Návody chemická laboratorní cvičení 1. ročník - obor aplikovaná chemie

Návody

chemická laboratorní cvičení 1. ročník - obor aplikovaná chemie

PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz

Předmluva Smyslem výuky v laboratoři je praktické poznávání chemických látek na základě experimentů a porovnávání těchto poznatků s teoretickými principy. Náplní laboratorních cvičení v prvním ročníku jsou základní preparační metody a poznávání chemických vlastností látek. Důraz je kladen na zručnost a chování k chemikáliím z hlediska bezpečnosti i tvorby odpadů. Chemické výpočty, které jsou neoddělitelnou součástí práce v laboratoři, jsou zde prakticky používány a jsou součástí hodnocení žáků.

Ing. Zita Valentová a Ing. Iva Chalupová

Poděkování: Tomuto skriptu, určenému výhradně pro MSŠCH Praha položila základ asistentka Jitka Prokopová. Tímto jí děkujeme. Na skriptu pracujeme průběžně a doplňujeme a vylepšujeme.

Návrhy na opravy posílejte na [email protected]

2


Laboratorní řád a bezpečnost práce Laboratorní řád je vydáván k zajištění bezpečného a plynulého chodu laboratorních cvičení. Všichni žáci jsou povinni řídit se jeho ustanoveními shrnutými v jeho odstavcích: 1) Povinnosti laboratorní služby 2) Povinnosti zdravotního referenta 3) Povinnosti váhové služby 4) Povinnosti ostatních žáků

1. Povinnosti laboratorní služby Službu konají žáci určení vyučujícím profesorem. 1.1

Kontroluje stav laboratoře před zahájením cvičení: 1.1.1 Stav úklidu po předcházející třídě (podlaha, tabule atd.). 1.1.2 Pořádek na laboratorním stole včetně pomůcek na pracovním místě žáka (stojan, kruhy, držáky, kahany, hadice). 1.1.3 Čistotu v digestořích a výlevkách. 1.1.4 Stav společných zařízení v laboratoři (sušárny, nádoby na odpad, laboratorní váhy). 1.1.5 Před cvičením zkontroluje stav ochranných pomůcek a hasicích přístrojů. 1.1.6 Zjištěné závady hlásí vyučujícímu.

1.2

Vyzvedne od vyučujícího klíče k laboratorním stolům a předá je žákům.

1.3

Otevírá a zavírá šatnu a klíč ukládá na určené místo.

1.4

Doplňuje chemikálie a koná další pomocné práce k zajištění plynulého chodu cvičení (přejímání a výdej technických závaží, teploměrů, hustoměrů a jiných pomůcek).

1.5

Povinnosti při ukončení cvičení: 1.5.1 Vrací vyučujícím převzaté pomůcky v čistém a úplném stavu, ostatní potřeby uloží na určené místo. 1.5.2 Dle pokynů vyučujícího uklízí laboratoř a kontroluje její stav, přičemž dbá zásad uvedených v odst. 1.1. 1.5.3 Kontroluje uzamčení laboratorních stolů a vynáší odpad do příslušných kontejnerů. 1.5.4 Podává vyučujícím hlášení, že laboratoř je připravena k předání. 1.5.5 Ukládá klíč od šatny na určené místo.

2. Povinnosti zdravotního referenta Funkci koná jeden žák určený na celý školní rok, v jeho nepřítomnosti jeho zástupce (určený stejným způsobem). 2.1

Během cvičení ošetřuje drobná poranění žáků, důsledně při tom používá ochranné 3


rukavice, provádí zápis o každém poranění do příslušného sešitu. Veškeré úrazy hlásí vyučujícímu. 2.2

Po cvičení upozorní na spotřebované prostředky z lékárničky.

3. Povinnosti váhové služby 3.1

Před cvičením připraví předvážky a váhy k vážení, zkontroluje čistotu okolo a uvnitř vah, přezkouší nulovou polohu, zkontroluje čistotu a úplnost sádky závaží u všech vah a další pomůcky pro vážení ( lodičky, lžičky, štětce).

3.2

Při ukončení cvičení uklidí a zkontroluje stav váhovny dle bodů v odst. 3.1 a hlásí jej vyučujícímu.

4. Povinnosti ostatních žáků 4.1

Při zahájení cvičení jsou žáci na svých pracovních místech v zapnutých pracovních pláštích s předepsanými pomůckami, pozorně vyslechnou pokyny pro práci a po zapsání tématu cvičení na tabuli začnou pracovat.

4.2

Na pracovních stolech, na podlaze, v digestoři a váhovně je třeba udržovat naprostou čistotu a pořádek. Každé znečištění je nutné okamžitě odstranit.

4.3

Svévolná a neodpovědná manipulace s plynem, vodou, vakuem a elektrickým proudem není dovolena.

4.4

Škody způsobené v laboratoři hrubou nedbalostí nebo neopatrností hradí žák, který je zavinil. Nevyšetří-li se pachatel, hradí škodu celá skupina žáků.

4.5

Jíst a pít v laboratoři, přechovávat jídlo v laboratorních stolech, žvýkat a kouřit není dovoleno.

4.6

Každý žák se věnuje zadanému úkolu. Hlasité mluvení, pokřikování, zpívání, pískání, pobíhání po laboratoři nebo obtěžování spolužáků zbytečnými dotazy není dovoleno.

4.7

Každý žák má svůj pracovní plášť (viditelně označený jménem), utěrku, hadr, ručník, mýdlo, kapesní nůž, nůžky, zápalky, papírové štítky, lihový fix, kovovou laboratorní lžičku, kopistku, chemické tabulky, kalkulačku, laboratorní zápisník. Nedodržování pořádku má vliv na známku z laboratorního cvičení.

4.8

Opustit pracoviště smí žák jen se souhlasem vyučujícího. Přecházení k jiným pracovním stolům není dovoleno. Dále je zakázáno ponechávat aparatury bez dozoru.

4.9

Dělat pokusy, které nejsou předepsány, je PŘÍSNĚ ZAKÁZÁNO!

4.10

Pomůcky musí být na pracovním stole účelně rozloženy. Hromadit na stole nepotřebné věci není dovoleno. Volné chvíle využívá žák k umytí použitého nádobí a zlepšení pořádku na pracovním stole. Kromě pomůcek smí mít žák na stole pracovní sešit a psací potřeby. Učebnici, tabulky, kalkulačku má uloženy na bočních stolech pod 4


okny, kde provádí i potřebné výpočty. Jiné věci, než jsou v tomto odstavci uvedeny, nesmí žák do laboratoře nosit (aktovky, kabelky apod.). Při práci u laboratorního stolu žák zásadně nesedí (ani na laboratorních stolech, ani na podlaze). 4.11

Odpadní koncentrované kyseliny je třeba nejprve zředit v kádince a pak teprve vylít do výlevky a řádně spláchnout vodou. Horké roztoky se nejprve ochladí nebo se zředí studenou vodou, jinak by se mohlo poškodit odpadní potrubí.

4.12

Zaměňovat zátky u reagenčních roztoků a znečišťovat tak obsah lahviček není dovoleno. Reagenční lahvičky s pomocnými roztoky, umístěné mimo pracovní stůl, není dovoleno brát na pracovní stoly. Všechny lahve s chemikáliemi musí být řádně označeny a uzavřeny. U nebezpečných látek musí být dále označení jed, hořlavina apod.

4.13

Při práci musí žák dbát na svou vlastní bezpečnost, ale i na bezpečnost svých spolužáků. Při zahřívání látek ve zkumavce připravuje zkumavku tak, aby při případném vystříknutí jejího obsahu nebyl nikdo zasažen. Zvýšenou pozornost je nutné věnovat také odvzdušňování dělicí nálevky při extrakci. Při nalévání žíravin ze zásobních lahví se musí používat ochranného štítu a gumových rukavic. Také při práci s vakuem se musí používat ochranné brýle nebo štít.

4.14

Nedokončené práce ukládá žák do spodní části pracovního stolu (nikoliv zásuvky), přikryje je hodinovým sklíčkem nebo filtračním papírem a řádně je označí stručným popisem obsahu. Ukládat do pracovních stolů hořlaviny a rozpracované práce, při nichž probíhá reakce nebo lze předpokládat, že proběhnout může, je ZAKÁZÁNO.

4.15

Do cvičení přichází žák řádně teoreticky připraven. Přípravu provede doma do laboratorního zápisníku. Pracovní úkol vykonává svědomitě a veškeré záznamy a výpočty si píše do svého laboratorního zápisníku. Není dovoleno používat volných listů papíru, které se snadno ztratí.

4.16

O výsledku své práce vypracuje žák doma (dle zadání vyučujícího) laboratorní protokol, a to buď čitelně perem nebo nejlépe na počítači, včetně případných obrázků, tabulek a grafů. Laboratorní protokol píše na nelinkovaný papír formátu A4, případně na předtištěný formulář, který po ukončení práce odevzdá vyučujícímu.

4.17

Hořlaviny je třeba uchovávat v uzavřených nádobách, v dostatečné vzdálenosti od všech zdrojů tepla. Při manipulaci s hořlavinami se zásadně používají úzkohrdlé nádoby. K likvidaci požárů se zásadně používá hasicího přístroje, nejlépe s obsahem CO2 nebo hasicí roušky.

4.18

Každý úraz, zejména poranění očí, nutno okamžitě hlásit vyučujícímu. Při případném potřísnění oka žíravinou, je nutné oko rychle vypláchnout proudem vody a poté vyhledat lékařské ošetření. Při potřísnění pokožky se žíravina rychle otře hadrem a řádně opláchne vodou. Potřísněný oděv se neutralizuje příslušným neutralizačním roztokem a vypere se důkladně ve vodě. Po požití žíraviny zásadně nevyvoláváme zvracení.

4.19

Na stolech je dovoleno zahřívat roztoky, které nevyvíjejí kyselé, dráždivé a dusivé páry. Všechny reakce, při nichž vznikají tyto páry se musí provádět v zapnuté digestoři. Platí to zejména o odpařování těkavých kyselin, amoniaku, amonných solí 5


a tavení s hydrogensíranem draselným, práci se sulfanem, oxidem siřičitým, chlorem, bromem apod. 4.20

Praskne-li nádoba s kapalinou, je třeba všechny stopy nehody dokonale odstranit.

4.21

Odstavené hořící kahany musí být vyregulovány na minimální plamen. Zapalování kahanu od kahanu nebo hořícími papírky není dovoleno.

4.22

Každý žák udržuje na svém místě čistotu a pořádek. Jakékoliv znečištění pracovního místa ihned odstraňuje. Použité nádobí se musí průběžně řádně mýt, voda se nechá okapat. Na konci laboratorního cvičení se nádobí uzavře do stolu čisté a suché. Pořádek ve stole se namátkově kontroluje.

4.23

Znečišťování výlevky (filtrační papíry, sraženiny, střepiny skla, varné kamínky apod.) není dovoleno a bude přísně potrestáno.

4.24

Skleněné nádobí se před použitím řádně prohlédne. Je nebezpečné používat poškozené nádobí, zejména při práci s vakuem.

4.25

Odpady obsahující nebezpečné chemické látky se vylévají do příslušných označených lahví. Nedodržování tohoto nařízení (pomíchání odpadů) bude potrestáno dle školního řádu.

4.26

Veškeré tuhé odpady v laboratoři je nutné třídit na sklo (řádně vymyté), čistý papír (ne použitý filtrační), plasty a ostatní odpad do příslušných označených nádob.

4.27

Před ukončením práce v laboratoři je třeba včas vypnout všechny elektrické přístroje, aby mohly být bezpečně uloženy na určené místo a nemohly se stát zdrojem požáru. Každý žák uvede své pracovní místo do naprostého pořádku.

4.28

Minimálně čtvrt hodiny před ukončením laboratorního cvičení se začíná s úklidem.

4.29

Na konci cvičení stojí žáci na svých místech, vyslechnou pozorně zhodnocení průběhu cvičení a pokyny pro přípravu na příští cvičení.

4.30

Odnášet z laboratoře pomůcky a chemikálie je přísně zakázáno.

4.31

Vstupem do chemické laboratoře zavazuje se každý žák, že je mu znám obsah laboratorního řádu a že jej bude dodržovat.

6


Laboratorní zápisník - MAKULÁŘ Záznam o všech laboratorních cvičeních se zapíše do makuláře, sešitu formátu A5 bez linek ( čtverečky jsou možné). Každé laboratorní cvičení musí být nadepsáno na nové stránce slovy např.: „2. laboratorní cvičení dne 25.června 2103“. Je třeba tedy uvést číslo laboratorního cvičení a datum. Následuje téma napsané na tabuli, podtrhnutí a zápis o práci v laboratoři, který obsahuje princip úlohy, postup, výpočty, závěr. Po laboratorním cvičení bývá obvykle zadán úkol na další cvičení, je třeba napsat domácí přípravu. Nadepsat slovy např.: “Domácí příprava na 3. laboratorní cvičení.“ Zápis z laboratorního cvičení a domácí příprava následují pravidelně za sebou. Pokud žák není přítomen, je povinen to v makuláři uvést. Jestliže se do makuláře zapisují instrukce během laboratorního cvičení, zapisuje se z druhé strany sešitu s nadpisem např.: “Instruktáž na 4. laboratorní cvičení dne 7.dubna 2165“. Do makuláře se zapisuje během celého cvičení, není možné psát na papír a doma z něj přepisovat zápisy .

Laboratorní zpráva - protokol U vybraných úloh je třeba vypracovat zprávu o práci – protokol. Zpráva se provede na papír formátu A4, první strana obsahuje předepsaný formulář. Do rámečku formuláře je třeba uvést veškeré údaje a tyto napsat strojem (počítač, psací stroj) nebo ručně podle šablony. Vyplnění vlastním rukopisem není přípustné. Formulář lze získat v kanceláři školy nebo v elektronické podobě na http://www.mssch.cz/. Vzor je uveden v dalším textu. Protokol je dále tvořen několika základními body podobně jako zápis v makuláři. 1. Řádně vyplněná hlavička (viz text výše uvedený) 2. Princip – stručně a přesně vyjádřit princip zadaného úkolu několika větami, příp. rovnicí chemické reakce. 3. Postup práce – základem je správný a přesný zápis v makuláři, v protokole musí být uveden popis práce tak, aby bylo možno podle tohoto postupovat při zadané práci bez problémů. 4. Výpočty – výpočet vstupního množství, teoretický a praktický výtěžek, ředění kyselin atd. 5. Nákres aparatury (max 15x15 cm) 6. Grafy (formát A4!!!), tabulky měření, zápis vážení 7. Pomůcky, chemikálie (s označením z hlediska klasifikace nebezpečnosti) 8. Závěr – jasná formulace výsledku práce, zhodnocení pozorovaných jevů, zdůvodnění omylů. Celá zpráva musí mít estetický vzhled, nesmí obsahovat pravopisné chyby a musí výstižně zachycovat podstatu a smysl provedené laboratorní práce. Není dovoleno používat zkratky, nebo je nutné vypsat je na konci protokolu.

Odevzdání preparátu Preparát odevzdávejte v čisté suché zkumavce. Na vloženém proužku papíru uveďte své jméno, název preparátu, jeho hmotnost a vypočtený praktický výtěžek v %.

7


Povinná výbava žáka do laboratoří čistý, neroztrhaný plášť - opatřený jmenovkou přezůvky, které nemají černou podrážku gumička nebo spona do vlasů (pokud žák má dlouhé vlasy) ochranné brýle laboratorní deník - makulář (formát A5) psací potřeby chemické tabulky a učebnice kalkulačka rýsovací potřeby laboratorní hadřík laboratorní lžička kovová (i plastová) kopista zápalky nůžky lihový fix mýdlo a ručník Bezpečnostní informace Klasifikace nebezpečnosti látek vychází z požadavků nařízení vlády, kterým se stanoví postup hodnocení nebezpečnosti chemických látek a chemických přípravků, způsob jejich klasifikace a označování a vydává Seznam dosud klasifikovaných nebezpečných chemických látek udává zákon č. 356/2003Sb. R a S věty obsahují informace týkající se rizik a bezpečnostních opatření při práci s chemikáliemi.Většina chemických látek je označena symboly, které vymezují jaká rizika podstupujeme při použití dané látky a jak se před nimi chránit. Podle legislativy Evropské unie se jednotlivá rizika označují jako R–věty (Risk phrases) s oficiálně přiřazeným číselným kódem. Požadovaná bezpečnostní opatření se pak označují jako S–věty (Safety phrases) taktéž s oficiálně přiřazeným kódem. Důležité bezpečnostní informace se uvádějí i na nálepkách obalů chemických látek v podobě piktogramů. Piktogramy poskytují rychlé informace o tom, jestli daná látka je hořlavina, výbušnina, oxidační činidlo, jed, zdraví škodlivá látka, žíravina, dráždivá látka nebo látka nebezpečná pro životní prostředí.

8


a) výbušné; jimi jsou pevné, kapalné, pastovité nebo gelovité látky a přípravky, které mohou exotermně reagovat i bez přístupu vzdušného kyslíku, přičemž rychle uvolňují plyny, a které, pokud jsou v částečně uzavřeném prostoru, za definovaných zkušebních podmínek detonují, rychle shoří nebo po zahřátí vybuchují, b) oxidující; jimi jsou látky a přípravky, které vyvolávají vysoce exotermní reakci ve styku s jinými látkami, zejména hořlavými, c) extrémně hořlavé; jimi jsou kapalné látky a přípravky, které mají extrémně nízký bod vzplanutí a nízký bod varu, a nebo plynné látky a přípravky, které jsou hořlavé ve styku se vzduchem při pokojové teplotě a tlaku, d) vysoce hořlavé; jimi jsou 1. látky a přípravky, které se mohou samovolně zahřívat a nakonec se vznítí ve styku se vzduchem při pokojové teplotě bez jakéhokoliv dodání energie, 2. pevné látky a přípravky, které se mohou snadno zapálit po krátkém styku se zdrojem zapálení a které pokračují v hoření nebo vyhořely po jeho odstranění, 3. kapalné látky a přípravky, které mají velmi nízký bod vzplanutí, 4. látky a přípravky, které ve styku s vodou nebo vlhkým vzduchem uvolňují vysoce hořlavé plyny v nebezpečných množstvích, e) hořlavé; jimi jsou kapalné látky nebo přípravky, které mají nízký bod vzplanutí, f) vysoce toxické; jimi jsou látky nebo přípravky, které při vdechnutí, požití nebo při průniku kůží ve velmi malých množstvích způsobují smrt nebo akutní nebo chronické poškození zdraví, g) toxické; jimi jsou látky nebo přípravky, které při vdechnutí, požití nebo při průniku kůží v malých množstvích způsobují smrt nebo akutní nebo chronické poškození zdraví, h) zdraví škodlivé; jimi jsou látky nebo přípravky, které při vdechnutí, požití nebo při průniku kůží mohou způsobit smrt nebo akutní nebo chronické poškození zdraví, i) žíravé; jimi jsou látky nebo přípravky, které mohou zničit živé tkáně při styku s nimi, j) dráždivé; jimi jsou látky nebo přípravky, které mohou při okamžitém, dlouhodobém nebo opakovaném styku s kůží nebo sliznicí vyvolat zánět a nemají žíravé účinky, k) senzibilizující; jimi jsou látky nebo přípravky, které jsou schopné při vdechování, požití nebo při styku s kůží vyvolat přecitlivělost, takže při další expozici dané látce nebo přípravku vzniknou charakteristické nepříznivé účinky, l) karcinogenní; jimi jsou látky nebo přípravky, které při vdechnutí nebo požití nebo průniku kůží mohou vyvolat rakovinu nebo zvýšit její výskyt,

9


m) mutagenní; jimi jsou látky nebo přípravky, které při vdechnutí nebo požití nebo průniku kůží mohou vyvolat dědičné genetické poškození nebo zvýšit jeho výskyt, n) toxické pro reprodukci; jimi jsou látky nebo přípravky, které při vdechnutí nebo požití nebo průniku kůží mohou vyvolat nebo zvýšit výskyt nedědičných nepříznivých účinků na potomstvo nebo zhoršení mužských nebo ženských reprodukčních funkcí nebo schopností, o) nebezpečné pro životní prostředí; jimi jsou látky nebo přípravky, které při vstupu do životního prostředí představují nebo mohou představovat okamžité nebo pozdější nebezpečí pro jednu nebo více složek životního prostředí.

Výstražné symboly nebezpečnosti a jejich písmenné vyjádření E

výbušný

O

F+

F

oxidující extrémně hořlavý vysoce hořlavý

C

žíravý

T+

T

Xn

Xi

N

vysoce toxický

toxický

zdraví škodlivý

dráždivý

nebezpečný pro životní prostředí

Standardní věty označující specifickou rizikovost (R-věty) 1.1 Jednoduché R-věty R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R 10 R 11 R 12

Výbušný v suchém stavu Nebezpečí výbuchu při úderu, tření, ohni nebo působením jiných zdrojů zapálení Velké nebezpečí výbuchu při úderu, tření, ohni nebo působením jiných zdrojů zapálení Vytváří vysoce výbušné kovové sloučeniny Zahřívání může způsobit výbuch Výbušný za přístupu i bez přístupu vzduchu Může způsobit požár Dotek s hořlavým materiálem může způsobit požár Výbušný při smíchání s hořlavým materiálem. Hořlavý Vysoce hořlavý Extrémně hořlavý

10


R 14 R 15 R 16 R 17 R 18 R 19 R 20 R 21 R 22 R 23 R 24 R 25 R 26 R 27 R 28 R 29 R 30 R 31 R 32 R 33 R 34 R 35 R 36 R 37 R 38 R 39 R 40 R 41 R 42 R 43 R 44 R 45 R 46 R 48 R 49 R 50 R 51 R 52 R 53 R 54 R 55 R 56 R 57 R 58 R 59 R 60 R 61 R 62 R 63 R 64

Prudce reaguje s vodou Při styku s vodou uvolňuje extrémně hořlavé plyny Výbušný při smíchání s oxidačními látkami Samovznětlivý na vzduchu Při používání může vytvářet hořlavé nebo výbušné směsi par se vzduchem Může vytvářet výbušné peroxidy Zdraví škodlivý při vdechování Zdraví škodlivý při styku s kůží Zdraví škodlivý při požití Toxický při vdechování Toxický při styku s kůží Toxický při požití Vysoce toxický při vdechování Vysoce toxický při styku s kůží Vysoce toxický při požití Uvolňuje toxický plyn při styku s vodou Při používání se může stát vysoce hořlavým Uvolňuje toxický plyn při styku s kyselinami Uvolňuje vysoce toxický plyn při styku s kyselinami Nebezpečí kumulativních účinků Způsobuje poleptání Způsobuje těžké poleptání Dráždí oči Dráždí dýchací orgány Dráždí kůži Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků Podezření na karcinogenní účinky Nebezpečí vážného poškození očí Může vyvolat senzibilizaci při vdechování Může vyvolat senzibilizaci při styku s kůží Nebezpečí výbuchu při zahřátí v uzavřeném obalu Může vyvolat rakovinu Může vyvolat poškození dědičných vlastností Při dlouhodobé expozici nebezpečí vážného poškození zdraví Může vyvolat rakovinu při vdechování Vysoce toxický pro vodní organismy Toxický pro vodní organismy Škodlivý pro vodní organismy Může vyvolat dlouhodobé nepříznivé účinky ve vodním prostředí Toxický pro rostliny Toxický pro živočichy Toxický pro půdní organismy Toxický pro včely Může vyvolat dlouhodobé nepříznivé účinky v životním prostředí Nebezpečný pro ozonovou vrstvu Může poškodit reprodukční schopnost Může poškodit plod v těle matky Možné nebezpečí poškození reprodukční schopnosti Možné nebezpečí poškození plodu v těle matky Může poškodit kojené dítě

11


R 65 R 66 R 67 R 68

Zdraví škodlivý: při požití může vyvolat poškození plic Opakovaná expozice může způsobit vysušení nebo popraskání kůže Vdechování par může způsobit ospalost a závratě Možné nebezpečí nevratných účinků

1.2 Kombinované R -věty R 14/15 R 15/29 R 20/21 R 20/22 R 20/21/22 R 21/22 R 23/24 R 23/25 R 23/24/25 R 24/25 R 26/27 R 26/28 R 26/27/28 R 27/28 R 36/37 R 36/38 R 36/37/38 R 37/38 R 39/23 R 39/24 R 39/25 R 39/23/24

Prudce reaguje s vodou za uvolňování extrémně hořlavých plynů Při styku s vodou uvolňuje toxický, extrémně hořlavý plyn Zdraví škodlivý při vdechování a při styku s kůží Zdraví škodlivý při vdechování a při požití Zdraví škodlivý při vdechování, styku s kůží a při požití Zdraví škodlivý při styku s kůží a při požití Toxický při vdechování a při styku s kůží Toxický při vdechování a při požití Toxický při vdechování, styku s kůží a při požití Toxický při styku s kůží a při požití Vysoce toxický při vdechování a při styku s kůží Vysoce toxický při vdechování a při požití Vysoce toxický při vdechování, styku s kůží a při požití Vysoce toxický při styku s kůží a při požití Dráždí oči a dýchací orgány Dráždí oči a kůži Dráždí oči, dýchací orgány a kůži Dráždí dýchací orgány a kůži Toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při vdechování Toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při styku s kůží Toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při požití Toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při vdechování a při styku s kůží R 39/23/25 Toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při vdechování a při požití R 39/24/25 Toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při styku s kůží a při požití R 39/23/24/25 Toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při vdechování, styku s kůží a při požití R 39/26 Vysoce toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při vdechování R 39/27 Vysoce toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při styku s kůží R 39/28 Vysoce toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při požití R 39/26/27 Vysoce toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při vdechování a při styku s kůží R 39/26/28 Vysoce toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při vdechování a při požití R 39/27/28 Vysoce toxický: nebezpečí velmi vážných nevratných účinků při styku s kůží a při požití R 39/26/27/28 Vysoce toxický: nebezpečí velmi vážných návratných účinků při vdechování, styku s kůží a při požití R 42/43 Může vyvolat senzibilizaci při vdechování a při styku s kůží R 48/20 Zdraví škodlivý: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním

12


R 48/21

Zdraví škodlivý: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici stykem s kůží R 48/22 Zdraví škodlivý: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici požíváním R 48/20/21 Zdraví škodlivý: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním a stykem s kůží R 48/20/22 Zdraví škodlivý: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním a požíváním R 48/21/22 Zdraví škodlivý: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici stykem s kůží a požíváním R 48/20/21/22 Zdraví škodlivý: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním, stykem s kůží a požíváním R 48/23 Toxický: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním R 48/24 Toxický: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici stykem s kůží R 48/25 Toxický: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici požíváním R 48/23/24 Toxický: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním a stykem s kůží R 48/23/25 Toxický: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním a požíváním R 48/24/25 Toxický: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici stykem s kůží a požíváním R 48/23/24/25 Toxický: nebezpečí vážného poškození zdraví při dlouhodobé expozici vdechováním, stykem s kůží a požíváním R 50/53 Vysoce toxický pro vodní organismy, může vyvolat dlouhodobé nepříznivé účinky ve vodním prostředí R 51/53 Toxický pro vodní organismy, může vyvolat dlouhodobé nepříznivé účinky ve vodním prostředí R 52/53 Škodlivý pro vodní organismy, může vyvolat dlouhodobé nepříznivé účinky ve vodním prostředí R 68/20 Zdraví škodlivý: možné nebezpečí nevratných účinků při vdechování R 68/21 Zdraví škodlivý: možné nebezpečí nevratných účinků při styku s kůží R 68/22 Zdraví škodlivý: možné nebezpečí nevratných účinků při požití R 68/20/21 Zdraví škodlivý: možné nebezpečí nevratných účinků při vdechování a při styku s kůží R 68/20/22 Zdraví škodlivý: možné nebezpečí nevratných účinků při vdechování a při požití R 68/21/22 Zdraví škodlivý: možné nebezpečí nevratných účinků při styku s kůží a při požití R 68/20/21/22 Zdraví škodlivý: možné nebezpečí nevratných účinků při vdechování, styku s kůží a při požití

Standardní pokyny pro bezpečné nakládání (S-věty) 2.1 Jednoduché S – věty S1

Uchovávejte uzamčené 13


S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S 12 S 13 S 14 S 15 S 16 S 17 S 18 S 20 S 21 S 22 S 23 S 24 S 25 S 26 S 27 S 28 S 29 S 30 S 33 S 35 S 36 S 37 S 38 S 39 S 40 S 41 S 42 S 43 S 45 S 46 S 47 S 48 S 49 S 50

Uchovávejte mimo dosah dětí Uchovávejte na chladném místě Uchovávejte mimo obytné objekty Uchovávejte pod .... (příslušnou kapalinu specifikuje výrobce) Uchovávejte pod ......(inertní plyn specifikuje výrobce) Uchovávejte obal těsně uzavřený Uchovávejte obal suchý Uchovávejte obal na dobře větraném místě Neuchovávejte obal těsně uzavřený Uchovávejte odděleně od potravin, nápojů a krmiv Uchovávejte odděleně od ...(vzájemně se vylučující látky uvede výrobce) Chraňte před teplem Uchovávejte mimo dosah zdrojů zapálení - Zákaz kouření Uchovávejte mimo dosah hořlavých materiálů Zacházejte s obalem opatrně a opatrně jej otevírejte Nejezte a nepijte při používání Nekuřte při používání Nevdechujte prach Nevdechujte plyny/dýmy/páry/aerosoly (příslušný výraz specifikuje výrobce) Zamezte styku s kůží Zamezte styku s očima Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou a vyhledejte lékařskou pomoc Okamžitě odložte veškeré kontaminované oblečení Při styku s kůží okamžitě omyjte velkým množstvím .....(vhodnou kapalinu specifikuje výrobce) Nevylévejte do kanalizace K tomuto výrobku nikdy nepřidávejte vodu Proveďte preventivní opatření proti výbojům statické elektřiny Tento materiál a jeho obal musí být zneškodněny bezpečným způsobem Používejte vhodný ochranný oděv Používejte vhodné ochranné rukavice V případě nedostatečného větrání používejte vhodné vybavení pro ochranu dýchacích orgánů Používejte osobní ochranné prostředky pro oči a obličej Podlahy a předměty znečistěné tímto materiálem čistěte .... (specifikuje výrobce) V případě požáru nebo výbuchu nevdechujte dýmy Při fumigaci nebo rozprašování používejte vhodný ochranný prostředek k ochraně dýchacích orgánů (specifikaci uvede výrobce) V případě požáru použijte ... (uveďte zde konkrétní typ hasicího zařízení. Pokud zvyšuje riziko voda, připojte „Nikdy nepoužívat vodu“) V případě nehody, nebo necítíte-li se dobře, okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení) Při požití okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc a ukažte tento obal nebo označení Uchovávejte při teplotě nepřesahující ...°C (specifikuje výrobce) Uchovávejte ve zvlhčeném stavu ..... (vhodnou látku specifikuje výrobce) Uchovávejte pouze v původním obalu Nesměšujte s ..... (specifikuje výrobce)

14


S 51 S 52 S 53 S 56 S 57 S 59 S 60 S 61 S 62 S 63 S 64

Používejte pouze v dobře větraných prostorách Nedoporučuje se pro použití v interiéru na velké plochy Zamezte expozici - před použitím si obstarejte speciální instrukce Zneškodněte tento materiál a jeho obal ve sběrném místě pro zvláštní nebo nebezpečné odpady Použijte vhodný obal k zamezení kontaminace životního prostředí Informujte se u výrobce nebo dodavatele o regeneraci nebo recyklaci Tento materiál a jeho obal musí být zneškodněny jako nebezpečný odpad Zabraňte uvolnění do životního prostředí. Viz speciální pokyny nebo bezpečnostní listy Při požití nevyvolávejte zvracení: okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc a ukažte tento obal nebo označení V případě nehody při vdechnutí přeneste postiženého na čerstvý vzduch a ponechte jej v klidu Při požití vypláchněte ústa velkým množstvím vody (pouze je-li postižený při vědomí)

2.2 Kombinované S -věty S 1/2 S 3/7 S 3/9/14 S 3/9/14/49 S 3/9/49 S 3/14 S 7/8 S 7/9 S 7/47 S 20/21 S 24/25 S 27/28

S 29/35 S 29/56 S 36/37 S 36/37/39 S 36/39 S 37/39 S 47/49

Uchovávejte uzamčené a mimo dosah dětí Uchovávejte obal těsně uzavřený na chladném místě Uchovávejte na chladném, dobře větraném místě odděleně od .... (vzájemně se vylučující látky uvede výrobce) Uchovávejte pouze v původním obalu na chladném dobře větraném místě, odděleně od ....(vzájemně se vylučující látky uvede výrobce) Uchovávejte pouze v původním obalu na chladném, dobře větraném místě Uchovávejte na chladném místě, odděleně od (vzájemně se vylučující látky uvede výrobce) Uchovávejte obal těsně uzavřený a suchý Uchovávejte obal těsně uzavřený, na dobře větraném místě Uchovávejte obal těsně uzavřený, při teplotě nepřesahující .... °C (specifikuje výrobce) Nejezte, nepijte a nekuřte při používání Zamezte styku s kůží a očima Po styku s kůží okamžitě odložte veškeré kontaminované oblečení a kůži okamžitě omyjte velkým množstvím . . . (vhodnou kapalinu specifikuje výrobce) Nevylévejte do kanalizace, tento materiál a jeho obal musí být zneškodněny bezpečným způsobem Nevylévejte do kanalizace, zneškodněte tento materiál a jeho obal ve sběrném místě pro zvláštní nebo nebezpečné odpady Používejte vhodný ochranný oděv a ochranné rukavice Používejte vhodný ochranný oděv, ochranné rukavice a ochranné brýle nebo obličejový štít Používejte vhodný ochranný oděv a ochranné brýle nebo obličejový štít Používejte vhodné ochranné rukavice a ochranné brýle nebo obličejový štít Uchovávejte pouze v původním obalu při teplotě nepřesahující .... °C (specifikuje výrobce)

15


Chemické látky používané při laboratorním cvičení

název

klasifikace

R věty

S věty

C;N

(1/2-)26-36/37/39-45-61

C;N

34-50 45-46-60-61-8-21-25-26-3442/43-48/23-50/53 34-50/53

ethanol

F

11

(2-)7-16

fluorid draselný

T

23/24/25

(1/2-)26-45

hořčík

F

11-15

(2-)7/8-43

hydroxid draselný

C

22-35

(1/2-)26-36/37/39-45

hydroxid sodný

C

35

(1/2-)26-37/39-45

chlorid amonný

Xn

22-36

(2-)22

chlorid barnatý

T

20-25

(1/2-)45

chlorid rtuťnatý

T+ ; N

28-34-48/24/25-50/53

(1/2-)36/37/39-45-60-61

chlorid vápenatý

Xi

36

(2-)22-24

chlorid zinečnatý

C;N

22-34-50/53

(1/2-)26-36/37/39-45-60-61

chroman draselný

T;N

49-46-36/37/38-43-50/53

53-45-60-61

jod

Xn ; N

20/21-50

(2-)23-25-61

kyselina dusičná (konc.) kyselina chlorovodíková (konc.) kyselina octová (konc.)

O;C

8-35

(1/2-)23-26-36-45

C

34-37

(1/2-)26-45

C

10-35

(1/2-)23-26-45

kyselina sírová (konc.)

C

35

(1/2-)26-30-45

kyselina šťavelová

Xn

21/22

(2-)24/25

O ; Xn ; N

8-22-50/53

(2)60-61

Xn

20/22

(2-)25

peroxid vodíku

O;C

5-8-20/22-35

(1/2-)17-26-28-36/37/39-45

rtuť

T;N

23-33-50/53

(1/2-)7-45-60-61

síran měďnatý

Xn ; N

22-36/38-50/53

(2-)22-60-61

síran nikelnatý

Xn ; N

22-40-42/43-50/53

(2-)22-36/37-60-61

Xi

36

(2-)22-26

amoniak (roztok 26%) dichroman draselný dusičnan stříbrný

manganistan draselný oxid manganičitý

uhličitan sodný kr.

O ; T+ ; N

53-45-60-61 (1/2-)26-45-60-61

Pokud pracujete s nebezpečnými látkami, dbejte pokynů vyučujících. Látky si vypište do sešitu včetně označení klasifikace nebezpečnosti a R,S vět. Pokud nejsou v přiložené tabulce, vyhledejte příslušná data v literatuře nebo využijte elektronickou obdobu (nějakou databázi).

16


Čistota chemikálií U chemikálií prodávaných v ČR bývá vyznačen stupeň čistoty. Stupně čistoty podle ČSN 650190 v pořadí od nejvyššího k nejnižšímu jsou (v závorce jsou uvedeny eventuelní zkratka českého označení stupně čistoty, latinské označení stupně čistoty a zkratka latinského označení stupně čistoty): chemicky čistý (ch.č., purissimum speciale, puriss. spec.), pro analýzu (pro analysi, p.a.), čistý (č., purum, p.), čištěný (depuratum, depur.), technický (technicum, techn.), surový (sur., crudum, crud.). Z hlediska práce v laboratoři je vhodné pracovat s chemikáliemi co nejvyšší čistoty, nebot nečistoty mohou rušivě ovlivňovat výsledky práce. Je však třeba si uvědomit, že se zvyšováním čistoty chemikálie se zvyšuje pracnost její výroby a tedy i cena. Volba nejčistších dostupných chemikálií by mnohdy byla zbytečným plýtváním finančními prostředky i znehodnocováním práce vložené do jejich přípravy. Chemikálie, které nevyhovují čistotou pro přímé použití, podrobíme vhodné čisticí operaci. Někdy je nutné čistit i chemikálie s označením vysokého stupně čistoty, protože mohou být vlhké, mohou se časem kazit, nebo je potřeba odstranit stabilizační přísady. Nejběžnějšími čistícími operacemi jsou sušení, krystalizace a destilace.

Laboratorní potřeby a pomůcky Velká většina nádob používaných v chemické laboratoři, sloužící k reakcím, preparacím i uchovávání chemikálií je vyrobena ze skla. Chemické sklo má vysoký obsah oxidu křemičitého, je tepelně a chemicky odolné. Další předměty v laboratoři se vyrábí z porcelánu, plastických materiálů a z kovů. Pro laboratorní praxi je nezbytné umět tyto pomůcky pojmenovat. Pro začátek následuje laboratorní sklo – zejména kádinky, baňky, laboratorní porcelán a další pomůcky používané v prvním ročníku.

17


18


19


20


21


Základní laboratorní práce

Váhy a vážení (balance and balancing) Vážení je jeden z nejobvyklejších laboratorních úkonů. Jsou-li k dispozici dobré váhy a zachováme-li všechna pravidla správného vážení, můžeme docílit mimořádné přesnosti, jakou např. při odměřování objemu nedosáhneme. Podle citlivosti a váživosti se rozlišuje několik druhů vah. Analytické váhy váží s přesností na 0.0001 g a mají váživost několik g. Používají se při analytických stanoveních. Technické váhy zvané též lékárnické či zlatnické mají větší váživost a váží s přesností na 0.01g (viz dále). Předvážky váží obvykle do 1-5 kg s přesností na 0.1g. Drogistické či krámské váhy jsou všechny ostatní váhy, které se nepovažují za váhy laboratorní. Termíny: Váživost vah je největší dovolené zatížení, kterému můžeme bez poškození vystavit jednu misku vah. Citlivost vah je poměr mezi výchylkou ukazatele a malým závažím, kterým je způsobena. Nulová poloha je místo na stupnici, kolem kterého se kýve a nakonec se zastaví jazýček vahadla nezatížených vah. Technické váhy mají váživost 200-1000 g a váží s přesností na 0.01g. Obvykle to jsou váhy s dvěma miskami, vahadlem a závažíčky. Obvykle mají aretaci, což je zařízení, které umožňuje vysunutí vahadla z břitů a tím chrání břity před mechanickým poškozením zejména v době, kdy nevážíme. Odaretování a aretaci provádíme vždy opatrně a pomalu, aby nedošlo k vypadnutí závěsů misek z břitů. Nejsou-li váhy v činné poloze, musí byt vždy zaaretovány. Závaží pro přesné technické váhy jsou obvykle mosazná a bývají uložena v dřevěné skříňce zároveň se zlomky a pinsetou.

Postup při vážení: Stanovíme nulovou polohu, to znamená, že váhy odaretujeme a zjistíme, zda se jazýček vahadla při nezatížených vahách kryje s nulovým označením stupnice. Není-li tomu tak, vyrovnáme nulovou polohu vyvážením zlomkem závaží. Pak váhy zaaretujeme. Odvažovaný předmět ve vhodné nádobce (kádince, vážence, na hodinovém sklíčku nebo na lodičce položíme na levou misku vah. Na pravou misku dáme pomocí pinsety závaží předpokládané hmotnosti a opatrně částečně odaretujeme a sledujeme výchylku jazýčku. Podle toho buď přidáme nebo ubereme a tak postupně přidáváme menší závaží, přičemž dodržujeme zásadu, že vždy postupujeme od těžšího závaží k lehčímu. Hmotnost závaží zapisujeme podle prázdným míst v sadě závaží a kontrolujeme ji při vracení závaží do soupravy. Po vyvážení vah tyto zaaretujeme a pak sejmeme vážený předmět a závaží. Pro stanovení hmotnosti odvažované chemikálie buď zvážíme předem nádobku (táru), nebo zvážíme nádobku po vysypání s případným zbytkem chemikálie (tzn. navažování z rozdílu).

22


Při vážení je třeba dbát, aby váhy byly vždy ve vodorovné poloze, kterou kontrolujeme pomocí olovnice nebo vodováhy. Misky vah je třeba chránit před znečistění chemikáliemi. Připadnou nečistotu na vahách ihned odstraníme čistým hadříkem, případně misku opláchneme a vysušíme. Do blízkosti vah se nesmí dávat chemikálii, které by mohly váhy korodovat. Stejně tak nesmějí korodovat závaží, neboť by pak měnila svou hmotnost. Předvážky jsou určeny k velmi rychlému vážení, přesnost a dolní mez váživosti jsou však horší než u technických vah. Obvyklé jsou jednomiskové poloautomatické sklonné váhy s rovnoběžníkovým vedením váhové misky a opatřené magnetickým tlumením kyvů. Výchylka vahadla se přenáší opticky do okénka (na stínidlo) na přední straně přístroje. Pro zatížení nad 100 g, nad 200 g atd. se rozsah vážení mění navažovacím knoflíkem na pravé bočnici přístroje. Váhy se zapínají vypínačem na zadní straně vah. Vodorovnou polohu vah kontrolujeme pomocí libely. Pak překontrolujeme nulovou polohu na matnici, připadnou malou korekci lze udělat menším knoflíkem na pravém bočnici. V době, kdy se váhy nepoužívají musejí být zaaretovány. Nemají však tzv. pracovní aretaci, to znamená, že břity držáku jsou trvale uloženy v achátových lůžkách. Při neopatrném zacházení, zejména při prudkém postavení nebo rychlém odstranění váženého předmětu z misky vah může dojít k vyhození břitů z achátových lůžek nebo i k jejich poškození. Projeví se to tím, že váha v některé části stupnice začne drhout, případně je vůbec nepohyblivá. Chemikálie neklademe přímo na chromovanou misku a náhodné znečištění misky nebo skříňky vah ihned odstraníme. Analytické váhy (analytic(al) balance) jsou nejcitlivější chemické váhy, které váží s přesností na 0.0001g. Používají se v analytických laboratořích pro odvažování velmi malých množství a jsou neobyčejně choulostivé. Jsou vždy umístěny ve skleněné skříňce, neboť již dýchnutí způsobí výchylku ukazatele. Proti otřesům jsou zajištěny stolkem, který je zapuštěn do stěny nebo specielním stolkem s těžkou mramorovou deskou, který je složen z vlastního stolu, na kterém spočívají váhy, a ze samostojného rámu, o který se vážící opírá. Obvyklé jsou rovnoramenné poloautomatické váhy s tlumenými kyvy nebo jednomiskové torzní váhy. Pomocí závaží nebo řetízku pokládaného na vahadlo pomocí knoflíku vně skříňky se určí první tři desetinná místa, čtvrté se určí přičítáním nebo odečítáním podle polohy ukazatele na stínítku stupnice. Digitální váhy jsou poněkud odolnější a vážení na nich je nekonečně snazší, neboť kromě volby rozsahu a automatického tárování je třeba jen vyčkat, až se ustálí hodnota na display. I k nim je však nutno přistupovat šetrně, krom jiného také proto, že se jejich cena pohybuje v desítkách tisíc. V prvním ročníku se tyto váhy nepoužívají.

Měření objemu (measuring volume) Objem (volume) je fyzikální veličina, jejíž jednotkou v soustavě SI je metr krychlový (m3). V chemii se často používá jednotka tisíckrát menší, decimetr krychlový, který je podle definice totožný s vedlejší jednotkou litr (1 dm3 = 1 l) a jednotka milionkrát menší, centimetr krychlový (1 cm3 = 1 ml).

23


K odměřování objemu kapalin používáme :

BYRETY

PIPETY DĚLENÁ A NEDĚLENÁ

PIPETOVACÍ NÁSTAVEC

ODMĚRNÝ VÁLEC

ODMĚRNÉ BAŇKY

Podle způsobu použití rozlišujeme nádoby: •

•

kalibrované na dolití označené IN, což znamená, že jestliže se nádoba naplní po značku, obsahuje přesně ten objem kapaliny, který je na ní uvedený.Jsou to například odměrné válce nebo odměrné baňky (viz obrázek). kalibrované na vylití označené EX, což znamená, že objem označený na nádobě získáme vylitím kapaliny z nádoby naplněné po danou značku. Jsou to například pipety nebo byrety.

Protože kapaliny mění svůj objem v závislosti na teplotě, musíme je před měřením temperovat (zahřát nebo ochladit) na teplotu, při které jsou kalibrovány odměrné nádoby. Obvykle to bývá 20°C. Tato teplota je na nich také vyznačena Odměrné baňky (bottle volumetric) se používají k přesnému odměřování objemů, pro přípravu zásobních roztoků z navážky vzorku a na přípravu roztoků přesné koncentrace. Baňky se plní ve svislé poloze pomocí nálevky. Před dolitím kapaliny po značku se nálevka vyjme a zbývající potřebná kapalina se přidává opatrně pipetou. Kapaliny má být tolik, aby se meniskus svým spodním okrajem dotýkal značky, přičemž značka musí být ve výšce očí. Odměrné válce (graduated cylinder) se používají jen na přibližné odměřování kapalin. Nejčastějším materiálem pro jejich výrobu je laboratorní sklo, stále více se však prosazují i plasty, zejména pro jejich mechanickou odolnost. Skleněné odměrné válce při změnách teploty lehce praskají, proto v nich neodměřujeme horké roztoky ani nesmícháváme roztoky (např. neředíme kyselinu sírovou apod.). Pipety (pipette) jsou kalibrované na určitý objem označený ryskou. Při plnění ponoříme pipetu do kapaliny a nástavcem nasáváme vzduch z pipety, dokud hladina kapaliny nevystoupí nad rysku. Potom z pipety opatrně po kapkách vypustíme tolik kapaliny, aby byl spodní okraj menisku na značce. Obsah pipety necháme potom volně vytéci do připravené nádoby. Pipety nevyfukujeme a nevyplachujeme, neboť jsou podobně jako odměrné válce a byrety kalibrované na výtok. Nepipetujeme ústy, ale pomocí nástavce k tomu určenému!!! 24


Byrety (burette) se používají k přidávání přesného množství kapalin při titracích. Vyrábějí se nejčastěji pro objemy 5 - 100 cm3 a jsou dělené po 1 cm3, který je ještě rozdělený na desetiny. Objem odečítáme s přesností na 0,05 cm3 (polovina dílku). Jejich dolní konec je opatřen zabroušeným kohoutkem nebo kuličkovým ventilem (ten používáme pro alkalické roztoky, které mohou způsobit "zapékání" skleněného kohoutku). Byrety připravujeme podobně jako pipety, propláchnutím malým množstvím roztoku a zároveň zjistíme, zda nám byreta "nepodtéká", podle potřeby potřeme zábrus uzavíracího kohoutku Ramsayovým tukem. Při měření objemu musí být byrety připevněny ke stojanu svisle a oči musí být ve výšce hladiny.

Měření teploty (measuring temperature) Teplota v laboratoři je měřena kapalinovými teploměry nebo termočlánky. Kapalinové teploměry (liquid thermometer) – teplota se určuje na základě tepelné roztažnosti kapaliny. Nejčastěji se používá rtuť (dnes je z důvody nebezpečnosti nahrazována voskem) a pro nižší teploty se používají teploměry lihové. Termočlánky (thermal element) – dva různé vodiče vzájemně svařené. Ohřátím místa spoje vzniká mezi nimi potenciálový rozdíl, úměrný teplotě.

Měření hustoty (densimetry) Hustota patří k charakteristickým vlastnostem látek, zejména roztoků. Je dána podílem hmotnosti m a objemu V

Jednotkou hustoty je kilogram na krychlový metr, často se však používá jednotka gram na krychlový centimetr.

U kapalin, jsou-li k dispozici v dostatečném množství, je možno měřit hustotu hustoměrem. Prodávají se obvykle hustoměry pro látky těžší než voda, lehčí než voda a speciální hustoměry kalibrované již v procentuální koncentraci stanovované látky např. lihoměry nebo cukroměry. Hustoměry jsou duté skleněné trubice na obou koncích zatavené. Spodní část je obvykle rozšířena a dole je zatížena olovem nebo rtutí, často má také vestavěný teploměr. Horní část přechází do dlouhé tenké trubky, která má uvnitř stupnici. Všechna měření pomocí hustoměru se musejí provádět při takové teplotě, při které byl hustoměr kalibrován. Měření pomocí hustoměru je poměrně jednoduché. Měřenou kapalinu nalijeme do dostatečně vysokého válce, temperujeme a pak do ní opatrně ponoříme hustoměr. Při odečítání musí hustoměr volně plavat a nesmí se dotýkat stěn ani dna. Při odečítání musí být oko ve výšce menisku a správný je údaj, který leží v jedné přímce s dolním okrajem menisku.

25


Zahřívání - heating, warm(ing)

Přímé zahřívání – kahany Běžným zdrojem tepla pro reakce za zvýšené teploty je plynový kahan. V laboratoři používáme Bunsenův kahan. Pro některé práce je vhodný Mekerův kahan, má větší tepelný výkon. Bunsenův kahan

Mekerův kahan

Rozložení teplot v plameni Bunsenova kahanu O - oxidační pásmo R - redukční pásmo

Nepřímé – topné lázně

Parní (vodní) lázeň – slouží k odpaření rozpouštědla a k sušení krystalů, k ohřevu reakčních směsí

preparát

26


Chlazení – cooling Chlazení je proces při kterém probíhá výměna tepla mezi dvěmi prostředími. Nejčastějšími chladícími medii je voda nebo vzduch. Chlazení může probíhat dvěmi různými způsoby a to povrchový nebo směšovací. Povrchový způsob je, že medium nepřijde do styku s ochlazovanou látkou. S tímto způsobem chlazení velice často setkáme v laboratoří při použití chladiče (např. Liebiegův) jako nástroje pro povrchové chlazení. Při použití druhého způsobu chlazení dojde k přímému smísení média a ochlazované látka. I v tomto případě je nejčastějším médiem voda, vzduch a olej. Příkladem z života je když do horké vody přidáme ledovou vodu tak se nám konečný roztok ochladí. Tento způsob je velmi často využíván v průmyslu při ochlazování železa atd.. Chlazení ledem je možno využít v obou případech. Tato tepelná výměnná je výhodná z toho důvodu, protože pro ohřátí ledu je potřebná energie pro ohřev a ještě pro přechod skupenství mezi pevným a kapalným. Tato energie kterou musíme dodat se nazývá skupenské teplo. Tudíž led na chlazení je výhodný tím, že nejenom odebírá teplo pro zvýšení teploty, ale i pro změnu skupenství. Pro teploty nižší než O°C používáme chladicí směsi tvořené ledem s různými elektrolyty, které způsobují snížení teploty tání ledu. Led musí být pro přípravu chladicí směsi dobře rozdrcen a promíchán s elektrolytem. Příklady těchto směsí najdete v chemických tabulkách.

Destilace - distillation Destilací se rozumí dělicí a čisticí metoda založená na rozdělování směsí varem. Těkavější složka snadněji dosáhne plynného skupenství a lze ji tak oddělit od složky méně těkavé. Využití destilace v laboratoři může být rozdílné. Někdy se požadovaná látka ze směsi oddestiluje, jindy se oddestiluje např. rozpouštědlo a hlavní produkt zůstane v destilační baňce, nebo se směs destilací dělí podle rozdílných bodů varu složek na jednotlivé čisté podíly (frakce). K pochopení principu destilace a k dělení malého množství látek lze také použít destilační semimikroaparaturu viz obr. č. l. Obr. č. 1 Pro bezpečnou destilaci platí: čím je destilační nádoba menší, tím opatrněji se musí zahřívat. Aby nedocházelo k utajenému varu, je třeba vždy vložit do destilační baňky varné kamínky (skleněné kuličky, nalámané kapiláry apod.). Destilační baňka se plní kapalinou nejvýše do poloviny jejího objemu.

Práce s plyny Laboratorní pokusy s plyny vyžadují odlišné laboratorní zařízení a jiné pracovní metody než práce s kapalnými nebo tuhými látkami. Hlavní fyzikální vlastnost, která podmiňuje tuto zvláštnost, je přirozená rozpínavost plynů. Plyny nemají stálý tvar, ani nezaujímají stálý objem. Jejich chování a reakce závisí na druhu plynu, na stavových podmínkách (teplotě, tlaku, objemu) a na chemické reaktivitě. Při práci s plyny a při výpočtech, které jsou k této činnosti potřebné, se vychází ze základních fyzikálních zákonů o plynech a z chemických rovnic. K usnadnění výpočtů se většinou v úlohách laboratorního cvičení 1. roč. místo 27


skutečných podmínek uvažují tzv. normální podmínky. Předpokládá se, jako by děje probíhaly při teplotě 0 oC a tlaku 101 kPa. Za takového stavu zaujímá 1 mol kteréhokoliv plynu přibližně objem 22,41 dm3 (tato hodnota platí přesně jen pro ideálně se chovající plyn, hodnoty molárního objemu všech reálných plynů se od této hodnoty více či méně liší, při našich výpočtech však můžeme tento rozdíl zanedbat a počítat s hodnotou Vm = 22,41 dm3.mol-1). Tímto zjednodušením jsou dosahované výsledky jen přibližné, ale zpravidla pro běžné laboratorní účely postačující. Podrobněji se seznámíte s teorií o plynech ve fyzice a fyzikální chemii.

Dělení směsí - separation Krystalizace - crystallization Krystalizace je vylučování tuhé látky z roztoku nebo taveniny. Je jednou z nejpoužívanějších metod přípravy čistých látek v laboratoři. Krystalizace látky z roztoku je způsobena snížením její rozpustnosti, které se dosáhne: Ø volným odpařováním rozpouštědla za laboratorní teploty – volná krystalizace Ø ochlazením nasyceného roztoku připraveného při vyšší teplotě na teplotu nižší – rušená krystalizace Ø přidáním druhého rozpouštědla, ve kterém je látka málo rozpustná

Filtrace - filtration Filtrace je oddělování dvou fází pomocí propustného materiálu, který dovoluje průchod pouze jedné z nich. Filtraci lze provést s použitím filtrační, rychlofiltrační nebo Bűchnerovy nálevky. Jako filtrační materiál se používá filtrační papír, vata nebo různé síťky (látkové, plastové, kovové) podle charakteru a množství filtrované látky. V některých případech se k filtraci používá nuč se skleněnou filtrační vložkou (fritou).

Dekantace - decantation Jednoduchým způsobem oddělování tuhé fáze od kapalné je dekantace, která současně slouží k promývání sraženin Tuhá látka se nechá usadit na dně dekantační nádoby a čirá kapalina se opatrně odlije nebo odsaje. Toto se opakuje nejméně 3x, poslední dekantace se provede destilovanou vodou. Používáme kádinky, Erlenmeyerovy baňky nebo odměrné válce.

Sublimace - sublimation Přímý přechod látek ze skupenství tuhého do skupenství plynného se nazývá sublimace. Této změny skupenství lze dosáhnout buď snížením tlaku nad látkou, nebo u některých látek za běžného tlaku zvýšením teploty. V laboratoři se této vlastnosti obvykle využívá při dělení směsí tuhých látek tak, že sublimující látka se převede za běžného atmosférického tlaku zahřátím na páry, které se po ochlazení znovu vrátí do tuhého skupenství.

28


Srážení - precipitation Sraženiny jsou velmi málo rozpustné sloučeniny, jejich rozpustnost je dána rovnováhou mezi tuhou fází a ionty v roztoku. Hodnoty rozpustnosti jsou jako součin rozpustnosti uváděny v chemických tabulkách.

Srážecí reakce Reakcí rozpuštěného kationtu a aniontu vzniká málo rozpustná sůl. Oxidační čísla se nemění Některé málo rozpustné soli: AgCl, AgBr, AgI, AgIO3, AgOH, AgSCN, Ag2CO3, Ag2S, Ag2Cr2O7, Al(OH)3, BaCO3, BaCrO4, BaSO4, Bi(OH)3, CaCO3, CaF2, CaSO4, CdCO3, Cd(OH)2, CdS, CoCO3, CoS, Cr(OH)3, CuBr, CuCl, CuI, Cu(OH)2, CuS, Cu 2S, Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeS, HgI2, Hg2Cl2, Hg2Br2, Hg2I2, La(OH)3, MgF2, Mg(OH)2, Mn(OH)2, MnCO3, MnS, NiS, Ni(OH)2, PbCO3, PbCrO4, PbF2, Pb(IO3)2, PbI2, PbS, PbSO4, Sn(OH)2, Sn(OH)4, SnS, SrCO3, SrF2, SrSO4, Th(OH)4, TlBr, TlCl, Tl(OH)4, ZnCO3, Zn(OH)2, ZnS

Chromatografie – chromatography Chromatografie je souhrnné označení pro skupinu fyzikálně-chemických separačních metod. Molekuly analytu se u všech typů chromatografických separací rozdělují mezi stacionární (nepohyblivou) a mobilní (pohyblivou) fázi. Dělení je založeno na rozdílné afinitě složek směsi k mobilní a stacionární fázi. Rozdělení chromatografických metod podle stacionární fáze • • •

sloupcová chromatografie (kolonová chromatografie, CC, column chromatography) stacionární fáze je v koloně papírová chromatografie (PP, paper chrom.) - stacionární fáze je papír chromatografie na tenké vrstvě (TLC, thin layer chromatography) - stacionární fáze je suspenze v podobě tenké vrstvy

29


Jednotlivé úlohy Úloha č.1

Základní práce se sklem

Každý chemik má ovládat základní práce se zpracováním skla. 1) Řezání skla Řezání trubic potřebné délky provádíme tak, že na žádaném místě provedeme sklářským nožem nebo trojúhelníkovým pilníkem zářez. Táhnutím lehce směrem dolů pak trubici v místě řezu rozlomíme. Podobným způsobem řežeme i skleněné tyčinky. 2) Formování skla v plameni a) otavování hran Ostré hrany trubic nebo tyčinek otavujeme tak, že konec trubice nejprve vyhřejeme ve svítivém plameni a potom vnoříme za stálého otáčení do nejteplejší zóny nesvítivého plamene kahanu. Jakmile hrany začnou červenat, ihned je z plamene vytáhneme. Přílišné zahřátí způsobuje, že se okraje trubice stahují a její otvor se proto zmenšuje. Podobně u tyčinek vzniká kapkovitý útvar. b) ohýbání skla Ohýbání skleněných trubic do pravého úhlu provádíme tak, že vyhřejeme trubici rovnoměrně v délce úměrné poloměru vyžadovaného oblouku. Za stálého otáčení zahřejeme sklo do žlutého žáru a mimo plamen potom trubici volně ohýbáme, jen co dovoluje odpor materiálu.

c) tažení trubic Trubici stejnoměrně vyhřátou do úplného změknutí můžeme vytáhnout – mimo plamen - a zúžit ji na kapiláru nebo na trubici o menším průměru.

30


d) zatavování a foukání baniček Konec trubice zahřejeme do červena, až se slije, a pak mimo plamen foukáme tak, až se vytvoří banička. e) Kapilára s ohybem Uřízneme trubičku délky 3 dlaždice, konce otavíme a uprostřed vytáhneme kapiláru. Rozdělíme na dvě části a provedeme ohyb tak, že nahřejeme trubičku přibližně v polovině a necháme spadnout do pravého úhlu 90°. Získáme tedy dvě trubičky, budou využity v laboratoři L1. Konec kapiláry je třeba též otavit, velmi opatrně.

f) výroba střičky Uřízneme trubičku délky 5 dl (dlaždičky – naše oblíbená školní míra, není jednotkou SI), konce otavíme a uprostřed vytáhneme kapiláru. Rozdělíme na dvě části a provedeme ohyb tak, že nahřejeme ve zvoleném místě trubičku a necháme spadnout do správného úhlu asi 60°. Získáme tedy dvě trubičky, jednu náhradní. Konec kapiláry je třeba též otavit, velmi opatrně.

Práce s korkem a pryží Korek Nové korkové zátky jsou tvrdé, nepoddajné a špatně přiléhají hrdlu baňky. Změkčují se mačkáním: zátka se vloží do otvoru páčkového mačkadla a zmáčkne se. Pak se stisk povolí, zátka se pootočí a znovu se rameno mačkadla přitiskne. To se několikrát opakuje, až je zátka dostatečně poddajná. Pryž Pryžové výrobky jsou v chemické laboratoři zastoupeny zejména zátkami, hadicemi, gumičkami a rukavicemi. Pryžové zátky se užívají hlavně k uzavírání nádob s alkalickými roztoky. K uzavírání organických rozpouštědel nejsou vhodné – dochází k botnání nebo naleptání pryže a znečištění uzavřeného obsahu. Vrtání korkových a pryžových zátek Korkové a pryžové zátky se vrtají pomocí korkovrtů. Korkovrt je tenkostěnná kovová trubka vhodného průměru, na horním konci zesílená a příčně provrtaná. Tam se vkládá krátká kovová tyčka, sloužící jako vratidlo. Dolní konec korkovrtu je naostřen. Úplná sada korkovrtů obsahuje zpravidla korkovrty o průměru 5 až 15 mm, odstupňované po 1 mm. Vratidlo usnadňuje otáčení korkovrtu při vrtání. Kromě toho se jím z korkovrtů vytlačují zbytky zátky.

31


Při vrtání ručním korkovrtem se postupuje takto: Vrtanou zátku položíme na prkénko a korkovrt navlhčený glycerolem nebo vodou se nasadí na střed budoucí díry. Mírně se přitlačí a otočí se asi o 90°, při čemž se zátka jednou rukou přidržuje. Při vrtání je třeba dbát, aby vrtaná díra byla rovnoběžná s osou zátky. Když je zátka téměř provrtaná, tj, když se na jejím spodku objeví obrysy korkovrtu, nástroj za otáčení vytáhneme, zátku obrátíme a vyřízneme korkovrtem díru z druhé strany. Získáme tak otvor s ostrými, nevytrhanými okraji.

Vrtání pryžových zátek je obtížnější. V tomto případě musí být korkovrt velmi dobře naostřen. Navlhčíme jej glycerolem a vrtáme za nepatrného přitlačování. Občas korkovrt vytáhneme a znovu navlhčíme.

Ostření korkovrtů: Korkovrty se ostří ostřičem korkovrtů, který se prodává spolu s celou sadou. Je to kovový kužel nasazený na dřevěné rukojeti a spojený s pohyblivým ocelovým nožem. Při ostření se vsune kužel ostřiče do korkovrtu, palcem se lehce přitlačí ocelový nůž a ostřičem se několikrát otočí. Otáčením se nožem odebírá z ostří korkovrtu tenká tříska.

Roztoky a jejich příprava Hmotnostní zlomek Hmotnostní zlomek w látky A v roztoku je definován jako podíl hmotnosti látky A ku celkové hmotnosti roztoku: w( A) =

m( A) m

m(A) - hmotnost látky A m - hmotnost celého roztoku

Příklad 1: Vyjádřete hmotnostním zlomkem složení roztoku připraveného rozpuštěním 15 g NaOH ve 105 g vody.

w( NaOH ) =

m( NaOH ) 15 g = = 0,125 m 15 g + 105 g

Hmotnostní zlomek hydroxidu sodného v roztoku je 0,125. Roztok obsahuje 12,5%hm. hydroxidu sodného.

32


Příklad 2: Vypočítejte hmotnost jodidu draselného a vody, potřebnou k přípravě 230 g 2,5%hm. roztoku. m(KI ) m m(KI ) = w(KI ) ⋅ m = 0,025 ⋅ 230 g = 5,75g m(H 2 O ) = 230 g − 5,75g = 224,25g w(KI ) =

K přípravě 230 g 2,5%hm. roztoku je třeba 5,75 g jodidu draselného a 224,25 g vody.

Objemový zlomek Objemový zlomek ϕ látky A je dán podílem objemu látky A a objemu celého roztoku.

ϕ ( A) =

V ( A) V

V(A) - objem látky A V - objem celého roztoku

Pozor ! Celkový objem směsi se obecně nerovná součtu objemů složek před přípravou směsi smícháním může dojít k objemové expanzi nebo k objemové kontrakci ! Látková koncentrace Látková koncentrace c látky A je definována jako podíl látkového množství látky A ku objemu roztoku. c( A) =

n( A) V

n(A) - látkové množství látky A v molech V - objem celého roztoku v dm3

Základní jednotkou látkové koncentrace je mol.m-3, vedlejší jednotkou je mol.dm-3, v praxi se však častěji používá jednotka mol.l-1. V praxi se můžete setkat s označením 0.2 M což znamená, že c = 0.2 mol.dm-3. Jestliže do definičního vztahu pro látkovou koncentraci dosadíme vztah pro látkové množství m( A) m( A) n ( A) = c( A) = dostaneme důležitý vztah M ( A) M ( A) ⋅ V M – molární hmotnost látky A v g.mol-1 m – hmotnost látky v g

33


Příklad 3: Jaká je látková koncentrace roztoku, který obsahuje v 0,300 dm3 10,5 g KOH? m( KOH ) 10,5g c( KOH ) = = M ( KOH ) ⋅ V 56,1g ⋅ mol −1 ⋅ 0,3 dm3 c( KOH ) = 0,624 mol ⋅ dm−3

Látková koncentrace roztoku je 0,624 mol.dm-3. Příklad 4: Jaká hmotnost manganistanu draselného je obsažena v 15 cm3 roztoku o koncentraci 0,05 mol.dm-3? c( KMnO4 ) =

m( KMnO4 ) M ( KMnO4 ) ⋅ V

m( KMnO4 ) = c( KMnO4 ) ⋅ M ( KMnO4 ) ⋅ V

m( KMnO4 ) = 0,05 mol ⋅ dm−3 ⋅ 158,3 g ⋅ mol −1 ⋅ 0,015 dm−3 m( KMnO4 ) = 0,119 g

V 15 cm3 roztoku KMnO4 o koncentraci 0,05 mol.dm-3 je 0,119 g manganistanu draselného.

Příklad 5: Kolik cm3 roztoku FeCl3 o koncentraci 0,1 mol.dm-3 je možné připravit rozpuštěním 0,6 g FeCl3 ve vodě? c( FeCl3 ) =

V =

m( FeCl3 ) M ( FeCl3 ) ⋅V

m( FeCl3 ) 0,6 g = −3 M ( FeCl3 ) ⋅ c( FeCl3 ) 0,1mol ⋅ dm ⋅ 162,2 g ⋅ mol −1

V = 0,037 dm3 Rozpuštěním 0,6 g FeCl3 ve vodě je možné připravit 37 cm3 roztoku FeCl3 o koncentraci 0,1 mol.dm-3. Příklad 6: Jaká je látková koncentrace 10%hm. roztoku kyseliny chlorovodíkové, jestliže jeho hustota je 1,047 g.cm-3? M(HCl) = 36,46 g.mol-1

34


m(HCl ) = w(HCl ) ⋅ m(roztoku )

c( HCl) =

m( HCl) M ( HCl) ⋅ V

c( HCl) =

w( HCl) ⋅ ρ ⋅V w( HCl) ⋅ ρ = M ( HCl) ⋅V M ( HCl)

c( HCl) =

0,10 ⋅ 1047 g ⋅ dm3 = 2 ,87 mol ⋅ dm−3 −1 36,5 g ⋅ mol

m = ρ ⋅V

10%hm. roztok HCl má látkovou koncentraci 2,87 mol.dm-3. Příklad 7: Vypočítejte hmotnostní zlomek roztoku kyseliny dusičné (c = 5,62 mol.l-1), jehož hustota je 1,180 g.cm-3. M(HNO3) = 63,0 g.mol-1 w( HNO3 ) =

m( HNO3 ) m

m( HNO3 ) = c( HNO3 ) ⋅ M ( HNO3 ) ⋅ V m = ρ ⋅V

w( HNO3 ) =

c( HNO3 ) ⋅ M ( HNO3 ) ⋅ V c( HNO3 ) ⋅ M ( HNO3 ) = ρ ⋅V ρ

w( HNO3 ) =

5,62mol ⋅ dm−3 ⋅ 63,0g ⋅ mol −1 = 0,30 1180g ⋅ dm−3

Hmotnostní zlomek kyseliny dusičné je 0,30. Příklad 8: Kolik cm3 36%hm. kyseliny chlorovodíkové je třeba na přípravu 500 cm3 roztoku o látkové koncentraci c(HCl) = 0,1 mol.dm-3? M(HCl) = 36,46 g.mol-1; ρ(36%) = 1,179 g.cm-3. a) Nejdříve vypočítáme hmotnost HCl v připravovaném roztoku: m(HCl) = c(HCl) . M(HCl) . V m(HCl) = 0,1 mol.dm-3. 36,46 g.mol-1 . 0,5 dm3 = 1,82 g b) Vypočtená hmotnost je hmotností 100%hm. kyseliny. My však máme k dispozici 36%hm. kyselinu, proto musíme provést přepočet: m( HCl) m m( HCl) 1,82 g m= = = 5,05 g w( HCl) 0,36 w( HCl) =

35


c) Vypočtenou hmotnost roztoku přepočteme na objem: V =

5,05 g = 4,29cm3 −3 1,179 g ⋅ cm

Na přípravu 500 cm3 kyseliny chlorovodíkové o koncentraci c(HCl) = 0,1 mol.dm-3 je třeba 4,29 cm3 36%hm. HCl.

Směšování a ředění roztoků

m1

m2

m3

Směšovací rovnice – vyplývá z hmotnostní bilance přípravy roztoku 3 z roztoku 1 a 2 : Celková bilance m1 + m2 = m3 Bilance složky A

m1w1 ( A) + m2w2 ( A) = (m1 + m2).w3 ( A) kde A je rozpuštěná látka

Příklad 9: Jakou hmotnost 5%hm. roztoku NaCl potřebujeme, abychom jeho smísením s 35%hm. roztokem NaCl o hmotnosti 22 g získali 25%hm. roztok?

m1 . 0,05 + 22 g . 0,35 = (m1 + 22 g) . 0,25 m1= 11 g Potřebujeme 11 g 5%hm. roztoku chloridu sodného.

36


Zřeďovací rovnice m1w1 ( A) = (m1 + m2).w ( A)

m2 - hmotnost rozpouštědla A - rozpuštěná látka

Příklad 10: 20 g 36%hm. kyseliny chlorovodíkové ředíme vodou o hmotnosti 100 g. Jaký je hmotnostní zlomek HCl ve výsledném roztoku? Dosadíme do zřeďovací rovnice a vypočteme: 20 g . 0,36 = (20 g + 100g)w w = 0,06 Výsledný roztok obsahuje 6%hm. HCl.

Příprava nasyceného roztoku Při rozpouštění tuhé látky v rozpouštědle lze dosáhnout stavu, kdy se již další množství látky nerozpouští, pokud se nezmění teplota. V takové soustavě je v rovnováze tuhá látka a její nasycený roztok. Maximální množství látky, které se za dané teploty rozpustí v určitém množství rozpouštědla, označujeme rozpustností. Rozpustnost bývá dána různým způsobem, v tomto učebním textu uvedeme způsoby dva: 1) gramy rozpuštěné látky ve 100 g rozpouštědla 2) hmotnostní zlomek rozpuštěné látky v nasyceném roztoku

Hmotnostní zlomek rozpuštěné látky v nasyceném roztoku vypočítáme snadno z údaje o rozpustnosti 1) R – rozpouštěná látka m( R ) w (R ) = m(R) – rozpustnost ve 100 g rozpouštědla 100 + m(R ) (v tabulkách značeno např. m20vaq, kde 20 je teplota ve oC, vaq znamená rozpouštění ve vodě) Příklad 11: Připravte 1200 g nasyceného roztoku KCl při 20 oC. Kolik gramů KCl je třeba ? Údaj z tabulek: rozpustnost m20vaq = 34,19 znamená rozpustnost ve 100g vody (vaq) při 20 oC. Hmotnostní zlomek vypočteme ze vztahu w(KCl) =

34,19 = 0,255 100 + 34,19

Z definice hmotnostního zlomku vypočteme hmotnost KCl m(KCl) = w(KCl) . m = 0,255 . 1200 = 306 g

37


Na přípravu 1200 g nasyceného roztoku KCl při 20oC je třeba 306 g KCl a 894 g vody.

Pokud byl roztok připraven z hydrátu, potom se musí hmotnost hydrátu přepočítat na hmotnost bezvodé látky. Hmotnostní zlomek bezvodé látky v nasyceném roztoku je w(bezv.) =

M (bezv.) m(hydrát ) . 100 + m(hydrát ) M (hydrát)

Takto lze přepočítat rozpustnost pro bezvodé látky a hydráty. Připravte 500 g nasyceného roztoku chloridu kobaltnatého při 20oC. Příklad 12: K dispozici máte hexahydrát chloridu kobaltnatého. Kolik gramů hydrátu a kolik g vody je třeba na přípravu tohoto roztoku ? Údaj z tabulek - rozpustnost pro hydrát !!!! m20vaq = 171,03 g / 100g vody pro bezvodý m20vaq = 52,90 g / 100g vody a) Pokud je známý údaj rozpustnosti hydrátu, je možno počítat přímo jako u látek bez krystalové vody. 171,03 Hmotnostní zlomek vypočteme ze vztahu w(CoCl2 .6H2O) = = 0,631 100 + 171,03 Z definice hmotnostního zlomku vypočteme hmotnost CoCl2 .6H2O m(CoCl2 .6H2O) = w(CoCl2 .6H2O ) . m = 0,631 . 500 = 316 g Na přípravu 500 g nasyceného roztoku CoCl2 při 20 oC je třeba 316 g CoCl2 . 6H2O a 184 g vody. b) Máme pouze údaj pro bezvodou látku, navažovat budeme hydrát. Hmotnostní zlomek vypočteme ze vztahu

w(CoCl2 ) =

52,9 = 0,346 100 + 52,9

Z definice hmotnostního zlomku vypočteme hmotnost CoCl2 m(CoCl2 ) = w(CoCl2 ) . m = 0,346 . 500 = 172,99 g a přepočteme na hydrát

m (CoCl 2 .6 H 2 O ) =

m (CoCl 2 ) ⋅ M (CoCl 2 .6 H 2 O ) = 317 g M (CoCl 2 )

Výsledek se liší o 1 g, což je způsobeno zaokrouhlováním při výpočtech a přesností údaje o rozpustnosti.

38


c) Přepočteme rozpustnost bezvodé látky na rozpustnost hydrátu a počítáme dále jako a) w(bezv.) =

M (bezv.) r (hydrát ) . 100 + r (hydrát ) M (hydrát)

Nasycené roztoky Nasycené roztoky jsou roztoky, v nichž se za dané teploty ustaví rovnováha mezi rozpouštěním dané složky v roztoku a jejím vylučováním z roztoku (tj. rychlost rozpouštění a rychlost vylučování jsou stejné). Nebo zjednodušeně řečeno, roztoky, v nichž se již za dané teploty přidaná rozpouštěná složka dále nerozpouští, se nazývají nasycené roztoky. Zárukou nasycenosti je nerozpuštěný zbytek látky na dně nádoby. Poklesem teploty dochází obvykle po určité době k vylučování rozpuštěné látky a naopak zvyšováním teploty k jejímu dalšímu rozpouštění. Nejčastěji se nasycené roztoky užívají při dělení a čistění látek krystalizací. Potřebné údaje k jejich přípravě se získávají buď z chemických tabulek nebo z křivek rozpustnosti. V obou případech je poměr rozpouštěné látky k rozpouštědlu za dané teploty vyjadřován v gramech rozpuštěné látky na 100 g rozpouštědla nebo na 100 g roztoku.

Závislost rozpustnosti (vyjádřené v g rozpuštěné látky na 100 g rozpouštědla) na teplotě (ve oC) 260 g

KNO3

240 220 200

NaNO3

180 160 140 120 100 80 60

KCl

40

NaCl

20 0 0

20

40

60

80

39


o

100 C

Úloha č. 2

Vážení a určení objemu vyrobené baničky Baňku, vyrobenou při práci se sklem, zvažte na technických vahách. Poté baničku naplňte vodou a znovu zvažte. Řádně zapište záznam o vážení a z rozdílu hmotností a hustoty vody vypočtěte objem baňky. Úloha č. 3

Stanovení teploty varu a teploty tání Teplota varu a teplota tání patří mezi základní vlastnosti látek. Jejích změřením můžeme jednotlivé látky odlišovat a zjišťovat, o kterou látku jde. Můžeme také ověřit, zda látka není znečištěna. Nečistoty teplotu varu dané látky zvětšují a teplotu tání naopak snižují. Teplota varu a teplota tání závisejí na tlaku okolního vzduchu. Teplota varu je teplota, při níž se kapalina vypařuje v celém svém objemu a nikoli jen na povrchu. Při zvyšování tlaku okolního vzduchu se teplota varu zvyšuje, při zmenšování tlaku se snižuje. Teplota tání je teplota, při níž látka taje a mění se na kapalinu (taveninu). Ochlazením taveniny látka tuhne. Teplota při tomto ději je teplota tuhnutí. Teplota tání a teplota tuhnutí jedné látky jsou stejné.

Jak změříme teplotu varu ethanolu?

Baničku s 10 ml ethanolu uzavřeme zátkou, ve které je upevněn teploměr a skleněná trubice, která slouží jako vzdušný chladič. Zkumavku umístíme do kádinky s vodou. Kádinku zahříváme, až ethanol začne vřít. Protože ethanol je hořlavá látka, nesmíme zahřívat baničku přímým plamenem, ale v nádobě s vodou, tj. ve vodní lázni. Potom zaznamenáme teploměrem změřenou teplotu jeho par.

Při jaké teplotě taje předložený vzorek?

Do zkumavky vpravíme asi 4 cm vysoký sloupec látky. Do zkumavky dále vložíme teploměr a zahříváme ji ve vodní lázni. Zaznamenáme teplotu, při které dochází k přechodu pevného skupenství ve skupenství kapalné a látka taje.

40


Úloha č. 4

Příprava roztoků a měření hustoty Připravte 120 g roztoku zadané koncentrace, u laboratorního stolu spojte všechny připravené roztoky (o stejné koncentraci) do odměrného válce a změřte hustotu. Výsledek porovnejte s tabelovanou hodnotou, jestliže je uvedena. Jak závisí hustota kapalin na koncentraci. Zapište si údaje o měření hustoty v laboratoři a vytvořte graf závislosti hustoty na koncentraci látky.

Jak změříme hustotu kapalin? Do válce s kapalinou opatrně zasuneme hustoměr tak, aby se nedotýkal stěn nádoby. Po ustálení odečteme na stupnici údaj o hustotě dané kapaliny. Úloha č. 5

Příprava a ředění roztoků Při přípravě molárních roztoků vycházíme ze vztahu: m( A) c( A) = M ( A) ⋅ V Z tohoto vztahu vyjádříme hmotnost látky potřebnou pro přípravu roztoku dané koncentrace: m(A) = c(A). M(A). V Při ředění vodou se látkové množství látky rozpuštěné v roztoku nemění, proto platí vztah: c . V = cx . Vx c - látková koncentrace výchozího roztoku V - objem výchozího roztoku cx - látková koncentrace připravovaného roztoku Vx - objem připravovaného roztoku

41


a) Vypočítejte hmotnost pentahydrátu síranu měďnatého potřebnou k přípravě 100 ml roztoku o koncentraci 0,4 mol.l-1. b) Vypočítané množství navažte a rozpusťte v kádince v 50 ml destilované vody. c) Roztok převeďte kvantitativně do odměrné baňky, doplňte destilovanou vodou do 3/4 objemu baňky a důkladně promíchejte. Pak doplňte destilovanou vodou přesně na objem 100 ml a znovu promíchejte. d) Z takto připraveného roztoku připravte sadu roztoků o koncentracích 0,3; 0,1; 0,08; 0,06; 0,04 mol.l-1. Odměřte do připravených čistých zkumavek vypočtené objemy a doplňte vodou na 10 ml (kapátkem).

e) Roztoky ve zkumavkách promíchejte.

f) Popište, jak pomocí kolorimetrické stupnice určíte neznámou koncentraci roztoku pentahydrátu síranu měďnatého (metoda se nazývá kolorimetrie).

Úloha č. 6

Praktické určení kyselosti a zásaditosti roztoků a) Do tří zkumavek nalijte po 2 ml zředěného roztoku (asi 1%)kyseliny chlorovodíkové, hydroxidu sodného a uhličitanu sodného. Do čtvrté zkumavky dejte destilovanou vodu. Do každé přidejte 3 kapky indikátoru fenolftalein a po promíchání si zapište zbarvení. Máte-li dost zkumavek, ponechte je v uvedeném pořadí ve stojanu. Totéž proveďte s methylovou oranží a dalšími indikátory, které máte k dispozici. Sestavte tabulku zbarvení roztoků použitými indikátory v obecném pojetí: v prostředí kyseliny, v prostředí zásady a v neutrálním prostředí (ve vodě).

42


b) Podobně vyzkoušejte reakce všech látek na indikátorovém papírku (lakmusovém, fenolftaleinovém a na univerzálním indikátorovém papírku) tak, že na něj tyčinkou nanesete kapku příslušné kapaliny. U univerzálního indikátorového papírku si poznačte vedle zbarvení i hodnotu pH.

c) Změřte pH dalších vzorků – např. limonáda, džus, Coca-cola, minerálka, ocet aj. Úloha č. 7

Volná krystalizace

Z tabelované hodnoty rozpustnosti při 20oC vypočtěte potřebné množství vody k zadanému množství soli, určené ke krystalizaci. Připravte nasycený roztok, pro urychlení rozpouštění můžete směs mírně zahřát. Roztok přefiltrujte přes řádně složený filtrační papír a žebrovanou nálevku. Filtrát nalijte do krystalizační misky a nechte volně odpařovat, dokud nevzniknou krystaly. Krystaly můžete pěstovat celý školní rok, je třeba vybrat vhodné pro naočkování a doplňovat nasycený roztok, aby krystal mohl růst.

Úloha č.8

Rušená krystalizace 10 g technického síranu měďnatého rozpusťte ve vypočteném objemu vody, aby po zahřátí na 50 oC vznikl nasycený roztok. Za horka jej přefiltrujte do Erlenmayerovy baňky a znovu zahřejte, dokud není zahuštěný ke krystalizaci. O tom, jestli je roztok opravdu zahuštěný se můžete přesvědčit ponořením tyčinky do roztoku a následném ochlazení na vzduchu. Jestliže se tvoří na tyčince krystalky – je roztok připraven správně. Pokud se krystaly netvoří, je třeba odpařit rozpouštědlo a zkoušku provést znovu. Zahuštěný roztok podrobte rušené krystalizaci ochlazením ve studené vodě. Krystaly odsajte na Büchnerově nálevce, vysušte, zvažte a odevzdejte jako řádný preparát (viz níže). Matečný roztok po rušené krystalizaci můžete

43


povařením opět zahustit a opakovat další rušenou krystalizaci, zvýšíte tak praktický výtěžek krystalizace. Úloha č. 9

Sublimace Podle pokynů vyučujícího sestavte některou aparaturu pro sublimaci. Přesublimujte chlorid amonný (event. jinou určenou látku - kyselinu salicylovou, kyselinu benzoovou, naftalen, tein z čaje, kávy nebo guarany). Látku zahřívejte zpočátku velmi pomalu bez kondenzační baňky, kterou nasaďte teprve při zřetelné sublimaci, aby se mohla voda v prvé fázi volně vypařit. Rovněž chladicí voda v kondenzačním zařízení má být zpočátku teplejší, její teplotu snižujte až po počátečním nárůstu krystalů. Krystaly můžete pozorovat pod mikroskopem.

Mikrokrystaloskopie Úloha č. 10 Stříbro jako dichroman stříbrný Na podložní sklíčko naneste kapku 1%ního roztoku AgNO3. Vedle naneste kapku koncentrované kyseliny dusičné. Obě kapky spojte vláknem a promíchejte. Naberte do pipetky a přeneste na jiné podložní sklíčko. Vlhkým skleněným vláknem přidejte krystal dichromanu draselného. Pozorujte při zvětšení 36x až 120x. Preparát zakreslete a zapište příslušnou rovnici. Vznikají červené triklinické krystalky dichromanu stříbrného. Důkaz přítomnosti stříbra ve sloučenině Na podložní sklíčko naneste kapku 1%ního roztoku AgNO3. Skleněným vláknem přidejte štěpinu mědi. Ihned pozorujte. Preparát zakreslete a zapište příslušnou rovnici. Narůstají stromečkovitě se větvící útvary krystalického elementárního stříbra.

44


Stříbrné soli monokarboxylových kyselin Na podložní sklíčko naneste kapku silně zředěného roztoku vzorku některé monokarboxylové kyseliny. Přidejte kapku roztoku AgNO3 v ethanolu. Vzniklé krystaly pozorujte. Preparát zakreslete a zapište příslušnou reakci. Rychle narůstající krystaly tvoří charakteristické kostrovité útvary. Stříbro jako chlorid stříbrný Na podložní sklíčko naneste kapku 1%ního roztoku dusičnanu stříbrného. Kapku na podložním sklíčku zahřejte asi na 60 až 80oC tak, že sklíčko na okamžik podržíte nad plamenem lihového kahanu. Pak přidejte malou kapku 3%ní HCl.. Kapku na sklíčku dobře promíchejte skleněným vláknem. Po usazení sraženiny odsajte kapalinu opatrným přiložením proužku filtračního papíru k okraji kapky. Pak přidejte kapku destilované vody, promíchejte a kapalinu opět odsajte. Pak přidejte ke sraženině kapku 20%ního roztoku amoniaku, promíchejte tak, aby se sraženina úplně rozpustila . Ihned přikryjte malým hodinovým sklíčkem tak, aby trochu přesahovalo přes okraj podložního sklíčka. Přikrytím se zpomalí odpařování amoniaku, takže chlorid stříbrný vykrystaluje v dostatečně velkých krystalech. Po 10 minutách hodinové sklíčko sejměte a pozorujte preparát při celkovém zvětšení 120x. Malé krystalky se v procházejícím světle jeví téměř černé, větší mají ostře viditelné hrany. Kyselina mléčná jako mléčnan zinečnatý Na podložní sklíčko naneste kapku 1%ního roztoku kyseliny mléčné. Přidejte krystal uhličitanu zinečnatého. Promíchejte a nechte asi 10 minut stát. Preparát zakreslete a zapište příslušnou reakci. Vylučují se bezbarvé ježkovité shluky trihydrátu mléčnanu zinečnatého. Vápník jako síran vápenatý Na podložní sklíčko naneste kapku roztoku vápenaté soli a vedle ní kapku zředěné kyseliny sírové a obě kapky spojte, promíchejte, přeneste na čisté podložní sklíčko a opatrně zahřejte. Po chvíli začnou narůstat typické bezbarvé útvary, složené z jednoklonných krystalků sádrovce – tzv. „vlašťovčí ocásky“, dobře viditelné teprve při větším zvětšení. Olovo jako jodid olovnatý Na podložní sklíčko naneste kapku 1%ního roztoku dusičnanu olovnatého. Na okraj kapky přidejte krystalek KI. Kapku promíchejte a pozorujte. Preparát zakreslete a zapište příslušnou reakci. Vyloučí se žluté čtyřstěny s otupenými rohy i větší šestiboké destičky jodidu olovnatého. V přebytku jodidu draselného se krystalky opět rozpustí na komplexní tetrajodoolovnatan draselný, který postupně, jak ubývá rozpouštědla, krystaluje v bezbarvých jehlicovitých krystalech. Stroncium jako chroman strontnatý Na podložní sklíčko naneste větší kapku 1%ního roztoku dusičnanu strontnatého. Kapku na podložním sklíčku pomalu odpařujte tak dlouho, až na jejím okraji začne krystalovat dusičnan strontnatý. Pak přidejte mikropipetkou do středu kapky malou kapku roztoku chromanu draselného. Na okrajích kapky se ihned začnou tvořit žluté krystalky chromanu strontnatého, sdružující se do charakteristických svazečků.

45


Nekovy a jejich sloučeniny VODÍK, KYSLÍK –HYDROGEN, OXYGEN Úloha č. 11

Příprava vodíku reakcí zinku s kyselinou chlorovodíkovou Do aparatury upevněné na stojanu vsypte 0,1 až 0,2 g zinkových hoblin nebo jemně zrněného zinku. a opatrně začněte přikapávat roztok kyseliny chlorovodíkové (v poměru HCl : H2O = 1 : 1) na zinek. Po určité době lze na konci trubice vyrobený vodík zapálit. Malý prostor zkumavky dovoluje zapálení provést, aniž by došlo k výbuchu.

F+

Při práci s vodíkem je třeba mít vždy ochranný štít a při výrobě větších množství pracovat v dobře táhnoucí digestoři! Úloha č. 12

Příprava a důkaz kyslíku a) Do zkumavky zasuňte špejli se žhnoucím koncem. b) Do zkumavky se nalijte 5 ml 3%ního roztoku peroxidu vodíku a zkoušku se žhnoucí špejlí opakujte. c) Do zkumavky s peroxidem vodíku přidejte oxid manganičitý (0,05g) a směs promíchejte. Po 2 – 5 minutách opět proveďte zkoušku se žhnoucí špejlí.

Úloha č.13

Příprava destilované vody Běžná pitná voda obsahuje různé anorganické i organické látky, které lze destilací odstranit. V následujícím pokusu je sledování účinnosti destilace záměrně zvýrazněno tím, že se před jejím provedením přidá do 150 ml pitné vody asi 0,1 g chloridu draselného a 0,1 g síranu draselného. Obr. č. 2

46


Sestavte aparaturu (viz obr. č. 2) z frakční baňky o objemu 250 ml a Liebigova chladiče. Do frakční baňky odměřte 100 ml připravené vody, přidejte několik varných kamínků a několik kapek roztoku manganistanu draselného. Pak zasuňte teploměr se zátkou do frakční baňky tak, aby jeho spodní konec se rtutí dosahoval do výše postranní trubice. Přesvědčte se o správném zapojení chladiče a pozvolném průchodu chladicí vody. Baňku pak rovnoměrně zahřívejte na síťce a sledujte vzrůst teploty v minutových intervalech. Její hodnoty zapisujte. Rychlost destilace regulujte plamenem na 1 až 2 kapky destilátu za sekundu. Získané údaje sestavte do tabulky a sestrojte graf závislosti teploty t (ve oC) na čase τ (v min). Zjišťování účinnosti destilace zkouškami na obsah síranů a chloridů v původní vodě: a) Do zkumavky s 2 ml původní vody přidejte několik kapek roztoku BaCl2 o koncentraci 0,1 mol.l-1 - bílá sraženina BaSO4 je důkazem přítomnosti síranů. b) Do další zkumavky s 2 ml původní vody přidejte několik kapek roztoku AgNO3 o koncentraci 0,1 mol.l-1 - vyloučený bílý zákal AgCl prozrazuje přítomnost chloridů. c) Obě zkoušky proveďte s předestilovanou vodou a výsledky srovnejte.

HALOGENY – HALOGENS (fluor - fluorine chlor – chlorine, brom – bromine, jod – iodine) Úloha č. 14

Základy fotochemických reakcí Chemické děje vyvolané působením světla patří mezi tzv. fotochemické reakce. Zvláštní postavení mají reakce halogenidů stříbra, které se staly základem pro fotografii. Jemné krystalky halogenidů stříbra rozptýlené v želatině (tzv. fotografická vrstva) tvoří na světlo citlivou vrstvu fotografického materiálu. Zčernání fotografické vrstvy v různých odstínech závisí na její citlivosti i intenzitě osvětlení a expozici. Děj se vysvětluje přeměnou halogenidů absorpcí světelné energie: -

-

Br + hν → Br + e energetické kvantum

Stříbrný kation je pak redukován uvolněným elektronem na černé koloidní stříbro. -

Ag+ + e → Ag Množství přímo vyredukovaného stříbra je však i po silném osvětlení nepatrné, vzniká jen nepozorovatelný (latentní) obraz. Tímto procesem se tvoří nepravidelnosti v krystalové mřížce halogenidu, jež umožňují vyvolat redukci dalších atomů stříbra účinkem vhodného redukčního činidla (vývojky). Získá se tak viditelný obraz (negativ). Obvykle užívanými

47


redukčními činidly ve vývojce jsou vybrané organické sloučeniny, např. hydrochinon, aminofenol nebo metol. Halogenid, který nebyl ve vývojce zredukován, se odstraňuje rozpuštěním v roztoku thiosíranu sodného Na2S2O3, v tzv. ustalovači, čímž se dosáhne pro získaný obraz stálosti na světle.

Úloha č. 15

Příprava halogenidů stříbra a jejich chování ke světlu Na tečkovací destičku kápněte vedle sebe po dvou kapkách roztoku KCl, KBr a KI o koncentraci 1 mol.l-1. Do jedné z připravených kapek vzorku přikápněte roztok AgNO3 o koncentraci 0,1 mol.l-1 (druhá kapka slouží pro srovnání) a pozorujte nejprve proti černému pozadí, později proti bílému pozadí vznik příslušných sraženin a jejich chování. 1. Napište chemické rovnice reakcí AgNO3 s draselnými halogenidy. 2. Jakou barvu měly sraženiny hned na začátku, jakou za 5 minut a jakou za 15 minut? 3. Čím vysvětlíte postupnou změnu zbarvení sraženin? 4. Který z halogenidů byl nejcitlivější ke světlu? Úloha č. 16

Citlivost bromidu stříbrného Na skleněnou podložku dejte kruh filtračního papíru, štětcem nebo fixírkou naneste na jeho povrch souvislou vrstvu roztoku AgNO3 o koncentraci 0,1 mol.l-1 a uložte ve tmě. Po zaschnutí naneste obdobně vrstvičku roztoku KBr o koncentraci 1 mol.l-1 a ponechte ve tmě opět vyschnout. Potom zakryjte dvě třetiny filtračního papíru tvrdším tmavým papírem a zbývající třetinu osvětlete silným světlem žárovky nebo slunečními paprsky (expozice). Po 3 minutách posuňte tmavý papír o další třetinu a opět osvětlete 3 minuty. 1. Popište vzhled všech tří částí filtračního papíru. 2. Vysvětlete různý odstín ztmavnutí jednotlivých částí filtračního papíru.

48


Úloha č. 17

Princip vyvolávání a ustalování Do zkumavky se 3 ml roztoku AgNO3 o koncentraci 0,1 mol.l-1 přidejte několik kapek roztoku KBr o koncentraci 1 mol.l-1, aby se vytvořila sraženina AgBr. Po protřepání AgBr rozdělte do tří zkumavek. Do prvé zkumavky přilijte alkalický roztok hydrochinonu (vývojka), do druhé roztok Na2S2O3 (ustalovač) a třetí ponechte pro srovnání. 1. Jak se chovala sraženina AgBr k vývojce? Vysvětlete. 2. Jakou funkci plní thiosíran sodný při ustalování? Důkazy: Ag + - s HCl vznik bílé sraženiny AgCl, působením světla změna barvy na šedou až modročernou - s KI vznik žluté sraženiny AgI, za horka nerozpustná - Tananajevova reace - s MnSO4 v prostředí OH- dojde k redukci a vzniká kovové stříbro - na filtrační papír nebo kapkovací destičku se dá kapka zředěné HCl, kapka roztoku, kapka HCl, kapka MnSO4, nakonec 1-2 kapky KOH. Černá skvrna je pozitivní důkaz. Úloha č. 18

Příprava KIO 3 (potassium iodate) Úkol: Připravte 8 g KIO3 Vypočtené množství KMnO4 (použijte 10% přebytek) rozpustíme ve cca 200 ml horké destilované vody ve varné baňce. Přidáme potřebné množství KI ve formě nasyceného roztoku a směs zahříváme 20 až 30 min na vodní lázni. Přebytek KMnO4 odstraníme přídavkem ethanolu (do odbarvení roztoku) a zahřátím. Na dostatečně velkém filtru odfiltrujeme a promyjeme MnO2 , který vysušíme a odevzdáme. Filtrát okyselíme kyselinou octovou (50% obj.) do slabě zásadité reakce a zahustíme na parní lázni na objem cca 20 ml. Po ochlazení zahuštěného roztoku odfiltrujeme krystaly a odevzdáme jako řádný preparát,

POZOR !!

Ethanol je velmi hořlavá látka, nedávat blízko plamene.

49


DUSÍK - NITROGEN Úloha č. 19

Příprava kyseliny dusičné (nitric acid) semimikrometodou Úkol: Připravit malé množství kyseliny dusičné ve vlastnoručně vytvořené skleněné semimikroaparatuře a dokázat ji na jako Cu(NO3)2 K pokusu použijte skleněnou trubici o rozměrech 8mm x 150 mm, kterou upravíte na baničku. Do ní vpravte násypkou asi 0,5 g KNO3 a přidejte kapilárním kapátkem asi 0,5 ml koncentrované kyseliny sírové. Po naplnění baničky zahřejte trubici v plameni a vytáhněte ji v kapiláru o světlosti asi 2 mm a délce 12 až 15 cm. Pak kapiláru opatrně odlomte, zahřejte v malém plameni tak, aby nedošlo k jejímu zatavení, a ohněte ji do ostrého úhlu. Ze zbytku trubice po odříznutí kapiláry můžete zhotovit malou zkumavku, kterou použijete při destilaci jako předlohu. Baničku s reakční směsí pak opatrně zahřívejte kahanem, aby směs pravidelně vřela. Unikající páry kyseliny dusičné kondenzují v předloze. Získanou kyselinu dusičnou nalijte do mikrozkumavky, přidejte malé měděné hobliny nebo kousek měděného drátu a sledujte průběh reakce, kterou vystihuje rovnice Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

50


BOR - BORON Úloha č. 20

Příprava kyseliny trihydrogenborité (boron acid) Připravte kyselinu trihydrogenboritou z 5 g Na2B4O7 . 10 H2O. Kyselinu trihydrogenboritou je možné připravit z boritanů vytěsněním silnější kyselinou jako málo rozpustnou látku. Na2B4O7 . 10 H2O + 2 HCl → 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O Na2B4O7 . 10H2O + H2SO4 → 4 H3BO3 + Na2SO4 + 5 H2O Z odváženého množství práškovitého boraxu připravte 25%ní roztok rozpuštěním v horké vodě a přidejte vypočtené množství zředěné kyseliny chlorovodíkové (1 : 1) nebo sírové (1 : 4). Po jedné hodině chlazení vyloučené krystaly zbavte matečného louhu, odfiltrujte a vysušte na filtračním papíru. Kyselina trihydrogenboritá vyloučená z vody tvoří lístky bílé, průsvitné, slabě perleťového lesku, na omak mastné. Krystaluje v soustavě trojklonné. Ve studené vodě se rozpouští málo, ve vařící dobře.

K důkazu kyseliny borité využijte reakce kyselin s alkoholy. Připravte reakční směs. Do varné baňky nalijte 20 ml ethanolu, s nasazeným obličejovým štítem pozvolna k ethanolu přidejte 3 ml koncentrované kyseliny sírové. Během přidávání kyseliny krouživým pohybem baňky směs míchejte. Ke směsi v baňce přidejte 3 g kyseliny borité. Na laboratorní stojan upevněte nad kahan baňku s reakční směsí. Do baňky vložte varný kamínek. Baňku uzavřete zátkou, do níž je ve svislé poloze zasunuta rovná skleněná trubice. Pozvolna zahřívejte baňku na síťce. Jakmile začne směs v baňce vřít, hořící třískou se pokuste zapálit páry, unikající z horního konce trubice.

Pozorujte jev, který slouží k důkazu kyseliny borité.

Pokus provádějte v digestoři!

51


UHLÍK - CARBON Úloha č. 21

Příprava hydrogenuhličitanu sodného (sodium bicarbonate) Hydrogenuhličitan sodný lze laboratorně připravit z chloridu sodného, oxidu uhličitého a vodného roztoku amoniaku reakcí podle Solvaye NaCl + CO2 + NH3 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl

Do promývačky dejte vypočtené množství 25% ního vodného roztoku amoniaku, přidejte vypočtené množství chloridu sodného a vody. Promývačku napojte na připravenou vyvíjecí aparaturu a zavádějte do něho oxid uhličitý až do nasycení roztoku. Roztokem je třeba intenzivně třepat, aby byl v dobrém styku s oxidem uhličitým. Získanou bílou sraženinu odsajte na Büchnerově nálevce, promyjte malým množstvím ledové vody a vysušte filtračním papírem. Hydrogenuhličitan sodný je méně rozpustný než chlorid amonný, proto jej lze v podobě sraženiny dobře oddělit.

Domácí příprava: Připravte zadané množství NaHCO3 (obvykle 20 g) Je třeba vypočítat: • • • • •

hmotnost NaCl a objem vody na přípravu nasyceného roztoku NaCl (Pozor při výpočtu nezapomeňte vzít v úvahu vodu v roztoku NH3 ) objem 25% ního vodného roztoku amoniaku hmotnost CaCO3 na přípravu CO2 objem 36% HCl a její ředění na 1 : 1 (objemově) na přípravu CO2 celkový objem vody po ukončení reakce a teoretický výtěžek vzhledem k rozpustnosti NaHCO3

52


SÍRA - SULPHUR Úloha č. 22

Příprava síranů (sulphate) neutralizací Úkol: Připravte 0,1 mol zadaného síranu. 2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + H2O 2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O V kádince připravte roztok zadané zásady (KOH, NaOH, NH3). KOH a NaOH se ředí nejprve malým množstvím vody a po rozpuštění se přidá po částech zbylého množství vody za stálého míchání. V kádince si připravte 10% roztok H2SO4. Při ředění H2SO4 pracujte v digestoři a nezapomeňte na brýle. Koncentrovaná H2SO4 se pomalu přidává do vody za stálého míchání. Do připraveného roztoku zásady přidejte indikátor methylčerveň a opatrně po malých dávkách za stálého míchání přidávejte roztok H2SO4, dokud se nezmění barva. Po provedení neutralizace přidejte 1 - 2 lžičky aktivního uhlí a povařte s ním roztok asi 1 min. Poté roztok za horka zfiltrujte a filtrát zahustěte na poloviční objem. Tento zahuštěný roztok dejte na parní lázeň a odpařte do vzniku krystalů. Krystaly vysušte a odevzdejte jako řádný preparát. Aktivní uhlí adsorbuje barvivo, jinak by síran nebyl čistý (bílý). Výpočty: 1. Jaká hmotnost výchozích sloučenin (100%) je k reakci zapotřebí? 2. Vypočtěte hmotnost kyseliny sírové a roztoku amoniaku, které máte k dispozici (např. 96%ní kyselinu sírovou 3. Pomocí tabulek (popř. změřením hustoty) vypočtěte výchozí objem roztoku kyseliny sírové

Ukázka výpočtu pro přípravu 10 g K2SO4 Výpočet hmotnosti 100% H2SO4 n K 2 SO4 1 = n H 2 SO4 1 m H 2SO4 = m H 2SO4 =

mK 2 SO4 MrK 2 SO4

⋅ MrH 2SO4

10 ⋅ 98 = 5,63(100%) 174

53


Výpočet hmotnosti 96% H2SO4 m H 2SO4 5,63 mroz. = = = 5,86 g w 0,96

Výpočet ředění na 10% kyselinu sírovou: Ve schématu hmotnostní zlomky kyseliny sírové a hmotnosti celků. m1=5,86g w 1=0,96

m3=? w 3=0,1 m2=?

w2 = 0 celková bilance: m1+m2=m3 bilance složek m1 w1 + m2 w2 = m3 w3 5,86 ⋅ 0,96 + 0 = 0,1m3 5,6256 = 0,1m3 m3 = 56,3 m(H2O)=56,3-5,86=50,4 g

Výpočet objemu H2SO4(96%): m 5,86 V= = = 3,18ml ρ 1,840 Výpočet KOH-100% n K 2 SO4 1 = n KOH 2 m KOH = 2 ⋅

m K 2 SO4 MrK 2 SO4

⋅ MrKOH = 2 ⋅

10 ⋅ 56,1 = 6,44 g 174

Výpočet KOH- 80% m 6,44 m = KOH = = 8g w 0,8

54


Úloha č. 23

Příprava pentahydrátu thiosíranu sodného (pentahydrate sodium thiosulfáte) K reakci použijte 0,1 molu bezvodého siřičitanu sodného nebo odpovídající množství Na2SO3.7H2O. Smíšením s vodou z něj připravte nasycený roztok. Do varné baňky předložte rozmělněnou síru (ovlhčenou ethanolem) v odpovídajícím stechiometrickém poměru podle rovnice Na2SO3 + S + 5 H2O → Na2S2O3.5H2O Připravený roztok siřičitanu sodného vlijte na síru, baňku uzavřete zátkou se zpětným chladičem, který upevníte na stojan. K urychlení reakce je možno přidat Na2S (malou lžičku). Chladič napojte na přívod vody a ponechte protékat chladicí vodu. Potom baňku zahřívejte tak dlouho, až se téměř všechna síra rozpustí, což trvá 1 až 2 hodiny. Kalný roztok přefiltrujte a nezreagovanou síru vysušte a zvažte. Z její hmotnosti vypočtěte teoretický výtěžek připravovaného thiosíranu sodného. Filtrát zahustěte ke krystalizaci odpařením asi na polovinu původního objemu. Protože thiosíran sodný tvoří snadno přesycený roztok, je vhodné jej před vlastní krystalizací naočkovat krystalkem Na2S2O3.5H2O. Volným chladnutím se získají jednoklonné krystaly Na2S2O3.5H2O. Ty izolujte filtrací na Büchnerově nálevce, matečný louh znovu zahustěte ke krystalizaci a nechte volně krystalovat. Krystaly vysušte filtračním papírem a zvažte. Krystaly tají ve své krystalové vodě při teplotě 48,5 oC.

55


Kovy (s-, p-) a jejich sloučeniny Úloha č. 24

Elektrochemická řada napětí kovů 1. Do čtyř zkumavek nalijte 5 ml roztoků o c = 0,1 mol/l NaCl,CuSO4, AgNO3 a vody. Do každé zkumavky vhoďte zrnko zinku a pozorujte změny, výsledky zapište do tabulky a napište chemické reakce, které jste prokazatelně pozorovali. Stejný pokus opakujte s kousky Cu drátu, Al a pak s odmaštěnými Fe hřebíky. 2. Do tří zkumavek nalijte asi 5 ml HCl, CH3COOH, H2SO4 zředěné vodou v poměru 1:1. Do každé zkumavky vhoďte granulku Zn, pozorujte rychlost reakcí, výsledky zapište do tabulky (1-nejrychlejší, 2- střední,3-nejpomalejší), napište chemické reakce. 3. Do zkumavky uchycené ve stojanu vložte hliníkový plíšek (3x3, nastříhaný na kousky). Přilijte 5 ml roztoku NaOH o Cg = 0,1 g/l, zkumavku uzavřete zátkou s trubičkou. Vznikající vodík jímejte do zkumavky otočené dnem vzhůru, vodík dokažte přiložením ústí zkumavky k plameni (zvuková zkouška). Stejný pokus proveďte s kousky Zn a HCl (1:1). 4. Do čtyř zkumavek nalijte 5 ml roztoků HNO3 (konc. a zřeď.) a H2SO4 (konc. a zřeď.), do každé zkumavky vložte kousek Cu drátu a pozorujte změny, výsledky zapište do tabulky a napište chemické reakce, které jste prokazatelně pozorovali. Stejný pokus opakujte s kousky Zn, Al a pak s odmaštěnými Fe hřebíky. 5. Na keramické síťce zapalte plynovým kahanem hořčíkové hobliny. Opatrně na hořící hořčík přilévejte slabý proud vody z pipety nebo střičky. Plamen se zvětšuje a stává se oslnivější, protože hořčík má velkou afinitu ke kyslíku, rozkládá vodu a začne hořet i uvolněný vodík.

Beketovova řada všech kovů (včetně polokovů) Li Rb K Cs Fr Ba Ra Sr Ca Na La Y Mg Pr Ce Ho Nd Er Tm Tb Sm Lu Pm Dy Gd Yb Ac Cm Sc Es Lr Eu Be

Fm Cf Th Md Hf Al Zr Pa U Np Pu No Mn V Ti Bk Si Am B Ta Zn Cr Nb Ga Fe Cd In Tl Co Ni In Sn Pb W H2

H2 Mo Ge Sb As Tc Re Bi Cu Po Te Os Rh Ru Ag Hg Pd Ir Pt Au

56


Úloha č. 25

Plamenové zkoušky na kationty alkalických kovů a kovů alkalických zemin Těkavé sloučeniny uvedených kovů dávají charakteristické zbarvení nesvítivého plamene. K praktickému provedení je třeba platinového drátku. Konec drátku upravený do tvaru malého očka se nejprve střídavě ponořuje do zředěné kyseliny chlorovodíkové na hodinovém sklíčku a žíhá se nesvítivým plamenem, až se plamen nezbarvuje. Tím se odstraní nežádoucí nečistoty. Pak se na drátek navlhčený kyselinou chlorovodíkovou nabere vzorek a přiblíží se ke spodnímu okraji nesvítivého plamene, čímž se dosáhne jeho zbarvení. U méně těkavých látek je třeba drátek posunout do vyšší teplejší části plamene. Mnohé látky obsahují stopy sloučenin sodíku, které způsobují intenzívní žluté zabarvení plamene. V takovém případě se s výhodou využije modré kobaltové sklo, které umožňuje pozorovat i méně intenzívní zabarvení plamene způsobené jinými sloučeninami, především draselnými. Při každé následující zkoušce sloučeniny je nutné mít drátek zcela čistý, čehož se dosáhne kyselinou chlorovodíkovou již uvedeným způsobem. Proveďte plamenové důkazy kationtů ve vzorcích sloučenin lithia, sodíku, draslíku, vápníku, stroncia a barya. Pokud jste pracovali s čistými chemikáliemi podle uvedeného postupu, zbarvil se plamen u jednotlivých látek takto: vzorek obsahující lithium - karmínově, sodík - žlutě, draslík - světle fialově, vápník - cihlově červeně, stroncium - červeně, baryum žlutozeleně. Některé kovy a hlavně jejich oxidy můžeme dokázat zbarvením taveniny boraxu. Jejich tavením s boraxem na očku platinového drátku získáme charakteristicky zbarvenou kapku boritanů – boraxovou perličku.

HOŘČÍK - MAGNESIUM Úloha č. 26

Příprava chloridu cínatého (tin (II) chloride)a jeho vlastnosti Zrnko cínu rozklepejte na tenký plíšek a vhoďte jej do zkumavky s 10 ml koncentrované kyseliny chlorovodíkové. Zkumavku zahřívejte, aby se cín rozpustil. Získaný roztok rozdělte do tří dalších zkumavek a pozorujte reakce s 1 ml roztoku K2Cr2O7, s 1 ml roztoku KMnO4 a s 1 ml roztoku HgCl2 (všechny roztoky o koncentraci 0,1 mol.l-1). Uveďte chemickou rovnici reakce cínu s kyselinou chlorovodíkovou. Sestavte rovnice oxidačně-redukčních reakcí, které probíhaly ve zkumavkách mezi chloridem cínatým a příslušnými oxidačními činidly v prostředí kyseliny chlorovodíkové (působením K2Cr2O7 vznikal chlorid cíničitý a chlorid chromitý; při reakci s KMnO4 došlo k jeho redukci na MnCl2 a reakcí s chloridem rtuťnatým se vylučuje nejprve Hg2Cl2, který postupně černá vylučováním elementární rtuti).

57


Úloha č. 27

Chování hořčíku ve vodě a v roztoku chloridu amonného (ammonium chloride) 0,1 g hořčíku dejte do zkumavky a přilijte 3 ml vody. Pozorujte, zda nastávají nějaké změny. Asi po 4 minutách přidejte 3 ml 30%ního roztoku chloridu amonného a mírně zahřejte.

HLINÍK - ALUMINIUM Úloha č. 28

Příprava hydroxidu hlinitého (aluminium hydroxide) 15 g síranu hlinitého (nebo síranu draselno-hlinitého) rozpusťte tak, aby vznikl nasycený roztok při 25oC a srážejte jej postupným přidáváním 10%ního roztoku amoniaku tak dlouho, dokud se tvoří bílá sraženina. Potom vzniklou směs povařte a sraženinu dekantujte horkou vodou tak dlouho, až filtrát nebude dávat s roztokem chloridu barnatého bílou sraženinu. Promytý Al(OH)3 vysušte při 95 oC, rozetřete a zvažte. 1. Sestavte rovnici této chemické reakce. 2. Jak připravíte nasycený roztok síranu hlinitého při 25 oC z 15 g tuhého síranu hlinitého? 3. Jaký objem 10%ního roztoku amoniaku je třeba k úplnému vysrážení hydroxidu hlinitého z užitého roztoku síranu hlinitého? 4. Dobré promytí sraženiny hydroxidu hlinitého se zkouší chloridem barnatým. Napište chemickou rovnici, podle níž se ve filtrátu prozrazuje přítomnost síranových iontů. Úloha č. 29

Reakce hydroxidu hlinitého v kyselém a v zásaditém prostředí Do nasyceného roztoku hlinité soli přilijte ve zkumavce zředěný roztok amoniaku. Získáte bílou sraženinu Al(OH)3, kterou dobře protřepejte a rozdělte do dvou dalších zkumavek. K první přilijte tolik kyseliny chlorovodíkové (zředěné v poměru 1 : 1), aby se sraženina právě rozpustila. Vysvětlete, proč se tvoří dým. Do druhé zkumavky přilijte 20%ní roztok NaOH. Vysvětlete chemickými rovnicemi průběh reakcí.

58


PŘECHODNÉ KOVY Úloha č. 30

Koordinační sloučeniny mědi (copper), železa (iron) a stříbra (silver) Reakce proveďte na tečkovací destičce..

a) Příprava síranu tetraamminměďnatého Na tečkovací destičku dejte několik krystalků CuSO4.5H2O a přidejte několik kapek vody, aby se síran měďnatý právě rozpustil. Pak přikápněte koncentrovaný roztok amoniaku a všimněte si změny zbarvení. Zapište iontovými rovnicemi přípravu síranu tetraamminměďnatého.

b) Příprava koordinačních sloučenin železa a jejich stálost Na žlutý roztok chloridu železitého kápněte roztok KSCN; krvavě červené zbarvení prokáže železité sloučeniny. Dalším přidáním roztoku KF dojde k odbarvení, vznikne hexafluoroželezitan draselný. Fluorokomplex lze rozložit přídavkem koncentrovaného roztoku amoniaku a vytvoří se hnědá sraženina Fe(OH)3. Reakce lze znázornit následujícími iontovými rovnicemi: -

[Fe(H2O)6]3+ + 6 SCN → [Fe(SCN)6]3- + 6 H2O 3-

-

3-

[Fe(SCN)6] + 6 F → [FeF6] + 6 SCN

-

[FeF6]3- + 3 NH3 + 3 H2O → Fe(OH)3 + 3 NH4+ + 6 F-

c) Příprava koordinačních sloučenin stříbra a jejich stálost K roztoku dusičnanu stříbrného přidejte roztok K2Cr2O7. Vzniklá červenohnědá sraženina Ag2Cr2O7 tvoří působením koncentrovaného roztoku NH3 rozpustný komplexní dichroman diamminstříbrný, který lze převést zpět na původní dichroman stříbrný okyselením octovou kyselinou. Průběh reakcí vyjadřují tyto iontové rovnice: 2 Ag+ + Cr2O72- → Ag2Cr2O7 Ag2Cr2O7 + 4 NH3 → 2 [Ag(NH3)2] + Cr2O72+

2 [Ag(NH3)2] + Cr2O72- + 4 H+→ Ag2Cr2O7 + 4 NH4+ +

59


Úloha č. 31

Příprava hydroxidu železitého (Iron(III) hydroxide) Hydroxid železitý lze připravit srážením železitých solí z roztoku amoniakem: Např.: Fe2 (SO4 )3 + 6 NH 3 + 6 H 2O  → 2 Fe(OH )3 + 3( NH 4 ) 2 SO4 ( NH 4 ) Fe(SO4 ) 2 + 3 NH 3 + 3H 2 O  → Fe(OH )3 ↓ +2( NH 4 ) 2 SO4 5%ní roztok železité soli srážejte v 800 ml kádince za horka vypočteným množstvím 10%ního roztoku amoniaku. Připravte si dvojnásobné množství roztoku NH3, protože se dává přebytek, dokud se tvoří sraženina. Zásobní roztok nemá přesně 25% NH3, což závisí hlavně na zavírání zásobní lahve!!!!! Pozor ale na velké množství srážedla, konec srážení je dán malým přebytkem NH3, který indikujete čichem. Sraženinu 2 x dekantujte horkou vodou, 1 x horkou destilovanou vodou a poté zfiltrujte do vymizení reakce na síranový ion - odtékající filtrát nesmí tvořit s barnatými solemi bílý zákal. Získaný hydroxid železitý na filtračním papíru vložte do odpařovací misky filtračním papírem vně, odsajte vodu, odlepte filtrační papír a nechte na hodinovém sklíčku do dalšího laboratorního cvičení. Zvažte a odevzdejte jako řádný preparát (tentokrát neroztírejte v třecí misce !) Vypočtěte praktický výtěžek. Z filtrátu lze odpařením do sucha připravit síran amonný. Hydroxid železitý má žlutohnědou barvu, je často klkovitý, snadno se rozpouští v kyselinách, je však nerozpustný v hydroxidech.

MANGAN - MANGANESE Úloha č. 32

Příprava sloučenin manganu v různém oxidačním stupni Pro prvek mangan je typické, že může mít ve svých sloučeninách rozdílná oxidační čísla v rozmezí od -III až do VII. Nejběžnější jsou sloučeniny manganu v oxidačních číslech II, IV, VI a VII. U sloučenin s kyslíkem a vodíkem se s růstem oxidačního čísla manganu mění jejich vlastnosti od slabě zásaditých přes amfoterní až k silně kyselým. Sloučeniny s nízkým oxidačním číslem mají redukční schopnosti. Zvyšováním oxidačního čísla se postupně zesilují jejich oxidační schopnosti, takže např. sloučeniny MnVII jsou silná oxidační činidla.

60


a) Připravte 10 ml 3%ního roztoku chloridu manganatého. Do zkumavky nalijte 5 ml roztoku a pipetou, kterou ponoříte na dno zkumavky, opatrně přidávejte 5%ní roztok NaOH. Pozorujte reakci na rozhraní obou kapalin a sestavte chemickou rovnici. b) Do dalších 5 ml 3%ního roztoku chloridu manganatého přilijte 5%ní roztok NaOH, promíchejte a pozorujte postupnou přeměnu sraženiny na hydroxid manganitý. Sestavte chemickou rovnici reakce. Vzdušným kyslíkem se bílý hydroxid manganatý oxiduje na hnědý hydroxid manganitý. c) Část hydroxidu manganitého smíchejte v další zkumavce se zředěnou HCl. Co pozorujete? Jaké sloučeniny vznikají? d) Do zkumavky dejte lžičku MnO2 a přidejte několik kapek koncentrované HCl. Poznáte, jaký plyn se uvolňuje? Vyjádřete rovnicemi. Reakce probíhá ve dvou fázích, za studena vzniká chlorid manganičitý, zahříváním chlorid manganatý. e) Opatrně ve zkumavce zahřívejte asi 1 g MnO2 se stejným množstvím KNO3 a pecičkou NaOH. Vznikne oxid dusičitý a zelená tavenina, ze které lze vyloužením vodou získat zelený roztok mangananu draselného, jehož krystalizací se tvoří tmavě zelené krystalky této látky. Vyjádřete rovnicí. f) Asi 0,5 g FeSO4.7H2O rozpusťte v 25 ml studené zředěné H2SO4. Z byrety potom ihned za stálého míchání přikapávejte roztok KMnO4 o koncentraci 0,02 mol.l-1 tak, abyste zachytili, kdy se kapalina růžově zbarví. Reakce je příkladem kvantitativního analytického stanovení železa v kyselém prostředí metodou zvanou manganometrie. Proč se zpočátku manganistan odbarvoval? Vyjádřete děj rovnicí a označte zbarvení jednotlivých látek, víte-li, že se železnatá sůl oxidovala na železitou za současné redukce manganistanu na sůl manganatou.

Úloha č. 33

Preparace manganistanu draselného (potassium permanganate) Navažte 15 g hydroxidu draselného a 5 g chlorečnanu draselného a směs roztavte v porcelánové nebo kovové misce. Odstavte kahan a do taveniny vneste po menších dávkách 10 g jemně rozetřeného oxidu manganičitého. Během reakce neustále míchejte obsahem misky a jestliže tavenina ztuhne dříve, než jste přidali oxid manganičitý, přistavte kahan a reakční směs znovu roztavte. Po skončení reakce žíhejte taveninu tak dlouho, až ztuhne.

61


Vychladlou taveninu pak vyvařte v kádince ve 200 ml destilované vody (opravdu maximálně v tomto množství!!!). Do vroucího roztoku zavádějte oxid uhličitý alespoň 30 minut. Oxid uhličitý vyvíjejte v aparatuře sestavené z odsávací baňky, do které vložíte mramor (počítejte 85% čistotu), a dělicí nálevky s HCl (poměr 1:2). Reakční směs nechte asi půl hodiny stát a pak ji zfiltrujte přes skleněnou fritu. Na fritě zůstane oxid manganičitý, který nechte uschnout. Filtrát odevzdejte a oxid manganičitý také. 3 MnO 2 + 6 KOH + KClO 3 → 3 K 2 MnO 4 + KCl + 3 H 2 O 3 K 2 MnO 4 + H 2 O + 2 CO 2 → 2 KMnO 4 + MnO 2 ⋅ H 2 O + 2 K 2 CO 3 CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O Domácí příprava: Vypočtěte základní látku a teoretický výtěžek. Které látky jsou v reakční směsi v přebytku?

Chrom – chrome Úloha č. 34

Příprava oxidu chromitého (chromic oxide) Úkol: Připravte 0,8 g Cr2O3, použijte variantu a) Oxid chromitý lze připravit více způsoby: a) redukcí dichromanu draselného síranem amonným: K2Cr2O7 +(NH4)2SO4 → Cr2O3 + K2SO4 + N2 + 4 H2O Odvážené množství dichromanu draselného dokonale rozetřete v třecí misce s trojnásobným množstvím síranu amonného a směs žíhejte 1 hod. v porcelánovém kelímku, dokud unikají páry. Po vychladnutí vsypte vyžíhaný produkt do větší kádinky a vyvařte s vodou, dekatujte 2 x horkou vodou a 1 x horkou destilovanou vodou, promývejte na filtru do vymizení reakce na sírany a nakonec nechte sušit do příště. Jako vedlejší výrobek lze krystalizací získat z prvního filtrátu síran draselný. b) redukcí dichromanu draselného sírou: K2Cr2O7 + S → Cr2O3 + K2SO4 Oxid chromitý je zelený beztvarý prášek nerozpustný ve vodě a hydroxidech, byl-li řádně vyžíhán, nerozpouští se ani v kyselinách.

62


Úloha č. 35

Preparace chromanu draselného (potassium chromate) Vyjděte z 0,02 molu chromité soli. Rozpusťte ji v kádince a doplňte vodou na objem 50 ml. Ke vzniklému roztoku přidávejte po kapkách vypočtené množství 10% roztoku amoniaku až do vytvoření šedozelené sraženiny. (Pro nepřesnou koncentraci amoniaku si připravte dvojnásobné množství). Sraženinu hydroxidu chromitého dekatujte dvakrát horkou vodou a jedenkrát destilovanou vodou. Hydroxid chromitý nefiltrujte, nechte ho pod malým množstvím vody a přidávejte k němu 10% roztok hydroxidu draselného. Alkalickou suspenzi (zkontrolujte pH papírkem) pak velmi opatrně oxidujte vypočteným množstvím 30% peroxidu vodíku a roztok vařte alespoň 15 minut pro odstranění přebytku H2O2. Původně zeleně zbarvený roztok přejde na žlutý roztok chromanu. Roztok přelijte na odpařovací misku a na vodní lázni odpařujte do sucha. Chroman draselný tvoří žluté krystalky. Malé množství chromanu převeďte ve zkumavce okyselením na dichroman draselný a ten v zásaditém prostředí převeďte zpět na chroman draselný. Cr2 (SO 4 )3 + 6 NH 3 + 6 H 2 O → 2 Cr (OH )3 + 3 (NH 4 )2 SO 4 2 Cr (OH )3 + 3 H 2 O 2 + 4 KOH → 2 K 2 CrO 4 + 8 H 2 O 2 K 2 CrO 4 + H 2SO 4 → K 2 Cr2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O K 2 Cr2 O 7 + 2 KOH → 2 K 2 CrO 4 + H 2 O Úloha č. 36

Příprava hydroxidu chromitého a jeho vlastnosti (chromium hydroxide) Ke 3 ml roztoku Cr2(SO4)3 o koncentraci 1 mol.l-1 přidávejte po kapkách roztok KOH. Vzniklou sraženinu oddělte a promyjte vodou. Pak ji rozdělte na dvě části do dvou zkumavek. Do první zkumavky nalijte zředěnou kyselinu sírovou a do druhé roztok hydroxidu draselného v nadbytku. Vysvětlete chemické reakce a sestavte příslušné rovnice. Úloha č. 37

Oxidace chromitanu na chroman Ke 3 ml roztoku Cr2(SO4)3 o koncentraci 1 mol.l-1 dejte přebytek roztoku KOH, aby vznikl zelený roztok hydroxochromitanu draselného. K tomuto roztoku přidejte několik kapek H2O2 a mírně zahřejte. Co pozorujete? Příslušnou rovnici doplňte. Cr3+ +3 OH- = Cr(OH)3 Cr(OH)3 + OH- = [Cr(OH)4]

63


-

Příprava mědi Princip.38 Působením kovového železa na vodný roztok síranu měďnatého připravíme práškovou měď CuSO4 (aq) + Fe (s) → Cu (s) + FeSO4 (aq) Cu 2+ + Fe → Cu + Fe2+ Cu2+ + 2e- → Cu Fe - 2e- → Fe2+ FeSO4 (aq) → FeSO4 ·7 H2O (s) Pracovní postup (výpočty na 5g CuSO4·5H2O). Z pentahydrátu síranu měďnatého připravíme při teplotě 20 °C nasycený roztok, přičemž pH upravíme na hodnotu 3 přidáním 10% roztoku H2SO4. Roztok zahřejeme asi na 80 °C a při této teplotě ho udržujeme během celé reakce. Do roztoku přidáme mírný nadbytek železných tyčinek. Během reakce roztok mícháme, aby ze železných tyčinek odpadávala vyloučená měď. Zároveň doléváním vody udržujeme původní objem roztoku. Reakce je ukončená, když se modrá barva roztoku změní na světle zelenou. Po ukončení reakce pinzetou vybereme z roztoku nezreagované železné tyčinky. Roztok nad vyloučenou mědí za horka zfiltrujeme přes skládaný filtr a odložíme ho. K vyloučené mědi přidáme 20 ml 10% H2SO4 a asi 5 min povaříme, aby se rozpustily zbytky železa. Roztok nad mědí slijeme a měď několikrát dekantujeme 50 ml destilované vody. Vyloučenou měď odfiltrujeme, vysušíme a zvážíme. Poté uchováváme pod vodou, jinak zoxiduje na CuO.

Úloha č. 39

Jak dusičnan měďnatý převést na síran? . Využijeme možnosti vyredukování čisté Cu pomocí Fe nebo Zn. Cu 2+ + Fe → Cu + Fe2+ Připravený 5-10%ní roztok měďnaté soli (při výpočtu uvažte obsah krystalové vody) zahřejte k varu. Pak do něj vložte připravené zařízení se železnými hřebíky (viz obrázek) a měď, vznikající na nich občas setřeste. Reakce probíhá, dokud je roztok modře zbarvený. Pokud veškeré měďnaté ionty zreagovaly, opláchněte zbytky hřebíků a nechte měď usadit. Po usazení odlijte kapalinu nad vzniklým kovem, promyjte vodou a znovu odlijte. Další dekantací promyjte měď do neutrální reakce. Konečné promytí proveďte denaturovaným ethanolem a měď odsajte na Büchnerově nálevce. Delším stykem se vzduchem měď oxiduje. Zvlášť čistou měď můžete uchovat pod vodou mírně okyselenou kyselinou sírovou. Vzniklou Cu necháme reagovat s 15% peroxidem vodíku za přítomnosti H2SO4 (stačí 10%).

64


Modrý roztok vaříme do snížení objemu na polovinu a provedeme rušenou krystalizaci, pokud roztok ještě není dostatečně zahuštěný, pokračujeme v odpařování. Krystaly modré skalice použijeme při jiném laboratorním cvičení – krystalizace atd.

65


Podvojné soli Úloha č. 40

Příprava dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého Nasycené roztoky výchozích solí se smísí ve stechiometrickém poměru podle rovnice Al2(SO4)3.18H2O + K2SO4 + 6 H2O → 2 KAl(SO4)2.12H2O Volnou nebo rušenou krystalizací se získají krystaly KAl(SO4)2.12H2O. 0,02 molu síranu hlinitého ( k dispozici máte 40% roztok, počítáno na hydrát) a odpovídající množství síranu draselného rozpusťte tak, aby vznikly nasycené roztoky při 60 oC. Pokud je zapotřebí, roztoky zfiltrujte a pak navzájem smíchejte. Rušenou krystalizací získejte krystaly. Po odsátí, promytí a vysušení získané krystaly KAl(SO4)2.12H2O zvažte. Obdobným způsobem můžete připravit z příslušných výchozích solí síran sodnohlinitý nebo síran amonno-hlinitý; pouze jejich krystalizace je poněkud obtížnější. Vypočtěte: a) hmotnost 40% roztoku Al2(SO4)3.18H2O a objem, když hustota je 1.22 g.cm-3 b) množství odpařené vody, potřebné k zahuštění na nasycený roztok c) navážku K2SO4 Úloha č. 41

Příprava hexahydrátu síranu diamonno-železnatého (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O se nazývá Mohrova sůl. V laboratořích se s výhodou užívá, protože ve vodném prostředí jen nepatrně hydrolyzuje a je na rozdíl od ostatních jednoduchých železnatých solí značně stálý vůči oxidaci vzdušným kyslíkem. Připravuje se krystalizací nasycených roztoků síranu železnatého a síranu amonného, smíšených ve stechiometrickém poměru: FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6 H2O → (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O V přípravě vyjděte ze záměru připravit 0,03 molu (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O. Síran amonný o potřebné hmotnosti rozpusťte ve vodě, aby vznikl nasycený roztok při 70oC, přidejte k němu několik kapek H2SO4 a příslušné množství nasyceného roztoku síranu železnatého při téže teplotě. Směs zahřejte k varu. Pokud je třeba, za horka zfiltrujte a rušenou nebo volnou krystalizací získejte krystaly hexahydrátu síranu diamonno-železnatého. Promyté a vysušené krystaly zvažte. Matečný louh znovu zahustěte ke krystalizaci a zpracujte obdobně. Podobně lze připravit ze síranu amonného a síranu nikelnatého hexahydrát síranu diamonno-nikelnatého (NH4)2Ni(SO4)2.6H2O. 66


DALŠÍ ÚLOHY Úloha č. 42

Chromatografie - rostlinná listová barviva V listech zelených rostlin se vyskytuje větší počet lipofilních barviv. Jejich charakteristickou vlastností je rozpustnost v tucích. Pro fotosyntézu mají rozhodující význam chlorofyl a, chlorofyl b a karotenoidy. K separaci listových barviv se používá plošná chromatografie (papírová - PC a tenkovrstvá - TLC).

Princip: Principem chromatografie je mnohonásobně opakované rozdělování látek mezi nepohyblivou (stacionární) fází a pohyblivou (mobilní) fází. Stacionární fází může být chromatografický papír nebo tzv. tenká vrstva, tvořená adsorpčním materiálem naneseným na skleněnou, hliníkovou nebo plastovou desku. Chromatografický papír je filtrační papír zvláště vyrobený z bavlněného odpadu. Tenkou vrstvou je nejčastěji jemně práškovitý oxid hlinitý nebo silikagel, které jsou na podložní desce naneseny vhodným pojivem. Tloušťka vrstvy je 0,2 až 2 mm. Mobilní fází bývá směs organických rozpouštědel. Při rozdělování látek mezi mobilní a stacionární fázi se nejníže zachycují ty látky, které mají největší schopnost adsorpce, nejvýše dospějí látky, jejichž schopnost adsorpce na adsorpční vrstvě je nejmenší. Výsledkem je chromatogram. Jednotlivá listová barviva mají charakteristické zbarvení: chlorofyl a – zelená, chlorofyl b – modrozelená, xanthofyly – žlutá, karotenoidy – oranžová, feofytin – šedá. Postup: Přinesené listy a rostliny (jetelové listy, listy kopřiv, špenát, břečťan, sušená mrkev apod.) rozstříhejte na menší kousky, rozetřete ve třecí misce s malým množstvím propraného křemičitého písku, uhličitanem vápenatým (na špetku nože) a acetonem na hustou kaši. Směs zfiltrujeme do odpařovací misky, odpaříme do sucha na vodní lázni a po zchladnutí rozpustíme v několika kapkách acetonu. Z chromatografické desky Silufol odstřihněte pruh (šířka pruhu se řídí šířkou vyvíjecí nádoby). Ve vzdálenosti asi 20 mm od jedné užší strany vyznačte měkkou tužkou startovní čáru. Při manipulaci s chromatografickou deskou se nedotýkejte rukou nanesené vrstvy, pozor na poškození adsorpční vrstvy, desku přidržujte pouze za její okraj. Zahuštěný extrakt naneste kapátkem na startovní čáru a skvrnu nechte vyschnout. Pokud je nanesená skvrna po zaschnutí málo výrazná, do středu skvrny naneste novou dávku extraktu listových barviv. Do vyvíjecí nádoby nalijte mobilní fázi – směs rozpouštědel: benzín + 2-propanol + voda (100 : 10 : 0,25) tak, aby hladina sahala do výšky 8 – 10 mm. Připravenou chromatografickou desku vložte opatrně do vyvíjecí nádoby s mobilní fází a nádobu zakryjte sklem. Jakmile se čelo vyvíjecí soustavy - mobilní fáze – přiblíží k hornímu okraji desky vyjměte proužek z vyvíjecí nádoby a nechte na vzduchu uschnout. Po uschnutí obtáhněte měkkou tužkou obrysy skvrn a zaznamenejte jejich barvu. Z rozdrcených listů můžeme barviva extrahovat také ethanolem (mobilní fáze) a rozdělit na filtračním papíře (stacionární fáze). Postup je podobný jako při použití Silufolu. K rozdělení směsi barviv můžeme použít také i kousek školní křídy (chemicky to bývá napěněná sádra). Na kousek nové školní křídy naneste kapku listových barviv (podobně jako na Silufol). Místo listových barviv lze použít k dělení barev také fixy. Křídu vložte do kádinky s vyvíjecí směsí (mobilní fází). Kádinku přikryjte hodinovým sklem.

67


Reakční kinetika Závislost rychlosti reakce na koncentraci reagujících látek Čím větší je počet částic reagujících látek v určitém objemu, tj. čím větší je jejich koncentrace, tím častěji dochází k energeticky účinným srážkám a reakce probíhá rychleji. S postupným ubýváním výchozích látek při uskutečňované reakci narůstá množství produktů, ale současně klesá rychlost chemického děje. Zpočátku je reakční rychlost značná, postupně se snižuje, až se reakce zcela zastaví.

Úloha č. 43

Oxidace jodidu draselného Reakce je založena na oxidaci jodidu na jod působením peroxidu vodíku v kyselém prostředí, vzniklý jod zbarvuje škrobový maz modře: 2 KI + H2SO4 + H2O2 → I2 + K2SO4 + 2 H2O Do odměrného válce o objemu 50 ml nalijte 10 ml roztoku H2SO4 o koncentraci 0,01mol.l-1 a 5 ml škrobového mazu. Pak pipetou přidejte 20 ml roztoku KI o koncentraci 0,01mol.l-1. Roztok doplňte vodou tak, aby ve válečku bylo celkem 40 ml roztoku, tyčinkou jej promíchejte a dolijte 10 ml 0,03% ního roztoku H2O2. Opět jej promíchejte a změřte dobu, za kterou příslušný roztok zmodrá. Totéž proveďte ještě třikrát s tím rozdílem, že místo 20 ml roztoku KI budete pipetovat 10, 5 a 1 ml roztoku KI.

Závislost rychlosti reakce na teplotě Zvyšováním teploty se rychlost chemických reakcí zvyšuje. Je to způsobeno tím, že s rostoucí teplotou reagujících látek narůstá kinetická energie zúčastněných částic a zvětšuje se tak počet jejich energeticky účinných srážek. Experimentálně bylo zjištěno, že zvýšením teploty o 10oC vzrůstá rychlost chemické reakce 2krát až 4krát. Úloha č. 44

Vliv teploty na redukci manganistanu draselného šťavelovou kyselinou Manganistan draselný reaguje v kyselém prostředí (H2SO4) se šťavelovou kyselinou (H2C2O4) podle rovnice 2 KMnO4 + 3 H2SO4 + 5 H2C2O4 → K2SO4 + 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O Fialový roztok manganistanu se po proběhnutí reakce odbarví, dojde k úplné redukci MnVII (fialový) na MnII (bezbarvý).

68


Do tří kádinek dejte po 10 ml roztoku kyseliny šťavelové o koncentraci 0,05 mol.l-1 a přidejte 25 ml roztoku H2SO4 o koncentraci 1 mol.l-1. První kádinku zahřejte na vodní lázni na 90oC, druhou na 50oC a třetí ochlaďte v ledové vodě na 5oC. Potom ke všem vždy přidejte po 5 ml roztoku KMnO4 o koncentraci 0,02 mol.l-1 a promíchejte. Změřte čas, za který se v jednotlivých kádinkách roztok odbarví. Výsledky zapište do přehledné tabulky.

Vliv katalyzátoru na rychlost reakce Přítomnost katalyzátoru způsobuje urychlení nebo zpomalení chemického děje. Látky, které působí jako urychlovače chemického děje, se nazývají katalyzátory. Látky, které reakce zpomalují, se nazývají inhibitory. Katalyzátory v reakčním systému přechodně vytvářejí s výchozími látkami meziprodukty, ale v závěru reakce se opět uvolňují a zůstávají chemicky nezměněny. Obecně lze znázornit rozdíl mezi nekatalyzovanou a katalyzovanou reakcí takto: EA → AB A + B 

nekatalyzovaná reakce

A,1 → AK A + K 

katalyzovaná reakce

E

AK + B  → AB + K E A,2

V případě použití pozitivního katalyzátoru dojde k urychlení chemické reakce. Vysvětlení je v rozdílném reakčním mechanismu nekatalyzované a katalyzované reakce. Energie potřebná k účinným srážkám částic, tzv. aktivační energie EA, je v prvném případě vyšší než aktivační energie EA,1 a EA,2 každé z dílčích reakcí při použití katalyzátoru. Snížení aktivační energie při stejné teplotě má za následek častější energeticky účinné srážky, a proto dojde k urychlení reakce. Úloha č. 45

Rozklad peroxidu vodíku užitím různých katalyzátorů Do sady zkumavek dejte různé druhy látek přibližně o hmotnosti 0,1 g, např. zrněné aktivní uhlí, oxid manganičitý, oxid stříbrný, oxid chromitý, stříbrný nebo měděný drátek, kousek železa, parafín, polyethylen apod., a do každé zkumavky přilijte 2 ml 6% roztoku H2O2. Na rychlost průběhu katalyzované reakce usuzujte podle uvolňování bublinek kyslíku, který dokážete doutnající špejlí. Seřaďte použité katalyzátory podle klesajícího vlivu na rychlost rozkladu peroxidu vodíku. O tom, že pro reakci uvolňování kyslíku je rozhodující přítomnost peroxidu vodíku a ne katalyzátoru, se přesvědčte takto: do zkumavky s katalyzátorem MnO2, ve které již reakce skončila, přidejte ještě 1 ml H2O2 a po jeho rozkladu další dávku 0,1 g MnO2. Přidáním katalyzátoru se vývoj kyslíku neobnovuje.

69


Seznam použité literatury: 1. Návody pro laboratoře z anorganické chemie, Dagmar Sýkorová a kol., VŠCHT Praha 1996 2. Laboratorní cvičení z chemie pro 1. ročník gymnázia, Miroslav Hrstka, Brno - 1998 3. Chemická laboratorní cvičení I, Miloš Skalický, SNTL - 1984 4. Laboratorní technika a bezpečnost práce, Antonín Pošta a kol., SNTL -1981 5. Laboratorní cvičení z anorganické chemie, Emanuel Bohuňovský a kol.,SNTL - 1964 6. Laboratorní cvičení z anorganické chemie, Emanuel Bohuňovský a kol., SPN - 1959 7. Základy chemie 1, Pavel Beneš, Václav Pumpr, Jiří Banýr, Fortuna Praha 1993 8. Obecná a anorganická chemie, J. Klikorka, B. Hájek, J. Votinský, SNTL 1985

70


Návody chemická laboratorní cvičení 1. ročník - obor aplikovaná chemie

Recommend Documents