Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem

Přírodovědecká fakulta

LABORATORNÍ TECHNIKA

Autoři: RNDr. Nguyen Thi Thu Huong Ph.D.

Ing. Zdeňka Kolská, Ph.D. Mgr. Roman Zmija

2007

Opravily a doplnily RNDr. Nguyen Thi Thu Huong Ph.D. a Ing. Ivana Kadlečková, červen 2015

1

TENTO TITUL JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY PROJEKT Č.: CZ.04.1.03/3.2.15.2/0235, Zkvalitnění vzdělávání a odborné přípravy studentů přírodovědných oborů na PřF UJEP

Náplň jednotlivých cvičení

1. Bezpečnost práce v laboratoři, chemické nádobí a nářadí, laboratorní sklo 2. Práce se sklem, příprava střičky, výroba kapilár 3. Měření hmotnosti a příprava roztoků 4. Práce s odměrnými nádobami 5. Stanovení hustoty kapalin 6. Stanovení rozpustnosti soli v závislosti na teplotě 7. Stanovení koncentrace roztoku 8. Krystalizace a srážení 9. Stanovení teploty tání a varu 10. Jednoduchá destilace 11. Destilace s vodní parou 12. Eudiometrické stanovení obsahu CaCO3 ve vápenci 13. Sublimace a Extrakce 14. Vzestupná papírová chromatografie a Chromatografie azobarviv na tenké vrstvě 15. Úklid laboratoře, závěrečný test

2

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

1. BEZPEČNOST PRÁCE V LABORATOŘI,

CHEMICKÉ NÁDOBÍ A NÁŘADÍ, LABORATORNÍ SKLO

Datum

Bezpečnostní předpisy:

Každý student je povinen se seznámit před zahájením práce v laboratoři s laboratorním řádem, s bezpečnostními předpisy a s poskytováním první pomoci a je povinností každého účastníka znát a dodržovat bezpečnostní předpisy. Zvlášť zdůrazňujeme tyto zásady: � Nenosit jídlo a pití do laboratoře a nejíst, nepít v laboratoři. � Při práci se žíravinami a jinými nebezpečnými látkami a tlakovými aparaturami si chráníme obličej

a oči ochranným štítem, ruce gumovými rukavicemi. � Koncentrované kyseliny a zásady ředíme tak, že kyselinu nebo zásadu lijeme tenkým proudem po

tyčince do vody za současného míchání a chlazení. � S těkavými a toxickými látkami pracujte vždy v digestoři se zapnutým odtahem! � Při provádění pokusů ve zkumavkách držíme ústí zkumavek odvrácené od obličeje (svého

i spolupracovníků). � Sestavenou aparaturu si nechte zkontrolovat a během reakce nebo ohřevu ji mějte stále pod kontrolou. � Nikdy nezahřívejte zcela uzavřenou aparaturu. � Nenechávejte hořet kahan bez dozoru. � Nepracujte s hořlavinami v blízkosti ohně (nalévání, jímání destilátu a extrakce). � Hořlaviny zahřívejte pozvolna, pouze pod zpětným chladičem, ve vhodné lázni. � S organickými rozpouštědly nepracujte v kádinkách (velká odpařovací plocha). � Aparaturu rozebírejte až po částečném ochlazení. � Při zahřívání kapalin používejte vždy porézní varný kamínek, přerušíte-li na určitou dobu var,

přidejte nový. � Při práci za sníženého tlaku se nesmí používat nádoby s plochým dnem, pokud k tomu nejsou přímo

určené. � Při vzniku požáru vypněte kahany a elektrické spotřebiče a oheň haste zabráněním přístupu vzduchu

přiměřeným způsobem (přikrytím nádoby azbestovou síťkou, dostatečně velkým hadrem, pískem, hasicím přístrojem).

� Případné závady, nedostatky, nehody nebo poranění je nutné ihned hlásit vyučujícímu. � Odpadní látky, které mohou přijít do výlevky, vylévejte přímo do odtokového kanálku a důkladně

spláchněte vodou, ostatní dávejte do odpadních nádob s označením (odpadní rozpouštědla, toxické odpady, těžké kovy...)

� Před odchodem uklidit stůl, uzavřít plyn, vypnout přívod elektrické energie, uzavřít vodu. � V případě nehody okamžitě informujeme vyučujícího a poskytneme první pomoc. Vedoucímu

cvičení je třeba hlásit i každé nepatrném poranění, bolesti hlavy, hučení v uších apod. Ve všech případech je nutno sepsat protokol o poranění pro případ pozdějších komplikací.

Laboratorní deníky:

Pečlivé zápisy o experimentech představují primární informační zdroj každé pracovníka. Při práci jsou všichni povinni psát laboratorní deník, ve kterém si zapisují všechny údaje, průběh práce a dosažené výsledky, např. výpočty, navážky, reakční teploty, čas... a své pozorování, např. změna barev, skupenství, reakční děje... a naměřené hodnoty. Je nebytné psát všechny detaily včetně těch nešťastných, které se mohou stát zdrojem cenných informací. Pro uchování zápisů slouží nejlépe laboratorní sešit formátu A4 s pevnými deskami.

3

Protokoly: Viz. vzor protokolu. - Formát A4, psáno ručně nebo na počítači. Musí obsahovat tyto údaje: jméno, aprobaci, datum a

název provedené úlohy. - Dále protokoly musí obsahovat: seznam použitých pomůcek a chemikálií s navážkami, tj. hmotnost a

látkové množství, teorie a princip úlohy, reakční schéma, obrázek nebo náčrt aparatury, pracovní postup a podrobný popis průběhu experimentu, a všechny informace a zkušenosti získané při přípravě a během vlastní práce i odchylky od literárního přepisu, naměřené hodnoty a jejich zpracování, tabulky, grafy, diskuse a závěr vyplývající z experimentu a subjektivní poznámky experimentátora.

- Záznamy a postupy se píšou v minulém čase, v trpném rodě nebo s osobním zájmenem. - Protokoly nutno odevzdat do 7 dnů po ukončení úlohy, v případě vrácení k opravě opravené

odevzdat zpět do týdne.

Vzor protokolu:

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno Ročník Aprobace

ČÍSLO a NÁZEV ÚLOHY

Datum: Studijní skupina

Literatura: RNDr. Nguyen Thi Thu Huong Ph.D., Ing. Zdenka Kolská, Ph.D., Mgr. Roman Zmija: Laboratorní technika, PřF UJEP, Ústí nad Labem, 2007 Pomůcky a chemikálie :

Teoretická část: teorie a fyzikální respektive chemické metody

Pracovní postup:

Schéma aparatury:

Výsledky a diskuse: všechny informace a zkušenosti získané při přípravě a během vlastní práce i odchylky od literárního přepisu, naměřené hodnoty, jejich zpracování a diskuse o nich.

Závěr:závěry, které z experimentu vyplývají a subjektivní poznámky experimentátora.

4

Základní vybavení laboratorních stolů

Sada kádinek 1x 50,100,150,250,400,600 2x 250 široká nízká

Beaker Varná baňka s plochým dnem 100,250,1000

Varná baňka s kulatým dnem 2x 250, 1x 500 Round Flat-Bottom Flasks

Round-Bottom Flasks Erlenmeyerova baňka 3x 200 – 300, 1x 500

Titrační baňka 3x

Odměrná baňka 50,100, 250

Erlenmeyer Flask

Frakční baňka

Volumetric Flasks Odsávací baňka (odsávačka) 1x

Filtering Flasks

5

Promývací baňka (promývačka) 1x

Dělící nálevka Kapací nálevka

250

200

150

100

50

Odměrný válec 25,50,100,250

Chladiče

Grahams West Allihn Liebig

Dropping Funnels

6

1. šuplík:

Sada držáků a Držák na zkumavky

Střička

Pipetovací nástavec

Stojan laboratorní

Tlačka Lžička

Kleště

Kruh

Stojan na zkumavky

7

2. šuplík:

Pipeta dělená 1,2,5,10,25 ml, pipeta nedělená 5,10,15,20,25 ml

Lodička, váženka s víčkem

Olivka, kapátko Tyčinka skleněná

3. šuplík:

Hodinové sklo 1x

Krystalizační miska

Odpařovací miska 1x

Petriho miska 2x

Třecí miska s tloučkem

Pestle Mortar

Žíhací kelímek

Crucibles

8

Büchnerova nálevka malá, nálevka se širokým stonkem 2x

Funnels

Skleněná vana

Alonž – destilační předloha svorka držák (klema)

Triangl

9

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

2. PRÁCE SE SKLEM, PŘÍPRAVA STŘIČKY, VÝROBA

KAPILÁR

Datum

Úkol: Připravte střičku dle obrázku

Teorie: Často je nezbytné, aby si pracovník v laboratoři upravil některé drobné

skleněné části, zejména trubice sám. Řadu aparatur je totiž možno sestavit ze základních nádob, pospojovaných navzájem trubičkami různé světlosti a upevněnými z zátkách. Sklářský amatér je sám schopen jen některých úkonů, totiž řezání trubic z nízkotavitelného skla, jejich otavování, vytahování, zatavování a ohýbání v plameni plynového kahanu. Ostatní práce již vyžadují značné zkušenosti, většinou profesionální znalosti i výcvik a také speciální sklářský kahan.

� Řezání trubic a tyčinek K tomuto účelu užíváme nejčastěji nůž na sklo, v nouzi i trojhranný pilník. Délka řezu a postup při oddělení naříznutých částí závisí na průměru trubic. Při řezání trubic do velikosti vnějšího průměru 10 mm uchopíme trubičku nebo tyčinku levou rukou těsně vedle místa, kde má být naříznuta. Nůž na sklo nebo pilník držíme pevně v pravé ruce. Jeho ostří, nebo hranu pilníku, nasadíme kolmo ze spodu proti skleněné trubici a tu přitlačíme na ostří palcem pravé ruky shora. Levou rukou pak pomalu otáčíme trubicí natolik, abychom nařízli asi 1 3 obvodu. Zásadně nepokládáme trubici na stůl a nepoužíváme nože nebo pilníku k pilování trubice.

Po naříznutí uchopíme trubici nebo tyčinku oběma rukama tak, že trubici obemkneme prsty, přičemž se oba palce navzájem dotýkají v místě vrypu. Tlakem palců vpřed, za současného ohýbání trubice ostatními prsty a mírného tahu rukou od sebe trubici nebo tyčinku zlomíme.

Při správném postupu je lom kolmý a hladký. Při řezání trubic s průměrem přes 10 mm musíme vryp udělat po celém obvodu. Trubice nelámeme, nýbrž odpukáváme opakovaným přitištěním natavené, žhavé tyčinky na jedno místo vrypu. Naprasknutí trubice lze někdy vyvolat též rychlým nanesením kapky vody na posledně zahřáté místo.

� Otavení v plameni

Plochy vzniklé při řezání trubic a tyčinek jsou sice rovné, mají však ostré hrany, takže se špatně zasunují do zátek nebo hadic a mohou způsobit řezná poranění. Proto hrany trubic do průměru 10 mm a tyčinek do průměru 6 mm otavujeme v plameni plynového kahanu. Postupujeme tak, že nejprve vyhřejeme konec trubice ve svítivém plameni za neustálého rovnoměrného otáčení a potom v nejteplejší zóně nesvítivého plamene. Po krátké chvíli sklovina na konci trubice či tyčinky červenožlutě svítí, což svědčí o slinutí ostrých hran. Proto zahřívání přerušíme, neboť dlouhodobější zahřívání způsobuje zmenšování otvoru trubice. Trubice a tyčinky větších průměrů, než bylo uvedeno, můžeme otavit jen sklářským kahanem, nebo jejich hrany zabrousit za mokra. � Tažení trubic a kapilár

Tažení trubic do špičky, případně výroba kapilár je další úkon, který zvládneme s použitím plynového kahanu. V místě, kde trubici chceme vytáhnout jí nejprve stejnoměrně prohřejeme v plameni

10

tak, že jí rovnoměrně otáčíme. Doporučuje se otáčení současným pohybem palců a ukazováčků obou rukou, přičemž ostatní prsty trubici jen podpírají, začátečník však udělá nejlépe, když prsty jedné ruky použije jako volnou podporu trubice v plameni a k otáčení užívá palce a ukazováčku druhé ruky.

Při změknutí skla v místě nahřívání je vhodné pevně uchopit trubici oběma rukama a otáčet ji kruhovým pohybem rukou podle podélné osy trubice a navíc ji velmi mírně stlačovat z obou stran do místa měknutí. Jakmile cítíme, že sklo dostatečně změklo, vzdálíme trubici z plamene a tahem za oba konce ji zúžíme. Větším rozpažením vytáhneme kapiláru. Vytaženou trubici fixujeme v rukou nějakou chvíli, než sklo opět ztuhne.

� Zatavování trubic

Zpočátku postupujeme podobně jako při tažení, nestlačujeme však sklovinu do místa měknutí. Po vytažení kapiláru odlomíme a špičku trubice znovu nažhavíme až do zatavení. Oblého dna dosáhneme opakovaným zahříváním, odebíráním přebytečné skloviny nahřátou tyčinkou a foukáním do zatavené trubice, pokud je dno měkké.

� Ohýbání trubic

Docílit plynulého, nikde neprolomeného oblouku s nezúženou světlostí trubice vyžaduje značnou dovednost.

Abychom dosáhli co nejlepšího výsledku, musíme dodržet několik mnohokrát ověřených pravidel. V prvé řadě je účelné uzavřít před ohýbáním trubice s průměrem větším než 5 mm na jednom konci zatavením, nebo zátkou. Dále je velice důležité nažhavit sklovinu po celé délce budoucího oblouku. K tomuto účelu se užívá nástavec na kahan, rozšiřující plamen podélně na několik centimetrů, ten však nebývá vždy k dispozici. Proto je lépe rozložit celkový ohyb na několik ohybů menších, přičemž postupujeme tak, že nažhavíme jen menší kousek trubice, který málo přihneme. Nažhavíme pak místo v těsné blízkosti ohybu, opět mírně přihneme a tak postupujeme dále až do vytvoření celého oblouku. Částečně ohnutou trubici nemůžeme již otáčet při nažhavování tak, jak je popsáno při tažení trubic a musíme ji nažhavovat kývavým pohybem v obou rukou. Konečným výsledkem má být ohnutá trubice s oběma rameny v jedné rovině, v ohybu nedeformovaná a nezúžená, toho však docílíme až delším cvičením.

� Kahany

V laboratořích se v kahanech spaluje směs zemního plynu se vzduchem. Všechny typy kahanů jsou sestaveny z těžkého litinového podstavce, do kterého je našroubována přívodní trubka a kolmo

na ní tryska. Tryska je kryta směšovací trubicí, v jejíž spodní části jsou otvory pro přisávání vzduchu. Horní konec směšovací trubky je volný, pouze u Meckerova kahanu je kryt mřížkou, bránící zpětnému šlehnutí plamene.

Kahan zapalujeme zásadně při uzavřeném přívodu vzduchu. Tehdy hoří kahan méně horkým plamenem, kterému se říká svítivý plamen. Otevřením přívodu vzduchu se zlepšuje spalování hořlavého plynu a plamen se mění na nesvítivý. V různé výšce od ústí směšovací trubice má plamen různou teplotu. Obrázek naznačuje rozložení teplot v plameni Meckerova (A) a Bunsenova (B) kahanu.

Chemikálie:

Pouze voda na odzkoušení funkčnosti střičky

11

Pomůcky: Baňka s kulatým dnem, skleněné trubičky, nůž na sklo, kahan, gumové hadičky, gumová zátka

Pracovní postup:

Zhotovte střičku podle obrázku. Délku trubic a velikost zátky volte dle velikosti baňky, kterou použijete. Baňku použijte nejlépe o objemu 250 cm3. Dodržujte všechny rady a pokyny pro řezání, lámání, zatavování a ohýbání trubic, pro vrtání děr do zátky a pro bezpečné vsazování trubic do zátky či gumových hadic. Pracujte opatrně a dbejte správných postupů a bezpečnosti práce tak, ať si nepřivodíte úraz.

Nakonec nalijte do připravené střičky vodu a vyzkoušejte funkčnost střičky. Dle zásad pro práci se sklem se pokuste připravit alespoň 3 kapiláry dlouhé 5 až 10 cm.

12

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

3. MĚŘENÍ HMOTNOSTI A PŘÍPRAVA ROZTOKŮ

Datum

Úkol: Připravte roztoky soli o koncentraci c = 0,1 mol.dm-3

Chemikálie: Destilovaná voda, chlorid sodný NaCl, Mr = 58,44 g.mol-1

Pomůcky:

Dvě odměrné baňky 100 ml a 250 ml se zátkami, lodička, váženka, lžička, kádinka 150 ml, nálevka, střička, analytické váhy, předvážky

Pracovní postup: Přesné měření hmotnosti:

Zjistíme přibližnou hmotnost lodičky nejprve pomocí předvážek. Poté zjistíme přesnou hmotnost lodičky pomocí analytických vah – 10x!!!-m1A.

Znovu postavíme lodičku na předvážky a přisypeme spočítanou hmotnost látky. Poté lodičku s látkou přesně zvážíme na analytických váhách. Opět – 10x!!!-m2A.

Naváženou látku převedeme kvantitativně do kádinky: látku vsypeme do kádinky a lodičku důkladně ostříkáme do kádinky. Látku rozpustíme v cca 50 ml vody. Roztok převedeme kvantitativně do odměrné baňky: do hrdla odměrné baňky nasadíme nálevku. Roztok z kádinky slijeme do odměrné baňky a kádinku opět důkladně vypláchneme do odměrné baňky. Poté naplníme odměrnou baňku destilovanou vodou asi 1 cm pod rysku a kapátkem doplníme po rysku. Baňku zazátkujeme a protřepeme její obsah několikerým převrácením baňky.

Rozdíl hmotnosti lodičky s látkou a hmotnosti prázdné lodičky m2A – m1A je hmotnost navážené látky. Nálevku umyjeme a dáme vysušit do sušárny.

Diferenční vážení:

Zjistíme hmotnost váženky na předvážkách a přisypeme spočítanou hmotnost látky. Poté váženku s látkou přesně zvážíme na analytických váhách.– 10x!!!-m1B.

Do hrdla odměrné baňky nasadíme nálevku a naváženou látku převedeme do baňky. Poté zvážíme (opět 10x) váženku se zbytkem látky, ulpěné na dně váženky na analytických vahách – 10x!!!-m2B.

Nálevkou naplníme odměrnou baňku destilovanou vodou asi 1 cm pod rysku a kapátkem doplníme po rysku. Baňku zazátkujeme a protřepeme její obsah několikerým převrácením baňky.

Vyhodnocení:

Výsledky měření zapište do tabulky a určete aritmetický průměr hmotností každého vážení a směrodatnou odchylku naměřených hodnot.

Otázky a úkoly: ? Kdy je výhodné použít přesné vážení a kdy je naopak výhodnější použít diferenční vážení? ? Vypočtěte přesné koncentrace vámi připravených roztoků!

13

Statistické zpracování: Při měření se můžete dopustit nahodilých a systematických chyb. Zatímco systematické chyby

mohou být zapříčiněny například nevhodným postupem při měření, špatnou kalibrací a podobně; nelze je odstranit opakovaným měřením za stále stejných podmínek, chyby nahodilé můžete výpočtem konečné hodnoty z dostatečně velkého počtu měření z větší části eliminovat. Opakovaným měřením se vliv nahodilých chyb zmenší.

Pokud měřenou veličinu označíme A, při n počtu měření naměříte postupně hodnoty A1 až An. Jedním z možných odhadů veličiny A je pak aritmetický průměr nalezených hodnot Â.

Čím je n větší, tím se hodnota  více blíží správné hodnotě A. Jestliže je odchylka každého měření

od této střední hodnoty označená x : i

pak je směrodatná odchylka výsledku (aritmetického průměru) definovaná takto:

δ = 1

1

2

−

∑=

n

n

iix

a výsledek se píše ve tvaru:

14

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

4. PRÁCE S ODMĚRNÝMI NÁDOBAMI

Datum

Úkol: Kontrolní kalibrace pipety

Teorie: Objemy kapalin měříme pomocí odměrných nádob. Jsou to odměrné válce, pipety, byrety,

odměrné baňky. Protože objem V je veličina závislá na teplotě T, je nutné, aby se objem měřil při konstantní teplotě. Odměrné nádobí je kalibrováno na konstantní teplotu, většinou t = 20 °C, kalibrační teplota je na každé odměrné nádobě udána. Dále je odměrné nádobí kalibrováno buď na dolití (značeno IN, D - dolití, E - einguss, příp. C - contains) nebo na vylití (EX, V - vylití, A - ausguss nebo D - delivers). Odměrné nádobí kalibrované na dolití (odměrné válce, odměrné baňky), obsahuje při naplnění po značku (většinou ryska či barevná čára po obvodu hrdla nádoby) přesně udané množství kapaliny. Při vylití získáme menší množství, než je na takto kalibrované nádobě udáno, protože trochu kapaliny ulpí na jejích stěnách. Z nádob kalibrovaných na vylití (pipety, byrety) získáme vylitím přesný objem kapaliny, jež je na nádobě udán; nádoba tedy obsahuje o tolik víc kapaliny nad udaný objem, kolik jí ulpí na skleněných stěnách a v zúženém výtokovém otvoru.

Je důležité, abyste správně odečítali povrch kapalin na značce odměrného nádobí. U látek nebarevných a látek, které smáčejí stěny nádoby, musí spodní část menisku (konvexní meniskus) ležet na rysce – např. voda. U barevných kapalin nebo u kapalin, které nesmáčejí stěny nádob pak musí vrchní meniskus (konkávní meniskus) ležet na rysce. Viz obrázek.

� Odměrné válce jsou skleněné, válcovité nádoby většinou nahoře otevřené a opatřené zobáčkovitou výlevkou. Jsou kalibrovány na dolití, zřídkakdy na dolití i vylití (dvě stupnice proti sobě). Jsou vyráběny v různých velikostech, ale pozor, jsou nejméně přesným odměrným nádobím! Používáme je proto jen tehdy, nejsou-li nároky na přesnost odměřeného objemu velké. � Odměrné baňky jsou kónické nádoby s rovným dnem a dlouhým, štíhlým hrdlem, na němž je kolem celého obvodu vyleptána či vyryta ryska, tj. značka udávající, kam až má přesně sahat kapalina, aby byl odměřen objem vyznačený na baňce. Odměrné baňky jsou vyráběny v různých

objemech od 5 do 2000 cm3 a zásadně kalibrovány na dolití. Při odměřování objemu v odměrné baňce postupujeme takto:

Odměrná baňa potřebného objemu musí být čistá, suchá a vytemperovaná na 20 °C. Na tuto teplotu má být vytemperovaná i kapalina, případně roztok.

15

Kapaliny a roztoky naléváme do odměrné baňky malou nálevkou, jejíž stonek sahá těsně pod značku. Baňku takto naplníme jen pod značku, zbylý objem doplníme opatrným přikapáváním odměřované kapaliny z pipety či byrety.

Po naplnění odměrné baňky po značku uzavřeme baňku dobře těsnící zátkou a několikerým převrácením promícháme její obsah. Baňku přitom držíme jednou rukou za dno, druhou za hrdlo a zátku přidržujeme v dlani, nebo palcem, aby při převrácení baňky z hrdla nevypadla. Obsah baňky promícháme takto vždy a zvlášť na to nesmíme zapomenout při přípravě roztoků.

� Pipety jsou skleněné trubice do nichž nasáváním vpravujeme menší množství kapaliny. Jsou vždy kalibrovány na vylití a vyrábějí se pro nejrůznější objemy od mirkolitrového objemu (kapilární pipety), až po 100 cm3. Podle způsobu vyznačení objemu rozeznáváme pipety dělené a nedělené. Nedělené pipety jsou trubice ve střední části většinou válcovitě rozšířené, na dolním konci vytažené ve špičku, s jednou kruhovou značkou v horní úzké části trubice. Užívá se jich k odměřování jen jednoho, na pipetě vyznačeného objemu kapaliny. Dělené pipety jsou úzké, či širší trubice na dolním konci vytažené do špičky, rozdělené po takřka celé délce na zlomky objemu. Jsou číslovány

shora od nuly až po daný objem u výtokového otvoru. Užívají se k odměřování různých objemů. Kapalina se vypouští tak dlouho, dokud meniskus neklesne k požadované objemové značce. Při odměřování objemu pipetou postupujeme takto:

Pipetu vhodného objemu nejprve vypláchneme kapalinou, která má být měřena. Do pipety nasajeme pomocí pipetovacího nástavce trochu kapaliny tím, že její spodní konec ponoříme do odměřované kapaliny a druhým koncem nástavcem vysáváme vzduch tak dlouho, až je asi třetina obsahu pipety naplněna. Přitom musíme dbát na to, aby spodní konec byl dostatečně hluboko ponořen do kapaliny, aby nedošlo k jeho vynoření při nasávání povytažením pipety, nebo poklesem hladiny nasávané kapaliny. Pokud by se tak stalo, rozdíl tlaků vžene nasávanou kapalinu až do nástavce.

Jakmile je pipeta zčásti naplněna, pipetu opatrně nakloníme a otáčíme jí, aby kapalina ovlhčila celý vnitřní povrch pipety pod značkou. Pak obsah vypustíme uvolněním nástavce do odpadní nádoby, v žádném případě ne zpět do pipetované kapaliny.

Vypláchnutou pipetu ponoříme opět dostatečně hluboko pod hladinu odměřované kapaliny a nasajeme ji opatrně až nad značku (nebo nad nulu dělené pipety), načež ji vyjmeme z kapaliny a kouskem buničiny osušíme dolní konec původně ponořený do kapaliny.

Druhou rukou přidržíme nádobu, z níž pipetujeme a spolu s pipetou ji zvedneme tak vysoko, aby značka byla ve výši oka. Pipeta musí být stále ve svislé poloze a dotýkat se dolním koncem stěny nádoby. Opatrným uvolňováním nástavce vypouštíme kapalinu na značkou do přidržované nádoby. Když se spodní okraj hladiny dotkne značky, přerušíme vypouštění a odsuneme nádobu z níž jsme pipetovali stranou.

Pod výtokový otvor pipety podstavíme nádobu, do níž má být kapalina odměřena, pipetu snížíme tak, aby se její špička dotýkala stěny nádoby a uvolněním nástavce její obsah vypustíme. Pipeta je přitom stále ve svislé poloze, nakloněna musí být nádoba do níž obsah vypouštíme.

Když kapalina z pipety vytekla, vyčkáme asi 15 sekund a pak špičku otřeme o stěnu nádoby, načež pipetu odložíme. Nikdy ji nevyfukujeme, nebo s ní nepotřepáváme, aby vytekl zbytek kapaliny ve špičce. Protože je kalibrována na vylití, nepatří již tento objem do celkového měřeného objemu. � Byrety jsou skleněné trubice šířky 5 – 10 mm, různé délky, buď rovné nebo dole zahnuté a uzavřené zabroušeným kohoutem, nebo gumovou hadičkou s tlačkou, či kuličkou vsunutou do gumové hadičky. Jsou děleny shora dolů, přičemž značky celých krychlových centimetrů bývají prořezány kolem celého obvodu, nebo alespoň do jeho dvou třetin a značky jemnějšího dělení jsou jen krátké úsečky. Kalibrovány jsou na vylití. Na rozdíl od dělených pipet nesahá vyznačení objemu byret až ke špičce, ale pod dolní značkou je nedělený prostor a stejný prostor je i nad horní značkou (nulou).

16

0

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0

2

Při odměřování objemu byretou postupujeme takto: Před zahájením práce zkontrolujeme těsnost uzávěru byrety. Zabroušený kohout je lépe předem

vyjmout z lůžka, očistit od mazacího tuku benzinem, znovu namazat buď silikonovou vaselinou nebo Ramsayovým tukem na zábrusy. Přitom zkontrolujeme, zda zbytky staré vaseliny neucpaly otvor

kohoutu nebo výtok byrety. Je-li byreta uzavřena gumovou hadičkou s tlačkou, nebo vloženou kuličkou zkontrolujeme, zda hadička dostatečně pruží.

Pracujeme vždy se suchou byretou. Musíme-li použít byretu vlhkou po vymytí vodou, předem ji vypláchneme odměřovanou kapalinou. Do byrety nalijeme trochu kapaliny a nakláněním a valivým pohybem smočíme kapalinou stěny byrety. Kapalinu vypustíme kohoutem do odpadní nádoby.

Byretu uchytíme ve svislé poloze do stojanu tak, abychom mohli pod výtokový otvor podsunout nádobu, do níž budeme kapalinu odměřovat. Výtokový otvor musí být o něco níž než je okraj nádoby, abychom zaručili, že kapalina nebude náhodou vytékat mimo.

Pod byretu podstavíme odpadní nádobu a shora naplníme byretu kapalinou. Některé byrety mají horní část upravenu do tvaru malé nálevky, u jiných musíme byretu plnit malou nálevkou zasunutou do horního otvoru. Byretu naplníme

1 až 2 cm nad nulu stupnice a poté, otevřením uzávěru, vyplníme kapalinou celý prostor pod kohoutem nebo tlačkou. Zároveň při tom ustavíme hladinu kapaliny na výchozí značku, přičemž dbáme na správné čtení menisku. Po naplnění byrety nesmí být v trubici vzduchové bubliny a musí být vyplněn i prostor pod uzávěrem.

Z pod byrety odstraníme odpadní nádobu, nahradíme ji nádobou do níž máme kapalinu odměřit. Kapalinu vypouštíme zvolna, rychlým vypouštěním většího objemu ulpívá část kapaliny na stěně byrety, stéká pomaleji a také rychle odečtený objem není přesný. Této chybě zabráníme buď pomalým vypouštěním, nebo po uzavření kohoutu počkáme po dostatečně dlouhou dobu (několik desítek sekund až dvě minuty) než odečteme odměřený objem.

Chemikálie:

Destilovaná voda Pomůcky:

Kalibrovaná pipeta, kádinka, analytické váhy, teploměr, barometr Pracovní postup:

Pro přezkoušení kalibrace pipety si připravíme suchou, čistou kádinku, jejíž objem je alespoň pětinásobkem objemu kalibrované pipety. Změříme hmotnost kádinky (m0) s přesností na čtyři desetinná místa. Dále změříme teplotu vzduchu (tv), teplotu použité destilované vody ( tH O ) a atmosférický tlak (p, kPa).

Vypustíme do kádinky jeden obsah pipety a znovu změříme hmotnost kádinky s vodou (m1). K tomuto objemu přidáme druhý obsah pipety, znovu změříme hmotnost (m2) a takto postupujeme dále až do hmotnosti m5. Získané výsledky zapíšeme do tabulky.

Otázky a úkoly: ? Do tabulky uvedeme výpočty hmotnosti vody pro jednu náplň pipety, které zjistíme ze vztahu

m = mi − mi−1 . ? Z vypočtených pěti hodnot hmotnosti vody odpovídajících jedné náplni pipety vyloučíme nejvyšší

a nejnižší hodnotu a ze zbylých tří hodnot vypočteme průměrnou hmotnost vody (me).

17

? V níže přiložené tabulce vyhledáme korekční faktor (a + b + c) odpovídající dané teplotě vody a vypočteme teoretickou hmotnost vody mt ze vztahu

mt = Vp + Vp. (a + b + c).10-3

kde Vp je objem uvedený na pipetě v mililitrech.

, kde

? Teoretickou hmotnost vody zpřesníme zavedením dalších korekcí na rozdíl změřeného atmosférického tlaku od standardní hodnoty a na rozdíl mezi teplotou vody a vzduchu. Pro přesnější určení objemu potřebujeme proto znát vedle teploty vody i teplotu vzduchu (tv) a momentální atmosférický tlak (p). Z těchto hodnot vypočteme nejprve opravu na hmotnost 1 dm3 vody ze vztahu:

md = (101,3247 – p) . 0,0105+ (tv - t H2O).0,004 a dosazením do vztahu

mt ´= (mz + md).Vp . 10-3

dostaneme korigovanou teoretickou hmotnost vody odpovídající objemu pipety při 20 °C, upravenou na roztažnost vody a skla, na vztlak vzduchu při rozdílném atmosférickém tlaku a rozdílné teplotě vzduchu i vody. Hodnota mz, uvedená v tabulce níže, udává hmotnost 1 dm3

vody při dané teplotě

? Určíme rozdíl teoretické a experimentálně zjištěné hmotnosti vody ∆ = mt ´−me . Rozdíl hmotnosti ∆ v gramech můžeme ztotožnit s rozdílem objemu v krychlových centimetrech.

18

Tabulka korekčních faktorů

t (°C)

mz (g) korekce (g)

a b c

1.199 1.068 0.075 1.278 1.066 0.062 1.378 1.064 0.050 1.472 1.063 0.038 1.568 1.061 0.025 1.668 1.059 0.012 1.770 1.057 0.000 1.874 1.055 -0.012 1.981 1.053 -0.025 2.091 1.051 -0.038 2.203 1.049 -0.050 2.318 1.047 -0.062 2.435 1.045 -0.075 2.555 1.043 -0.088 2.677 1.042 -0.100 2.802 1.040 -0.112 2.929 1.038 -0.125

a + b + c (g)

17.0 997.702 2.342 17.5 997.558 2.415 18.0 997.481 2.492 18.5 997.400 2.573 19.0 997.319 2.654 19.5 997.234 2.739 20.0 997.146 2.827 20.5 997.056 2.917 21.0 996.964 3.009 21.5 996.869 3.104 22.0 996.771 3.202 22.5 996.670 3.303 23.0 996.568 3.405 23.5 996.463 3.510 24.0 996.354 3.619 24.5 996.243 3.730 25.0 996.131 3.842

Návrh tabulky naměřených hodnot a výsledků

Experimentální hodnoty

Vp (cm3)

m0 (g)

tH2O (°C)

tv (°C)

p (kPa)

m1 (g)

m2 (g)

m3 (g)

m4 (g)

m5 (g)

m1 -m0

m2 -m1

m3 -m2

m4 -m3

m5 -m4

Tabelované a vypočítané hodnoty

me (g)

mz (g)

a + b + c

md (g)

mt (g)

mt´ (g)

∆ (g) ∆ (cm3) tab

vyhovuje podle ČSN

ano ne

Tabulka dovolených odchylek v objemech pipet podle ČSN 704119 a ČSN 704120 a byret podle ČSN 704130

Objem nádoby (cm3) Nedělené pipety (cm3) Dělené pipety (cm3) Byrety (cm3) 1 0.06 0.007 2 0.06 0.01 5 0.01 0.02

10 0.015 0.03 0.03 15 0.02

19

2

Úkol:

Kontrolní kalibrace odměrné baňky

Chemikálie: Destilovaná voda, ethanol

Pomůcky:

Odměrná baňka, analytické váhy, teploměr, barometr Pracovní postup:

Odměrnou baňku určenou ke kontrolní kalibraci dobře vymyjeme saponátem, vypláchneme dokonale vodou a posléze destilovanou vodou. Nakonec ji vypláchneme malým objemem 96 % ethanolu a vysušíme v sušárně.

Suchou baňku necháme zchladnout na laboratorní teplotu a pak několikrát změříme její hmotnost. Ze získaných hodnot vypočteme průměrnou hmotnost baňky (m0). Dále změříme teplotu vzduchu (tv), teplotu použité destilované vody ( tH O ) a atmosférický tlak (p, kPa).

Odměrnou baňku naplníme destilovanou vodou po značku. Opět několikrát změříme hmotnost baňky s vodou a vypočteme průměrnou hodnotu (me).

Otázky a úkoly: ? Ze získaných experimentálních údajů vypočítáme korekci md, teoretickou hmotnost vody

mt´ a odchylku ∆. Výpočtem určíme skutečný objem kalibrované baňky a porovnáme odchylku jejího objemu s dovolenou tolerancí. Využijeme vzorců uvedených v přecházejícím úkole.

? Všechny experimentální, tabelované a vypočítané hodnoty uspořádáme do přehledné tabulky, podobné tabulce z předcházejícího úkolu.

Tabulka dovolených odchylek v objemech odměrných baněk podle ČSN 704106

Poznámka:

Pro převod jednotek tlaku platí převodní vztahy: 1 Torr = 133,322368 Pa

1 mbar = 100 Pa 1 atm (fyzikální atmosféra) = 760 torr = 1,01325 bar

1 at (technická atmosféra) = 0,980665 bar

Objem baňky (cm3)

Dovolená odchylka

(cm3)

5 0.008 10 0.008 25 0.015 50 0.020

100 0.050 250 0.110 500 0.140

1000 0.180 2000 0.350

20

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

5. STANOVENÍ HUSTOTY KAPALIN

Datum

Úkol: 1. Stanovení hustoty dané kapaliny pyknometricky 2. Stanovení hustoty připravené mořské vody hustoměrem

Teorie:

Zopakujte si, co je hustota, viskozita, jaké jsou mezi nimi vztahy, jaké jsou jejich jednotky. Jaké existují metody jejich stanovení. Vztahy pro závislost obou veličin na teplotě.

Hustota ρ je hmotnost objemové jednotky látky a vyjádříme ji vztahem: m

ρ = [kg·m-3, g·cm-3] (1) V

kde: m - hmotnost měřené kapaliny V - objem kapaliny v pyknometru

Hustotu kapaliny určíme nejsnáze tak, že zjistíme hmotnost kapaliny, která zaujímá objem vhodné nádobky (pyknometru). Objem pyknometru zjistíme kalibrací čistou destilovanou vodou, jejíž hustotu odečteme z tabulky:

Hustota vody při tlaku 101,325 kPa (bez vztlaku vzduchu):

teplota vody [°C]

hustota [kg·m-3]

0 999,87 3,7 1000,00 10 999,73 15 999,13 20 998,23 25 997,08 30 995,68

Pomůcky: Pyknometry, hustoměry, odměrný válec, filtrační papír, sušárna, váhy.

Chemikálie:

Kapalina k měření, destilovaná voda, ethanol, sůl k přípravě mořské vody. Obsah soli v mořské vodě je cca 35 promile (tj. 35 gramů/1 litr vody). Při teplotě vody 25°C to odpovídá hustotě 1,023 g/cm3.

Pracovní postup:

Stanovení hustoty pyknometricky

Metoda stanovení hmotnosti spočívá ve změření hmotnosti pyknometru prázdného a suchého (m1), pyknometru naplněného vodou (m2) a pyknometru naplněného měřenou kapalinou (m3) za teploty 20 °C. Hmotnost měřené kapaliny mk je dána rozdílem mk= m3 − m1 . Objem kapaliny Vk je týž, jako

21

objem vody Vv vyplňující objem pyknometru Vp.

Vk = Vv = Vp = (m2 − m1 )/ ρ v kde ρ v je hustota vody při teplotě a tlaku měření (t = 20°C, p = patm).Pro hustotu měřené kapaliny ρ k

tedy platí

ρ k = (m3 - m1). ρ v/ (m2 - m1) Po řádném vymytí vypláchněte pyknometr vodou, destilovanou vodou a ethanolem a dejte vysušit

do sušárny po dobu 15 minut při teplotě 105°C. Poté nechte pyknometr zchladnout na teplotu místnosti. Prázdný, čistý a suchý pyknometr se zátkou zvážíme na analytických vahách - (m1). Pyknometr naplníme destilovanou vodou do poloviny hrdla. Zasuneme zátku, přebytečná voda

unikne a pyknometr celý osušíme filtračním papírem. Osušený pyknometr zvážíme - (m2). Po vylití vody z pyknometru jej opět vymyjeme ethanolem a vysušíme. (popis viz výše). Poté

naplníme pyknometr měřenou kapalinou a zvážíme - (m3). Stanovení hustoty hustoměrem

Pro měření hustoty kapalin vztlakovými metodami jsou používány hustoměry. Hustoměry jsou skleněné ztavené trubice sestávající ze 3 částí. Horní, úzká skleněná trubice tvoří stonek hustoměru s vloženou stupnicí hustoty. Stonek přechází v rozšířenou část, jež plní funkci plováku. Spodní část hustoměru je tvořena baňkou se zátěží. Hustoměr pracuje na bázi Archimedova zákona.

Protože hustoměry jsou sestaveny vždy jen pro úzké rozmezí hustot, je nutné pro stanovení hustoty kapaliny vzít vhodný hustoměr. K volbě vhodného hustoměru nám slouží předchozí úloha. Podle hodnoty hustoty stanovené v této části práce vybereme vhodný hustoměr tak, aby se stanovovaná hodnota hustoty ležela v rozmezí pracovního rozsahu hustoměru. Zvolený hustoměr opět omyjeme a osušíme, aby stanovení nerušily zbytky kapalin předchozích měření. Taktéž řádně vymyjeme a osušíme odměrný válec o objemu 250 cm3. Naplníme vymytý a vysušený odměrný válec měřenou kapalinou do cca 2/3 objemu. Válec opatrně mírně nakloníme a pomalu do něj vkládáme zvolený hustoměr. NEPOUŠTĚJTE HUSTOMĚR DO VÁLCE RYCHLE. MOHLO BY DOJÍT K ROZBITÍ HUSTOMĚRU NEBO VÁLCE!

Z prstů vypustíme hustoměr až ve chvíli, kdy necítíme jeho tíhu! Počkáme, až se hustoměr ustálí v rovnovážné poloze. Hustoměr se nesmí dotýkat žádné stěny odměrného válce. Musí volně plovat. Na stupnici hodnot odečteme hodnotu hustoty kapaliny v místě, kde se hodnota stupnice dotýká hladiny kapaliny.

Při měření hustot velmi viskózních kapalin musíme před odečtením hustoty počkat i několik minut, až se ustálí klesání hustoměru.

Po ukončení stanovení hustoměr i válec řádně opláchněte a osušte! Otázky a úkoly: ? Všechny získané hodnoty uveďte do přehledné tabulky. ? Pro každou látku uveďte do závěrečné tabulky všechny hodnoty určené vámi a nalezené

v tabulkách. Porovnejte takto experimentální a tabelované hodnoty.

22

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

6. STANOVENÍ ROZPUSTNOSTI SOLI

V ZÁVISLOSTI NA TEPLOTĚ

Datum

Úkol: Stanovte rozpustnost dané soli při teplotách 20, 40 a 60 °C

Teorie: Rozpustnost látek ve vodě je u jednotlivých látek velmi rozdílná. Jsou známy tři možnosti,

tj. že rozpustnost látky na teplotě takřka nezávisí, že s teplotou roste, nebo klesá. Poslední dvě závislosti odpovídají Le Chatelierovu principu, neboť s teplotou roste rozpustnost těch látek, které při rozpouštění teplo pohlcují a naopak.

Významným kritériem látek je závislost jejich rozpustnosti na teplotě. Vyjadřujeme ji graficky pomocí křivek rozpustnosti. Jsou to obvykle závislosti qB = díl a w je hmotnostní zlomek látky B, t je teplota.

f (t) nebo wB = f (t) , kde q je hmotnostní

Graf rozpustnosti určité látky sestává z vlastní křivky rozpustnosti a dvou oblastí ležících nad a pod křivkou. Všechny body na křivce rozpustnosti udávají obsah látky v nasyceném roztoku při dané teplotě. Nasycený roztok je roztok, v němž už se za dané teploty více látky nerozpouští. Oblast pod křivkou rozpustnosti přísluší zředěným, nenasyceným roztokům uvažované látky. Jsou to roztoky, v nichž se ještě může rozpustit určité množství tuhé látky. Oblast nad křivkou rozpustnosti je oblastí směsi nasyceného roztoku a nadbytečné pevné a nerozpuštěné látky. Ve výjimečných případech mohou v této oblasti existovat přesycené roztoky, které obsahují víc rozpuštěné látky, než odpovídá dané teplotě.

Pomůcky:

Kuželová baňka, třecí miska s tloučkem, porcelánový kelímek, pipeta, exsikátor, kleště, trojnožka, triangl, kahan.

Chemikálie:

Sůl ke stanovení rozpustnosti (dusičnan barnatý, jodičnan sodný, dusičnan draselný, manganistan draselný), destilovaná voda, ethanol

Pracovní postup:

Nejprve připravíme nasycený roztok soli, jehož rozpustnost při 20, 40, 60 °C máme stanovit. Do kuželové baňky objemu 100 cm3 odměříme 50 cm3 destilované vody a zahřejeme ji na 60 °C.

Mezitím rozetřeme dostatečné množství látky ve třecí misce a takto jemně práškovou látku sypeme po částech, za stálého míchání do teplé vody v kuželové baňce tak dlouho, až se už nerozpouští. Pak přidáme ještě trochu látky navíc, aby na dně baňky zůstala nerozpuštěná látka.

Baňku se směsí nasyceného roztoku a tuhé látky ochladíme proudem vody na 20 °C, umístíme ji do termostatu a za občasného míchání necháme asi 15 minut temperovat.

Mezitím vyžíháme prázdný a čistý porcelánový kelímek tak, že jej vložíme do trianglu na třínožce, předehřejeme malým plamenem a po prohřátí postupně zesilujeme plamen, až posléze žíháme plným nesvítivým plamenem. Po 10 minutách necháme kelímek asi půl minuty v trianglu vychladnout a pak jej nahřátými kleštěmi přeneseme do exsikátoru. Zcela vychladlý kelímek vložíme na váhy a změříme jeho hmotnost (mk).

Do kelímku odpipetujeme 5 cm3 roztoku látky, nasyceného při 20 °C a znovu změříme hmotnost (m1). Pipetujeme opatrně, aby do pipety nevnikl nerozpuštěný podíl ze dna baňky. Kelímek umístíme

23

do trianglu a roztok zvolna odpařujeme malým plamenem kahanu tak, aby se roztok bouřlivě nevařil a látka nevystřikovala. Po odpaření vody přeneseme kelímek nahřátými kleštěmi do sušárny a při vhodné teplotě jej dosušíme. Necháme jej zchladnout v exsikátoru a znovu změříme hmotnost (m2).

Na teploměru termostatu nastavíme teplotu na 40°C a celý postup temperování roztoku, žíhání kelímku, pipetování roztoku a odpařování vody, včetně všech měření hmotnosti, opakujeme

Stejným postupem zjistíme rozpustnost i při teplotě 60 °C. Otázky a úkoly: ? Všechny naměřené hodnoty zaznamenejte do tabulky. ? Z experimentálních údajů vypočtěte pro danou teplotu hmotnost látky mB, hmotnost roztoku mS,

hmotnost vody mD, rozpustnost látky vyjádřenou hmotnostním dílem a hmotnostním zlomkem. ? Sestrojte grafy křivek rozpustnosti. ? Zjištěné výsledky porovnejte s tabelovanými údaji.

24

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

7. STANOVENÍ KONCENTRACE ROZTOKU

Datum

Úkol: Připravte 100 ml roztoku kyseliny sírové o koncentraci c = 0,05 mol.dm-3 a titrací

určujte korekční faktor f a stanovte přesnou koncentraci svého připraveného roztoku.

Teorie: Zopakujte si způsoby kvantitativního vyjádření složení roztoků, co je látková (molární)

koncentrace, hmotnostní koncentrace, hmotnostní zlomek a vzájemné přepočty složení roztoků. Látková (molární) koncentrace c je definována jako podíl hmotnosti m rozpuštěné látky

k celkové hmotnosti mu objemu V roztoku.

c = Vn

Jednotkou látkové koncentrace je mol.m-3, v chemii se však užívá nejčastěji dílčí jednotka mol.dm-3.

Hmotnostní zlomek wi je definován jako podíl hmotnosti mi rozpuštěné látky k celkové hmotnosti ms roztoku.

wi = s

i

mm

Pro vzájemné přepočty různých vyjádření složení roztoku můžeme použít tří různých postupů, při kterých vycházíme:

a) z rovnosti látkových množství dané rozpuštěné látky v obou roztocích, b) z definičních rovností složení obou roztoků, jejich úprav a dosazování, c) z výpočtu jedné z veličin z obou definičních vztahů a řešením vzniklé rovnosti.

Titrační stechiometrie je logicky uspořádaný početní postup, který používáme v odměrné analýze při stanovování složky nějakého vzorku. Sestává z několika výpočetních kroků, které je třeba splnit, abychom dosáhli správných výsledků. Jejich pořadí je:

a) Výpočty odměrného roztoku umožňující přípravu požadované látkové koncentrace. b) Stanovení a výpočet titru, čili přesné látkové koncentrace odměrného roztoku. c) Vlastní titrační výpočet stanovované složky. Určovaná složka vzorku může být

stanovena přímou, nepřímou a zpětnou titrací. d) Výpočet titrační chyby.

Stanovení a výpočet titru: Z převážně většiny látek nebo roztoků kyselin, které užíváme pro přípravu odměrných roztoků, nemůžeme ani při nejpečlivější práci připravit roztoky přesné látkové koncentrace, buď proto, že látky nelze získat v požadované čistotě, nebo proto, že nejsou na vzduchu stálé. Roztoky takových látek musíme titračním postupem standardizovat, stanovit jejich titr, buď na odměřenou hmotnost, nebo na odměřený objem roztoku standardní látky známé a přesné látkové koncentrace. Standardními látkami jsou ty, které splňují požadavky na vysokou čistotu a značnou stálost na vzduchu po dlouhou dobu. Dříve se stanovoval tzv. titrační faktor jako podíl teoretické a praktické spotřeby odměrného roztoku dané látkové koncentrace. Titračním faktorem se pak při vlastní titraci násobila spotřeba roztoku přibližné látkové koncentrace. Dnes přímo vypočítáváme titr, tj. přesnou koncentraci odměrného roztoku.

25

Chemikálie: Tetraboritan disodný dekahydrát Na2B4O7.10H2O, Mr = 382 g.mol-1, kyselina sírová H2SO4 Mr = 98 g.mol-1, ρ = 1,83 kg.dm-3 = 1,83.103 g.dm-3, w = 0,96, methylčerveň.

Pomůcky: Byreta, titrační baňky, odměrná baňka 100 ml se zátkou, lodička, lžička, nálevka,

váha.

Pracovní postup: Příprava 100 ml roztoku kyseliny sírové o c = 0.05 mol.dm-3: Výpočet potřebného množství 96%ní H2SO4: w1.ρ1.V1 = Mr. c2. V2 ⇒ V1 = (Mr. c2. V2) / (w1.ρ1) V1 = (98. 0,05. 0,1) / (0,96 . 1,83.103) ≈ 0,28.10-3 dm3.

Do 100ml odměrné baňky, zpola naplněné destilovanou vodou, odpipetujeme 0,28 ml 96%ní H2SO4 a po ochlazení na laboratorní teplotu baňku doplníme vodou po rysku. Baňku zazátkujeme a protřepeme její obsah několikerým převrácením baňky.

Příprava byrety: Nejdříve zkontrolujeme těsnost uzávěru. Před upotřebením dokonale vymyjeme a zbavíme mastnoty, vypláchneme destilovanou vodou a potom několikrát propláchneme titračním roztokem. Byretu upevňujeme na stojanu ve svislé poloze.

Odměrný roztok naléváme malou nálevkou, kterou pak vyjmeme, přitom dbáme, aby v kohoutku nebo ve zúžené části byrety před kohoutem nebyly bubliny. Potom nastavíme meniskus na nulu a otřeme špičku byrety filtračním papírem.

Odečítat začínáme na byretě vždy od nuly, poněvadž byrety jsou kalibrovány tak, že jsou vždy vypouštěny od nuly. Při odečítání objemu si stoupneme tak, abychom měli oko ve výši rysky, u které odečítáme, a aby se nám tato kruhová ryska jevila jako čárka. Tak zabráníme paralaktické chybě.

Příprava roztoku k titraci a vlastní titrace: Diferenčně zvážíme pět navážek dekahydrátu tetraboritanu disodného s přesnou hmotností m1-5 blízkou 200 mg. Navážky vpravíme do titračních baněk a rozpustíme asi ve 100 ml destilované vody a k roztoku přidáme několik kapek methylové červeně. Roztoky tetraboritanu disodného titrujeme do červeného zbarvení. Poznamenáme si spotřebu odměrného roztoku kyseliny V1-5.

26

26

Otázky a úkoly: ? Napište chemickou rovnici titrace. ? Do tabulky uveďte přehledně všechny navážky a spotřeby. Vypočtěte teoretickou

spotřebu odměrného roztoku.

Navážka Teoretická spotřeba VT

Skutečná spotřeba VB

Korekční faktor f

Přesná koncentrace roztoku cX

Relativní procentová

chyba d

? Korekční faktor určete jako podíl teoretické a skutečné spotřeby kyseliny sírové

VT f =

VB

? Přesnou koncentraci připraveného roztoku kyseliny sírové vypočtěte násobením přibližné (cílové) molární koncentrace kyseliny sírové korekčním faktorem

cX = cB . f ? Závěrem vypočtěte relativní procentovou chybu, jíž jste se dopustili při přípravě

roztoku, jako podíl absolutní hodnoty rozdílu přesné a přibližné cílové koncentrace a přibližné cílové koncentrace

d = 100 ∗ | cX -cB | / cB

Statistické zpracování Základními statistickými údaji je aritmetický průměr (x), rozpětí (R) a odhad směrodatné odchylky (s):

• Aritmetický průměr se vypočítá ze vztahu • x = ∑xi/n

• Rozpětí (R) je rozdíl mezi největší (xn) a nejmenší (x1) hodnotou výsledku v sérii stanovení o n < 10

• R = xn – x1

• Směrodatná odchylka (s) se pro malé soubory vypočítává s použitím tabelovaných koeficientů (kn)

s = kn.R

Tabulka koeficientů Kn pro hladinu významnosti a=0,05

6,353 1,304 0,917 0,507

27

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

8. KRYSTALIZACE A SRÁŽENÍ

Datum

Úkol: Krystalizace síranu draselnohlinitého.

Teorie:

Síran draselnohlinitý je představitelem izomorfní řady kamenců obecného vzorce MIMIII(SO4)2.12H2O. Kamence se skládají ze dvou solí, síranů kovů s oxidačním číslem I a III a krystalizují jako dodekahydráty. Tyto podvojné soli jsou méně rozpustné než jejich složky, proto se při chladnutí roztoku vylučuje nejprve podvojná sůl a teprve potom případná nadbytečná složka.

Krystalizace

Krystalizace je běžná čisticí operace, při níž je rozpuštěná pevná látka vylučována ve formě krystalů. Čištění krystalizací je založeno na rozdílné rozpustnosti nečistot a hlavní látky v daném rozpouštědle nebo směsi rozpouštědel. Hlavní fáze této čisticí operace jsou:

a) rozpouštění čištěné látka ve vhodném rozpouštědle, b) odstranění mechanických nečistot, c) ochlazení (eventuelně po předchozím zahuštění) roztoku, d) Oddělení krystalů od matečného louhu, promztí a sušení.

Aby látka z roztoku krystalizovala, musí být roztok přesycen a musí v něm

vzniknout nepatrná krystalizační centra, na nichž pak narůstají krystaly. Tato mikroskopická krystalizační centra mohou v roztoku vzniknout několikerým způsobem.

• Nejjednodušeji se vytvoří, klesne-li teplota roztoku pod mez nasycenosti. Toho dosáhneme ochlazením horkého nasyceného roztoku buď pozvolným chlazením (volná krystalizace). Nebo rychlým chlazením za stálého míchání a třepání (rušená krystalizace).

• Jiným způsobem vzniku krystalizačních center je růst koncentrace roztoku nad mez nasycenosti pozvolným (volná krystalizace odpařováním), nebo rychlým odpařováním rozpouštědla (krystalizace zahuštěním roztoku).

• Další cestou vedoucí k vzniku krystalizačních center je snížení rozpustnosti dané látky v užitém rozpouštědle přídavkem jiné pevné látky vážící rozpouštědlo (vysolování), nebo přidáním kapaliny dokonale mísitelné s rozpouštědlem, v němž je daná látka takřka nerozpustná (krystalizace změnou rozpustnosti).

Tvorba krystalizačních center a výsledná krystalizace závisí též na dalších

faktorech, zejména na vlastnostech krystalizující látky a použitém rozpouštědle, čistotě roztoku, rychlosti a způsobu míchání a průběhu zrání krystalů.

• Z vlastností krystalizují látky má na krystalizaci vliv zejména její molární hmotnost, průběh křivky rozpustnosti v závislosti na teplotě, resp. velkost součinu rozpustnosti.

• Mechanické nečistoty roztoku jsou samy často krystalizačními centry, chemické pak mohou vstupovat do krystalové mřížky.

• Míchání vede ke vzniku velkého počtu krystalizačních center a vyloučení malých krystalů.

• Použité rozpouštědlo má vliv na rozpustnost dané látky. Čím je chemická povaha a

28

polarita rozpouštědla bližší rozpuštěné látce, tím lépe je látka rozpuštěna a tím hůře z daného roztoku krystalizuje. Pro dobrý průběh krystalizace chlazením má být látka špatně rozpustná za chladu a dobře za horka. Není-li tato podmínka splněna a křivka rozpustnosti s teplotou příliš neroste, je nutné krystalizovat látku z roztoku odpařováním, nebo snížením rozpustnosti.

• Kvalita vyloučených krystalů je závislá na zrání. Pod pojmem zrání krystalů zahrnujeme rozmanitou skupinu jevů a dějů, které nastanou po časově delším styku vyloučených krystalů s jejich matečným roztokem. Při zrání dochází k růstu krystalů, k přechodu na stálejší krystalovou modifikaci, stabilnější hydrát, někdy též k dehydrataci nebo polymeraci vyloučené, obvykle málo rozpustné látky.

Chemikálie:

Síran draselný K2SO4, Mr = 174,27 g.mol-1, síran hlinitý Al2(SO4)3.18H2O, Mr = 666,41 g.mol-1

Pomůcky:

2 kádinky, nálevka, krystalizační miska, hodinové sklo, filtrační papír Pracovní postup:

Příprava nasycených roztoků dvou solí Do první kádinky navážíme 0,01 mol síranu draselného K2SO4 a do druhé kádinky stechiometricky ekvivalentní množství síranu hlinitého Al2(SO4)3. Látky v kádinkách převrstvíme malými množstvími vody a zahřejeme k varu. Pokud se látky po několikaminutovém varu ještě nerozpustily, přidáme další dávku vody až jsou látky právě rozpuštěny.

Odstranění mechanických nečistot: Oba roztoky zředíme stejnými objemy vody, smísíme a zfiltrujeme do krystalizační misky.

Ochlazení roztoku: Misku přikryjeme hodinovým sklem a roztok ponecháme vychladnout na laboratorní teplotu a krystalizovat za laboratorní teploty.

Oddělení krystalů od matečného louhu, promytí a sušení: Vyloučené krystaly odfiltrujeme, promyjeme malým množstvím studené vody a usušíme na vzduchu mezi listy filtračního papíru.

Otázky a úkoly: ? Z navážek výchozích látek a získaného produktu vypočteme výtěžek krystalizace

jako podíl skutečně získaného množství krystalického produktu a podle stechiometrie vypočteného teoretického množství krystalického produktu.

? V tabulkách vyhledáme údaje rozpustností všech látek a narýsujeme příslušné křivky rozpustnosti.

? Z krystalového tvaru síranu draselnohlinitého určíme krystalovou soustavu a pokusíme se určit prvky souměrnosti dané soustavy.

Vypočtěte: ? Krystalizace 1 kg roztoku síranu měďnatého při teplotě 80 °C proběhla ochlazením

na 10 °C. Vypočtěte, kolik g pentahydrátu síranu měďnatého se při ní teoreticky

29

vyloučilo. Rozpustnosti: s(80 °C) = 55,0 g CuSO4/100 g H2O; s(10 °C) = 17,4 g CuSO4/100 g H2O. Nápověda: Hydrát soli může považovat za roztok. Celková hmotnost soli v původním roztoku se rovná součtu hmotnosti soli v hydrátu a hmotnosti soli v matečném louhu. Dále celková hmotnost původního roztoku se rovná součtu hmotnosti krystalizovaného hydrátu a matečného louhu. Z této úvahy můžeme sestavit rovnice:

m1w1 = m2w2 + m3w3 m1 = m2 + m3

? Krystalizace 1 kg roztoku Mohrovy soli při teplotě 50 °C proběhla ochlazením na

10 °C. Vypočtěte, kolik g Mohrovy soli se při ní teoreticky vyloučilo. Rozpustnosti: s(50 °C) = 65,1 g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O /100 g H2O; s(10°C) = 25,4 g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O /100 g H2O.

? Máme 400 g roztoku síranu draselného nasyceného při 70 °C a uskutečníme dvě krystalizace ochlazením na 20 °C. Vypočtěte teoretický výtěžek obou krystalizací. Rozpustnosti: s(70 °C) = 19,75 g K2SO4/100 g H2O; s(20 °C) = 11,11 g K2SO4/100 g H2O.

30

Úkol: Srážením roztokem připravte jednu z následujících málo rozpustných solí.

Produkt Ks A B Promývání Sušení Důkaz AgI 1,5.10-16 AgNO3 KI Voda 100 °C NO3

- Ni(OH)2 9.10-19 NiCl2 KOH Horká voda 100 °C Cl- PbCrO4 1,77.10-14 Pb(NO3)2 K2CrO4 Voda 100 °C NO3

- CoCO3 1.10-12 CoCl2 Na2CO3 Horká voda exsikátor Cl-

Teorie: Při srážení dochází působením srážedla na roztok nějaké látky k chemické reakci, při

níž vzniká nová, v daném rozpouštědle prakticky nerozpustná látka, a vylučuje se ve většině případů v podobě mikroskopických krystalů. Srážedlem může být roztok nebo plyn. Množství srážedla nutné k úplnému vyloučení sraženiny je dáno stechiometrií příslušné reakce.

Rychlost vylučování sraženiny a velikost vylučovaných částic závisí na koncentraci sráženého roztoku, rozpustnosti sraženiny v daném rozpouštědle, na jejím sklonu tvořit koloidní, amorfní nebo krystalické sraženiny a v poslední řadě na teplotě. Málo rozpustné sraženiny je výhodné srážet za tepla. Rozpustnější sraženiny zpracujeme spíše za laboratorní teploty, nebo za chlazení vodou a ledem.

Chemikálie:

Viz tabulka sloupce A a B. Dále zředěná kyselina dusičná (w = 0,1), koncentrovaná kyselina sírová, roztok dusičnanu stříbrného (w = 0,05), čerstvý roztok síranu železnatého (w = 0,1)

Pomůcky:

2 kádinky, Büchnerova nálevka, filtrační papír Pracovní postup:

Příprava roztoků Z chemické rovnice vypočteme stechiometrické množství srážedla B potřebného k úplnému srážení 1 g látky A. Do první kádinky zvážíme 1 g látky A a do druhé kádinky stechiometrické množství srážedla B. Látky v kádinkách rozpustíme v 9-násobném množství vody, aby vznikly 10% roztoky.

Srážení K roztoku látky A v kádince přidáváme tenkým proudem a za míchání roztok srážedla B. Sraženinu necháme stáním zrát, je-li jemnozrnná zahřejeme ji za neustálého míchání k varu a necháme zrát delší dobu.

Oddělení sraženiny, promytí a sušení Sraženinu odsajeme Büchnerovou nálevkou přes filtr, promyjeme vodou do negativní reakce filtrátu na příslušné cizí ionty. Poté přeneseme na hodinové sklo a usušíme při 100°C v sušárně.

Důkaz chloridů Necháme z Büchnerové nálevky přikapat na testovací destičku několik kapek filtrátu, okyselíme zředěnou kyselinou dusičnou a přidáme několik kapek 5% roztoku dusičnanu

31

stříbrného. Vznik bílé sraženiny, která tmavne na světle, je pozitivní reakcí na chloridové aniony.

Důkaz dusičnanů K několika cm3 filtrátu, nakapaných z Büchnerové nálevky, opatrně přidáme stejný objem koncentrované kyseliny sírové a roztok dobře ochladíme. Poté roztok opatrně převrstvíme čerstvě připraveným roztokem síranu železnatého tak, aby nedošlo k smíšení obou roztoků. Z přítomnosti dusičnanových iontů se na styčné ploše obou roztoků objeví proti bílému pozadí temně hnědý prstenec nitrosylsíranu železnatého.

Otázky a úkoly: ? Z navážek výchozích látek a získaného produktu vypočteme výtěžek krystalizace a

porovnáme jej s vypočítaným teoretickým výtěžkem. ? Napište chemické rovnice důkazu chloridů a dusičnanů. Co je smyslem těchto

důkazů? Vypočtěte ? Jaké je minimální množství srážedla potřebné k tomu, aby došlo ke vzniku sraženiny

ve 10 ml roztoku vámi zvolené látky o koncentraci c = 0,1 mol.dm-3.

32

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

9. STANOVENÍ TEPLOTY TÁNÍ A VARU

Datum

Úkol: Stanovení teploty tání.

Teorie:

Teplota tání je teplotní bod nebo nejčastěji interval, při kterém je pevné skupenství látky v rovnováze se skupenstvím kapalným. Rovnají se sobě tlaky par nad kapalinou i pevnou fází. V průběhu zahřívání pevné, čisté látky roste její teplota neboť v systému existuje jedna složka a dvě fáze, pevné skupenství a páry dané látky nad pevnou fází. Podle Gibbsova zákona fází:

v = 2 + s - f kde s je počet složek, f počet fází a v počet stupňů volnosti, existuje v tomto případě jeden stupeň volnosti a tím je za atmosférického tlaku teplota.

Jakmile látka začne tát, změní se počet fází, přibude fáze kapalná a v = 0. Proto během tání, až do vymizení pevné fáze zůstává teplota konstantní a teplo se spotřebovává na přeměnu skupenství. Po roztátí látky klesne počet fází a teplota opět narůstá, neboť v = 1.

Teplota tání je důležitou fyzikální konstantou mnoha látek. Čisté látky mívají ostré body tání, tj. rozdíl teplot, kdy začne tát a úplného roztátí nepřesahuje 1 °C. Znečištěním se zvětšuje interval, ve kterém látka roztaje a také teplota není během tání konstantní, jak by odpovídalo Gibbsovu zákonu fází. Navíc nečistoty a příměsi snižují teplotu tání dané látky, přičemž je toto snížení podle Raoultova zákona přímo úměrné množství znečišťující látky a nepřímo úměrné molární hmotnosti této látky

∆t = M

m.Kk

kde ∆t je snížení teploty tání, Kk je kryoskopická konstanta, m je hmotnost, M je molární hmotnost znečišťující látky. Stanovení teploty tání pevné krystalické látky je proto základním měřením, které charakterizuje její chemickou čistotu.

Stanovení teploty tání

Jednou z metod ověřujících čistotu látky je souběžné stanovení teploty tání krystalů vyloučených krystalizací roztoku a krystalů získaných zahuštěním a odpařením matečného roztoku. V případě zcela čisté látky musí být teplota tání v obou případech stejná.

Pro stanovení teploty tání užíváme nejčastěji Thieleho bodotávek, který má tvar zkumavky s postranním skleněným kolenem. Bodotávek se plní kapalinou, jejíž výběr je dán teplotou tání studované látky. Pro teploty do 120 °C se užívá parafinový olej, pro teploty do 300 °C silikonový olej a nad tuto teplotu chlorid zinečnatý. Dříve používaná kyselina sírová pro teploty do 200 °C a směs kyseliny sírové a hydrogensíranu draselného pro teploty do 360 °C není pro svou nebezpečnost dnes příliš užívána, neboť vhodný silikonový olej ji zcela nahradí. Stanovení teplot tání nad 300 °C do asi 1.000 °C neprovádíme

33

v bodotávku, ale v Thieleho kovovém bloku, což je válec z hliníku nebo mědi, výška 5 cm a průměr 3 – 4 cm se dvěma vrtanými otvory pro kapiláru a teploměr a jedním pozorovacím otvorem, vrtaným v plášti válce kolmo na kapilární otvor. Kapiláru a teploměr někdy utěsňujeme v otvorech hliníkovým práškem.

Pro přesná měření teploty tání je užíván digitální bodotávek SMP 10 nebo Koflerův blok.

Koflerův blok je elektricky vyhřívaná plotýnka se vsazeným teploměrem a

mikroskopem. Studovaná látka se umisťuje na mikroskopické podložní sklíčko a přikryje se krycím sklem, klade na ploténku; úniku tepla zabraňují další dva skla, z nichž jeden umožňuje pohyb skla s měřenou látkou v zorném poli mikroskopu, kam je zároveň promítána stupnice teploměru.

Bodotávek Stuart SMP 10 má digitální řízení teploty ve dvou stupních. Rychlým vzrůstem teploty přístroj nastaví teplotu bloku na počáteční měřicí teplotu, ze které pak obsluha ručně odstartuje pomalé zvyšování (2°C/min.). Kapiláry se vzorky jsou osvětleny a sledují se přes lupu. Teplota bloku se při dosažení bodu tání odečte na třímístném digitálním displeji

34

Chemikálie: Kafr, naftalen, cholesterol, kyselina salicylová, kyselina acetylsalicylová či jiná čistá

krystalická organická látka. Pomůcky:

Lupa, brýle, Thieleho bodotávek, Bodotávek Stuart SMP 10, Koflerův blok, mikroskopická sklíčka, 3 kapiláry

∅ = 1 mm, l = 50 mm, na jednom konci zatavené. Pracovní postup: Měření teploty tání v bodotávku: Příprava vzorků

Malé množství jemně rozetřené látky dáme na hodinové sklíčko na 15 minut sušit do exsikátoru. V průběhu sušení zhotovíme několik kapilár délky 5 cm a průměru asi 1 mm, na jednom konci zatavených. Tři kapiláry naplníme danou látkou do výšky alespoň 5 mm a látku v nich sklepeme tím, že kapiláru necháme padat z výšky asi 50 cm dlouhou skleněnou trubičkou na pevnou, ne příliš tvrdou podložku. Pak naplněnou kapiláru přichytíme u teploměru tak, aby sloupeček látky byl umístěn u baničky se rtutí. Sestavení aparatury

Do držáku upevníme bodotávek, který naplníme do poloviny silikonovým olejem a do něj vsuneme teploměr se vzorkem tak, aby jeho banička se rtutí ležela u horního vývodu postranního kolene bodotávku a kapilára nebyla ponořena do oleje. Bodotávek natočíme do takové polohy, abychom mohli dobře pozorovat látku a současně sledovat teplotu. Pro přesnější odečítání umístíme před bodotávek lupu. Oči si chráníme brýlemi, neboť při zahřívání hrozí nebezpečí prasknutí bodotávku a rozstříknutí horké kapaliny. Vlastní měření

Opatrně malým plaménkem kahanu zahříváme koleno bodotávku v dolní části tak, aby teplota stoupala rychlostí 1°C za sekundu, a pozorujeme chování látky. Jakmile začnou krystalky na stěnách kapiláry jihnout, zahřívání přerušíme. Zaznamenáme si interval teploty, při níž došlo k tvorbě menisku a vyjasňování obsahu kapiláry jako přibližnou teplotu tání. Pak necháme bodotávek vychladnout.

Přesné stanovení teploty tání provedeme opakovaným měřením, přičemž postupujeme stejně, ale asi 20 °C před přibližnou teplotou tání zpomalíme zahřívání, aby teplota stoupala pouze rychlostí 1°C za minutu Stanovení provedeme nejprve tak, že zahříváme bodotávek s vychladnou kapilárou, kterou jsme použili v předchozí měření a pak je opakujeme s jinou kapilárou.

Při měření bodu tání digitálním bodotávkem Stuart SMP 10 si napřed naplánujeme průběh měření a zvolíme startovací teplotu, měla by ležet cca 10°C pod předpokládaným bodem tání. Pokud bod tání neznáme ani přibližně, provedeme si orientační měření s rychlým vzrůstem teploty.

Zkontrolujeme, že všechny tři kontrolky funkcí jsou zhasnuté, pokud ne, stiskneme tlačítko STOP.

Stiskneme a podržíme tlačítko SET (kontrolka PLATEAU, čili startovací teploty, bliká). Na displeji je zobrazena nyní nastavená startovací teplota. Můžeme ji nastavit tlačítky šipek, po nastavení uvolníme tlačítko SET.

Žádná ze tří kontrolek nyní nesvití, startovací teplota je nastavená. Kdykoliv v průběhu pokusu se můžeme podívat ne její hodnotu stisknutím tlačítka SET. Tato akce nenaruší měření ani chod regulátoru teploty.

Vložíme malé množství vzorku do konečku kapiláry a kapiláru pak zasuneme do vývrtu v bloku.

Stiskneme tlačítko START. Rozsvítí se kontrolka topení a regulátor začne ohřívat blok

35

maximálním topným výkonem na startovací teplotu. Po dosažení startovací teploty se rozsvítí její kontrolka. Na startovací teplotě může

přístroj zůstat, dokud nespustíme měření. Tlačítko START spustí měření, regulátor začne zvyšovat teplotu bloku o 2°C/min.

Rozsvítí se kontrolka měření, svítí i kontrolka topení, jen kontrolka startovací teploty zhasne a už nesvítí.

Pozorujeme vzorek přes lupu a v okamžiku tání si poznačíme do protokolu teplotu bloku odečtenou na displeji. Pak stiskneme tlačítko STOP. Regulátor přestane topit a nechá blok ochladit na startovací teplotu. Kontrolka topení se rozsvítí a bude svítit i tehdy, když teplota bloku bude nad startovací teplotou a topení tedy vlastně netopí.

Měření teploty tání na Koflerově bloku:

Několik krystalů dané látky rozetřeme mezi dvěma mikroskopickými sklíčky. Sklíčka se studovanou látkou klademe na ploténku a přikryjeme krycími skly, abychom zabránili úniku tepla. Pomocí projekce nastavíme volitelný úsek teploměru tak, abychom mohli současně pozorovat látku a teplotu v zorném poli mikroskopu. Rychlost zahřívání regulujeme reostatem tak, aby teplota stoupala rychlostí asi 4 °C za minutu, v blízkosti teploty tání rychlost zahřívání snížíme.

36

Úkol: Stanovení teploty varu

Teorie:

Zahříváním látek se zvětšuje kinetická energie jejich molekul, neboť získaná energie je z větší části přeměňována na energii pohybovou. Tato energie může nabýt tak velké hodnoty, že překoná soudržné síly poutající molekuly navzájem. Molekuly látky pak unikají z povrchu do prostoru, látka se vypařuje. Čím více molekul přejde do plynné fáze, tím více roste tlak par. Závislost tlaku nasycených par na teplotě popisuje Clausiova-Clapeyronova rovnice, obvykle udávaná v integrované formě:

ln p = -RTLV + C

p je tenze par, ∆HV je molární výparné teplo a R je plynová konstanta. Teplota, při které tlak nasycených par dosáhne atmosférického tlaku, se nazývá teplota nebo bod varu. V něm přechází kapalina v páry v celém svém objemu, na povrchu i u dna nádoby. Říkáme, že vře. Teplota varu není ve skutečnosti bodem, nýbrž intervalem, který u čistých látek činí 1 – 2 °C. To je způsobeno rozdílnou kinetickou energií souboru molekul a různým působením hydrostatického tlaku na molekuly u povrchu a uvnitř kapaliny.

Stanovení teploty varu

Spolehlivou metodou stanovení teploty varu většího množství čisté látky je odečtení této hodnoty z destilační křivky. Jiné metody spočívají ve zjištění teploty, při níž se tlak par zkoumané kapaliny právě rovná barometrickému tlaku. Tato teplota odpovídá teplotě varu za daného tlaku. Zmíněné metody vyžadují jen nepatrné množství látky, jejich nevýhodou však je, že poskytují správné výsledky jen u čistých látek. U znečištěných látek naměříme těmito mikrostanoveními nižší hodnoty teplot varu.

Chemikálie: čistá organická kapalina.

Pomůcky: Kapilára ∅ 2 mm, l = 50 - 60 mm, mikrozkumavka ∅ 5mm, l = 40 - 50 mm

Pracovní postup: Mikrostanovení podle Siwoloboffa: Sestavení aparatury

K teploměru připevníme drátkem, nebo nití malou zkumavčičku zhotovenou z kousku trubičky průměru maximálně 5 mm, délky 40 – 50 mm tak, aby její dno bylo v téže rovině se dnem baničky teploměru. Do mikrozkumavky vpravíme několik kapek zkoumané kapaliny a zasuneme do ní „zvoneček“ – nejlépe zatavenou kapiláru průměru asi 2 mm a délky 50 – 60 mm (zataveným koncem nahoru). Teploměr s mikrozkumavkou a zasunutou kapilárou upevníme do bodotávku s náplní (silikonový olej, glycerol, voda apod.), jejíž teplota varu je alespoň o 20 °C vyšší než je teplota varu zkoumané látky. Dbáme na to, aby baničky teploměru s připevněnou zkumavkou byla ve správné výši vzhledem k postrannímu kolenu bodotávku a aby náplň bodotávku nevnikla ani po zvětšení objemu zahříváním do mikrozkumavky se zkoumanou látkou. Vlastní měření

Opatrným zahříváním kolene zvyšujeme teplotu lázně. Při zahřívání unikají z kapiláry pomalu drobné bublinky vzduchu, při dosažení teploty varu pak pozorujeme souvislý proud bublinek.

37

V tom okamžiku přerušíme zahřívání a pozorujeme lupou mikrozkumavku s kapilárou. V okamžiku, kdy bublinky právě přestanou unikat a začne do spodní části kapiláry vnikat zkoumaná kapalina, odečteme teplotu a barometrický tlak. Protože v tomto okamžiku právě překonal tlak par kapaliny v kapiláře atmosférický tlak, je změřená teplota teplotou varu zkoumané kapaliny.

Mikrostanovení podle Emicha: Příprava vzorků

Z trubičky vytáhneme kapiláru průměru asi 2 mm, délky 60 – 70 mm, na jednom konci v délce asi 10 mm zúženou na průměr menší než 1 mm. Zúženým koncem nasajeme do kapiláry zkoumanou kapalinu a tento konec pak ostrým plamenem kahanu zatavíme. V libovolném místě kapiláry musí zbýt trochu kapaliny, pod ní její páry a nad ní směs par a vzduchu. Sestavení aparatury

Takto připravenou kapiláru přichytíme k teploměru drátem nebo nití tak, aby vrstvička kapaliny byla poblíž baničky s teploměrem. Teploměr s kapilárou ponoříme do bodotávku, přičemž banička teploměru by měla být u horního otvoru kolena bodotávku a horní okraj kapiláry dostatečně vynořen nad hladinu náplně bodotávku. Náplň bodotávku musí mít teplotu varu alespoň o 20 °C vyšší než je teplota varu zkoumané látky. Zkoumaná kapalina v kapiláře musí být pod úrovní hladiny náplně bodotávku. Vlastní měření

Opatrným zahříváním kolene bodotávku zvyšujeme teplotu lázně. Páry pod kapalinou v kapiláře se pomalu rozpínají a jakmile je dosaženo teploty varu zkoumané látky, kapalina prudce zvětší svůj objem, přičemž hladina v kapiláře rychle vystoupí až na úroveň hladiny náplně bodotávku. V tomto okamžiku odečteme teplotu varu měřené kapaliny za daného barometrického tlaku.

Otázky a úkoly: ? Experimentálně zjištěné hodnoty uveďte v přehledné tabulce a porovnejte je

s hodnotami tabelovanými ? Co je bod tání, bod varu. Jak se stanovuje bod tání, bod varu. Na jakém zařízení se

stanovuje bod tání, bod varu. ? Pomocí Gibbsova zákona fází v = 2 + s – f dokažte, že teplota tání čisté krystalické

látky a teplota varu čisté kapaliny je za daného tlaku konstantou.

38

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

10. JEDNODUCHÁ DESTILACE

Datum

Úkol: Čištění anilinu jednoduchou destilací

(Anilin je bezbarvá, hořlavá kapalina nepříjemného pachu, T.v. 184°C, ρ20 1,02g.cm-3. Delším stáním na vzduchu žloutne v důsledku oxidace.)

Teorie:

Destilace je nejdůležitější metoda k čištění kapalných látek i k dělení kapalných směsí. Je založena na rozdílném složení kapalné a plynné fáze. Míra obohacení destilátu těkavější složkou závisí na poměru tenzí par při teplotě varu směsi a na způsobu provedení destilace.

Podle způsobu provedení můžeme destilace, běžně prováděné v laboratoři, rozdělit na: • jednoduchá destilace • rektifikace • destilace za sníženého tlaku • destilace s vodní parou • azeotropní destilace

Obecná pravidla, platná pro všechny druhy destilací: Destilační baňku plníme nejvýše do dvou třetin K zabránění utajeného varu dáváme do baňky před začátkem destilace několik varných kaménků, nebo používáme varnou kapiláru. Při přerušení varu ztrácejí kaménky i kapilára účinnost a je nutné přidat nové. Destilační baňku zahříváme na vodní, olejové, pískové nebo vzdušné lázni, eventuálně pomocí topného hnízda; lázeň se zahřívá na teplotu o 20 až 25°C vyšší, než je teplota varu kapaliny. Ke kondenzaci par používáme pro kapaliny s teplotou varu do 160 °C vodní chladič, pro kapaliny s teplotou varu vyšší než 160 °C vzdušné chladiče; velkost chladiče volíme tak, aby svou kapacitou stačil zkondenzovat všechny páry. Pro kondenzaci par nízkovroucích kapalin se používají chladiče chlazené pevným oxidem uhličitým s vhodným organickým rozpouštědlem (ethanolem, acetonem). Baničku teploměru v destilační baňce umístíme o něco níže, než je odvod par. Destilaci neprovádíme nikdy až do úplného odpaření kapaliny v destilační baňce, vždy je nutné ponechat malé množství jako destilační zbytek. Spojení jednotlivých dílů aparatury musí být těsné. Ale aparatura musí mít možnost vyrovnávání tlaku s okolím. Zahřívání je třeba provádět rovnoměrně a rychlost destilace usměrňujeme tak, aby do destilační předlohy odkapávaly 2 až 3 kapky destilátu za sekundu.

Jednoduchá destilace

Tato metoda je vhodná pouze k dělení kapalin s velkým rozdílem bodu varu, nebo k oddělení pevných rozpustných příměsí. Před zahájením destilace je vždy nutno posoudit, zda při zahřívání na vyšší teplotu nedochází k chemickým změnám, v tom případě raději volíme destilaci za sníženého tlaku.

39

Chemikálie: anilin Pomůcky:

Destilační aparatura pro jednoduchou destilaci se skládá ze zdroje tepla, destilační baňky, destilačního nástavce s teploměrem, chladiče, alonže a jímadla.

Jako destilační baňku používáme v laboratoři většinou baňku s kulatým dnem. Pracovní postup:

Sestavení aparatury

Sestavíme aparaturu podle nákresu. Zábrusy namažeme malým množstvím Ramsayova tuku tak, aby se po otočení tvořila průhledná vrstva a spojení jednotlivých dílů aparatury bylo těsné. Baničku teploměru umístíme o něco níže, než je odvod par. Destilační baňku plníme nejvýše do dvou třetin a dáváme do baňky před začátkem destilace několik varných kaménků.

Destilace

Destilační baňku zahříváme v topném hnízdě. Zahříváme rovnoměrně a rychlost destilace usměrňujeme tak, aby do destilační předlohy odkapávaly 2 až 3 kapky destilátu za sekundu. Destilaci přerušujeme ve chvíli, kdy je v destilační baňce jen malé množství kapaliny - destilační zbytek.

Rozebrání aparatury a mytí

Po destilaci necháme aparaturu vychladnout, pak rozebereme jednotlivých dílů, důkladně vymyjeme a ukládáme zpět do stolu.

Otázky a úkoly: ? Jaký rozdíl mezi destilací a rektifikací? ? Co je utajený var? Jak mu lze zamezit?

40

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

11. DESTILACE S VODNÍ PAROU

Datum

Úkol: Destilace rostlinných silic vodní parou

Teorie:

Destilace s vodní parou je vhodná zvláště pro oddestilování těkavých a poměrně citlivých látek ze směsi, jejíž zahřívání by mohlo vést k rozkladu. Destilace s vodní parou je z toho pohledu značně šetrná, podmínkou je nemísitelnost isolované látky s vodou a její tolerance k horké vodě.

Celkový tlak par nad směsí dvou nemísitelných kapalin je roven součtu tlaků nasycených par obou kapalin v čistém stavu, tj. podle Daltonova zákona platí:

p = p°A + p°B

Z uvedeného vztahu vyplývá, že teplota varu směsi dvou vzájemně se nemísících kapalin bude nižší, než teplota varu jednotlivých čistých kapalin, neboť součet jejich tlaků nasycených par dříve dosáhne atmosférického tlaku při němž začne směs vřít.

I když lze destilace s vodní parou improvizovat, výhodnější je použití zvláštního nástavce pro destilaci s vodní parou. Isolovaná látka se s vodou nemísí a lze ji po destilaci snadno oddělit. Baňka s vodou, z níž se vytváří pára, musí mít připojenou pojistnou trubici, která zabrání vzniku přetlaku v případě ucpání zaváděcí trubice pro páru v baňce se směsí.

Chemikálie:

Přírodní materiál: jasmínové květy, máta, tymián, bobkový list, skořice, kmín, koriandr, pryskyřice z jehličnatých stromů, pomerančová nebo citrónová kůra.

Pomůcky: Aparatura pro destilaci s vodní parou:

• vyvíječ páry • pojistná trubice • varná baňka s přírodním

materiálem a vodou • nástavec pro destilaci

s vodní parou • sestupný chladič, alonž • baňka s destilátem

Pracovní postup:

Sestavte aparaturu podle nákresu. Do první varné baňky nalijte 300 ml vody. Do druhé varné baňky dejte směs 50 ml vody a 15 g rozdrceného přírodního materiálu. Připojte chladič, alonž a baňku na jímání destilátu. Obsah obou baněk zahřívejte k varu a postupně směs vody a silice oddestilujte tak dlouho, pokud vzorek

40

obsahuje nepatrné kapičky oleje (asi 100 ml směsi vody a silice). Se získanou silicí proveďte důkaz hořlavosti.

Otázky a úkoly: ? Kdy je třeba použít destilaci s vodní parou? ? Na jakém principu je založena destilace s vodní parou?

41

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

12. EUDIOMETRICKÉ STANOVENÍ OBSAHU CaCO3

VE VÁPENCI

Datum

Úkol: Připravte 50 ml zředěné kyseliny chlorovodíkové (w(HCl) = 20 %, ρ = 1,0980 g.cm-3)

a reakcí vzorku vápence o známé hmotnosti s kyselinou chlorovodíkovou připravte oxid uhličitý a zjistěte jeho objem. Ze získaných údajů a stechiometrie reakce uhličitanu vápenatého s kyselinou chlorovodíkovou stanovte obsah CaCO3 ve vápenci.

Teorie Práce s plyny

V současné době jsou téměř všechny plyny dostupné komerčně v tlakových lahvích. Občas si však potřebujeme v laboratoři připravit malé množství plynu sami. Nejjednodušším zařízením k tomuto účelu je Oswaldova baňka. Její princip je patrný z obrázku: k tenkostěnné skleněné baňce je přes korkovou zátku připojena dělící, popř. klasická nálevka. Na dno baňky dáváme tuhou látku, případně suspenzi s vodou, ke které z dělící nálevky přikapáváme vhodnou kapalinu, se kterou tuhá látka reaguje za vzniku žádaného plynného produktu. Uvolněný plyn se odvádí trubičkou.

Dokonalejším zařízením je Kippův přístroj, v němž se při přerušení odběru plynu vývoj plynu samovolně zastaví. Do střední části C se na dírkovanou kaučukovou destičku vloží tuhá kusovitá látka. Do horní části D nalijeme tolik kyseliny, aby zaplnila celou spodní část a dostala se do styku s tuhou látkou. V tomto okamžiku se začne uvolňovat plyn. Je-li kohoutek B uzavřený, vzniklý plyn vytlačí kapalinu z části A, čímž přeruší další vývoj plynu. Kohoutkem je tedy možno vývoj plynu regulovat. Horní rezervoár D uzavíráme zátkou, zamezujeme tak unikání nežádoucích plynů do ovzduší.

Oswaldova baňka. Kippův přístroj A/ spodní prostor pro kapalinu,

B/ odvaděč plynu, C/ střední prostor pro pevnou látku, D/ zásobník na kapalnou složku reakce.

Chemikálie Mramor, kyselina chlorovodíková.

42

Pomůcky: Odměrná baňka 50 cm3, váženka, nálevka, lžička, dělená pipeta 10 cm3.

Aparatura pro vyvíjení plynů a jejich jímání nad vodou: dělící nálevka, frakční baňka, zátka, gumová hadička, zahnutá trubice, 500 ml válec, vana, stojan s vybavením.

Pracovní postup Příprava 50 cm3 20 % vodného roztoku HCl

Výpočet potřebného množství 35% HCl: w1.ρ1.V1 = w2.ρ2.V2 ⇒ V1 = w2.ρ2.V2 / (w1.ρ1)

Do 50ml odměrné baňky, zpola naplněné destilovanou vodou, odpipetujeme vypočtený objem 35% HCl a po ochlazení na laboratorní teplotu baňku doplníme vodou po rysku. Baňku zazátkujeme a protřepeme její obsah několikerým převrácením baňky.

Příprava vápence Na váženku vsypeme odhadem 1 g mramoru, změříme hmotnost váženky s mramorem, mramor vysypeme do frakční baňky a váženku i s ulpěnými zbytky mramoru znovu zvážíme.

Sestavení aparatury Podle nákresu sestavujeme aparaturu, přitom dbáme na těsnění spojů.

Vlastní stanovení

CaCO3: Do dělící nálevky

přeneseme připravenou kyselinu chlorovodíkovou a pomalu přikapáváme do frakční baňky s mramorem tak dlouho, až se rozpustí všechen mramor. Odečteme objem plynu V ve válci.

Zbytek kyseliny v dělící nálevce přeneseme do odměrného válce, změříme jeho objem a zjistíme objem spotřebované kyseliny: VHCl = 50 ml - VzbytekHCl

Rozdíl objemu plynu ve válci a objemu spotřebované kyseliny je objem vyvíjeného oxidu uhličitého: VCO2 = V - VHCl

Otázky a úkoly: ? Napište chemickou rovnici reakce uhličitanu vápenatého kyselinou

chlorovodíkovou. ? Naměřené a vypočítané hodnoty uspořádejte do tabulky. Vypočtěte hmotnost

uhličitanu vápenatého ve vzorku a procentový obsah CaCO3 ve vzorku mramoru.

43

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

13. SUBLIMACE

Datum

Úkol: Čištění jodu sublimací

Teorie: Sublimace

je čisticí metoda vhodná zvláště k čištění poměrně těkavých organických pevných látek v množství od několika miligramů do desítek miligramů. Jeho podstatou je fázový přechod látky ze stavu pevného do stavu plynného a zpět. Zpravidla se provádí za sníženého tlaku ve zvláštních aparaturách – sublimátorech, kdy sublimovaná pevná látka se hromadí na prstu s vodním chlazením. Výhodnější je uspořádání s obráceně orientovanými zábrusy, kdy se snižuje riziko pádu sublimované pevné látky zpět otřením o okraj sublimátoru. Velmi malá množství lze sublimovat přímo ze vzorkovnice v evakuované skleněné trubici. Zahřívané na olejové lázni.

Mezi surovým produktem a spodním okrajem chladícího prstu by měla být asi 1 cm mezera. Po evakuování aparatury se lázeň začne zahřívat. Po zahájení sublimace je vhodné

udržovat nárůst teploty konstantní a nepříliš rychlý až do konce sublimace. Po ukončení sublimace se odstraní lázeň a po vychladnutí opatrně vyjme prst se sublimovanou látkou.

Chemikálie: Vzorek jodu, voda, led.

Pomůcky: Hodinové sklo, kádinka, kulatá baňka, trojnožka, síťka.

44

Pracovní postup: Navážený vzorek přesypeme do čisté, předem zvážené kádinky a na ní položíme a upevníme destilační baňku naplněnou směsí studené vody a ledu. (Mezery utěsníme kouskem vaty). Kádinku zahříváme na síťce, až vysublimuje všechen jod a zachytí se na dně chlazené baňky. Přesublimované krystalky jodu seškrábeme nožem na předem zvážené hodinové sklíčko a zvážíme. Podobně zvážíme i zbytek v kádince.

Otázky a úkoly: ? Vypočteme výtěžek jodu.

45

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

13. EXTRAKCE VYTŘEPÁVÁNÍM

Datum

Úkol: Vytřepávání I2 z vodného roztoku do chloroformu Teorie:

Jako extrakce je označováno převedení látky z jedné fáze, v níž je rozpuštěna nebo suspendována, do fáze jiné. Toto převedení je možné, neboť látka se v určitém poměru rozdělí mezi obě fáze. Distribuce rozpuštěné látky mezi dvě kapalné fáze se řídí Nernstovým rozdělovacím zákonem:

ca/c

b = K

Podle něj je poměr koncentrací látky ve dvou vzájemně nemísitelných kapalinách při určité teplotě a po dosažení rovnováhy konstantní. K se nazývá rozdělovací koeficient.

Pro jednotlivé typy extrakce se historicky vyvinula některá označení, která budou společně se stručnými definicemi uvedena:

Macerace - látka v pevné fázi je za studena opakovaně extrahována dávkami rozpouštědla.

Digesce - látka v pevné fázi je za tepla extrahována opakovanou dávkou rozpouštědla. Perkolace – je mnohonásobně opakovaná, kontinuální macerace nebo digesce. Pro

perkolaci za horka se nejčastěji používá Soxhletův přístroj, v němž je extrakt stále zahušťován. Vytřepávání – látka je z roztoku extrahována jednou dávkou rozpouštědla nebo

opakovaně dalšími dávkami (frakční vytřepávání). Před vytřepáváním ověříme těsnost kohoutu i zátky dělící nálevky. Pak ji naplníme extrahovaným roztokem a extrakčním rozpouštědlem v poměru 5:1 až 3:1, děličku uzavřeme, jednou rukou uchopíme hrdlo se zátkou, druhou rukou kohout tak, abychom zátku i kohout pevně drželi a otočíme dělící nálevku vypouštěcím stonkem šikmo vzhůru. Otevřením kohoutu vyrovnáme tlak. Pak děličkou zatřepeme a opět vyrovnáme tlak, což opakujeme tak dlouho, dokud se vnitřní prostor nenasytí parami rozpouštědla. Poté intenzivně třepeme alespoň 2 minuty. Po posledním vyrovnání tlaku zavěsíme dělící nálevku na stojan do kruhu. Jakmile se vytřepávaná směs rozdělí na dvě vrstvy, vypustíme spodní vrstvu kohoutem dělící nálevky, horní vylejeme jejím hrdlem, k extrahovanému roztoku přidáme čisté extrakční rozpouštědlo, směs znovu nalijeme do děličky a podruhé ji extrahujeme. Celý postup podle potřeby několikrát opakujeme a vrstvy s extrahovanou látkou spojujeme. Spojené extrakty promýváme třepáním s vodou. Nakonec je sušíme protřepáváním s vhodným sušidlem, potom sušidlo zfiltrujeme a destilací odstraníme extrakční rozpouštědlo. Extrahovanou látku čistíme krystalizací.

46

Chemikálie: Vodný roztok jodu, extrakční rozpouštědlo: chloroform. Pomůcky: třecí miska, dělící nálevka, Erlenmeyerovy baňky, chromatografická komůrka. Pracovní postup:

Před vytřepáváním ověřte těsnost kohoutu i zátky dělící nálevky. Do dělící nálevky (uchycené ke stojanu) nalite 50 cm3 vodného roztoku I2 a 10 cm3 chloroformu, poté dělící nálevku zazátkujte, uchopte do rukou a důkladně protřepali. Následně pootevřením kohoutu (při nálevce obrácené stonkem vzhůru) vyrovnáte v dělící nálevce přetlak a po zpětném uchycení nálevky ke stojanu bychom vyčkali až se obě vrstvy od sebe ostře oddělí. Nakonec nálevku odzátkujte a jednotlivé vrstvy z nálevky vylite do určených nádob – nejprve spodní vrstvu kohoutem, poté horní vrstvu (při uzavřeném kohoutu) hrdlem.

47

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

14. VZESTUPNÁ PAPÍROVÁ CHROMATOGRAFIE

Datum

Úkol: Chromatografické rozdělení barviv různobarevných náplní kuličkových per

Teorie: Chromatografie na tenké vrstvě

Tato metoda slouží jak k analytickým, tak i preparativním účelům. Dříve se často používaly vrstvy z volně sypaného adsorbentu. Dnes se tento způsob využívá zcela výjimečně, spíše k preparativním, nežli k analytickým účelům. Pro analytické účely jsou zvláště vhodné hotové analytické desky, vyráběné n. p. Kavalier - Votice, pod označením Silufol a Alufol. Desky Silufol jsou hliníkové folie rozměru 15x15 eventuálně 20 x 20 cm, na kterých je nanesena vrstva silikagelu pojeného škrobem. Vyrábí se typ těchto chromatografických desek, označený Silufol 254, který obsahuje fluorescenční indikátor. Na těchto deskách lze v UV světle detekovat bezbarvé látky. Jednotlivé skvrny se ve světle UV lampy projeví fluorescencí nebo zhášením. Druhý typ desek, označený Alufol obsahuje jako adsorbent oxid hlinitý. Přesto, že oba typy desek mají téměř univerzální použití, je někdy výhodnější použít lité vrstvy. Tento případ nastává zejména tehdy, jsme-li nuceni k detekci používat drastických metod, např. postřik koncentrovanou kyselinou sírovou a zahřátí. V těchto případech vadí přítomnost škrobu, což se projeví zčernáním desky během detekce.

Jako podložka pro lité vrstvy jsou vhodná podložní mikroskopická skla, která je nutno mikrometrem vytřídit s tolerancí tloušťky ± 0,2 mm. Na tato skla se nanáší vrstva silikagelu o zrnění 5-15 µm s obsahem 13% sádry (tato směs se dodává pod označením křemelina G dle Stáhla). Na sto chromatografických destiček je třeba 28 g silikagelu, pokud pracujeme s obvyklou sílou vrstvy 0,3 mm. Odvážené množství křemeliny G v zazátkované baňce protřepeme s vodou (28 g křemeliny G v 95 ml vody). Nanášení se provádí pomocí speciální nanášečky. Improvizovaně lze dosáhnout výsledků i pomocí skleněné tyčinky, na kterou jsou po obou stranách navinuty čtyři závity izolepy, jež určují tloušťku vrstvy. Na sklíčka, srovnaná na skleněné desce nalijeme suspenzi křemeliny ve vodě a posouváním skleněné tyčinky setřeme přebytečný adsorbent, čímž vytvoříme stejnoměrnou vrstvu.

Nanášení a vyvíjení chromatogramů Roztok chromatografováné směsi nanášíme kapilárou asi 1 až 2 cm od kraje

chromatografické destičky. Při nanášení je lépe používat koncentrovaný roztok, aby skvrna dělené směsi byla co možná nejmenší. Vedle skvrny analyzované směsi nanášíme roztoky standardů. Chromatogram vyvíjíme v uzavřené nádobě, která musí před chromatografií být dokonale nasycena parami rozpouštědla. Při práci s chromatografickými deskami větších rozměrů, kdy je nutno používat větší chromatografické nádoby, lze zajistit lepšího nasycení komory připevněním filtračního papíru, zasahujícího do rozpouštědla, k jedné stěně chromatografické nádoby. Při nanášení je nutno dbát toho, abychom nepřekročili kapacitu adsorbentu. Nepřiměřeně velká nanáška se projeví na detekovaném chromatogramu nedostatečným oddálením jednotlivých skvrn, protahováním skvrn (vytvářením chvostů) apod. Naopak spodní hranice naneseného množství je dána pouze citlivostí detekce.

48

Volba soustavy

Je vhodné volit soustavu takovou, ve které se pohyblivost jednotlivých složek co možná nejvíce liší, a ve které se jednotlivé látky pohybují ve střední třetině chromatografické dráhy.

Vyvíjení chromatogramu

Destičku v chromatografické nádobě ponoříme asi 1/2 až 1 cm do rozpouštědla a opřeme horním koncem o stěnu chromatografické nádoby. Skvrny nesmí být nikdy pod hladinou rozpouštědla. Vyvíjení chromatogramu ukončíme, když čelo rozpouštědla dosáhne horního okraje destičky, eventuálně několik mm pod okraj. Při nedostatečném nasycení chromatografické komory dochází k odpařování rozpouštědlové soustavy z adsorbentu během chromatografie, což se projeví tzv. okrajovým efektem (rychlejší postup stejných látek po stranách, nežli uprostřed desky).

Detekce Detekce barevných látek nečiní potíže, neboť jednotlivé skvrny lze identifikovat

okem. U nebarevných látek lze a výhodou využít světélkování či zhášení v UV světle, nebo specifické barevné reakce. Téměř univerzální detekční metoda spočívá v karbonizaci organických látek po předchozím postříkání destičky 50% kyselinou sírovou a zahřáním na vařiči. Jak už bylo řečeno, pro Silufol je tato metoda nepoužitelná, ale do značné míry můžeme tuto drastickou metodu nahradit detekcí koncentrovanou kyselinou sírovou s 1% vodného formaldehydu nebo anisaldehydu. Jiná universální detekční technika spočívá v detekci organických látek v parách jodu. Detekce se provádí nejlépe v dobře těsnící prachovnici, na dně je umístěno několik krystalků jodu. Působením par jodu omezíme jen na několik minut, pak je vhodné chromatogram vyjmout a přebytek jodových par nechat z desky odtékat. Vyhodnocení chromatogramů

Pohyblivost jednotlivých látek na chromatografickém nosiči se vyjadřuje pomocí RF hodnoty (retenční faktor), což je poměr vzdálenosti středu skvrny od startu ke vzdálenosti čela rozpouštědla od startu. Tato hodnota je funkcí mnoha proměnných, jako např. druhu adsorbentu, tloušťky vrstvy, polarity použité rozpouštědlové soustavy, teploty atd., a proto je vhodné vyjadřovat pohyblivost jednotlivých organických látek vztaženou k autentickému vzorku nebo standardu.

Preparativní provedení tenkovrstvé chromatografie se od analytického liší v rozměrech chromatografických desek, tloušťce vrstvy, která pro preparativní účely bývá až 3 mm, a ve způsobu nanášení vzorku. Při nanášení se umisťují kapičky těsně vedle sebe tak, aby na startu vytvořily asi 2 až 3 mm široký proužek. Je nutné bud používat nedestruktivní detekční činidla (např. UV světlo) anebo detekci provádět po obou krajích pouze v úzkém proužku, přičemž zbylá část desky se před postřikem zakryje. Podle detekovaných částí si označíme pásy odpovídající jednotlivým sloučeninám, tyto pak opatrně seškrábneme na čistý papír, vsypeme do malé chromatografické trubice uzavřené smotkem vaty a eluujeme čistým rozpouštědlem.

Pomůcky:

2 odměrné válce (250 nebo 500 cm3), 2 hodinová sklíčka k jejich zakrytí, chromatografický papír Whatman I, různobarevné náplně kuličkových tužek

Chemikálie: octan ethylnatý, aceton

49

Pracovní postup: Do jednoho odměrného válce nalijte aceton do výše cca 1 cm a do druhé stejný obsah

octanu ethylnatého. Válce překryjte sklíčkem a nechte sytit parami rozpouštědel, což lze podporovat občasným protřepáním. Mezitím si připravte dva tenké proužky chromatografického papíru (tak, aby se vešly do válců). Ve výši cca 2 - 2,5 cm vyznačte tužkou tence start na obou proužcích papíru. Pak na oba papíry naneste stejným způsobem 3 -4 skvrny různobarevnými kuličkovými tužkami. Barviva nesmíte nanášet málo, ale ani mnoho neboť jednotlivé barvy se špatně dělí a skvrny splývají. Vhodné je nakreslit 5 - 6 vodorovných 5 mm dlouhých čáreček co nejtěsněji pod sebe.

Proužky papíru vložte do válců (kolon) a zasuňte do kapaliny tak, aby start byl nad hladinou. Válce opět zakryjte sklíčkem. Vyvíjení ukončete, když čelo dospěje k hrdlu válců. Po vyjmutí označte tužkou čelo. Během chromatografování musí být prostor ve válcích parami dobře nasycen, jinak se tyto velmi těkavé látky při vzlínání z papíru vypařují. Poznáte to podle toho, že čelo nepředbíhá barviva neboť rozpouštědlo se stačí odpařovat a zdá se, jako by barvy postupovaly s čelem a téměř se nedělily.

Otázky a úkoly: ? Načrtněte schéma pokusu a jeho popis (přiložte oba chromatogramy). ? Sestrojte tabulku všech údajů a hodnot (mobilní a stacionární fáze, doba vyvíjení,

vzdálenosti,…) pro oba pokusy. ? Vypracujte vyhodnocení chromatogramů a závěru shrňte, ve kterém rozpouštědle

dochází k lepšímu dělení jednotlivých barviv.

50

LABORATORNÍ TECHNIKA Jméno: Ročník: Aprobace:

14. CHROMATOGRAFIE AZOBARVIV NA TENKÉ

VRSTVĚ

Datum

Úkol: Chromatografické rozdělení směsi azobarviv

Pomůcky: Silufol, nůžky, nanášecí šablona, tužka

Chemikálie:

Benzen, azobarviva (azobenzen, dimethylová žluť, Sudan III, Viktoria modř, Sudan R) a jejich směs

Pracovní postup:

Na tenkou vrstvu Silufolu (silikagel zpevněný škrobem na hliníkové folii) položte průhlednou šablonu z plexiskla s výkroji. Do vrcholů výkrojů naneste kapilárou směs azobarviv tak, že na jednotlivé starty nanášíte postupně větší a větší objemy z kapiláry. Pracujte opatrně. Kapiláru nejprve ponořením do roztoku naplňte roztokem, její vnější stěny osušte kouskem filtračního papíru a pak ji přitiskněte na zvolené místo startu. Přitom nesmí dojít k porušení tenké vrstvy. Obdobným způsobem naneste na 1 - 2 starty čistou kapilárou i vzorek analyzovaného barviva. Viz obrázek níže.

Chromatografickou kolonu naplňte benzenem asi do výšky 0,5 cm, vložte do ní chromatogram starty dolů a komoru uzavřete víkem, které zabraňuje unikání par benzenu. Zaznamenejte čas počátku vyvíjení chromatogramu a nechte jej vyvíjet tak dlouho, až čelo mobilní fáze (benzenu) dorazí asi 1 cm od horního okraje folie. Poté chromatogram opatrně vyjměte z komory a ihned označte jeho čelo tužkou. Poznamenejte čas ukončení vyvíjení.

Otázky a úkoly: ? Načrtněte schéma vyvíjení a popis jednotlivých fází (přiložte chromatogram) ? Sestrojte tabulku údajů (stacionární a mobilní fáze, doba vyvíjení,

vzdálenosti start - čelo, start - střed skvrn, barva skvrn, název azobarviva)

? Vypracujte vyhodnocení chromatogramu pro známé směsi azobarviv ? Vypracujte vyhodnocení chromatogramu pro neznámý vzorek (název

azobarviva, barva skvrny, vzdálenosti v mm, vypočtené hodnoty retenčních časů)

50

Použitá literatura: KOLSKÝ, V. Laboratorní technika. Pedagogická fakulta v Ústí n. L. 1983. 11314/81–III-4 TRNKA, T. Praktikum z organické chemie. Univerzita Karlova. Praha, 1994. 80-7066-087-2 GALUSYKA P., LUHOVÁ, L., Laboratorní technika pro biochemiky. Univerzita Palackého v Olomouci, 2005. ČARSKÝ a kol. Chemie pro 3. ročník gymnázií. KVÍČALA, J. Laboratorní technika organické chemie. VŠCHT 1998. 80-7080-322-3