1 η Εργαστηριακή άσκηση Παρασκευή Αραίωση διαλύματος 1
Θεωρητικό Μέρος Εισαγωγικές έννοιες Όπως είναι γνωστό 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 και ομογενή μίγματα. Τα ετερογενή μίγματα (π.χ. νερό-λάδι) δεν εμφανίζουν ομογενή σύσταση και ίδιες ιδιότητες σε όλη τη μάζα τους Τα ομογενή μίγματα εμφανίζουν ομογενή σύσταση και ίδιες ιδιότητες σε όλη τη μάζα τους Διάλυμα ονομάζεται κάθε ομογενές μίγμα. Η φυσική κατάσταση των διαλυμάτων μπορεί να είναι: αέρια (για παράδειγμα ο ατμοσφαιρικός αέρας), στερεή (για παράδειγμα τα κράματα) και υγρή 2
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 3 διάλυση στερεού σε υγρό ο διαλύτης είναι πάντα το υγρό.
Εκφράσεις περιεκτικότητας διαλυμάτων Ως περιεκτικότητα ενός διαλύματος ορίζεται η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που υπάρχει σε μια ορισμένη ποσότητα διαλύματος. Η συγκέντρωση μπορεί να εκφραστεί είτε με φυσικές είτε με χημικές μονάδες. Α) Φυσικές μονάδες έκφρασης. 1) Επί τοις εκατό κατά βάρος (%κ.β ή %w/w) Εκφράζει τα γραμμάρια της διαλυμένης ουσίας σε 100 γραμμάρια διαλύματος. 2) Επί τοις εκατό βάρος κατ όγκο (% w/v) Εκφράζει τα γραμμάρια της διαλυμένης ουσίας τα οποία είναι διαλυμένα σε 100 ml διαλύματος. 3) Επί τοις εκατό κατ όγκο (%v/v-%vol) Εκφράζει τα ml διαλυμένης ουσίας τα οποία περιέχονται σε 100 ml διαλύματος. 4) Μέρη στο εκατομμύριο ppm (parts per million) Εκφράζει τα μέρη βάρους ή όγκου της διαλυμένης ουσίας σε 10 6 μέρη βάρους διαλύματος ή όγκου διαλύματος, όταν d = 1g/mL δηλαδή 1ppm = 1μg/g ή 1μg/mL. 5) Μέρη στο δισεκατομμύριο ppb (parts per billion) Εκφράζει τα μέρη βάρους ή όγκου διαλυμένης ουσίας σε 10 9 μέρη βάρους ή όγκου του διαλύματος. 1ppb = 1ng/g ή 1ng/mL 6) Μέρη βάρους στο τρισεκατομμύριο ppt (parts per trillion) Εκφράζει τα μέρη βάρους ή όγκου διαλυμένης ουσίας σε 10 12 μέρη βάρους ή όγκου του διαλύματος. 1ppt = 1pg/g ή 1pg/mL 4
Β) Χημικές μονάδες έκφρασης 1) Γραμμομοριακή συγκέντρωση ή μοριακή συγκέντρωση κατ όγκο Μ (Molarity) Εκφράζει τον αριθμό γραμμομορίων (mol) της διαλυμένης ουσίας σε ένα L διαλύματος. Ένα γραμμομόριο mole 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 mole χρησιμοποιείται για να δηλώσει 6,023.10 23 ίδια σωματίδια είτε αυτά είναι μόρια, είτε άτομα ή ιόντα. 2) Κανονική συγκέντρωση ή κανονικότητα Ν (Normality) Η κανονικότητα (Normality) σύμβολο N, είναι έκφραση συγκέντρωσης ενός υδατικού διαλύματος και δηλώνει τα γραμμοϊσοδύναμα (geq) μιας χημικής ένωσης ή ενός ιόντος που είναι διαλυμένα σε ένα λίτρο διαλύματος. Οι μονάδες της είναι geq/l και πολλές φορές συμβολίζονται με Ν. Π.χ. διάλυμα 1 Ν ή 0.1 Ν είναι το διάλυμα που περιέχει σ' ένα λίτρο 1 geq ή 0.1 geq από το διαλυμένο σώμα ή ιόν και ονομάζεται αντίστοιχα κανονικό ή δεκατοκανονικό διάλυμα Αραίωση διαλυμάτων 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 moles 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 5
Πειραματικό μέρος Α. Παρασκευή διαλύματος CuSO 4 και υπολογισμός της %w/v περιεκτικότητάς του και συγκέντρωσής του. Όργανα - Σκεύη Αναλυτικός ζυγός Ογκομετρική φιάλη των 250ml Ποτήρι ζέσεως των 100ml Σπαθίδα ζύγισης Ράβδος ανάδευσης Υδροβολέας Πειραματική πορεία 1. Ζυγίζουμε 0,5-1,0 gr CuSO 4 2. Διαλυτοποιούμε το CuSO4 με προσθήκη νερού 3. Αποχύνουμε προσεκτικά το διαλυτοποιημένο CuSO 4 από το ποτήρι ζέσεως στην ογκομετρική φιάλη 4. Προσθέτουμε επιπλέον νερό στο ποτήρι ζέσεως και το αποχύνουμε στην ογκομετρική φιάλη έως ότου είμαστε σίγουροι ότι όλος ο CuSO 4 έχει προστεθεί στην ογκομετρική φιάλη. 5. Προσθέτουμε νερό με τον υδροβολέα στην ογκομετρική φιάλη μέχρι την χαραγή των 250ml 6
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 1. Εφαρμόζουμε το πουάρ στο σιφώνι 2. Αφαιρούμε από το αρχικό διάλυμα CuSO 4 την απαιτούμενη ποσότητα και την αποχύνουμε στην κενή ογκομετρική φιάλη 3. Προσθέτουμε μέχρι τη χαραγή νερό με τον υδροβολέα 7
Γ. Υπολογισμοί Βοηθητικοί τύποι-δεδομένα M wcuso4 = 249.68 (CuSO 4 x5h 2 O Ένυδρος Θειικός Χαλκός) n=m/m w C 1 V 1 = C 2 V 2 Έστω ότι ζυγίσαμε 0.5gr CuSO 4 τα οποία βάλαμε σε 250ml ογκομετρική φιάλη δηλαδή 250ml νερό Άρα: Σε 250ml διαλύματος περιέχονται 0,5 gr δ.ο. (CuSO 4 ) Σε 100ml--------------II-------------------x=; x = 0,5x100 /250 =0.2 Άρα το διάλυμα που παρασκευάσαμε είναι 0.2%w/v. Για να υπολογίσουμε την Molarity του διαλύματος πρέπει κατ αρχήν να βρούμε τα 0.5gr πόσα mol είναι. Για τη μετατροπή από γραμμάρια σε mol και το αντίστροφο χρησιμοποιούμε πάντα τον τύπο: n=m/m w n=0.5/249,68 = 2.10-3 mol Άρα σε 250ml διαλύματος περιέχονται 2.10-3 mol σε 1000ml διαλύματος ------ΙΙ------ C=0,008 mol/l 8
Για την αραίωση: To αρχικό μας διάλυμα (1) έχει: C 1 = 8.10-3 M και πρέπει να το κάνουμε 10 φορές αραιότερο. Δηλαδή, 8.10-3 / 10 = 0.08M=C 2 C 1 V 1 = C 2 V 2 V 1 = 0.08x100/0.008 = 10ml Δηλαδή θα πάρουμε 10ml από το αρχικό διάλυμα, θα τα βάλουμε στην ογκομετρική των 100ml και θα τα αραιώσουμε μέχρι τα 100ml. Ερωτήσεις 1. Να υπολογίσετε την περιεκτικότητα και την Molarity του διαλύματος CuSO 4 που θα παρασκευάζατε αν είχατε ζυγίσει 5gr CuSO 4. 2. Να υπολογίσετε πόσα gr CuSO 4 θα πρέπει να ζυγίσετε για να φτιάξετε διάλυμα 0.016Μ. 3. Διαθέτουμε διάλυμα NaCl 0.5Μ. Πόσα ml πρέπει να χρησιμοποιήσετε από το διάλυμα αυτό για να παρασκευάσετε 100ml διαλύματος NaCl πέντε φορές αραιότερο; 9