Άσκηση 2η Παρασκευή Αραίωση διαλύματος
2 Θεωρητικό μέρος Η ύλη διαχωρίζεται σε δύο βασικές κατηγορίες: Τις καθαρές ουσίες (στοιχεία, χημικές ενώσεις) Τα μίγματα (δύο ή περισσότερες καθαρές ουσίες) Τα μίγματα με τη σειρά τους διαχωρίζονται σε: Ετερογενή (π.χ. νερό-λάδι), δεν εμφανίζουν ομογενή σύσταση και ίδιες ιδιότητες σε όλη τη μάζα τους Ομογενή, εμφανίζουν ίδια σύσταση και ίδιες ιδιότητες σε όλη τη μάζα τους Διάλυμα ονομάζεται κάθε ομογενές μίγμα Η φυσική κατάσταση των διαλυμάτων μπορεί να είναι: Στερεή (τα κράματα) Υγρή και Αέρια (ο ατμοσφαιρικός αέρας)
3 Διαλύματα Τα υγρά διαλύματα, τα οποία είναι τα πλέον κοινά και με τα οποία θα ασχοληθούμε και εμείς εργαστηριακά, σχηματίζονται κυρίως: Με ανάμειξη δύο υγρών (για παράδειγμα αιθανόλη και νερό) Με διάλυση ενός αερίου σε υγρό (για παράδειγμα Ο 2 σε νερό ή CO 2 σε νερό) Με διάλυση ενός στερεού σε υγρό (για παράδειγμα NaCl σε νερό) Τα διαλύματα αποτελούνται από το διαλύτη (δ/τη) και τη διαλυμένη ουσία (δ/ο). Στην πραγματικότητα ο διαλύτης είναι η ουσία η οποία έχει τέτοιες χημικές ιδιότητες (πολικότητα δεσμών) που της επιτρέπουν είτε να ενυδατώνει ιόντα είτε να δημιουργεί ιόντα (ιοντίζει) της διαλυμένης ουσίας. Ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος διαλύτης είναι το νερό. Κατά τη διάλυση στερεού σε υγρό ο διαλύτης είναι πάντα το υγρό.
4 Περιεκτικότητα διαλυμάτων Ως περιεκτικότητα ή συγκέντρωση ενός διαλύματος ορίζεται η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που υπάρχει σε μια ορισμένη ποσότητα διαλύματος. Μπορεί να εκφραστεί είτε με φυσικές είτε με χημικές μονάδες. Φυσικές μονάδες έκφρασης Επί τοις εκατό κατά βάρος (%κ.β ή %w/w) Εκφράζει τα γραμμάρια της διαλυμένης ουσίας σε 100 γραμμάρια διαλύματος Επί τοις εκατό βάρος κατ όγκο (% w/v) Εκφράζει τα γραμμάρια της διαλυμένης ουσίας σε 100 ml διαλύματος. Επί τοις εκατό κατ όγκο (%v/v-%vl) Εκφράζει τα ml διαλυμένης ουσίας τα οποία περιέχονται σε 100 ml διαλύματος Μέρη στο εκατομμύριο ppm (parts per millin) Εκφράζει τα μέρη βάρους ή όγκου της διαλυμένης ουσίας σε 10 6 μέρη βάρους διαλύματος ή όγκου διαλύματος, όταν d = 1g/mL δηλαδή 1ppm βάρος ανά βάρος = 1mg/Kg-1μg/g, βάρος ανά όγκο = 1mg/L ή 1μg/mL, όγκο ανά όγκο = μl/l Μέρη στο δισεκατομμύριο ppb (parts per billin) Εκφράζει τα μέρη βάρους ή όγκου διαλυμένης ουσίας σε 10 9 μέρη βάρους ή όγκου του διαλύματος. 1ppb βάρος ανά βάρος = 1μg/Kg ή ng/g, βάρος ανά όγκο = 1μg/L ή 1ng/mL, όγκο ανά όγκο = nl/l 1ng/g ή 1ng/mL Μέρη βάρους στο τρισεκατομμύριο ppt (parts per trillin) Εκφράζει τα μέρη βάρους ή όγκου διαλυμένης ουσίας σε 10 12 μέρη βάρους ή όγκου του διαλύματος. 1ppt = 1pg/g ή 1pg/mL
5 Αλκοολικός βαθμός: η % κατ όγκο περιεκτικότητα ενός ποτού σε αλκοόλη σε θερμοκρασία 20 C. Συμβολίζεται σε % Vl (δηλ. 13 % Vl σημαίνει ότι στα 100 λίτρα ποτού περιέχονται 13 λίτρα αλκοόλης). Προσδιορίζεται από ειδικό εργαστηριακό όργανο αραιόμετρο που ονομάζεται αλκοολόμετρο. Ο αλκοολικός βαθμός φέρεται υποχρωτικά με εμφανή ένδειξη στην ετικέτα όλων των διακινούμενων στο εμπόριο αλκοολούχων ποτών. Ποτό Τυπικός αλκοολικός βαθμός Μπύρα συνήθως 4% 6% Κρασί συνήθως 12.5% 14.5% Τεκίλα 32% 60% Ούζο 37.5%+ Ουίσκυ 40% 68%
6 Περιεκτικότητα διαλυμάτων Χημικές μονάδες έκφρασης Γραμμομοριακή συγκέντρωση ή μοριακή συγκέντρωση κατ όγκο Μ (Mlarity) Εκφράζει τον αριθμό γραμμομορίων (ml) της διαλυμένης ουσίας σε ένα λίτρο διαλύματος. (Ένα γραμμομόριο mle μιας χημικής ουσίας είναι η ποσότητα της ουσίας σε γραμμάρια που περιέχει ακριβώς 6,023.10 23 μόρια χημικής ουσίας. Συχνά ο όρος γραμμομόριο ή mle χρησιμοποιείται για να δηλώσει 6,023.10 23 ίδια σωματίδια είτε αυτά είναι μόρια, είτε άτομα ή ιόντα).
7 Παραδείγματα
8 Συντομογραφία Sa (Ε200) Βα (Ε210) PHB (Ε214) Συντηρητικό Σορβικό οξύ Βενζοϊκό οξύ P-Υδροξυβενζοϊκό αιθύλιο
9 MRL: Maximum residues level
10 Αραίωση διαλύματος Η αραίωση ενός διαλύματος μπορεί να γίνει με την προσθήκη διαλύτη ή με την ανάμειξη με διάλυμα άλλης ουσίας. Κατά την διαδικασία της αραίωσης με προσθήκη διαλύτη ο αριθμός mles της διαλυμένης ουσίας παραμένει σταθερός και στο αρχικό και στο τελικό διάλυμα. Δηλαδή ισχύει: n αρχ = n τελ C αρχ V αρχ = C τελ V τελ Όπου C αρχ : συγκέντρωση αρχικού διαλύματος και V αρχ : όγκος αρχικού διαλύματος
11 Πειραματικό μέρος Α. Παρασκευή διαλύματος CuSO 4 και υπολογισμός της %w/v περιεκτικότητας Όργανα - Σκεύη Αναλυτικός ζυγός Ογκομετρική φιάλη των 250ml Ποτήρι ζέσεως των 100ml Σπαθίδα ζύγισης Ράβδος ανάδευσης Υδροβολέας Πειραματική πορεία Ζυγίζουμε 0,5-1,0 gr CuSO 4 Διαλυτοποιούμε το CuSO 4 με προσθήκη νερού Αποχύνουμε προσεκτικά το διαλυτοποιημένο CuSO 4 από το ποτήρι ζέσεως στην ογκομετρική φιάλη Προσθέτουμε επιπλέον νερό στο ποτήρι ζέσεως και το αποχύνουμε στην ογκομετρική φιάλη έως ότου είμαστε σίγουροι ότι όλος ο CuSO 4 έχει προστεθεί Προσθέτουμε νερό με τον υδροβολέα στην ογκομετρική φιάλη μέχρι την χαραγή των 250ml
12 Πειραματικό μέρος B. Αραίωση του αρχικού διαλύματος CuSO 4 10 φορές Όργανα Σκεύη Το διάλυμα CuSO 4 που παρασκευάσατε στο προηγούμενο πείραμα Ογκομετρική φιάλη των 100ml Σιφώνι των 10ml Πουάρ Πειραματική πορεία Εφαρμόζουμε το πουάρ στο σιφώνι Αφαιρούμε από το αρχικό διάλυμα CuSO 4 την απαιτούμενη ποσότητα και την αποχύνουμε στην κενή ογκομετρική φιάλη Προσθέτουμε μέχρι τη χαραγή νερό με τον υδροβολέα C 1 C 2
13 Υπολογισμοί Βοηθητικοί τύποι - δεδομένα M rcuso4= 249.68 (CuSO 4 x5h 2 O - πενταένυδρος θειϊκός χαλκός) M r = σχετική μοριακή μάζα n=m/m r C 1 V 1 = C 2 V 2 - Υπολογισμός περιεκτικότητας w/v Έστω ότι ζυγίσαμε 0.5gr CuSO 4 τα οποία βάλαμε σε ογκομετρική φιάλη των 250ml Σε 250ml διαλύματος περιέχονται 0,5 gr δ.ο. (CuSO 4 ) Σε 100ml x = ; x = 0,5 x 100 /250 = 0.2 Άρα το διάλυμα που παρασκευάσαμε είναι 0.2 %w/v. - Υπολογισμός Mlarity Για τη μετατροπή από γραμμάρια σε ml και το αντίστροφο χρησιμοποιούμε πάντα τον τύπο: n=m/m r n = 0.5/249,68 = 2.10-3 ml Σε 250ml διαλύματος περιέχονται 2.10-3 ml 1000ml διαλύματος y =? y = 2 10-3 x 1000/250 = 0,008 Άρα C 1 = 0,008 ml/l ή C 1 = 0,008Μ
14 Υπολογισμοί Για την αραίωση του δ/τος που παρασκευάστηκε: T αρχικό μας διάλυμα (1) έχει: C 1 = 0,008M και πρέπει να το κάνουμε 10 φορές αραιότερο. Άρα, το τελικό διάλυμα έχει συγκέντρωση C 2 = 0,008 / 10 C 2 = 0.0008M Ο όγκος του τελικού δ/τος είναι ο όγκος της φιάλης, δηλαδή V 2 = 100ml. Αναζητούμε τον όγκο του αρχικού διαλύματος V 1. C 1 V 1= C 2 V 2 V 1 = C 2 V 2 / C 1 V 1 = 0.0008 x 100 / 0.0008 V 1 = 10ml Δηλαδή θα πάρουμε 10ml από το αρχικό διάλυμα, θα τα βάλουμε στην ογκομετρική των 100ml και θα τα αραιώσουμε μέχρι τα 100ml. C 1 = 0,008Μ V 1 = 10ml C 2 = 0,0008Μ V 2 = 100ml
15 Ερωτήσεις 1. Ποια έκφραση περιεκτικότητας θα χρησιμοποιούσατε για να εκφράσετε την συγκέντρωση: α. αρσενικού σε τρόφιμα και β. ενός στερεού φυτοφαρμάκου στο εμφιαλωμένο νερό; 2. Τι σημαίνει η ένδειξη σε ετικέτα κρασιού 12vl. ; 3. Να υπολογίσετε πόσα gr CuSO 4 θα πρέπει να ζυγίσετε για να φτιάξετε 250ml διαλύματος 0.016Μ. 4. Διαθέτουμε διάλυμα NaCl 0.5Μ. Πόσα ml πρέπει να χρησιμοποιήσετε από το διάλυμα αυτό για να παρασκευάσετε 100ml διαλύματος NaCl πέντε φορές αραιότερο; 5. Ένα βαρέλι χωρητικότητας 500L είναι γεμάτο με κρασί 12 αλκοολικών βαθμών. α. Αν κάποιος καταναλώσει 250ml από το κρασί αυτό πόσα ml αλκοολών θα έχει προσλάβει; και β. Πόσα L από το κρασί αυτό πρέπει να αραιώσουμε για να παρασκευάσουμε 60L κρασιού 10 αλκοολικών βαθμών.