Άσκηση 6η. Συμπλοκομετρικές Ογκομετρήσεις Σκληρότητα νερού. Εργαστήριο Χημείας Τμήμα ΔΕΑΠΤ Πανεπιστήμιο Πατρών

Transcript

1 Άσκηση 6η Συμπλοκομετρικές Ογκομετρήσεις Σκληρότητα νερού Εργαστήριο Χημείας Τμήμα ΔΕΑΠΤ Πανεπιστήμιο Πατρών

2 Ογκομετρικές Μέθοδοι Ανάλυσης Εξουδετέρωσης Οξυμετρία Ογκομετρικές μέθοδοι ανάλυσης Οξειδοαναγωγικές Καθίζησης Αλκαλιμετρία Συμπλοκομετρικές

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι συμπλοκομετρικές ογκομετρήσεις χρησιμοποιούνται ευρέως για τον προσδιορισμό μεταλλικών στοιχείων. Μεταλλοϊόντα Οργανικές ενώσεις με ομάδες δότες ηλεκτρονίων Ενώσεις ένταξης ή Σύμπλοκα ιόντα Υποκαταστάτης Σχηματίζονται σταθεροί ομοιοπολικοί δεσμοί

4 Χηλικές Ενώσεις Ειδική κατηγορία ενώσεων ένταξης (σύμπλοκα ιόντα) Πρόκειται για πενταμελείς ή εξαμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους που προκύπτουν όταν το μεταλλοϊόν συμπλοκοποιείται με δύο ή περισσότερες ομάδες δότες ηλεκτρονίων. Cu Γλυκίνη: διδοντικός υποκαταστάτης Σύμπλοκο χαλκού με τη γλυκίνη

5 Υποκαταστάτες Υπάρχουν τρι-, τετρα-, πεντα-, εξα- δοντικοί υποκαταστάτες πολυδοντικοί Πλεονεκτήματα πολυδοντικών υποκαταστατών: Αντιδρούν απότομα με τα κατιόντα δίνουν ευδιάκριτα τελικά σημεία ογκομέτρησης. Αντιδρούν με τα μεταλλοϊόντα σε ένα συνήθως στάδιο ενώ ο σχηματισμός συμπλόκων με μονοδοντικούς υποκαταστάτες περιλαμβάνει δύο ή περισσότερα ενδιάμεσα στάδια.

6 Αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό οξύ - EDTA Εξαδοντικός Υποκαταστάτης Πλεονεκτήματα: Το τετρασθενές ανιόν του EDTA (Υ4-) σχηματίζει πολύ σταθερά σύμπλοκα με τα περισσότερα μεταλλοϊόντα σε αναλογία 1:1. Με αυστηρό έλεγχο του pη μπορούμε να επιλέξουμε ποιο μεταλλοϊόν θα συμπλοκοποιηθεί. To EDTA κυκλοφορεί στο εμπόριο υπό την μορφή δινάτριου άλατος, Na 2 H 2 Y2H 2 Ο, το οποίο είναι πρότυπη ουσία ικανοποιητικού βαθμού καθαρότητας, που παρέχει καλά τελικά σημεία ογκομέτρησης και επιπλέον κοστίζει σχετικά φθηνά. Όλα τα σύμπλοκα μετάλλου/edta είναι ευδιάλυτα.

7 Σκληρότητα Νερού Σκληρό νερό: νερό με υπερβολικές ποσότητες διαλυμένων αλάτων, κυρίως Ca, Mg που δημιουργεί πολλά προβλήματα Η σκληρότητα του νερού είναι πολύ σημαντική παράμετρος καθορισμού της ποιότητάς του. Η αυξημένη ολική σκληρότητα προκαλεί πολλά προβλήματα από τις επικαθήσεις αλάτων σε σωληνώσεις, οικιακές συσκευές και φθορές σε επιφάνειες. Στην Υγειονομική Διάταξη δεν υπάρχουν συγκεκριμένα όρια για την τιμή της σκληρότητας του πόσιμου νερού.

8 Βαθμοί Σκληρότητας Προσδιορισμός σκληρότητας νερού: συμπλοκομετρική ογκομέτρηση με EDTA Βαθμοί σκληρότητας: o Γερμανικός βαθμός, o D= 1mg CaO/100ml νερού o Γαλλικός βαθμός, o F= 1mg CaCO 3 /100ml νερού o Αγγλικός βαθμός, 1 κόκκος CaCO 3 /γαλόνι νερού o Αμερικανικός βαθμός, mg CaCΟ 3 /l νερού (ppm CaCO 3 )

9 Αρχή Μεθόδου Ογκομέτρηση δ/τος νερού (με ιόντα Ca 2+ και Mg 2+ ) με EDTA, παρουσία δείκτη μαύρου εριοχρώματος Τ (ΕΒΤ) σε ph=10. Συμπλοκοποιείται πρώτα το ασβέστιο και μετά το μαγνήσιο. Στο ισοδύναμο σημείο, στο οποίο δεσμεύονται από το EDTA όλα τα μεταλλοκατιόντα, το διάλυμα χρωματίζεται από το χρώμα του δείκτη σε ελεύθερη μορφή. Τελικό σημείο: χρωματική αλλαγή από ερυθρό σε κυανό. 2ΗΥ 3- + Ca 2+ + Mg 2+ [CaY] 2- + [MgY] H + ΗΥ 3- + [MgΔ] - [MgΥ] 2- + ΗΔ 2- ερυθρό κυανό Όπου: ΗΥ 3- : κύριο ανιόν του EDTA σε pη=10, Δ: δείκτης ΕΒΤ.

10 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Σκληρότητα Νερού Αντιδραστήρια Σκεύη Πρότυπο δ/μα ΕDTA 0,01M Ρυθμιστικό δ/μα ph=10 (NH 4 Cl σε π.nh 3 ) Δ/μα δείκτη Εriochrome Black T (0,5% w/v σε EtOH) Προχοϊδα 50ml Σιφώνιο 50ml Κωνικές φιάλες 50ml

11 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Σκληρότητα Νερού Πειραματική πορεία Σε κωνική φιάλη φέρονται 30ml άγνωστου δ/τος Προστίθενται 2 ml ρυθμιστικού δ/τος ph=10 (NH 4 Cl σε π.nh 3 ) Προστίθενται 4 σταγόνες δείκτη ΕΒΤ Το μείγμα ογκομετρείται με το δ/μα EDTA μέχρι αλλαγής του χρώματος από ερυθρό σε κυανό.

12 Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Παράδειγμα: Για δείγμα νερού 50ml που καταναλώθηκαν 18ml EDTA moles EDTA = moles Ca 2+ C EDTA V EDTA = C ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ V ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ C EDTA = 0,01M, V EDTA = 18,0 ml, C ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ = ; V ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ = 50ml C = (C EDTA V EDTA )/V ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ = 0,01 18 / 50 = 0,0036 C = 0,0036 mol/l Επειδή 1mol CaCO 3 = 100g CaCO 3 μετατρέπω τη συγκέντρωση Μ σε g/l πολλαπλασιάζοντας με 100: 0,0036 mol /l CaCO 3 = 0,36 g/l = 0,36g CaCO 3 / 1000ml νερού = 360mg CaCO 3 /1000 ml = 360 αμερικανικοί βαθμοί = 36 mg CaCO 3 /100 ml = 36 γαλλικοί βαθμοί CaO/CaCO 3 = 56/100 CaO= CaCO 3 (56/100) CaO= 36 (56/100) = 20 γερμανικοί βαθμοί

13 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Να υπολογιστούν οι τιμές της σκληρότητας του νερού σε αμερικάνικους, γαλλικούς και γερμανικούς βαθμούς και να χαρακτηριστεί το νερό ως μαλακό, σκληρό, πολύ σκληρό κλπ σύμφωνα με τις τιμές του πίνακα.

14 Αγωγιμότητα Η ηλεκτρική αγωγιμότητα διαλύματος είναι μια μαθηματική έκφραση της ικανότητας ενός υδατικού διαλύματος να άγει το ηλεκτρικό ρεύμα. Η ικανότητα αυτή εξαρτάται από την παρουσία ιόντων, το σθένος τους, την κινητικότητά τους, τη συγκέντρωσή τους, τη θερμοκρασία και το ιξώδες του διαλύματος. Σε ένα υδατικό διάλυμα, η αγωγιμότητα είναι ανάλογη της συγκέντρωσης των διαλυμένων αλάτων στο υγρό. Η πιο κοινή μονάδα μέτρησης της αγωγιμότητας είναι το Siemens/cm (S/cm), με υποδιαιρέσεις: το microsiemens/cm (μs/cm).

15 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Αγωγιμότητα Σκεύηαντιδραστήρια Νερό βρύσης Απιονισμένο νερό Αλατόνερο Κωνικές φιάλες Αγωγιμόμετρο Πειραματική πορεία Μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των τριών δειγμάτων νερού Καταγραφή αποτελεσμάτων

16 Εργασία Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Ορισμοί: Συμπλοκομετρική ογκομέτρηση, σύμπλοκα ιόντα, υποκαταστάτης EDTA, σκληρότητα νερού, βαθμοί σκληρότητας, αγωγιμότητα Β1. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ (Σκληρότητα νερού) α) Αντιδραστήρια-σκεύη β) Πειραματική πορεία Β2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ (Αγωγιμότητα) α) Αντιδραστήρια-σκεύη β) Πειραματική πορεία Γ1. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (Σκληρότητα νερού) Υπολογισμός σκληρότητας νερού των τριών δειγμάτων της ομάδας. Γ2. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (Αγωγιμότητα) Μέτρηση αγωγιμότητας τριών δειγμάτων νερού.