Χημική Τεχνολογία. Ενότητα 4: Ογκομετρική Ανάλυση. Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Χημική Τεχνολογία Ενότητα 4: Ογκομετρική Ανάλυση Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Σκοπός της ενότητας αυτής είναι οι σπουδαστές να κατανοήσουν τα περί διαλυμάτων. Δηλαδή πότε ένα διάλυμα ονομάζεται ομογενές μίγμα, πότε ένα διάλυμα που προκύπτει ονομάζεται κορεσμένο κα. Επίσης να γίνουν κατανοητές οι έννοιες της ογκομέτρησης, αλκαλιμετρίας και το ισοδύναμο σημείο. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Μίγμα Δύο ή Περισσότερων Καθαρών Ουσιών Συγκέντρωση Διαλυμάτων Ογκομέτρηση - Αλκαλιμετρία Ισοδύναμο Σημείο Καμπύλη Ογκομέτρησης 5

6 Μίγμα Δύο ή Περισσότερων Καθαρών Ουσιών - 1 Ένα μίγμα δύο ή περισσότερων καθαρών ουσιών μπορεί να είναι ομογενές ή ετερογενές. Ομογενές είναι το μίγμα που έχει τις ίδιες ιδιότητες και σύσταση σε κάθε του σημείο. Διάλυμα ονομάζεται ένα ομογενές μίγμα δύο ή περισσότερων καθαρών ουσιών. Το συστατικό που βρίσκεται στο μίγμα με τη μεγαλύτερη αναλογία λέγεται διαλύτης, ενώ το συστατικό ή τα συστατικά σε μικρότερη αναλογία αποτελούν τις διαλυμένες ουσίες. 6

7 Μίγμα Δύο ή Περισσότερων Καθαρών Ουσιών - 2 Διαλυτότητα μιας ουσίας σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη είναι η μέγιστη ποσότητα της ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη θερμοκρασία στο διαλύτη αυτό. Το διάλυμα που προκύπτει ονομάζεται κορεσμένο. Συγκέντρωση ενός διαλύματος είναι η περιεκτικότητα του διαλύματος στη διαλυμένη ουσία. 7

8 Συγκέντρωση Διαλυμάτων % κατά βάρος (% κ.β.): τα gr της διαλυμένης ουσίας σε 100 gr διαλύματος. 2. % κατά όγκο (% κ.ό.): τα gr της διαλυμένης ουσίας σε 100 ml διαλύματος. 3. Μοριακότητα ή Molarity (M): τα moles της διαλυμένης ουσίας σε 1000 ml διαλύματος. 4. Κανονικότητα ή Normality (N): τα gr-eq της διαλυμένης ουσίας σε 1000 ml διαλύματος. 8

9 Συγκέντρωση Διαλυμάτων greq = 1 mole / a όπου a ο αριθμός των Η + ή των ΟΗ - CH 3 COOH CH 3 COO - + H + NaOH Na + + OH - H 2 SO 4 SO H + Ca(OH) 2 Ca +2 +2OH - H 3 PO 4 PO H + Al(OH) 3 Al +3 +3OH - N = a M 9

10 Ογκομέτρηση - Αλκαλιμετρία Πρότυπο διάλυμα σε προχοΐδα 0.1 N δ/μα ΝαΟΗ Ογκομέτρηση είναι η διαδικασία προσδιορισμού του ελάχιστου όγκου διαλύματος ουσίας γνωστής περιεκτικότητας (πρότυπο διάλυμα) που απαιτείται για πλήρη αντίδραση με γνωστό όγκο διαλύματος ουσίας άγνωστης περιεκτικότητας. Η ογκομέτρηση έχει ως στόχο τον προσδιορισμό της άγνωστης συγκέντρωσης. Ογκομετρούμενο διάλυμα άγνωστης συγκέντρωσης CH 3 COOH Αντίδραση Εξουδετέρωσης: CH 3 COOH + ΝαΟΗ CH 3 COONa + H 2 O Ασθενές Οξύ Ισχυρή Βάση Άλας Νερό Αλκαλιμετρία είναι η ογκομέτρηση κατά την οποία προσδιορίζεται η συγκέντρωση διαλύματος οξέος με πρότυπο διάλυμα βάσης. 10

11 Ισοδύναμο Σημείο Πρότυπο διάλυμα σε προχοΐδα 0.1 N δ/μα ΝαΟΗ Ισοδύναμο Σημείο είναι το σημείο στο οποίο έχουμε προσθέσει τον απαιτούμενο για πλήρη αντίδραση όγκο από το διάλυμα γνωστής συγκέντρωσης. Ογκομετρούμενο διάλυμα άγνωστης συγκέντρωσης CH 3 COOH Αντίδραση Εξουδετέρωσης: CH 3 COOH + ΝαΟΗ CH 3 COONa + H 2 O Ασθενές Οξύ Ισχυρή Βάση Άλας Ισοδύναμο Σημείο = Σημείο Πλήρους Εξουδετέρωσης greq ΟΞΕΟΣ = greq ΒΑΣΗΣ V ΟΞΕΟΣ. N ΟΞΕΟΣ = V ΒΑΣΗΣ. N ΒΑΣΗΣ Νερό 11

12 Συγκέντρωση Διαλυμάτων - 3 Δείκτες οξέων ή βάσεων ή πρωτολυτικοί δείκτες είναι ενώσεις που μεταβάλλουν το χρώμα τους ανάλογα με την οξύτητα του διαλύματος στο οποίο βρίσκονται. Είναι συνήθως ασθενή οξέα / βάσεις που το χρώμα των αδιάστατων μορίων είναι διαφορετικό από το χρώμα των ιόντων. 12

13 Συγκέντρωση Διαλυμάτων - 4 Για παράδειγμα η περιοχή αλλαγής χρώματος του δείκτη ηλιανθίνη είναι: Έτσι αν προστεθούν μερικές σταγόνες του δείκτη αυτού: Σε ένα διάλυμα με ph < 3 το διάλυμα θα χρωματισθεί κόκκινο, Σε ένα διάλυμα με ph > 5 θα χρωματισθεί κίτρινο και Σε ένα διάλυμα με 3 < ph < 5 θα χρωματισθεί πορτοκαλί. Με άλλα λόγια ο δείκτης μας δίνει μία κατά προσέγγιση τιμή του ph του διαλύματος στο οποίο τον προσθέτουμε. 13

14 Συγκέντρωση Διαλυμάτων - 5 Το οξικό οξύ CH 3 COOH ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝαΟΗ με την παρουσία δείκτη φαινολοφθαλεΐνης. Η φαινολοφθαλεΐνη σε pη < 8.3 δεν έχει χρώμα, ενώ σε pη > 10.5 γίνεται ροδόχρους όπως φαίνεται και στις παρακάτω εικόνες: Χρώμα διαλύματος πριν την προσθήκη του πρότυπου διαλύματος. Χρώμα διαλύματος στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης. 14

15 Καμπύλη Ογκομέτρησης - 1 Καμπύλη ογκομέτρησης είναι η γραφική παράσταση του pη του άγνωστης περιεκτικότητας διαλύματος σε συνάρτηση με τον όγκο του πρότυπου διαλύματος που προστίθεται. Η καμπύλη ογκομέτρησης λαμβάνεται είτε σημείο προς σημείο, είτε με καταγραφέα και προσθήκη αντιδραστηρίου με προχοΐδα σταθερής ροής. 15

16 Καμπύλη Ογκομέτρησης - 2 Καμπύλη ογκομέτρησης ασθενούς οξέος 1Μ με διάλυμα ισχυρής βάσης 1Μ. Καμπύλη ογκομέτρησης ασθενούς βάσης 1Μ με διάλυμα ισχυρού οξέος 1Μ. 16

17 Τέλος Ενότητας 17