.

Popuni tablicu Mr (HCl) (36% HCl) Potrebno volumena Mr (limunska kiselina monohidrat) (36% (limunska kiselina monohidrat) Potrebno volumena

PITANJA: 1. Koji pribor je potreban za pripremu zadane otopine? 2. Koliko je izvorne otopine HCl i limunske kiseline potrebno za pripremu zadane otopine? Prikaite proraun.

EKSPERIMENT 24. Ovisnost topljivosti o prirodi (strukturi) tvariPRIBOR: Stalak s epruvetama

KEMIKALIJE: NaCl, vrst Naftalen (C10H8) Etanol (C2H5OH) Tetraklormetan (CCl4) POSTUPAK: U tri epruvete staviti po oko 1 g NaCl. Zatim u svaku epruvetu staviti po 5 cm3 odgovarajueg otapala: u prvu destiliranu vodu, u drugu etanol i u treu tetraklormetan. Sadraj svake od epruveta dobro promijeati i protresti. U druge tri epruvete staviti po oko 1 g C10H8. Ponoviti postupak otapanja, kao kod NaCl. Promatrati otapanje NaCl i C10H8 u navedenim otapalima. Podatke (otapa se; slabo se otapa; ne otapa se) unijeti u tablicu:

69 Otapalo Voda Etanol Tetraklormetan otapanje NaCl otapanje naftalena

NAPOMENA: Voda je polarno, etanol slabo polarno, a tetraklor metan nepolarno otapalo. ZADATAK: 1. Na temelju podataka o topljivosti, odgovorite kakav je spoj (kovalentni ili ionski) NaCl, a kakav C10H8?

EKSPERIMENT 25. Ovisnost topljivosti o temperaturia) Otapanje kalijeva nitrata PRIBOR: Velika epruveta Termometar Plamenik Pipeta KEMIKALIJE: Kalijev nitrat, vrst (KNO3) POSTUPAK: Otpipetirati 10 cm3 destilirane vode u veliku epruvetu. U toj vodi, laganim zagrijavanjem, otopiti tono 3 g KNO3. Otopina ne smije provriti, da ne isparava voda! Kada se sol otopi prekinuti zagrijavanje i pustiti da se otopina polako hladi uz stalno mijeanje (najbolje oprezno mijeati termometrom). Zabiljeiti temperaturu pri kojoj se pojave prvi kristali. Sada u istu epruvetu dodati jo 3 g KNO3 i opet laganim zagrijavanjem otopiti sav KNO3. Opet pustiti da se otopina hladi uz mijeanje, te opet zabiljeiti temperaturu pri kojoj se pojave prvi kristali.

itav postupak ponoviti jo 2 puta, dodatkom u dva navrata po jo 3 g KNO3.ZADATAK: 1. Nacrtati krivulju topljivosti KNO3 u vodi u ovisnosti o temperaturi. Na apscisu navesti temperaturu (T / K), a na ordinatu grame KNO3 / 100 cm3 vode. Je li otapanje kalij-nitrata u vodi endoterman ili egzoterman proces? Obrazloite odgovor!

70 b) Biljeenjenje krivulja endotermne i egzotermne reakcije Logger Pro ureajem U prvom dijelu pratit e te reakciju izmeu otopine limunske kiseline i natrijeva hidrogenkarbonata (NaHCO3). Jednadba kemijske reakcije glasi: H3C6H5O7(aq) + 3 NaHCO3(s) 3 CO2(g) + 3 H2O(l) + Na3C6H5O7(aq) U drugom dijelu pratit e te reakciju izmeu magnezija i otopine klorovodine kiseline. Jednadba kemijske reakcije glasi:

Mg(s) + 2 HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq)U ovom eksperimentu ete koristiti Logger Pro za prikupljanje i prikaz podataka u obliku grafa ili tablice, analizu vaih eksperimentalnih podataka i prikaz grafa ili tablice podataka.

Slika 52

PRIBOR:

Osobno raunalo Logger Pro ureaj Vernier temperaturni senzor za probu Graduirana menzura, 50 ml Vaga

aa od stiropora ili termos-posuda aa, 250 mlLimunska kiselina, H3C6H5O7, otopina Natrijev hidrogenkarbonat NaHCO3 Magnezij, Mg Klorovodina kiselina, HCl, otopina

71 POSTUPAK: Dat u prilogu na kraju skripte TABLICA PODATAKA SERIJA I Konana temperatura, t2 Poetna temperatura, t1 Temperaturna promjena, t C C C SERIJA II C C C

ZADATAK: 1. Izraunajte promjenu temperature, t, za svaku reakciju oduzimajui konanu od poetne temperature, (t = t2 t1). 2. Recite koja reakcija ja egzotermna. Objasniti. 3. Koja reakcija ima negativnu vrijednost t? Je li ta reakcija endotermna ili egzotermna? Objasniti. 4. Za svaku reakciju, opii s najmanje tri primjera to se dogaa pri eksperimentu. Koja reakcija zauzima mjesto vee vrijednosti energije? Objasniti odgovor.

EKSPERIMENT 26. Otapanje kapljevina u kapljevinamaPRIBOR: Stalak s epruvetama

KEMIKALIJE: Etanol (C2H5OH) Eter (C4H10O) Ulje POSTUPAK: U tri epruvete staviti po oko 5 cm3 destilirane vode. U prvu dodati 3 cm3 etanola i promijeati i protresti. Pogledati da li se te dvije kapljevine mijeaju. U drugu epruvetu dodati 3 cm3 etera, te promijeati i protresti. Pogledati to se desilo. U treu epruvetu dodati 3 cm3 ulja, te opet protresti i promijeati i zabiljeiti opaanje. ZADATAK: 1. Kako je ve navedeno, kod otapanja kapljevina u kapljevinama mogua su tri sluaja.

72 2. Napisati koji se od ta tri sluaja odnosi na, u eksperimentu navedeni, pojedini par kapljevina.

EKSPERIMENT 27. Otapanje plinova u kapljevinamaPRIBOR: Epruveta Gumeni ep

aa od 250 cm3Staklena cijev. KEMIKALIJE: Otopina amonijaka, koncentrirana Crveni lakmus papir POSTUPAK

au ispuniti do 2/3 volumena vodom. Staviti u epruvetu oko 5 cm3 otopine amonijaka izaepiti epom kroz koji prolazi staklena cijev. Zagrijati otopinu amonijaka sve dok crveni lakmus papir, stavljen na vrh cijevi, ne dobije plavu boju - dokaz da se amonijak razvija! Epruvetu preokrenuti (za 180o) i uroniti je u au s vodom. Hlaenjem se otapa amonijak u vodi pa uslijed nastalog podtlaka voda ulazi u epruvetu - "vodoskok".

EKSPERIMENT 28. Henryjev zakonPRIBOR: Epruveta Staklena cijev. KEMIKALIJE: Otopina amonijaka, razrijeena Fenolftalein POSTUPAK: U epruvetu staviti oko 4 cm3 vrlo razrijeene otopine amonijaka. Dodati 2 kapi fenolftaleina i protresti. Otopina se oboji ljubiasto. Staklenu cijev uroniti gotovo do dna epruvete i puhati zrak kroz nju. Postepeno se gubi ljubiasta boja. Propuhivanjem sa zrakom (plin koji se slabo otapa u vodi) uklanja se iz otopine amonijak (plin koji se dobro otapa u vodi). Naime, smanjuje se parcijalni tlak amonijaka iznad vode i otapa njegova topljivost u vodi.

73

EKSPERIMENT 29. Odreivanje molarne mase metodom snienja leditaKada je neka tvar otopljena u otapalu ledite otopine opada proporcionalno broju dodanih molova te tvari. Svojstvo, poznato kao snienje ledita, je koligativno svojstvo; to znai ovisno o omjerima otapala i otopljene tvari, a ne o prirodi samih tvari. Jednadba koja to opisuje je sljedea: T = Kf b gdje je T snienje ledita, Kf je konstanta snienja ledita za odreeno otapalo (3,9C-kg/mol za laurinsku kiselinu u ovom eksperimentu), a b je molalitet otopine ( mol otopljene tvari/kg otapala). U ovom eksperimentu ete prvo odrediti ledite istog otapala, laurinske kiseline, CH3(CH2)10COOH. Zatim ete dodati poznatu masu otopljene tvari, benzojeve kiseline, C6H5COOH, u poznatu masu otapala i odrediti snienje ledita otopine u odnosu na isto otapalo. Mjerenjem snienja ledita i mase benzojeve kiseline, moete koritenjem formule odrediti molarnu masu benzojeve kiseline.

Slika 53.

PRIBOR:

Osobno raunalo Logger Pro ureaj Vernier temperaturni senzor za probu

aa, 400 ml

74 Stativ Hvataljke Epruvete 18 X 150 mm Termometar KEMIKALIJE: Laurinska kiselina Benzojeva kiselina

POSTUPAK: Dat u prilogu na kraju skripte

OBRADA PODATAKA 1. Odrediti razliku temperature ledita, t, iste laurinske kiseline (t1) i smjese benzojeva kiselina laurinska kiselina (t2). Koristi formulu, t = t1 - t2. 2. Izraunati molalitet, (b), u mol/kg, koristei formulu, t = Kf b (Kf = 3.9C kg/mol za laurinsku kiselinu). 3. Izraunati mnoinu benzojeve kiseline, koristei odgovor iz prethodnog pitanja (u mol/kg) i masu (u kg) laurinske kiseline kao otapala. 4. Izraunati eksperimentalnu molarnu masu benzojeve kiseline u g/mol. Koristei stvarnu masu benzojeve kiseline iz tablice podataka i broj molova benzojeve kiseline iz prethodnog koraka. 5. Odrediti stvarnu molarnu masu benzojeve kiseline, C6H5COOH. 6. Izraunati relativnu pogreku.

75 Tablica podataka i rauna Masa laurinske kiseline Masa benzojeve kiseline Ledita iste laurinske kiseline Ledita smjese benzojeva kiselina laurinska kiselina Snienje ledita, t g g C

C

C Molalitet, b mol/kg Mnoina benzojeve kiseline

mol Molarna masa benzojeve kiseline g/mol Molarna masa benzojeve kiseline (stvarna ili prihvaena) g/mol Pogreka

(eksperimentalno)

%

76 4.9.2. OTOPINE ELEKTROLITA Tvari koje provode elektrinu struju pomou iona, kada se otopljene u vodi ili rastaljene, jesu elektroliti. Sve ostale tvari koje ne provode struju uz iste uvjete jesu neelektroliti. S. Arrhenius (Arenius) postavio je teoriju elektroliti disociraju (raspadaju) na ione. Ioni su elektriki nabijene estice koje u elektrinom polju putuju prema elektrodama. Negativno nabijeni ioni putuju prema anodi i nazivaju se anioni. Pozitivno nabijeni ioni putuju prema katodi i nazivaju se kationi. Anoda je elektroda na kojoj se uvijek odvija oksidacija. Katoda je elektroda na kojoj se uvijek odvija redukcija. Razlikuju se dvije vrste elektrolita: - Elektroliti koji u vodenim otopinama potpuno disociraju na ione. Njihove otopine dobro provode elektrinu struju i takvi elektroliti nazivaju se jaki elektroliti. - Elektroliti koji u vodenim otopinama samo djelomino disociraju na ione. Njihove otopine slabo vode elektrinu struju i takvi elektroliti nazivaju se slabi elektroliti. elektrolitske disocijacije: Otapanjem u vodi

EKSPERIMENT 30. Ilustracija elektrolitske disocijacijePRIBOR: Stalak s epruvetama

KEMIKALIJE: Otopina natrijeva sulfata Otopina bakrova(II) sulfata Otopina barijeva klorida POSTUPAK: U prvu epruvetu staviti 3 cm3 otopine natrijeva sulfata, a u drugu 3 cm3 otopine bakrova(II) sulfata. Oba elektrolita disocijacijom daju uz odgovarajui kation i sulfatne ione. Otopine u obje epruvete su bistre. U treu epruvetu staviti 3 cm3 otopine barijeva klorida. Ovaj elektrolit disocijacijom daje barijeve katione i kloridne ione. I ova otopina je bistra.

77 Sada u otopinu natrijeva sulfata i u otopinu bakrova(II) sulfata dodati po par kapi otopine barijeva klorida iz tree epruvete. Obje otopine se zamute zbog nastanka bijelog taloga barijeva sulfata.

ZADATAK: 1. Napisati jednadbe: a) disocijacije natrijeva sulfata b) disocijacije bakrova(II) sulfata c) disocijacije barijeva klorida d) reakcije nastajanja taloga barijeva sulfata!

EKSPERIMENT 31. Ilustracija putovanja iona prema elektrodamaPRIBOR: Krumpir Bua za epove Petrijeva zdjelica Dva komada deblje bakrene ice Dva "krokodila" Izvor istosmjerne struje (ispravlja) s prikljunim icama. KEMIKALIJE: Otopina kalijeva jodida (KI), koncentrirana POSTUPAK: Krumpir prokuhati u kipuoj vodi (oko 5 minuta). Buaem za epove napraviti udubinu u krumpiru. Krumpir poloiti u Petrijevu zdjelicu s udubinom prema gore. Sa dvije strane krumpira utaknuti pojedinu bakrenu icu (slue kao elektrode). Bakrene ice, pomou krokodila i prikljunih ica, spojiti s izvorom istosmjerne struje. U udubinu sipati kalijev jodid. Zatim narinuti napon od 5 V i pustiti da struja prolazi kroz krumpir. Nakon nekoliko minuta iskljuiti struju. Prerezati krumpir uzdu bakrene anode. Oko anode je vidljivo modro obojenje, to je dokaz da je na anodu doputovao I- ion. Naime, I- ion je oksidacijom na anodi dao I2. Jod je zatim reagirao sa krobom iz krumpira i dao modro obojenje.

78 ZADATAK: 1. Napisati jednadbu anodne oksidacije jodid iona u elementarni jod!

EKSPERIMENT 32. Elektrina vodljivost otopinaU ovom eksperimentu vidjet ete neke osobine jakih elektrolita, slabih elektrolita i neelektrolita promatrajui ponaanje ovih tvari u vodenim otopinama. Odredit ete te osobine koristei Senzor vodljivosti ili Probu vodljivosti. Kada je senzor stavljen u otopinu koja sadri ione, a oni imaju svojstvo voenja struje i elektrini krug je potpuno zatvoren izmeu elektroda u otopini koje su postavljene s obje strane (jedna nasuprot druge), odnosno s obje strane otvora, koji se nalazi blizu dna senzora (vidi Slika 54). Ovo rezultira vrijednostima vodljivosti koje mogu biti oitane na raunalu. Jedinica vodljivosti u ovom eksperimentu je mikrosimens ili S.

Slika 54

Vrijednost vodljivosti (veliina vodljivosti) ovisi o sposobnosti vodene otopine da vodi struju. Jaki elektroliti proizvode veliki broj iona, to rezultira velikim vrijednostima vodljivosti. Slabi elektroliti rezultiraju niskom vrijednou vodljivosti, a neelektroliti ne pokazuju svojstvo vodljivosti. U ovom eksperimntu ete promatrati neke faktore koji odreuju hoe li neka otopina voditi struju ili ne, i ako hoe, odreivat ete relativnu magnitudu vodljivosti. Ovaj jednostavni eksperiment omoguava vam uenje velike razlike meu tvarima i njihovim otopinama.

79 U svakom dijelu eksperimenta promatrat ete razliite osobine elektrolita. Promatrat ete tri tipa tvari i njihove vodene otopine:Ionski spojevi

Najee su to jaki elektroliti i moe se rei da disociraju u potpunosti u vodenim